LABORATORIO 01-ULTRASONIDO1. INTRODUCIN
El ultrasonido siempre ha existido en la naturaleza. Es una
herramienta til para varios seres vivos. Sin embargo, recin en 1790
se tienen los primeros registros humanos de la existencia del
fenmeno y la iniciacin humana se encuentra durante la guerra
mundial de 1914. Por consiguiente, es un campo de la acstica que se
encuentra en constante desarrollo y cuyos avances presentan mejoras
a la calidad de vida de manera evidente. En este trabajo pondremos
a prueba la utilidad de este ensayo.
2. OBJETIVOS DEL LABORATORIO
Con figurar y Realizar Calibraciones de Equipos de Ultrasonido y
diferentes transductores: normal y T/R con los diferentes patrones
de calibracin.
Realizar mediciones de espesores, defectos e inspecciones en
soldadura con diferentes transductores y procedimientos
aplicables.
3. MATERIALES:
Gua de trabajo 1 equipo para deteccin de fallas por ultrasonido
EPOCH XT OLIMPUS 1 equipo para deteccin de fallas por ultrasonido
EPOCH XT OLIMPUS. 1 equipo para medicin de espesores por
ultrasonido DME KRAUTKRAMER-BRANSON. Patrones de Calibracin Recto y
Angular Acoplantes Probetas para deteccin de fallas y medicin de
espesores. Probetas para inspeccin de soldaduras.4. . IMPLEMENTOS
DE SEGURIDAD
4.1 . ANLISIS DE RIESGOS (PELIGROS POTENCIALES)
4.2 SeguridadRIESGODESCRIPCIN DEL PELIGRO
CortocircuitosLos alumnos que realizan trabajos con componentes
mecnicos y/o elctricos, no debern conectar inadecuadamente a los
toma corrientes.
Agentes que pueden daar los instrumentos de comprobacin.Los
alumnos que realizan trabajos de equipos, debern tener cuidado con
el empleo correcto de los instrumentos de medicin y comprobacin
Medio AmbienteLos alumnos que realizan trabajos con diferentes
contaminantes como grasas, aceites o similares, debern tener
cuidado con el empleo correcto y eliminacin de los residuos despus
del ensayo.
INSTRUCCIONES DE TRABAJO.Trabajar en forma ordenada. Nunca
juntar instrumentos de comprobacin y medicin con otras
herramientas
5. FUNDAMENTO TERICO:
5.1 ULTRASONIDO
El Mtodo de Ensayo Ultrasnico de los materiales est basado en
las propiedades de la propagacin, reflexin y refraccin de
vibraciones mecnicas de frecuencia entre 200 Khz. y 25 MHz. Este
rango de frecuencia se inscribe muy por encima del que corresponde
al sonido, no es posible detectarlas mediante el odo y se las
denomina por lo tanto ondas ultrasnicas.Conocida la velocidad de
propagacin en el material ensayado es posible evaluar su espesor
midiendo el tiempo de recorrido (tiempo de vuelo = time of
flight).
En otros casos es posible evaluar propiedades mecnicas midiendo
la velocidad de propagacin del sonido en el material que se
ensaya.La ms extendida de las aplicaciones se basa en la reflexin
del ultrasonido en las discontinuidades del material en el que se
propaga, lo que permite la deteccin y evaluacin de las mismasSu
campo de aplicacin es actualmente muy vasto y se prev una mayor
difusin an, merced al desarrollo de nuevas tcnicas, equipos y
sistemas.
Elevada sensibilidad ( l/ 2) y mayor exactitud en la
determinacin de la posicin de discontinuidades internas, tamao,
orientacin forma y profundidad Poca dependencia de la geometra de
la pieza, bastando en la generalidad de los caso, el acceso a una
sola de las caras. Posibilidad de inspeccionar volumtricamente el
material an tratndose de grandes espesores, del orden de metros en
metales (alto poder de penetracin). Buena resolucin. Rapidez del
examen y resultado inmediato automatizacin en la inspeccin y del
proceso de fabricacin Utilizacin de aparatos manuables y de poco
peso. Muy poco gasto en materiales de consumo y energa
elctrica.
