INSTITUTO TECNOLGICO SUPERIOR DE POZA RICA

MANUAL DE PRCTICAS EN ENSAYOS NO DESTRUCTIVOS

ULTRASONIDO INDUSTRIAL

ELABORHERNANDEZ VARGAS CARLOS ALBERTOREYES GARCIA DANIEL

REVISING. GABRIEL MARTINEZ CADENA

POZA RICA, VER A 16 DE ABRIL DEL 2015

MARCO TEORICO Ultrasonido:El aprovechamiento del ultrasonido ha ganado espacio importante entrelas tcnicas de Ensayos No-destructivos. Se considera ultrasonido aquellasoscilaciones de presin que poseen frecuencias por encima de la gamaaudible (sto es, superior a 20 000 Hz).El equipamiento utilizado para la aplicacin de estas tcnicas es capaz degenerar, emitir y captar haces de ondas muy bien definidas sujetas a lasleyes de reflexin al encontrar en su trayectoria un cambio en laspropiedades fsicas del medio en el cual se propagan. Al ser captadas, sonanalizadas segn el objetivo del equipamiento y con la determinacin deltiempo transcurrido desde su emisin hasta su recepcin, puede conocersela distancia recorrida, al ser la velocidad previamente establecida.El ensayo por ultrasonido es un mtodo no destructivo, en el cual un hazsnico de alta frecuencia (125 KHz a 20 MHz) es introducido en el material aser inspeccionado con el objetivo de detectar discontinuidades internas ysuperficiales. El sonido que recorre el material es reflejado por las interfacesy es detectado y analizado para determinar la presencia y localizacin dediscontinuidades.

Definicin y naturaleza de las ondas ultrasnicasSon ondas mecnicas vibratorias o sea para que sea propague elultrasonido, se requiere que las partculas del medio ya sea liquido, aire oslido oscilan alrededor de sus posiciones de equilibrio.Diferencia entre sonido y ultrasonidoSon de la misma naturaleza, lo que las diferencia es su frecuencia as:- ondas snicas: frecuencia entre 16 y 20000 ciclos por segundos.- ondas ultrasnicas: frecuencias mucho mayores de 20000 ciclos porsegundos.Para materiales metlicos: se opera entre 1 y 5 mhz pero se puedentrabajar con frecuencias mucho mayores.Para materiales no metlicos: ej: cermicos, trabajan con frecuenciasmenores de 1mhz (, mhz).

Tipos de ondas ultrasnicasSe clasifican en:Ol. Onda longitudinal: se propaga en tres medios.OT. Onda transversal: se propaga en slidos nicamente.OR. Onda Rayleigh: se propaga en slidos nicamente.

Impedancia acsticaResistencia del medio a la vibracin acstica de las partculas.Generacin de ondas ultrasnicasPara generar existen varios mtodos. Para el ultrasonido se hace uso decristales piezoelctricos o de materiales cermicos ferro elctrico.Piezoelectricidad: propiedad de algunos cristales como el cuarzo de convertirenerga elctrica en energa mecnica vibratoria y viceversa. Cuarzo paraaltas frecuencias, mayores de 10 mhz.Ferro electricidad: propiedad de algunos materiales cermicos previamentepolarizados de comportarse como los cristales piezoelctricos. ej: titanato debario, sulfato de litio.

Forma y caracterstica del haz

n = d2/4l = d2f/4vsen g = 1.22 v/f dd: dimetro del cristal.v: velocidad.f: frecuencia.l: longitud de onda.Palpadores o transductoresTipos:a. incidencia normal.b. incidencia angular.Palpadores con:1. un solo cristal emisor y receptor.2. doble cristal, uno emisor y otro receptor.3. mltiples cristales para aplicaciones especiales.Agentes acoplantesEs un medio fluido que permite que el ultrasonido pase del palpador almaterial de ensayo.Los medios de acople pueden ser: grasa, aceite, vaselina, agua.A mayor rugosidad mayor viscosidad del acoplante.Tcnicas de ensayo- transmisin.- resonancia.- pulso - eco.

Transmisin

Ventaja:Puede detectar discontinuidades muy cercanas a la superficie.Desventajas:No ubica la discontinuidad.Requiere acceso a las dos superficies.Resonancia:Se consigue que haya resonancia entre un material y el palpador. Elpalpador es de frecuencia variable, la cual se vara hasta hallar la deresonancia.Es utilizado para la deteccin de discontinuidades externas del material,tambin para la medicin de espesores.

