Ultrasonido Nivel II Modificada

7/16/2019 Ultrasonido Nivel II Modificada

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26 de Marzo de 2007 Ultrasonido Nivel II Teora

ULTRASONIDO INDUSTRIAL

NIVEL II


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Instructor:

Honorio Ledezma - HONORIO

Ing. Aeronutico (IUPFAN) 1.993.

12 aos de experiencia en END.

Miembro fundador de la ASNT Captulo de Venezuela.

Certificado ASNT-SNT-TC-1A nivel III en UT, ET de High Tech.

Certificado ASNT-SNT-TC-1A nivel II PT, MT.

Especialista en Tcnicas Electromagnticas, RFET, LFET. Especialista en Ondas Guiadas.

Miembro de ASNT Internacional.

Miembro activo de NACE Internacional.

Seminarios internacionales sobre diversas tcnicasespecializadas de END.

Trabajo en HIGH TECH empresa especializada en END. Instructor de UT y ET desde 1995.


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Quienes son Ustedes?

Nombre.

Ocupacin.

Area de trabajo.

Responsabilidades. Experiencia previa.

Motivo de su visita.


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Como llevaremos el curso?

Por las maanas aguantaremos TEORIA.

Por las tardes actividades PRACTICAS.

Quices cortos todos los das a primerahora sobre la materia dada anteriormente.

Y el viernes...


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... y el viernes...

Viernes, exmenes todo el da:

en la maana EXAMENES ESCRITOS

(GENERAL Y ESPECIFICO).

Viernes en la tarde EXAMEN PRACTICO

Se aprueba con 80% del total, donde cada uno de

los exmenes vale 1/3 de la nota global y en ninguno

puede haber una nota inferior a 70% del valor

particular del examen.

Viernes ltima hora, venganza (evaluacin del

instructor).


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ROTO EL HIELO...

... entramos en teora...


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Teora

OBJETIVO

Brindar los Conocimientos y habilidadesrequeridas para la Certificacin inicial del

Personal Nivel II en Ultrasonido, deacuerdo a la Prctica Recomendada de laASNT, SNT-TC-1A.


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Teora

CONTENIDO

Introduccin.

Propiedades fundamentales del sonido.

Palpadores y generacin del ultrasonido.

Propagacin y caractersticas de las ondas enmedios diferentes.

Mtodos bsicos y tcnicas aplicadas. Sistemas de ensayos. Equipos e instrumentos.

Calibracin de los sistemas de ultrasonido.

Tipologa de las indicaciones ultrasnicas.

Aplicaciones metalrgicas del ultrasonido.

Normas y Procedimientos.


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ULTRASONIDO(INTRODUCCION)


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El ultrasonido (UT) es un

ensayo volumtrico, por lo

tanto, aplicable para la

deteccin de discontinuidades

internas o en la cara opuesta

de la superficie del materialinspeccionado o cuya

orientacin y geometra

permitan, desde cierta

distancia, detectar la

discontinuidad sobre la

superficie.

DEFINICION


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Principios bsicos:

Es la aplicacin de ondas

mecnicas con

comportamiento elstico

dentro del espectro ultrasnico

(0.1 a 25 MHz).

Se inyectan ondas mecnicasque se desplazan dentro del

material y se reflejan (rebotan)

contra discontinuidades,

reportando en el equipo de

inspeccin el tiempo de vuelo

y la intensidad acsticadevuelta.


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Ventajas del UT

Gran poder de penetracin.

Inspeccin volumtrica y de la cara opuesta del

material.

Gran sensibilidad para pequeas

discontinuidades.

Precisin en la ubicacin y el dimensionamiento

de discontinuidades.

Libre de riesgos para el operario.

Equipos porttiles y algunos automticos.

Rapidez del ensayo.


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Desventajas del UT

Personal altamente calificado.

Condicin superficial de la pieza a

inspeccionar.

Geometra compleja de la pieza bajo ensayo. Estructura interna desfavorable, como bordes

de grano, tamao del grano, etc.

Mala orientacin de las discontinuidades.

Costo de los equipos y consumibles. Requiere del uso de acoplante.


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Captulo 1

Propiedades

fundamentales


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Sonido:

Es el efecto producido por la vibracinmecnica de las partculas de un medio

cuando se desplaza una onda elstica a

travs del mismo.

Es energa en movimiento que produce

un desplazamiento elstico alternativo

de las partculas del medio.

El medio de transmisin puede serslido, lquido o gaseoso.


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Clasificacin del sonido segn

su frecuencia:

Ondas infrasnicas: no son apreciables por el

odo humano. Frecuencias menores a 16 Hz.

Ondas snicas: son las que puede apreciar el

odo humano. Frecuencias entre 16 Hz y 20

KHz.

Ondas ultrasnicas: no son apreciables por el

odo humano. Frecuencias mayores a 20 KHz.


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Ultrasonido:

Es el nombre dado a las ondas sonoras

con frecuencias superiores a las

detectables por el odo humano.

En los ensayos por ultrasonido industrialgeneralmente se usan frecuencias entre

0.1 y 25 MHz, aunque se han logrado

frecuencias experimentales de 1.000 MHz.


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Cualidades del sonido:

Intensidad: depende de la amplitud dela onda y se aprecia si un sonido es fuerte

o dbil.

Tono: Depende de la frecuencia y seaprecia si el sonido es agudo o grave.

Timbre: Permite distinguir un mismo tono

generado por dos instrumentos diferentes.


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Caractersticas del sonido:

Perodo.

Frecuencia.

Amplitud.

Longitud de onda.

A

T


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Perodo

Es el tiempo requerido por la partcula para cumplir unciclo completo.

Se denota con la letra T

Se relaciona con la frecuencia mediante la ecuacin:

T = 1 / f La unidad de medicin es el segundo.

T


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Frecuencia

Es el nmero de oscilaciones o ciclos

completos que da la partcula por unidad de

tiempo. En nuestro caso la unidad de tiempo

es el segundo.

Se denota con la letra f.

Se relaciona con el perodo mediante la

ecuacin:

f = 1 / T

La unidad de medicin es el hertz.


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Amplitud

Es la distancia mxima de desplazamiento

de la partcula partiendo desde su

posicin de reposo.

