ENSAYOS NO DESTRUCTIVOS - ULTRASONIDOS ENSAYOS NO

ENSAYOS NO DESTRUCTIVOS - ULTRASONIDOS
ENSAYOS
NO DESTRUCTIVOS
ULTRASONIDOS
NIVEL II
AEND
Asociación Española de Ensayos no Destructivos
Edita: FUNDACION CONFEMFTAL
Príncipe de Vergara, 74,28006 Madrid.
** ULTRASONIDOS **
1
ENSAYOS NO DESTRUCTIVOS - ULTRASONIDOS
Tfno,: 91 782 36 30 m Fax: 91 563 17 41
Depósito Legal: M-39131-2006
Impreso en España - Printed in Spain
** ULTRASONIDOS **
2
ENSAYOS NO DESTRUCTIVOS - ULTRASONIDOS
INDICE
1
ULTRASONIDOS
8
1.1 NATURALEZA DE LOS ULTRASONIDOS ......................................................................................................... 8
1.2 PRODUCCIÓN Y TRANSMISION DE LAS ONDAS SONORAS ....................................................................... 9
1.3 PROPAGACION DE LAS ONDAS SONORAS .................................................................................................. 10
1.4 PARAMETROS DE LAS ONDAS SONORAS .................................................................................................... 11
1.5 EMISION SONICA................................................................................................................................................ 12
2
MODOS DE VIBRACIÓN O TIPOS DE ONDAS
14
2.1 ONDA LONGITUDINAL O DE COMPRESION................................................................................................. 14
2.2 ONDA TRANSVERSAL O DE CORTE ............................................................................................................... 14
2.3 ONDA DE SUPERFICIE O DE RAYLEIGH ....................................................................................................... 15
2.4 ONDAS DE CHAPA U ONDAS DE LAMB ........................................................................................................ 16
2.5 IMPEDANCIA ACUSTICA .................................................................................................................................. 17
2.6 Intensidad acústica.................................................................................................................................................. 17
2.7 PRESION ACUSTICA .......................................................................................................................................... 17
2.8 PRESION REFLEJADA EN UNA DISCONTINUIDAD ..................................................................................... 19
2.9 ATENUACION DE LAS ONDAS SONORAS ..................................................................................................... 19
2.9.1
Dispersión ................................................................................................................................................... 19
2.9.2
Absorción ................................................................................................................................................... 20
3
REFLEXION Y TRANSMISION DE ONDAS
22
3.1 INCIDENCIA NORMAL ...................................................................................................................................... 22
3.1.1
Incidencia normal en superficie limite única .............................................................................................. 22
3.1.2
Incidencia normal en superficie límite múltiple ......................................................................................... 24
3.2 INCIDENCIA ANGULAR .................................................................................................................................... 25
4
GENERACION Y RECEPCION DE LAS ONDAS ULTRASONICAS
27
4.1 MAGNETOSTRICCION ....................................................................................................................................... 27
4.2 PIEZOELECTICIDAD .......................................................................................................................................... 27
4.3 CARACTERISTICAS DE LOS CRISTALES PIEZOELECTRICOS .................................................................. 28
5
CAMPO ULTRASONICO DE UN OSCILADOR
31
5.1 CAMPO PROXIMO Y LEJANO DE UN OSCILADOR CONT1NUO ............................................................... 31
5.2 CAMPO ULTRASÓNICO DE UN OSCILADOR POR IMPULSOS .................................................................. 33
5.3 ECO Y SOMBRA DE UN OBSTACULO EN EL CAMPO ULTRASONICO .................................................... 34
6
PALPADORES
34
6.1 CONSTRUCCIÓN DE LOS PALPADORES ....................................................................................................... 34
6.2 CARACTERISTICAS RESPECTO A FRECUENCIA Y DIAMETRO DEL CRISTAL..................................... 35
6.3 DIFERENTES TIPOS DE PALPADORES ........................................................................................................... 36
6.3.1
Palpadores de contacto ............................................................................................................................... 36
6.3.2
Palpadores de inmersión ............................................................................................................................. 39
6.3.3
Palpadores focalizantes............................................................................................................................... 40
3
** ULTRASONIDOS **
ENSAYOS NO DESTRUCTIVOS - ULTRASONIDOS
6.4 PALPADORES ESPECIALES .............................................................................................................................. 41
7
TECNICAS DE EMISION Y RECEPCION DE LOS ULTRASONIDOS
42
7.1 TECNICA DE RESONANCIA .............................................................................................................................. 42
7.2 TECNICA DE TRANSMISION ............................................................................................................................ 43
7.3 TECNICA DE IMPULSO-ECO ............................................................................................................................. 44
7.3.1
Medida del tiempo de recorrido (T) ........................................................................................................... 44
7.3.2
Medida de la intensidad acústica y tiempo de recorrido (IT) ..................................................................... 44
7.4 DETECCIÓN DE DISCONTINUIDADES ........................................................................................................... 45
8
EQUIPO PARA MEDIDA DE LA PRESION ACUSTICA Y TIEMPO DE RECORRIDO
48
8.1 SISTEMA DE SINCRONISMO ............................................................................................................................ 48
8.1.1
Generador de voltaje de deflexión horizontal ............................................................................................. 48
8.1.2
Emisión de impulsos eléctricos de alta frecuencia ..................................................................................... 49