Pulso - eco

Se emiten pulsos de ultrasonido y se esperan reflexiones las cualespueden proceder de superficies posteriores (palpadores normales) o dediscontinuidades, por lo tanto en un osciloscopio mediante el principiopiezoelctrico aparecen ecos de fondo para cada reflexin.

Ventajas:Requiere acceso a una superficie nicamenteUbica la discontinuidad.Desventaja:No detecta discontinuidades muy cercanas a la superficie.AplicacionesMedicin de espesores.Deteccin de fallas:1. examen de piezas fundidas.2. examen de piezas forjadas.3. examen de soldaduras.4. caracterizacin de materiales.Ventajas del ensayo ultrasnico1. mayor poder de penetracin.2. acceso a una superficie.3. ausencia del peligro para el operario.4. porttil.DesventajasTiene problemas con piezas de geometra complicada.

MARCO NORMATIVO341 examinacin

341.1 generalEl examen es aplicable al as funciones de control de calidad efectuadas por el manufacturero (para componentes solamente), fabricante o instalador. La referencia en este cdigo para un EXAMINADOR es una persona que lleva a cabo los exmenes de control de calidad.

341.2 responsabilidad para el examenLa inspeccin no releva al manufacturero, el fabricante o instalador de la responsabilidad para:

a) suministrar materiales, componente y la calidad de conformidad con los requisitos de este cdigo y del diseo de ingeniera.

b) llevar a cabo toda la examinaciones requeridas

c) preparando apropiados registros de los exmenes y de las pruebas para el uso del inspector

341.3 requisitos de examinacin341.3.1 general.- Antes de la operacin inicial cada instalacin de tubera incluyendo componentes y mano de obra, sern revisados de conformidad con los requisitos aplicables del prrafo 341. El tipo y la extensin de cualquier examen exigido por el diseo de ingeniera y los criterios de aprobacin a ser aplicados sern especificados. Juntas no incluidas por los exmenes requeridos por el prrafo 341.4 o por el diseo de ingeniera son aceptados si se aprueban la prueba de fuga requerida por el prrafo 345 a) para materiales no P 3, 4 y 5 el examen ser llevado a cabo despus de la terminacin de cualquier tratamiento trmico.b) para una conexin en ramal soldada el examen y cualquier reparacin necesaria para la soldadura conteniendo presin sern terminadas antes que ningn refuerzo base o silueta sea aadido.341.3.2 criterios de aceptacin. Ser como lo dicho en el diseo de ingeniera y cubrirn los requisitos aplicables dicho abajo , por lo menos en el prrafo 344.6.2 para el examen ultrasnico de soldaduras y traslapes especificados parte en el cdigo

a) la tabla 341.3.2establecen los criterios de aceptacin (los limites sobre las fallas) para soldaduras. Ver fig. 341.3.2 para las fallas tpicas de soldadurab) los criterios de aceptacin para piezas fundidas son especificados en prrafo 302.3.3.

341.3.3 componentes defectuosos y manos de obra. Un artculo revisado con una o ms (imperfecciones de defectos de un tipo de magnitud que excede los criterios de aceptacin de este cdigo) deben ser reparados o reemplazados; y el nuevo trabajo ser reexaminado por los mismos mtodos a la misma extensin, y por los mismos criterios de aceptacin como lo requerido para el trabajo original.

341.3.4 muestra progresiva para el examen. Cuando el examen requerido spot o aleatorio revela un defecto: a) dos muestras adicionales de la misma clase (si las juntas soldadas unidas por el mismo soldador u operador) deben ser tomadas por el mismo tipo de examen.

b) si las piezas examinadas como lo requerido por el inciso a son aceptables , la pieza defectuosa ser reemplazada o reparada y reexaminada como lo especificado en el prrafo 341.3.3 y todas las piezas representaos por estas dos muestras adicionales sern aceptados; pero c) si cualquiera de las piezas revisadas como lo requerido por el inciso a revela un defecto , 2 muestras ms alejadas de la misma clase sern examinadas para cada pieza defectuosa encontrada por la muestra y d) si todas las piezas revisadas como lo requerido por el inciso c son aceptables , la pieza defectuosa(s) ser rearada o reemplazada y reexaminada como lo especificado en el prrafo 341.3.3, y todas las piezas representadas por la muestra adicional sern aceptadas; pero e) si cualquiera de las piezas examinadas como lo requerido por el inciso c revela un defecto , todas las piezas representadas por la muestra progresiva deben ser:1. reparado o relocalizado y reexaminado como lo requerido ; o 2. revisado completamente y reparado o remplazado tan necesario y reexaminado tan necesario para cubrir requisitos de este cdigo.