Se denota con la letra A

A


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Caractersticas del

sonido: Longitud de onda Es la distancia medida entre dos puntos en igual

condicin de movimiento.

Se denota con la letra .

Se relaciona con la Velocidad Acstica del material y

la frecuencia mediante la ecuacin: = V / f


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Velocidad Acstica:

Es la velocidad de desplazamiento de la onda en el

medio. Corresponde a la distancia recorrida en una

unidad de tiempo. Depende de la densidad del

material, mdulo de elasticidad, coeficiente de

Poisson, etc. Existen tres tipos de ondas con diferentes

velocidades, (longitudinal, transversal y superficial),

en general consideradas constantes para materiales

slidos, ya que, presin y temperatura afectanprincipalmente a lquidos y gases.


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Presin Acstica

Se presenta como producto del desplazamiento

relativo de los tomos dentro de la matriz.

Alta presin acstica se observa en las zonas de

aglomeramiento de tomos en el material

producto de la compresin generada por el paso

de la onda.

Baja presin acstica se observa en la zona

donde hay deficiencia de tomos producto de la

expansin de la matriz del material por el pasode la onda.


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Ejercicios:

Un palpador de haz normal trabaja a 5

MHz. Cual ser su valor de en acero.

Para el mismo palpador cual ser el valor

de la longitud de onda en aluminio.

Y en cobre?


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Captulo 2

Palpadores y

generacin del

ultrasonido


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Palpadores:

Es el componente encargado de generar

el haz ultrasnico que entra al materialbajo ensayo. As mismo, recibe la onda

de respuesta proveniente del material.

El principio bsico de funcionamiento se

basa en el efecto piezoelctrico.


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Efecto piezoelctrico:

Es la capacidad que tienen

ciertos materiales a los cuales al

aplicarles una carga elctrica o

voltaje sufren una deformacin,

aumentando en un sentido y

disminuyendo en otro.

Este efecto es bidireccional por

lo tanto al deformarse estos

materiales tambin generan un

impulso elctrico de respuesta.

Cuando el efecto es alterno se

genera una frecuencia de

vibracin.


30/190


Construccin de palpadores:

Los palpadores estn compuestos por una

carcaza que contiene al cristal piezoelctrico

(tambin llamado transductor) y sus

respectivas conexiones elctricas. Las caractersticas de frecuencia del

palpador vienen dadas por lo que se conoce

como frecuencia caracterstica fundamental

del oscilador.


31/190


Frecuencia Caracterstica

Fundamental del Oscilador.

Es la frecuencia a la cual oscilar un cristal

piezoelctrico al aplicarle un voltaje o

viceversa.

Depende del material con el cual est hecho elcristal y de su espesor, tal y como se indica en

la frmula anexa:

fc = V / 2t

V: velocidad acstica t: espesor de cristal


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Materiales para

transductores:

Cuarzo.

Sulfato de litio, (mejor receptor).

Titanato de bario, (mejor transmisor).

Tartrato sdico potsico. Fosfato monoamnico.

Tartrato dipotsico

Turmalina

Metaniobato de plomo, etc.


33/190


El haz ultrasnico


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El haz ultrasnico:

El haz ultrasnico posee

tres zonas bien definidas

que es necesario conocer

plenamente:

Zona Muerta.

Campo Cercano

(Fresnel).

Campo Lejano

(Fraunhofer).


35/190


Zona Muerta del haz

ultrasnico:

Se debe a las interferencias producidas por

las vibraciones del cristal.

Su longitud est determinada por el tiempo

de vibracin del cristal. Es una caracterstica intrnseca del material

con que esta construido el transductor.

Esta zona no detecta discontinuidades

durante el ensayo por ultrasonido.


36/190


Campo Cercano del haz

ultrasnico Es la zona del haz ultrasnico

donde la intensidad acstica

no es constante, ya que

presenta mximos y mnimos.

Se debe a las interferencias

positivas o negativas deintensidad acstica generadas

por los lbulos laterales o

secundarios.

La inspeccin no es 100%

confiable para

dimensionamiento en estarea del haz ultrasnico.


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Campo Cercano del haz

ultrasnico

Su longitud dentro del material se cuantifica

mediante la ecuacin:

N = 0.25*0.94 D2 f / V

Donde:

N: longitud del campo cercano.

D: dimetro del cristal.

f: frecuencia del palpador.

V: velocidad acstica del material.


38/190


Campo Lejano del haz

ultrasnico: La intensidad acstica o

presin sonora esestable. Siendo mximaen el eje central del conode cobertura del haz y

decreciente con ladistancia (atenuacin).

La atenuacin del hazultrasnico se mide endB/m o dB/plg.

Es la regin idnea paraejecutar una inspeccin.


39/190


Campo Lejano del haz

ultrasnico: La divergencia del haz

ultrasnico, se calcula por la

ecuacin:

sen = 1.22 V / D f

Donde:

: es la mitad del ngulo dedivergencia.

V: velocidad acstica en el

material.

D: dimetro del transductor.

f: frecuencia del palpador.


40/190


Atenuacin del haz

ultrasnico


41/190


Atenuacin del haz

ultrasnico:

Es el efecto mediante el cual el haz

ultrasnico se va debilitando,

amortiguando y finalmente extinguiendo

debido a dos causas principales:

Absorcin

Dispersin.


42/190


Atenuacin por Absorcin:

Es debida a la conversin de energa

cintica en energa calrica.

Una oscilacin rpida pierde ms energa

que una lenta. Para disminuir las prdidas por absorcin

se recomienda utilizar palpadores de baja

frecuencia o amplificar la seal del equipo

con el control de ganancia.


43/190


Atenuacin por Dispersin:

El haz rebota infinidad de veces contra

inclusiones, bordes de grano, cambios de

fase, porosidades, etc.

Su efecto es ms grave que la absorcin yaque podra enmascarar pequeas

discontinuidades. Se presenta como efecto

grama sobre la pantalla del equipo A-Scan.

Se recomienda bajar la frecuencia para

reducir su efecto sobre la inspeccin.


44/190


Tipos de palpadores


45/190


Tipos de palpadores:

Los palpadores son los nicos

responsables de las caractersticas y

cualidades del haz ultrasnico.