8.1.3
Luminosidad del pincel Luminoso ............................................................................................................. 49
8.2 GENERADOR DE ALTA FRECUENCIA ........................................................................................................... 49
8.3 AMPLIFICADOR .................................................................................................................................................. 50
8.4 MONITORES ......................................................................................................................................................... 51
8.5 SISTEMAS DE REPRESENTACION .................................................................................................................. 51
8.5.1
Representación de tipo A............................................................................................................................ 51
8.5.2
Representación de tipo B ............................................................................................................................ 52
8.5.3
Representación de tipo C ............................................................................................................................ 52
9
PUESTA A PUNTO DEL ENSAYO
53
9.1 CONDICION DE LA SUPERFICIE DEL MATERIAL ....................................................................................... 53
9.1.1
Acabado superficial .................................................................................................................................... 53
9.1.2
Rugosidad de la superficie .......................................................................................................................... 53
9.1.3
Curvatura de la superficie ........................................................................................................................... 53
9.2 MEDIO DE ACOPLAMIENTO ............................................................................................................................ 55
9.3 DIAMETRO Y FRECUENCIA DEL PALPADOR .............................................................................................. 55
9.4 BLOQUES DE CALIBRACIÓN Y DE REFERENCIA ....................................................................................... 55
9.4.1
Bloque de calibración V1 ........................................................................................................................... 56
9.4.2
Bloque de calibración V2 ........................................................................................................................... 57
9.4.3
Bloque ASME ............................................................................................................................................ 57
9.5 COMPROBACIONES DEL EQUIPO-PALPADOR............................................................................................. 58
9.5.1
Relación señal-ruido ................................................................................................................................... 58
9.5.2
Zona muerta ................................................................................................................................................ 58
9.5.3
Poder de resolución .................................................................................................................................... 59
9.6 COMPROBACIONES DE LOS PALPADORES .................................................................................................. 59
9.6.1
Isobara de -20 dB........................................................................................................................................ 59
9.6.2
Determinación del punto de salida de un palpador angular ........................................................................ 61
9.6.3
Determinación del ángulo real de salida..................................................................................................... 62
9.7 COMPROBACIONES EN EL EQUIPO ............................................................................................................... 63
9.7.1
Linealidad horizontal .................................................................................................................................. 63
** ULTRASONIDOS **
4
ENSAYOS NO DESTRUCTIVOS - ULTRASONIDOS
9.7.2
Linealidad vertical ...................................................................................................................................... 64
10 CALIBRACIONES Y AJUSTES PREVIOS AL ENSAYO
65
10.1 AJUSTE DE LA BASE DE TIEMPO .................................................................................................................... 65
10.1.1
Ajuste en recorrido del sonido con palpador normal .................................................................................. 65
10.1.2
Ajuste en recorrido del sonido con palpador angular ................................................................................. 65
10.1.3
Ajuste con bloque de calibración V2 .......................................................................................................... 66
10.1.4
Determinación de la situación de un reflector ............................................................................................ 67
10.2 AJUSTE EN DISTANCIA DE PROYECCIÓN .................................................................................................... 67
10.3 AJUSTE EN DISTANCIA DE PROYECCION ACORTADA ............................................................................. 68
10.4 AJUSTE DE LA SENSIBILIDAD......................................................................................................................... 69
10.4.1
Técnica del reflector simple ....................................................................................................................... 69
10.4.2
Técnica de la curva "amplitud-distancia" (CAD) ....................................................................................... 70
10.4.3
Técnica del "tamaño-distancia-amplitud" (DAT) ....................................................................................... 71
10.4.4
Escalas AVG .............................................................................................................................................. 72
11 ENSAYO DE UNIONES SOLDADAS
74
11.1 DEFECTOS EN UNIONES SOLDADAS ............................................................................................................. 74
11.1.1
Defectos internos ........................................................................................................................................ 74
11.1.2
Defectos externos ....................................................................................................................................... 76
11.2 TECNICAS DE INSPECCION .............................................................................................................................. 78