341.4.2 Examinacin servicio categora de fluido D. tubo y elementos de tubo para servicio a categora de fluido D como los designados en el diseo de ingeniera sern examinadas visualmente de conformidad con el prrafo 344.2 para la extensin necesaria para satisfacer al examinador que los componentes materiales y mano de obra se ajustan a los requerimientos de este cdigo y al diseo de ingeniera. Los criterios de aceptacin son como lo dicho en el prrafo 341.3.2. y en la tabla 341.3.2. Para el servicio a categora de fluido D a menos que se especifique otra cosa. RC-DT-01/02 TABLAS COMPLEMENTARIAS Y CRITERIOS DE ACEPTACION Y RECHAZO CONT.*2ALCANCEUltrasonido: mtodo de inspeccin en el que se utilizan ondas mecnicas de alta frecuencia para conocer el estado de sanidad interna de los materiales a nivel interno y que nos lograra dar como operadores un mayor entendimiento acerca del uso y aplicacin de este tipo de ensayos en los materiales.

OBJETIVO El objetivo de la prctica de ultrasonido industrial es una prueba de tipo volumtrica que abarca discontinuidades que se encuentran en el interior de una pieza y que los otros mtodos no logran llegar con exactitud para detectarlas.

DEFINICIONESSiglas:

a) PT: Penetrant Liquid Testing= Prueba de Lquidos Penetrantes b) AWS: American Welding Society

c) ANSI: American National Standards Institute

d) ASTM: American Society for Testing and Materials

e) ASME: American Society of Mechanical Engineers

f) API: American Petroleum Institute

a) Cuarzo.-cristal natural que soporta altas temperaturas, de hasta 550 c, tiene alta resistencia mecnica y pierde eficiencia con el uso.

b) Transductor (haz recto).- componente que sirve para emitir un haz recto de tipo ultrasnico atravez del material mediante un cristal.

c) Efecto piezo elctrico.- es la capacidad que tienen algunos cristales de convertir la energa mecnica en energa elctrica y viceversa.

d) Hipo alergnico.-caracterstica del material de no causar dao a la piel de la persona que entre en contacto directo con este.

e) Inoloro.- caracterstica de no poseer olor o tenerlo a grado casi imperceptible.

f) Ondas subsnicas.- se encuentran en un rango de 0 a 20 Hz.

g) ondas ultrasnicas.- se encuentran en un rango de 20 KHz a 25 MHz.

h) Onda snicas.- se encuentran en un rango de 20 Hz a 20 KHz.

i) Velocidad de propagacin.-es la velocidad con que las ondas viajan dentro de un material.

j) Onda mecnica.- es la propagacin de la energa dentro de un medio o cuerpo elstico que se manifiesta por su movimiento vibratorio de partculas.

k) Ciclo.- es la trayectoria cerrada que recorre una partcula teniendo como principio y fin el mismo punto. l) Longitud de onda.-distancia entre los puntos correspondientes de dos ondas sucesivas.

m) Amplitud.-es la distancia que hay entre el eje de referencia y el punto ms lejano de la trayectoria de una onda. En el caso de una onda mecnica su amplitud es el mximo desplazamiento de las partculas que vibran.

n) Frecuencia.- es el nmero de ciclos que hay en la unidad de tiempo. En el caso de las ondas mecnicas es el segundo.

MATERIAL cantidadMateriales (Ultrasonido)

1Gel acoplante

1Barra calibradora de aluminio

1Transductor haz recto

1Transductor haz angular

1Conector

1Zapata

1Equipo epoch olimpus 1000

PROCEDIMIENTO Descripcin de actividades

Colocacin de la zapata.- se elige la zapata que necesitamos aplicar en el proceso de ultrasonido industrial y se coloca en el transductor.

Encendido del ultrasonido..-Se conecta a el aparato de ultrasonido industrial epoch 1000 y se pulsa el botn de encendido en caso de q ya tenga carga completa.

Configuracin de la pantalla principal.- se configuran las caractersticas en la pantalla principal como,: velocidad de propagacin del material, tipo de zapata, Angulo, y nombre de la zapata as como su modelo.