Por su forma de acoplarse se clasifican en:

Contacto.

Inmersin.


46/190


Palpadores de Contacto:

Como su nombre lo indica, el

palpador tipo contacto, es aquel

en el cual el palpador requiere

estar en contacto directo con la

pieza a inspeccionar para

transmitir la onda ultrasnica, es

decir, en roce permanente. Para no daar el cristal

piezoelctrico por el roce contra la

pieza se utilizan zapatas o suelas

protectoras.

No recomendados cuando se

requieren altas frecuencias de

inspeccin para gran sensibilidad.


47/190


Palpadores de contacto:

Dependiendo de la geometra

de la zapata protectora el

palpador puede ser: normal o

angular, as como, por la

cantidad de transductores

puede ser: monocristal o dual.

Para pegar el palpador a la

superficie de inspeccin se

utiliza un acoplante acstico, el

cual permite la transferencia

de energa snica entre el

transductor y el material.


48/190


Tipos de palpadores de

contacto:

Palpador monocristal: es aquel

que contiene solo un transductor o

cristal piezoelctrico el cual

generalmente acta como emisor

por intervalos de tiempo y como

receptor por otros intervalos de

tiempo, por lo que son tambinllamados tipo pulso-eco.

Palpador dual: es aquel que

contiene dos transductores en la

misma carcaza, donde uno de

ellos es siempre emisor y el otro

siempre receptor, por lo que son

llamados tambin tipo emisor-receptor.


49/190


Tipos de palpadores de

contacto:

Palpadores de haz normal: son

aquellos que transmiten la onda

justo hacia abajo de su posicin,

es decir, a 90 grados con respecto

a la superficie. Pueden ser

monocristal o dual.

Palpadores de haz angular: sonaquellos que transmiten la onda

hacia adelante del palpador, es

decir, con un ngulo diferente a

90 grados con respecto a la

superficie. Pueden ser monocristal

o dual.


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Palpadores de Inmersin:

Como su nombre lo indica, el

palpador tipo inmersin, es

aquel en el cual el palpador

requiere estar inmerso en un

medio lquido que acte como

medio transmisor de la onda

ultrasnica.

Este tipo de acople entre la

pieza y palpador anula el

desgaste por roce, por lo que

no requieren de zapatas o

suelas protectoras.

Permite utilizar frecuencias

ms altas de inspeccin.


51/190


Tipos de palpadores de inmersin:

Palpadores de haz normal: son los nicos

disponibles para ensayos de inmersin ya que el

beneficio de la inspeccin angular se logra

simplemente con el proceso de angulacin del

palpador de haz normal. La onda longitudinal generada por los palpadores de

haz normal es el nico tipo de onda que se transmite

en medio lquido o gaseoso adicional al medio slido.


52/190


Sensibilidad y resolucin


53/190


Sensibilidad:

Es la capacidad de un palpador para

detectar pequeas discontinuidades.

Resolucin:

Es la capacidad de un palpador para

separar dos discontinuidades cercanasentre s.


54/190


Seleccin de palpadores:


55/190



Se debe tratar de localizar el defecto

perpendicular al haz ultrasnico.

La frecuencia del palpador debe ser

cuantificada por la relacin del tamao dedefecto mnimo detectable:

Tdmd = / 2

Por lo general para aceros de grano fino

se trabaja con 2 a 5 MHz.


56/190



Para materiales con tamao de grano grueso se

recomiendan frecuencias bajas, entre 0.5 y 2

MHz.

A menor frecuencia se obtiene mayor penetracin

pero menor sensibilidad.

A mayor frecuencia menor penetracin y mayor

sensibilidad y resolucin.

Mayor dimetro del cristal, menor divergencia y

mayor penetracin.

Mayor dimetro, mayor campo cercano.


57/190


Captulo 3

Propagacin de ondasen ultrasonido(pginas 43 a la 70)


58/190


Propagacin de ondas


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Tipos de ondas ultrasnicas:

Existen bsicamente tres tipos de ondas

ultrasnicas que se transmiten dentro del

material:

Longitudinales o de compresin.

Transversales, de corte o cizalladura.

Superficiales o de Rayleigh.


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Ondas longitudinales o de

compresin:

Las partculas vibran paralelas a la direccin de desplazamiento dela onda.

La longitud de onda se mide entre zonas de igual presinacstica.

Es la nica onda que puede desplazarse en slidos, lquidos ygases.

Es la de uso ms comn en ultrasonido.


61/190


Ondas transversales o de corte:

Las partculas vibran perpendicular al desplazamiento de la onda.

La longitud de onda se mide entre puntos en igual condicin demovimiento.

La velocidad acstica de la onda transversal es generalmente 5/9

de la velocidad longitudinal para el mismo material.

La onda transversal es ms sensible y por lo tanto ms dispersa.


62/190


Ondas superficiales o Rayleigh:

Las partculas vibran formando elipses perpendiculares a la superficie del material yparalelas al desplazamiento de la onda.

Penetran en el material solo el equivalente al valor de una longitud de onda.

La longitud de onda se mide entre puntos en igual condicin de movimiento.

La velocidad acstica de la onda superficial es generalmente 11/12 de la velocidadtransversal para el mismo material.

La onda superficial es extremadamente sensible y por lo tanto muy

dispersa.


63/190


Onda Superficial


64/190


Impedancia Acstica


65/190


Impedancia acstica:

Es la oposicin natural del material a ser perturbado por

el paso de una onda ultrasnica a travs de su

estructura atmica.

Se define por la letra Z y se calcula por la relacin

dada a continuacin:Z = V

Donde:

Z: impedancia acstica.

: densidad del material.

V: velocidad acstica de la onda.


66/190


Razn de impedancias:

Es la relacin matemtica producto de la divisin

entre la impedancia acstica de dos materiales que

se encuentran formando una interfase.

= Z2 / Z1

Interfase:

Es la superficie lmite o frontera entre dos materiales

que estn en contacto directo.