11.2.1
Técnica con incidencia normal ................................................................................................................... 78
11.2.2
Técnica con incidencia angular .................................................................................................................. 80
11.3 REALIZACIÓN DEL ENSAYO ........................................................................................................................... 81
12 ENSAYOS EN MATERIALES METALICOS
82
12.1 PRODUCTOS MACIZOS COMO: LINGOTES, BARRAS, PALANQUILLAS, DESBASTES Y BRUTOS DE
FORJA .................................................................................................................................................................... 82
12.1.1
Lingotes ...................................................................................................................................................... 82
12.1.2
Desbastes y brutos de forja ......................................................................................................................... 83
12.1.3
Barras.......................................................................................................................................................... 83
12.1.4
Palanquillas................................................................................................................................................. 84
12.2 PIEZAS MOLDEADAS ........................................................................................................................................ 84
12.3 PIEZAS FORJADAS, PRENSADAS O ESTAMPADAS ..................................................................................... 84
12.4 PRODUCTOS LAMINADOS Y EXTRUIDOS .................................................................................................... 85
12.4.1
Ensayo de chapas ........................................................................................................................................ 85
12.4.2
Ensayo de tubos .......................................................................................................................................... 86
12.5 ENSAYO DE EJES Y VASTAGOS ...................................................................................................................... 87
12.6 DIFERENTES ENSAYOS DE MANTENIMIENTO............................................................................................ 88
12.6.1
Ejes de ferrocarril ....................................................................................................................................... 88
12.6.2
Raíles de ferrocarril .................................................................................................................................... 89
12.6.3
Bulones y tornillos ...................................................................................................................................... 90
12.6.4
Elemento estructural aeronáutica................................................................................................................ 91
13 ENSAYO DE MATERIALES NO METALICOS
** ULTRASONIDOS **
94
5
ENSAYOS NO DESTRUCTIVOS - ULTRASONIDOS
13.1 MATERIALES COMPUESTOS DE FIBRA DE CARBONO.............................................................................. 94
13.1.1
Ensayo por contacto.................................................................................................................................... 94
13.1.2
Ensayo por inmersión ................................................................................................................................. 96
13.2 DETECCION DE AGUA EN ESTRUCTURAS DE PANAL DE ABEJA (HONEY-COMB) ............................ 96
13.2.1
Ensayo por contacto.................................................................................................................................... 97
13.2.2
Ensayo por inmersión ................................................................................................................................. 97
14 ENSAYOS ESPECIALES
99
14.1 ENSAYOS DE INMERSION ................................................................................................................................ 99
14.2 TECNICAS DE ENSAYO ................................................................................................................................... 100
14.2.1
Impulso-eco .............................................................................................................................................. 100
14.2.2
Transmisión .............................................................................................................................................. 100
14.2.3
Placa reflectante........................................................................................................................................ 101
14.2.4
Automático con representación C............................................................................................................. 101
14.3 MEDIDORES DE ESPESORES .......................................................................................................................... 102
14.3.1
Bloques de calibración.............................................................................................................................. 102
14.3.2
Calibración con equipos analógicos y digitales ........................................................................................ 102
14.3.3
Medida de espesores en superficies curvas .............................................................................................. 103
15 DETERMINACION DEL TAMAÑO Y FORMA DE UN REFLECTOR
105
15.1 DETERMINACION DE LA FORMA ECONOMICA ........................................................................................ 105
15.2 DETERMINACION DE UN REFLECTOR MAYOR QUE LA SECCION TRANSVERSAL DEL HAZ ....... 106
15.2.1
Determinación de la longitud ................................................................................................................... 106
15.2.2
Determinación de la anchura .................................................................................................................... 107
15.2.3
Determinación de la altura o profundidad ................................................................................................ 107
15.2.4
Técnica TOFD para discontinuidades internas ......................................................................................... 108
15.2.5
Técnica TOFD para discontinuidades abiertas a la superficie.................................................................. 110
** ULTRASONIDOS **
6
ENSAYOS NO DESTRUCTIVOS - ULTRASONIDOS
GENERALIDADES E HISTORIA
La primera utilización importante conocida de los ultrasonidos fue realizada por Langevin durante la Primera
Guerra Mundial, para sondeos subacuáticos.