Posibilidad de utilizar el mismo equipamiento bsico en distintos
tipos de exmenes: deteccin de defectos, evaluacin de propiedades,
medicin de espesores. Ausencia de riesgos para el operador y
personal circundante.
Esta serie de importantes ventajas no significa que el mtodo
ultrasnico sea el ms apropiado para todos los ensayos. Existen por
supuesto limitaciones en su uso:
Naturaleza demasiado absorbente del material (impedancia
acstica) Tipo de estructura interna: GRUESA (tamao de grano,
fases). Condicin de la superficie. Mayor conocimiento y
entrenamiento del personal. La inspeccin manual requiere mucha
atencin y concentracin Requiere de un patrn de referencia para
calibrar el tiempo de vuelo (distancia) como para caracterizar la
discontinuidad (amplitud). Alto costo del equipo y accesorios.
5.2 ONDAS
Ondas UltrasnicasTodo material con propiedades elsticas puede
ser sede de la propagacin de ondassnicas y ultrasnicas, en tanto
las fuerzas elsticas son capaces de retraer las partculas a su
posicin de reposo.En los cuerpos que poseen una estructura
cristalina (por ejemplo metales al estado slido) las partculas que
forman la red pueden ser desplazadas de sus posiciones
desequilibrio describiendo oscilaciones con trayectorias diversas,
en funcin de la energa mecnica aplicada, originando distintos tipos
de ondas ultrasnicas: Ondas Longitudinales Ondas Transversales
Ondas Superficiales Ondas de Lamb.Creemos oportuno remarcar que lo
que se propaga a travs del material en forma de una onda es la
"perturbacin" constituida por la puesta en oscilacin de las
partculas a suposicin de reposo.
5.3 CALIBRACIONES
5.5.1 PROCEDIMIENTO PARA CONFIGURACIN Y CALIBRACIN. (PARA SENSOR
RECTO Y E-R)1. Configuracin de Equipo de UltrasonidoPara toda
medicin de espesores, deteccin de fallas y calibracin de equipos se
debe de seguir un protocolo de configuracin de los equipos de
ultrasonido.Esta configuracin se dar en base al equipo de
ultrasonido utilizado, al manual de usuario y al conocimiento de
algunos principios bsicos de la tcnica. Familiarizacin con el
Equipo de Ultrasonido Epoch XT Visualizacin del Teclado
2. Protocolo Inicial de CalibracinPara toda calibracin se debe
de seguir el siguiente protocolo (salvo algunas variaciones al
emplear otros tipos de sensores: Colocar la pantalla en modo
Pantalla Pequea (Split) para lo cual presione [2ND F], [DISPLAY
SETUP]. Para darse cuenta que la funcin [2ND F] est activa, debe
aparecer una flecha en doble raya hacia arriba en la parte derecha
al medio de la pantalla. Colocar el nivel de desecho o corte en
cero para lo cual presione [2ND F], [VEL].con lo cual esta
realmente activando la funcin Reject. En la parte inferior de la
pantalla deben aparecer los nmeros 0-5-10-15-20, los cuales se
activan con F1, F2,etc.
Pruebe con todos ellos y quedese con 0 (F1).
Seleccione el nivel de ganancia (intensidad de seal) para lo
cual presione [GAIN], con lo cual se debe resaltar en azul en la
pantalla y el valor se puede cambiar con las flechas, en forma
rapida con las verticales y en forma fina con las horizontales, o
con F1, F2, F3, Colocar en 20 db con F2. Colocar la velocidad del
sonido aproximada del material a ensayar (ver tabla con
velocidades), para ello apretar [VEL] con lo cual se debe resaltar
en azul en la pantalla y colocar una velocidad longitudinal
predeterminada (F1,F2,), con las flechas o colocando el valor
directo que uno desee apretando [ALPHA/NUM] y digitando los nmeros
correspondientes y apretando [ENTER]. Seleccionar el rango el cual
debe estar en funcin de la mayor longitud que uno va a medir. Para
ello presione [RANGE] y proceda de la misma manera de la velocidad.