67/190


Reflexin y Transmisin:

La cantidad de energa

reflejada en una interfase

puede ser calculada mediante

la ecuacin:

R = (Z2 - Z1)2/ (Z2 + Z1)

2

La cantidad de energa

transmitida puede ser

calculada mediante la

ecuacin:

R + T = 100%


68/190


Refraccin, Reflexin y Ley de

Snell


69/190


Refraccin

Todo haz longitudinal

que viaje por un

medio uno e incida

con cierto ngulo

sobre un medio dos,producir una

refraccin en el

segundo medio con

un ngulo diferente al

incidente.

medio 1

medio 2


70/190


Reflexin

Todo haz longitudinal que viaje por un

medio uno e incida con cierto ngulo

sobre un medio dos, producir una

reflexin hacia el primer medio con elmismo ngulo incidente.

i = r

i rmedio 1

medio 2


71/190


Ley de Snell

Establece relaciones matemticas que

determinan los valores de los ngulos

de las ondas de incidencia, reflejada y

transmitidas en base a las velocidadesacsticas de cada medio involucrado.

sen i1 = sen r1 = sen l2 = sen t2Vi1 Vr1 Vl2 Vt2


72/190


Ley de Snell

Todo haz longitudinal con incidencia

angular produce tres haces diferentes:

Longitudinal reflejado en el medio 1.

Longitudinal refractado en el medio 2. Transversal refractado en el medio 2.

sen i1 = sen r1 = sen l2 = sen t2Vi1 Vr1 Vl2 Vt2


73/190


Ejercicios:

Determine el ngulo de la onda

transversal refractada en una interfase

plexiglass - acero, conociendo que el

ngulo de incidencia es 37.8 grados. Determine el ngulo de incidencia de un

palpador que marca 45 grados para acero.

Cual ser el ngulo del palpador anterior

en aluminio.


74/190


Angulos crticos:

Primer ngulo crtico: Es el

ngulo de incidencia para el

cual la onda longitudinal

refractada sale a la superficie

del material, es decir, que el

ngulo de refraccin es 90

grados.

Segundo ngulo crtico: Es

el ngulo de incidencia para el

cual la onda transversal

refractada sale a la superficie

del material, es decir, que el

ngulo de refraccin es 90grados.


75/190


Ejercicios

Cuales son los valores entre los cuales se

construyen las zapatas de palpadores

angulares para acero al carbono.

Un palpador que marque 70 grados paraacero podr ser utilizado en berilio. Cual

ser el nuevo ngulo de refraccin.

Repita el ejercicio anterior asumiendo que

el nuevo material a inspeccionar es oro.


76/190


Factores que influyen en latransmisin


77/190


Factores que influyen en la

transmisin

Acoplante.

Condicin superficial y acabado

superficial. Curvatura superficial.

Frecuencia y dimetro del palpador.


78/190


Acoplante:

Es el encargado de facilitar la transmisin

de la energa de la onda ultrasnica

dentro del material, por lo que se usa

entre el palpador y la pieza de inspeccin.

Elimina el aire en el acople.

Facilita el proceso de barrido.


79/190


Acoplante:

Debe considerarse: costo, disponibilidad,

viscosidad, adherencia, reacciones qumicas,

condicin superficial, inclinacin de la

superficie y temperatura.

Usualmente para contacto directo se utiliza:

metilcelulosa, aceite, glicerina, grasas,

silicona, vaselina, etc.

En inmersin parcial: agua

En inmersin total: kerosene.


80/190


Condicin y acabado superficial:

Las cascarillas de xido, recubrimientos, etc. deben

limpiarse de la superficie ya que la falta de adherencia

impiden el paso de haz.

La rugosidad origina disminucin de la presin acstica,

aumento del ancho de la zona muerta, gradientes develocidades, generacin de ondas parsitas, etc. Muy

grave en valores de rugosidad cercanos a /2. A mayorrugosidad menor frecuencia dentro del lmite de

sensibilidad permisible, o palpadores del tipo Emisor -

Receptor.


81/190


Curvatura superficial

La curvatura disminuye la sensibilidad, siendo menos

crticas las superficies convexas que en cncavas.

En convexas se reduce el rea del palpador, por lo

que hay mayor divergencia.

En cncavas se requieren focalizadores.

En palpadores angulares pueden generarse

indicaciones falsas por rebotes mltiples.

Se recomienda el uso de palpadores duales.

F i di t d l


82/190


Frecuencia y dimetro del

cristal

A menor longitud de onda menor rugosidad

crtica, por lo tanto, menos interferencia.

A mayor longitud de onda menor reflexin de los

lbulos laterales en la rugosidad.

Al aumentar el dimetro aumenta el efecto de la

curvatura.

Al disminuir el dimetro aumenta la divergencia.


83/190


Captulo 4

Mtodos y Tcnicas(pginas 72 a la 88)


84/190


Mtodos:

Contacto Directo: Pieza y

palpador pegados por el

acoplante. Por lo general son

sistemas manuales y porttiles.

Inmersin: Generalmente

sistemas automticos o

semiautomticos. Se utilizan parasacar la zona muerta del palpador

fuera de la pieza a inspeccionar.

No hay desgaste por roce pieza -

palpador. Los sistemas pueden

ser de inmersin total, parcial o

columna de agua y rueda.


85/190


Tcnicas:

Haz Normal: El haz esperpendicular a la pieza de ensayo

(90 grados). Trabaja con ondas

longitudinales o de compresin.

Incluye palpadores del tipo Pulso-

Eco y Emisor-Receptor.

Haz Angular: El ngulo de

incidencia es diferente a 90 gradospor lo que se genera una onda

refractada. Trabaja generalmente

con ondas transversales. Incluye

palpadores del tipo Pulso-Eco y

Emisor-Receptor.

Haz Superficial: Penetran el

equivalente a . Extremadamentesensibles.

C id i i l


86/190


Consideraciones especiales

de la tcnica de haz angular.

Generalmente utilizada para la evaluacin de cordones de

soldadura, la tcnica de haz angular requiere del

conocimiento de ciertos conceptos y ecuaciones

matemticas que ayudan a la calibracin, manejo e

interpretacin de resultados. Es de hacer notar que a menos que la orientacin de las

discontinuidades o pared de fondo sea perpendicular al

recorrido snico difcilmente se obtendr reflexin de la

onda hacia el palpador.


87/190


Consideraciones especiales de la

tcnica de haz angular.

Medio Salto o paso: Es la mnima

distancia a la cual debe colocarse el

palpador angular del centro del cordn de

soldadura para iniciar un barrido.