En 1929 el profesor S. Sokolov descubre que las vibraciones ultrasónicas pueden penetrar en grandes espesores de
metal, y ser trasmitidas por alambres a grandes distancias.
Entonces pensó, que podrían utilizarse para descubrir imperfecciones en los metales.
Esto le llevó a idear un instrumento que denominó Defectoscopio. Aplicó su aparato al estudio de las cualidades
estructurales de los metales, y del temple de los aceros.
También lo utilizó para revelar la presencia de objetos contenidos en bloques opacos de material.
Para ello ideó un aparato que enviaba sobre una pantalla especial, la imagen de los objetos ocultos que podían
encontrarse en los cuerpos metálicos.
Hasta 1942, con el descubrimiento y aplicación del sonar por Firestone, para localización de buques, y medida de
profundidades marinas, no empezó el despegue en la utilización de los ultrasonidos en la detección de
heterogeneidades en los materiales con la técnica de impulso-eco.
APLICACIONES
Son tantas Las aplicaciones de los ultrasonidos, que la mejor clasificación que se puede hacer, es ateniéndonos a la
gama de frecuencias:







Frecuencias entre 30 y 100kHz: se utilizan en procesos industriales como: comunicaciones, navegación y
pesca, química, biología, soldadura, mecanizado, colada-moldeo.
Frecuencias entre 100kHz y 100 MHz: utilizadas en control de calidad, para ensayos de: defectología,
metrología y caracterización.
En construcciones navales y metálicas, para el control de productos semielaborados, y de uniones.
En la industria metalúrgica, para el control de productos fundidos, forjados y laminados, como por
ejemplo: chapas, tubos y alambres.
En comunicaciones, para el control de material rodante, aeronáutico y vías de comunicación (raíles).
En instalaciones de potencia, para inspección de recipientes solicitados por presión, y temperaturas
elevadas.
En la industria química, para inspección de instalaciones susceptibles de ser atacadas por sustancias
químicas.
** ULTRASONIDOS **
7
ENSAYOS NO DESTRUCTIVOS - ULTRASONIDOS
1 ULTRASONIDOS
1.1 NATURALEZA DE LOS ULTRASONIDOS
Los ultrasonidos son ondas del mismo tipo que los sonidos audibles, diferenciándose únicamente en la frecuencia
de operación y forma de propagación. Los ultrasonidos operan con frecuencias por encima de la zona audible
del espectro acústico.
Figura l.1
En la figura 1.1 se observan tres zonas perfectamente diferenciadas en el espectro acústico:





INFRASONICA o sonidos no audibles por el oído humano. Corresponden a esta zona, las oscilaciones
cuya frecuencia es menor de 16 Hz/seg.
SÓNICA o sonidos audibles, comprendida en la gama de frecuencias de oscilación, de 16 a 20000 Hz/seg.
Una onda acústica dentro de esta gama de frecuencia pudiera no ser audible al no tener el mínirno de
presión acústica necesaria para ser registrada por el oído, o por sobrepasar la presión máxima soportable
por los mecanismos físicos del oído.
Para conocer cuando una onda sonora se aproxima al máximo de frecuencia soportable por el oído
(20kHz), es el momento en que el sonido empieza a molestar en el oído: "Umbral del dolor".
ULTRASÓNICA, es aquella donde la frecuencia de las oscilaciones es superior a 20kHz.
** ULTRASONIDOS **
8
ENSAYOS NO DESTRUCTIVOS - ULTRASONIDOS
Las frecuencias más altas logradas hasta el momento son del orden de 1000MHz. Las frecuencias utilizadas en los
ensayos para el control de heterogeneidades en ensayos de materiales metálicos se realizan con frecuencias
generalmente comprendidas entre 1 y 25MHz.
1.2 PRODUCCIÓN Y TRANSMISION DE LAS ONDAS SONORAS
Cuando un medio elástico es perturbado por una acción instantánea o continua, hace que esta perturbación se
propague a través del referido medio, mediante lo que se llama movimiento ondulatorio u onda.