En este caso debe ser la velocidad longitudinal. Colocar espesor en
cero y ngulo en funcin del sensor que en este caso es cero. Para
ella trabaje con [2ND F], [ANGLE] para el espesor (thickness), y
simplemente [ANGLE], para el ngulo Colocar el compensador del error
de cero en cero apretando [ZERO], lo cual resaltar en azul en la
pantalla y debe de marcar cero micro segundos (s). Otras funciones
adicionales pueden cambiarse con [PULSER] o [RCVR] para lo cual
deber consultar con el profesor. Con [PULSER] colocar PRF Optimun;
Freq. 4 MHz; Energy 150 v; Damp 150 y Mode P/E.(Dual para sensor
Emisor-Receptor) Con [RCVR] colocar Filter, segn la frecuencia del
sensor; y Rect en Full.
Tiene dos ventanas que sirven para tomar las lecturas las cuales
son mostradas en la parte superior, trabajaremos solo con una G1 al
cual se accede con [GATES] y se puede cambiar el inicio 1-start
(F1), el ancho Wd (F2) y el nivel (F3).
3. Calibracin de Sensor Recto
En este caso trabajaremos inicialmente con un sensor Centrascan
C103 de 1MHz/0.5, y la calibracin requiere de un patrn del mismo
material a medir que tenga dos dimensiones conocidas que estn
debajo del espesor esperado en el material a ensayar.Seguir el
siguiente procedimiento: Seguir el protocolo de calibracin dado en
5.1. Conectar en forma correcta el transductor con un cable
conectarlo en la parte superior del EPOCH XT (T/R). Presionar [CAL]
y debe aparecel la palabra CAL an la parte derecha de la pantalla,
indicando que el equipo est en modo de auto-calibracin. Acoplar el
transductor en el patrn mas delgado (supongamos 20 mm), previo
empleo de acoplante (grasa, aceite, etc) para eliminar cualquier
posibilidad de presencia de aire. Posicionar la ventana 1 de tal
manera que este sobre el primer eco del espesor conocido y ajustar
la ganancia hasta que la seal ocupe un 80% de la pantalla (se puede
emplear 1-Auto84 con F5). El espesor aparece en nmeros grandes en
la parte superior izquierda de la pantalla (A-Scan). Al tener una
medida estable, presionar [ZERO]. La pantalla se congela y una caja
de aparece en la pantalla. Usar directamente los nmeros del teclado
y entrar el espesor exacto del patrn (en este caso 20 mm), el cual
debe de aparecer en la caja de dialogo; si comete error con los
nmeros emplear [ZERO] para Delete el error o ubicarse con las
flechas y sobrescribir. Luego presione [F1] para continuar. Acoplar
el transductor al patrn mas grueso (35 mm por ejemplo). Posicionar
la ventana 1 de tal manera que este sobre el primer eco del espesor
conocido y ajustar la ganancia hasta que la seal ocupe un 80% de la
pantalla (se puede emplear 1-Auto84 con F5). El espesor aparece en
nmeros grandes en la parte superior izquierda de la pantalla
(A-Scan). Al tener una medida estable, verificar que est en modo
[CAL], si esta en CAL, apretar [VEL]. La pantalla se congela y una
caja de aparece en la pantalla. Usar directamente los nmeros del
teclado y entrar el espesor exacto del patrn (en este caso 35 mm),
el cual debe de aparecer en la caja de dialogo; si comete error con
los nmeros emplear [ZERO] para Delete el error o ubicarse con las
flechas y sobrescribir. Luego presione [F2] para calcular y
completar la calibracin. Los parametros del ZERO (Offset) y
VELOCIDAD se ajustan automticamente y se puede medir en forma
correcta cualquier espesor de cualquier eco mostrado en la
pantalla. Hacer algunas medidas de verificacin con el equipo de
ultrasonido y un instrumento de medicin.