88/190




Salto o Doble paso: Es el doble del valor

del paso o medio salto.

La proyeccin horizontal se calcula como:

S = 2 t Tan


89/190




Rango de

Inspeccin


90/190




Forma delHaz

C


91/190




Barrido

C id i i l d l


92/190




Orientacin deDiscontinuidades

Sistemas de Inspeccin por


93/190


Sistemas de Inspeccin por

Inmersin

Tcnicas de Inspeccin Por


94/190


Tcnicas de Inspeccin Por

Inmersin

Normal Angular

Ventajas del Contacto Directo


95/190


Ventajas del Contacto Directo

vs. Inmersin

Portabilidad para trabajos en campo.

Pocos accesorios de instrumentacin.

Posibilidad de usar ondas superficiales. Gran poder de penetracin.

Posibilidad de ensayos en piezas de gran

tamao.

Ventajas de la Inmersin vs


96/190


Ventajas de la Inmersin vs.

Contacto Directo.

Posibilidad de inspeccionar con palpadores de

alta frecuencia, logrando alta sensibilidad.

Altas velocidades de barrido durante la

inspeccin.

Posibilidad de angulacin con el mismo palpador.

Capacidad para inspeccionar piezas con

superficies irregulares.

Muy buena resolucin superficial.

Desventajas del Contacto


97/190


Desventajas del Contacto

Directo vs. Inmersin.

Requiere una superficie suave para lograr un buenacople.

Dificultad para mantener el acople uniforme entre

palpador y la pieza durante el barrido.

Algunos acoplantes son de difcil remocin. Zona muerta dentro de la pieza.

Infinidad de palpadores segn el ngulo de

inspeccin requerido.

No existen muchos equipos automticos.

Desventajas de la Inmersin vs


98/190


Desventajas de la Inmersin vs.

Contacto Directo.

Gran cantidad de instrumentacin yaccesorios.

Debido a la columna de agua o medio de

inmersin se reduce drsticamente laamplitud de la seal.

Limitaciones en cuanto al tamao de la

pieza con respecto a la capacidad del

tanque para sistemas de inmersin total.


99/190


Captulo 5

Sistemas, Equipos e

Instrumentos(pginas 89 a la 120)


100/190


Sistemas

Comprende el tipo de mecanismo que seutiliza para recibir la informacin

proveniente del palpador de inspeccin.

Generalmente se habla de sistemas de:

Transmisin.

Pulso - Eco.


101/190


Sistema de Transmisin:

Se basa en la cantidad de energasnica recibida por el palpador

receptor, la cual es funcin del

efecto sombra que generen las

discontinuidades que se

encuentren atravesadas en el

recorrido snico.

Se utilizan dos palpadores, uno

emisor y uno receptor, los cuales

tienen igual ngulo de incidencia y

frecuencia de trabajo, colocados y

alineados dentro del recorrido

snico del haz.

El impulso ultrasnico puede venirpor pulsos o continuo.


102/190


Sistema de Pulso - Eco.

El haz ultrasnico es generadopor pulsos o intervalos de

corta duracin (50 a 2500 Hz).

Trabaja con un solo palpador

el cual puede ser monocristal o

dual.

Se basa en la medicin de la

intensidad acstica reflejada

contra la discontinuidad que

alcance al palpador para su

recepcin.

Existen dos tipos de equipos:

Medidores de Espesor y

Detectores de Fallas.

Sistemas Pulso - Eco


103/190


Sistemas Pulso - Eco.

Medidores de Espesor.

Los medidores de espesor sonequipos pequeos quepresentan la lectura en formadigital, midiendo generalmentesolo el tiempo de vuelo de laonda requerido para recorrer elespesor de material.

Existen medidores de espesorcon pantallas derepresentacin A-Scan paraverificacin de las lecturasrecibidas, sin embargo, estosequipos por su lentitud en laactualizacin de pantalla A-Scan no son recomendados

para la deteccin ydimensionamiento dediscontinuidades.



104/190




Los detectores de fallas sonequipos generalmente porttiles

que presentan las imgenes o

trazos en forma digital, midiendo

el tiempo de vuelo de la onda y la

intensidad acstica recibida por el

palpador una vez la onda ha sido

introducida en el interior delmaterial.

Un detector de fallas presenta

varios circuitos electrnicos que

en su conjunto ofrecen la

tecnologa necesaria para el

anlisis y procesamiento de lasseales.



105/190


Sistemas Pulso Eco.


Los principales componentes electrnicos son:

Fuente de poder.

Cronmetro o timer.

Generador de pulsos.

Generador de barrido.

Receptor - Amplificador.

Pantalla.



106/190




Los tipos de presentacin en pantalla ms

comunes utilizados por de los detectores

de falla incluyen los denominados:

A-Scan

B-Scan

C-Scan.

Tipos de presentacin en pantalla para


107/190


Tipos de presentacin en pantalla para

sistemas pulso - eco.

A-Scan: Muestra picos deamplitud basados en la intensidad

acstica recibida.

B-Scan: Traza un corte

transversal de la pieza basado en

el tiempo de vuelo requerido por

la onda para viajar entre la

superficie de inspeccin y la

superficie lmite interna.

Representa un vista lateral.

Tipos de presentacin en pantalla


108/190


Tipos de presentacin en pantalla

para sistemas pulso - eco.

C-Scan: Bosqueja por intensidad de colores

las diferentes profundidades del relieve interno

de la pieza. Representa una vista de planta.


109/190


Captulo 6

Calibracin.(pginas 121 a la 153)


110/190


Verificacin del equipo de

inspeccin.

V ifi i d l i


111/190


Verificacin del equipo:

En los equipos detectoresde falla hay que vigilar que

las condiciones operativas

del mismo se mantengan a

lo largo del tiempo.

Para ello debo verificar lossiguientes parmetros

operativos:

Linealidad vertical.

Linealidad de ganancia.


112/190


Patrones

P t


113/190


Patrones:

Permiten establecer uniformidad en la calibracin ygenerar repetitividad de respuesta, para lograr una

correcta evaluacin.

Deben ser del mismo material que el de ensayo.

Se dividen en:

Referencia.

Calibracin.