Aplicacin del gel.- se toma una generosa porcin de gel y se unta en la superficie de la pieza a inspeccionar.

Ajuste de los valores una vez ingresado los datos se procede a ajustar la pantalla con los valores de velocidad de vuelo y alejar el ruido as como la escala que manejaremos para una rpida inspeccin.

Interpretacin del resultado.- se procede a frotar el transductor sobre la superficie mientras se observa en la pantalla el tipo de discontinuidades y su profundidad para hacer su posterior anlisis y todo es anotado por el tcnico en un registro de la prctica.

Apagado del equipo.- se cambia la pantalla para tener el men de reinicio y se selecciona la opcin reiniciar equipo.

Registros

Colocacin de la zapata.- se elige la zapata que necesitamos aplicar en el proceso de ultrasonido industrial y se coloca en el transductor este se coloca desatornillando dos pequeos tornillos ubicados a los extremos de la zapata.

Imagen 1. Tipo de zapata

Encendido del ultrasonido.-Se conecta a el aparato de ultrasonido industrial epoch 1000 y se pulsa el botn de encendido en caso de q ya tenga carga completa nos lo marcara un led aun lado de la pantalla de color verde o rojo y nos dar la pauta para iniciar la siguiente etapa de la prctica.

Imagen 2 y 3. Encendido del equipo

Configuracin de la pantalla principal.- se configuran las caractersticas en la pantalla principal como: lenguaje, velocidad de propagacin del material, tipo de zapata, Angulo, y nombre de la zapata as como su modelo las caractersticas ajustadas en esta pantalla son de gran utilidad pues su funcin es tener el haz correcto sobre el material correcto que se analizara y en dado caso de duda acerca de estos datos el operador necesita ir al manual del equipo.

Imagen 4,5 y 6. Configuracin del panel principal

Aplicacin del gel.- se toma una generosa porcin de gel y se unta en la superficie de la pieza a inspeccionar y se aplica de forma uniforme a lo largo de su superficie.

Imagen 7. Aplicacin del gel acoplante

Ajuste de los valores una vez ingresado los datos se procede a ajustar la pantalla con los valores de velocidad de vuelo y alejar el ruido as como la escala que manejaremos para una rpida inspeccin.

Imagen 8. Ajuste de los valores

Interpretacin del resultado.- se procede a frotar el transductor sobre la superficie mientras se observa en la pantalla el tipo de discontinuidades y su profundidad para hacer su posterior anlisis y todo es anotado por el tcnico en un registro para su posterior anlisis.

Imagen 9.interpretacion del resultado

Registro de la prctica.

Imagen 10. Registro

APAGADO DEL EQUIPO.- se cambia la pantalla para tener el men de reinicio y se selecciona la opcin reiniciar equipo.

Imagen 11. Apagado del equipo

RESULTADOSDurante la realizacion de la prueba de ultrasonido, como resultado se obtuvo que el materal utilizado para ser inspeccionado se oncontraba con defectos (discontinuidades) por l que se tomo la desicion de reemplazar dicho material por otro que no contenga ninguna inperfeccion con la finalidad de evitar posibles riesgos a futuro.Cuando se realiza La inpeccion em el cuerpo del material o en el cordon de soldadura se procede a reemplazar dicho material al igual que el cordon de soldadura como l habiamos mencionado en parrafos anteriores.

FORMATOSTabla de velocidades de propagacion de los materiales.

Tabla de aceptacin y rechazo.

CONCLUSIN DE LOS RESULTADOS Se observo fisicamente cuales son ls materiales y el equipo necesario para realizar la prueba de ultrasonido. La prueba de ultrasonido nos permite localizar defectos de tipo interno tales como: poros, grietas, rechupes, defectos de soldadura, etc,; todo esto aplicado a ls materiales ferrosos. Tambien nos sirve para medicion de espesores de ls materiales. Algunas de las ventajas de esta prueba son:ES usada en todos ls materiales ferrosos, puede obtenerse um registro em pape, se determinan defectos internos, y subsuperficiales. Algunas de sus desventajas son: se requiere de personal calificado, costo inicial elevado por el equipo necesario para realizar la prueba.

Calle Luis Donaldo Colosio Murrieta S/NCol. Arroyo del Maz, Poza Rica, Ver., CP 93230Tel. 01 (782) 8216901/02 Fax 8235960 www.itspozarica.edu.mxitspr@itspozarica.edu.mx

22