4. Calibracin del Sensor Emisor Receptor.
En este caso trabajaremos inicialmente con un sensor Dual
Panametric NDT D790-SM de 5 MHz y 11 mm de dimetro, y la calibracin
requiere de un patrn del mismo material a medir que tenga dos
dimensiones conocidas que estn debajo del espesor esperado en el
material a ensayar. Seguir el protocolo de calibracin dado en 5.1.
y al apretar PULSER colocar Mode en Dual. Conectar en forma
correcta el transductor, para lo cual hay que desenroscar la
cubierta de la parte superior del transductor guardndola en forma
adecuada. Conectar los cables al sensor y en la parte superior del
EPOCH XT rojo en R y azul en T/R. Presionar PULSER y colocar Mode
en Dual y un RANGE adecuado en funcin al material a medir. Colocar
el sensor en el espesor mas delgado (6.4 mm, verificar medida) y la
ventana abarcando toda la pantalla. Verificar la presencia de seal
y si es muy pequea aumentar la ganancia hasta que ocupe el 80% de
la pantalla (GAIN). Al tocar la seal la ventana se observar una
medida en la parte superior derecha (la ventana debe tocar
obligatoriamente la primera seal. Presionar [ZERO] y aumentar dicho
valor hasta que la lectura en la parte superior derecha se aproxime
a la medida del patrn (6,4 mm). Se observar que las seales se
desplazan hacia la izquierda. Ahora estamos listos para empezar a
calibrar. Presionar [CAL] (en la parte inferior derecha debe
aparecer CAL, que indica que est activo, para desactivar presionar
CAL nuevamente). Colocar el sensor en el espesor mas delgado (6.4
mm), la ventana debe tocar la primera seal y esta debe ocupar el
80% de la pantalla. Presionar [ZERO], la pantalla se congela y
aparece una caja en el centro de la pantalla en la cual hay que
colocar la medida (6.4 mm), luego presione F1 para continuar.
Colocar el sensor en la siguiente medida patrn (19,1 mm), verificar
que la ventana toque la primera seal y esta ocupe el 80% de la
pantalla. Presionar [CAL], luego [VEL], la pantalla se congela y
aparece una nueva caja en la cual hay que colocar la medida del
patrn (19,1 mm). Presionar [F2] Calculate para completar la
calibracin. El ZERO y la velocidad VELOCITY, se ajustan
automticamente. Hacer algunas medidas de verificacin con el equipo
de ultrasonido y un instrumento de medicin.
6. PROCEDIMIENTO:
TAREA N 1: Calibracin de Transductor/Palpador Pulso Eco
(P/E)
6.1 Usando un Patrn de Calibracin, calibrar el equipo de
deteccin de fallas para un palpador recto o pulso-eco para
diferentes rangos de medicin segn las probetas de medicin y
deteccin de fallas.
6.2. Con los datos obtenidos de su calibracin complete los
recuadros y pantallas mostrados en su equipo de deteccin de
fallas.
TAREA N 2: Calibracin de Transductor/Palpador Dual
6.3 Usando un Patrn de Calibracin, calibrar el equipo de
deteccin de fallas para un palpador dual para diferentes rangos de
medicin segn las probetas de medicin y deteccin de fallas.
6.4. Con los datos obtenidos de su calibracin complete los
recuadros y pantallas mostrados en su equipo de deteccin de
fallas.
TAREA N 3: Medicin de Espesores con diferentes equipos y
transductores.
6.5. Realizar la medicin de espesores del patrn VW con
diferentes equipos de medicin de espesores y su equipo de deteccin
de fallas.
6.6. Con los datos obtenidos de sus mediciones complete los
recuadros y pantallas mostrados en su equipo de deteccin de
fallas.
TAREA N 4: Deteccin de defectos en un bloque patrn.
6.7. En el bloque patrn de discontinuidades indicar y ubicar la
profundidad de las discontinuidades encontradas y esquematizar las
mismas.
Tenga en consideracin en todo momento acerca de las normas de
seguridad.