Especiales.

P t d R f i


114/190


Patrones de Referencia.

Permiten determinar el nivel deganancia requerido para un

tamao de reflector crtico

dado.

Se agrupan en:

Alcoa Serie A, (Area -

Amplitud).

Alcoa Serie B, (Distancia -

Amplitud, DAC).

ASTM E-127, (mezcla de las

series A y B.

Alcoa Serie A

Alcoa Serie B

Patrones de


115/190


Patrones de

Referencia.

ASTM E-127

-------

P t d C lib i


116/190


Patrones de Calibracin

Permiten evaluar laoperabilidad del conjunto

Equipo - Palpador,

Verificando sus

condiciones de trabajo.

Algunos de ellos son:

IIW V-1

IIW V-2

Bloque de resolucin, etc.


117/190


Patrones de Calibracin

Bloque de Resolucin

P t E i l


118/190


Patrones Especiales.

Son los utilizados enaplicaciones especiales

descritos en algunos

cdigos y normas.

Ejemplos de ellos seran:

API-5L,

ASME

Escalonado, etc.

ASME Seccin V

Escalonado

A li i d l Bl V 1


119/190


Aplicaciones del Bloque V-1.

Con los palpadores normales: Calibracin en distancia.

Resolucin.

Sensibilidad.

Con los palpadores angulares: Punto de salida del haz.

Angulo real del palpador.

Calibracin en distancia.

Sensibilidad.

Aplicaciones del Bloque V-2.


120/190


Aplicaciones del Bloque V 2.

A pesar de ser similar al V-1, no es aceptado como sustitutopor los cdigos y normas internacionales.

Con los palpadores normales:


Sensibilidad.

Con los palpadores angulares:

Punto de salida del haz.

Angulo real del palpador.


Sensibilidad.

Aplicacin del Bloque Bsico de


121/190


p q

Calibracin

Especificado en elArtculo 5 de ASMESeccin 5. Fig. 542.2.1.

Se usa para la calibracinde curvas DAC en

inspeccin angular desoldaduras.

Utilizado para calibrar lasensibilidad del equipo.

Su espesor depende delespesor de la lmina

soldada.



122/190


p q

Calibracin

El dimetro de losagujeros se ve en latabla de la Fig.542.2.1.

Puede ser fabricadoen un taller local. Conlas precaucionesnecesarias.



123/190


p q

Calibracin

La calibracin adistancia puederealizarse usando losagujeros.

La construccin de lacurva DAC se realizaobteniendo la sealde los diferentesagujeros en la

primera y segundapierna.


124/190


Captulo 7

Tipologa de las

Indicaciones(pginas 154 a la 183)

Los principales parmetros a


125/190


p p p

analizar de una indicacin son:

Distancia al origen de la pantalla

(profundidad).

Altura del pico.

Forma del pico. Cambio que experimenta al mover el

palpador.

Variacin con la frecuencia de ensayo.

Tambin se debe


126/190


considerar:

Proceso de fabricacin de la pieza

Condiciones operativas

Historial o antecedentes Conocimientos metalrgicos

Experiencia


127/190


Indicaciones y

Discontinuidades

Indicacin, discontinuidad y


128/190


defecto:

Indicacin: es lo que se obtiene al realizar elensayo. Indicaciones son causadas por las

discontinuidades, por la geometra de la pieza, as

como por mala ejecucin del ensayo que genera

indicaciones falsas.

Discontinuidad: son fallas en la continuidad delmaterial. Pudiendo esta afectar o no la operacin de

una pieza.

Defecto: son discontinuidades rechazables.

Es necesario aclarar los tipos de


129/190


indicaciones:

Falsas: (por mal procedimiento ocondiciones de trabajo).

No relevantes: (por geometra de lapieza).

Relevantes: (por discontinuidades).

Las indicaciones falsas son


130/190


producto de:

Interferencia elctrica.

Rugosidad superficial.

Exceso de acoplante.

Conversin de ondas.

Estructura del material.

Zapata del palpador, etc.

As como la diferencia entre:


131/190


As como la diferencia entre:

Eco: no es un defecto, es un reflector.

Indicaciones no relevantes: noson defectos.

Indicaciones relevantes: sondiscontinuidades que pueden ser o no

defectos.

Segn su origen podemos decir que las


132/190


discontinuidades son:

Inherentes: generadas durante lasolidificacin.

Fabricacin: generadas por el

proceso de manufactura.

Servicio: por uso, corrosin, desgaste,fatiga, etc.

Indicaciones:


133/190


Indicaciones:

Relevantes (discontinuidades):

Rechazables (defectos).

No rechazables.

No relevantes (indicaciones).


134/190


Anlisis de las indicaciones



135/190



Para una primera referencia unreflector debe ser comparado

contra otro de tamao

conocido, a la misma

profundidad.

Un reflector puede ser mayor o

menor que el haz ultrasnico,pudiendo variarse el dimetro,

ngulo y frecuencia del

palpador para determinar las

caractersticas del mismo.



136/190



Otro punto de referencia puede obtenerse

de la disminucin del eco de fondo cuando

se trabaja con palpadores de haz normal.

Es importante la orientacin de ladiscontinuidad para tratar de obtener la

mayor reflexin contra el palpador.



137/190



Si dos materiales tienen la misma

impedancia acstica no habr reflexin en

la interfase.

La seal de reflectores pequeos tiende a

confundirse con el ruido cuando estn

profundas.



138/190



Recordar el tamao mnimo detectable a lahora de seleccionar la frecuencia de

inspeccin. El mismo criterio se debe tener

en cuenta por la rugosidad superficial.

Alta sensibilidad y baja penetracin es altafrecuencia.

Baja sensibilidad y alta penetracin es baja

frecuencia.



139/190



En general es difcil detectar pequeas

discontinuidades a distancias superiores a

3N (tres veces el campo cercano).

Para la deteccin e identificacin de una

di ti id d h d d i


140/190


discontinuidad hay que deducir:

Morfologa (plana, esfrica o cilndrica).

Orientacin (con respecto al haz).

Posicin (profundidad o distancia snica).

Tamao. Naturaleza (grieta, escoria, poro, cavidad,

etc.).

Sin embargo algunas veces es muy difcil dar

un dictamen con un solo E.N.D.

Morfologa


141/190


g

Generalmente la morfologa es la

responsable de la forma del pico en la

presentacin A-SCAN.

Una indicacin en pantalla puedeconvertirse en varias juntas al variar la

frecuencia de ensayo s la misma proviene

de un agrupamiento de reflectores.

f


142/190


Morfologa

Orientacin


143/190


Orientacin

Para la caracterizacin de discontinuidadesse recomiendan los palpadores angulares

por su versatilidad de uso.

Varios ngulos de incidencia son requeridos

para verificar la orientacin de una

discontinuidad, evidentemente el

conocimiento de la pieza limita la variedad

de ngulos.

P i i


144/190


Posicin

Se recomienda realizar croquis para

estudiar el recorrido del haz dentro de la

pieza. De esta manera, es ms fcil

determinar la ubicacin de ladiscontinuidad a pesar de las posibles

reflexiones mltiples del haz ultrasnico

contra la geometra interna.

Reflectores mayores al haz


145/190


Reflectores mayores al haz

Para determinar tamaos dediscontinuidades mayores que el haz

ultrasnico, se hace un barrido superficial

(exploracin dinmica). Cuando el

palpador est al borde de ladiscontinuidad el eco de fondo es la mitad

de la altura original, igualmente ocurre con

el eco de reflector.

Reflectores menores

l h


146/190


que el haz

Para discontinuidades menores que el hazsnico (exploracin esttica) el tamao del

reflector puede compararse contra otros

conocidos naturales o artificiales.

En la prctica se usan reflectores de fondoplano sin embargo, el defecto natural siempre

ser mayor que el artificial ya que la

rugosidad del mismo provoca dispersin del

haz.


147/190


Como gua para la

interpretacin...

Gua para la

interpretacin


148/190


interpretacin...

Determinar la posicin del reflectorcon respecto al palpador.

Verificar su tamao con respecto al haz

ultrasnico.

Utilizar diversos ngulos de incidencia.

Si el tamao de la indicacin no vara con

diversos ngulos de incidencia, el reflector

es muy pequeo o esfrico. En casocontrario debera ser plano.


149/190


Captulo 8

AplicacionesMetalrgicas

(pginas 184 a la 257)


150/190


Medicin de Espesores

Medicin de espesores...


151/190


Los medidores de espesor son equipos

digitales. Que suelen incluir un patrn de

control del palpador y un nivel fijo de

ganancia.

Puede utilizarse en fabricacin y en

mantenimiento.

Los equipos modernos permiten visualizacin

A-SCAN y control de ganancia para reafirmar

las lecturas tomadas.

Medicin de espesores con

revestimiento


152/190


revestimiento...

Hay que tener cuidado cuandose realizan lecturas de espesor

a travs de revestimientos ya

que los mismos pueden

generar errores muy

significativos. Por ello siempre

se recomienda su remocin oel uso de equipos con doble

compuerta.

Se pueden usar palpadores de

haz normal monocristal o

duales.

Medicin de espesores a alta

temperatura


153/190


temperatura...

Para mediciones de espesores a alta

temperatura se deben utilizar palpadores

especiales con cristales y zapatas que tengan

una baja variacin de la velocidad acstica.

Usualmente los palpadores son enfriados para

no quemarse por sobrecalentamiento.

Las mediciones deben realizarse rpido.

Medicin de espesores a

temperaturas extremas


154/190


temperaturas extremas...

Para realizar las mediciones a altatemperatura se deben calibrar los equipos

con patrones a esa temperatura o utilizar

tablas de correccin, generalmente empricas

y diseadas por el usuario. En el caso de temperaturas bajas el

procedimiento es el mismo ya que la

velocidad acstica aumenta al bajar la

temperatura del material inspeccionado.


155/190


Inspeccin de Soldaduras

Inspeccin de Soldaduras


156/190


p

Es una de las aplicaciones ms comunesen ultrasonido junto a la medicin de

espesores.

Suele ser ejecutada mediante el uso

exclusivo de palpadores angulares.

Puede aplicarse durante el proceso de

fabricacin y en rutinas de mantenimiento.

Para calibrar el equipo se debe

conocer:


157/190


conocer:

Material base y de aporte(electrodo).

Dimensiones de la junta(espesores).

Extensin del ensayo.

Especificacionesaplicables.

Tipo de junta (tope,ngulo y en T).

Proceso de soldadura.

Diseo del bisel.

Los defectos ms comunes

en soldadura son:


158/190


en soldadura son:

Porosidad. Escoria atrapada.

Fusin incompleta.

Penetracin incompleta.

Grietas.

Su forma, ubicacin y orientacin dependen de la

configuracin de la junta, el proceso de soldadura,

el metal base, el material de aporte, la cantidad de

pases, etc.

Porosidades:


159/190


Son gases atrapados, por su distribucin se clasificaen:

Aislada.

Uniforme esparcida.

Agrupada. Lineal (generalmente en el pase de raz).

Alargada.

Escoria atrapada


160/190


p

Se debe al tipo de proceso de soldadurautilizado y muy generalmente se encuentran

ubicadas en las zonas cercanas a los

lmites geomtricos de la soldadura (bisel) y

entre los diversos pases.

La causa principal de generacin de escoria

es la variacin del espaciamiento electrodo

material, as como, golpes y brisas durante

la solidificacin.

Escoria atrapada


161/190


Escoria atrapada

Generalmente est orientada en la

direccin del cordn.

U.T. es el mtodo ms recomendado para

la deteccin de escoria. Pudiendo usarse

haz normal en cordones maquinados o

haz angular.

Fusin y penetracin incompleta:


162/190


La penetracin incompleta se da en la raz

y la fusin incompleta en las paredes

laterales del cordn.

Debido a extensin del dao el U.T. es el

mtodo ms recomendado para su

deteccin.

Grietas:


163/190


Grietas:

Normalmente son producto de diferentesgradientes de enfriamiento as como a la

aglomeracin puntual de tensiones y

esfuerzos en el material.

Pueden presentarse en:

- Cordn de soldadura.

- Metal base.

Las grietas en los cordones de

soldadura son:


164/190


soldadura son:

Transversales

Longitudinales En crter

Ocultas (cercanas a la lnea de fusin)

Las grietas en el metal base

son:


165/190


son:

Transversales Ocultas

Borde superior

Raz Laminares por desgarramiento

Laminaciones

Lnea de fusin

Grietas


166/190


Grietas

Generalmente U.T. es el mejor

mtodo para detectar grietas

siempre y cuando se logre la

perpendicularidad de la grietacon el haz ultrasnico.


167/190


Inspeccin ultrasnica de

cordones de soldadura.

Inspeccin ultrasnica en

cordones de soldadura


168/190



Se utilizan generalmente palpadores

angulares con desplazamiento en zig-zag

con largo que genere el paso y doble paso (o

salto y 1/2 salto). El ancho del pase debe ser

de al menos el 75% del ancho efectivo delpalpador.

Adicionalmente una rotacin de 30 es

recomendada para hallar discontinuidades

posicionadas al azar.

Inspeccin ultrasnica en



169/190


El clculo del largo del desplazamiento puede

hacerse por patrones o trigonometra.

Deben barrerse ambos lados del cordn o un

lado por ambas caras del material.

Para defectos transversales otro barrido debe

hacerse con el palpador sobre el cordn

maquinado o con un ngulo de 15 de

inclinacin paralelo al cordn y a ambos lados.


170/190


Interpretacin de seales de

diferentes reflectores

mediante la inspeccinultrasnica

Falta de fusin:


171/190


Este defecto se ver ms de un lado del

cordn que del opuesto.

Grieta


172/190


Este defecto se vercon igual intensidad

de ambos lados del

cordn.

Escoria


173/190


Generalmente estedefecto tiene una

superficie muy

irregular, por lo que la

imagen en pantalla

ser ms ancha que

una grieta o falta de

fusin

Poros


174/190


Son sealesestrechas y agudas,

pudiendo presentarse

en grupos.

Fusin incompleta y grietas en la

raz.


175/190


Son seales iguales, estrechas y altas,

sirve ubicar el defecto por geometra


176/190


Hi-Low

Da seal aguda en la raz pero slo de un

lado del cordn. No se debe confundir congrietas en la raz.


177/190


Anexo

Elaboracin de unProcedimiento de

Inspeccin.

Un procedimiento debe incluir:


178/190


Ttulo. Objetivo.

Personal.

Referencia.

Equipo.

Procedimiento.

Aceptacin y rechazo.

Documentacin y formatos.

Reparaciones.

Ttulo:


179/190


Debe dar una informacin precisa sobreel tpico que cubre el procedimiento.

Por ejemplo:

Procedimiento para la inspeccin de

cordones de soldadura longitudinales a

tubos de al menos 1/2 plg. de espesor y

dimetros desde 8 plg. mediante el

mtodo de contacto directo por latcnica de haz angular

Objetivo:


180/190


1.0 Debe dar una informacin ampliada sobre la

aplicacin que cubre el procedimiento.

Por ejemplo:

Este procedimiento es para ser usado en la deteccin, y

evaluacin de indicaciones en el cordn y en la zona

afectada por el calor de soldaduras longitudinales entubos de acero al carbono de al menos 1/2 plg. de

espesor y dimetros desde 8 plg. mediante el mtodo de

contacto directo por la tcnica de haz angular.

Personal:


181/190


Personal:

2.0 Indica cual es el nivel del personal quedebe estar involucrado con el procedimiento.

Por ejemplo:

El personal encargado de ejecutar la inspeccin

debe estar calificado por lo menos como nivel I. Elpersonal encargado de la evaluacin y emisin de

reportes debe estar certificado nivel II.

Referencia:


182/190


Referencia:

3.0 En este punto se puede agregar

cualquier tipo de referencia a normas y

cdigos que se consideren necesarias. Por ejemplo:

API 1104

Equipo:


183/190


Equipo:

4.0 Se establece el tipo de equipo,

palpador, acoplante, patrones, etc. a

ser utilizados.

Por ejemplo:4.1 Equipo detector de fallas con

capacidad para...

4.2Bloque de calibracin V-1...

4.3Acoplante Krautkramer ...

Procedimiento:


184/190


Procedimiento:

5.0 Debe describir cuidadosamente elprocedimiento para ejecutar la inspeccin.

Se puede incluir el procedimiento de

verificacin del equipo, calibracin,

reflectores de referencia, preparacin desuperficies, tipo de barrido, velocidad de

barrido, etc.

Criterio de aceptacin y rechazo:


185/190


6.0 Se establece en criterios muy bsicos

ya que no forma parte de las responsabilidades

definidas para los niveles I. Sin embargo sirve

de base para la evaluacin posterior por el nivel

II a la hora de tomar decisiones. Por ejemplo:

Ser rechazable cualquier discontinuidad

mayor de 10 mm de longitud...

Documentacin y formatos:


186/190


7.0 Comprende los formatos y

reportes a ser llenados por el inspector

que ejecuta la inspeccin.

Por ejemplo:

Dibujos, esquemas, tablas donde se

completa informacin, etc.

Reparaciones:


187/190


8.0 Incluye los criterios a ser utilizados cuandola reparacin o correccin de irregularidades es

permisible. Estableciendo los nuevos lineamientos para

la re-inspeccin.

Por ejemplo:

Una vez reparada la discontinuidad se proceder a su

re-inspeccin siguiendo los mismos lineamientos de un

cordn nuevo...


188/190


Pasos para la ejecucin de

una inspeccin.

Pasos para la ejecucin de una

inspeccin por ultrasonido.


189/190


Inspeccin visual de la pieza.

Material de la pieza.

Tamao de la discontinuidad mnima a

detectar.

Requerimiento de planos y esquemas.

Proceso de fabricacin de la pieza.

Anlisis de los esfuerzos de trabajo.

Cantidad de piezas.

Pasos para la ejecucin de una

inspeccin por ultrasonido.


190/190

Seleccin del mtodo y tcnica de ensayo. Elaboracin del procedimiento de inspeccin.

Seleccin del palpador.

Seleccin del acoplante.

Verificacin y Calibracin del equipo. Acceso a patrones de referencia.

Ejecucin de la inspeccin per s.

Elaboracin del reporte de inspeccin

Documents

Ultrasonido Nivel II Modificada