Esta propagación no supone traslación real de la materia, sino transmisión de energía. Así, cada partícula afectada
por la perturbación (figura 1.2), se desplaza de su posición de equilibrio, tendiendo a volver a la posición de
reposo, y sobrepasando la misma pendularmente en un movimiento vibratorio armónico.
Figura 1.2
Como se ve en la figura tenemos una masa (M), sujeta a un punto fijo mediante un resorte R. Si aplicamos a la
masa una fuerza (F), haciendo que dicha masa se separe de su posición de equilibrio (punto O), se producirá
un desplazamiento del punto de aplicación de la fuerza.
La relación entre el desplazamiento y la fuerza aplicada, viene expresada por la ley de Hooke:
F=-kX
Donde:
F = fuerza deformadora.
k = constante elástica.
X = desplazamiento del punto de equilibrio.
Una vez conseguido el desplazamiento, y cesada la acción de (F), vemos que la masa (M) vuelve, y aun rebasa su
posición de equilibrio hasta una distancia (-X), debido a la inercia de (M).
La misma fuerza del resorte comprimido, hace que (M) vuelva a su posición de equilibrio, y la rebase hasta (X),
repitiéndose este proceso indefinidamente, aunque en la práctica, y debido a la resistencia que opone el medio
externo (rozamiento), cesa al cabo de un cierto tiempo.
El movimiento vibratorio armónico, se define por los parámetros: Amplitud (A), y Frecuencia (f).
Asimismo, los parámetros que definen la propagación real a través de un medio son:
Longitud de onda (A), y Velocidad acústica (C).
Todos estos parámetros tipifican el movimiento ondulatorio, y la transmisión sónica. Esta transmisión sónica, se
realiza por la transmisión de energía de unas partículas a sus adyacentes, mediante sus enlaces elásticos: en la
figura 1.3, vemos la imagen de un cuerpo elástico.
** ULTRASONIDOS **
9
ENSAYOS NO DESTRUCTIVOS - ULTRASONIDOS
Figura 1.3
1.3 PROPAGACION DE LAS ONDAS SONORAS
Como hemos visto en el punto anterior, la transmisión sónica se realiza de unas partículas a sus adyacentes
mediante sus enlaces elásticos, por tanto, es necesario un soporte material, que puede ser sólido, liquido, o
gaseoso; de lo cual se deduce que no existe transmisión sónica en el vacío.
Como caso sencillo de propagación de ondas, tenemos el ejemplo del diapasón (figura 1.4).
Cuando el mazo golpea el diapasón, este vibra y genera una perturbación en el medio que le rodea, en este caso el
aire (figura 1.4).
La perturbación se propaga por el aire hasta el oído del que escucha. La membrana del tímpano lo recepciona y
transmite al cerebro, el cual lo convierte en señal sensitiva.
Análogamente, en el ensayo ultrasónico, un corto impulso de corriente eléctrica golpea a un vibrador (cristal), el
cual vibra como lo hacia el diapasón (figura 1.5).
Figura 1.5
El haz sónico que sale del cristal, se transmite a través de un medio de acoplamiento (aceite, silicona, etc.), hasta la
parte frontal de la pieza en ensayo.
En la figura, vemos las ondas ultrasónicas propagándose por la pieza. En el punto y figura 1.2, estudiamos el
comportamiento de una partícula material o cuerpo simple. Ahora analizaremos el comportamiento de un
grupo de partículas, átomos o moléculas mostradas en la figura 1.6.
** ULTRASONIDOS **
10
ENSAYOS NO DESTRUCTIVOS - ULTRASONIDOS
Figura 1.6
Tenemos tres partículas en cada uno de los planos 1, 2 y 3, unidas entre sí, y a su vez, con las del plano adyacente,
mediante fuerzas elásticas.
A las partículas del primer plano, las sometemos a un esfuerzo de tracción o compresión por debajo de su límite
elástico. Al estar unidas entre sí mediante fuerzas elásticas, cada una transmitirá a las del plano siguiente, el
mismo esfuerzo de tracción o compresión.
Si la unión entre partículas fuera no elástica, comenzaría el movimiento al unísono, permaneciendo constantemente
en el mismo estado de movimiento, o sea, en la misma fase.
Cuando se trata de un material elástico (en mayor o menor grado, todos los materiales son elásticos), el movimiento
requiere un cierto tiempo para ser transmitido de un plano al siguiente, y de este al siguiente; es decir, los
planos sucesivos alcanzan el estado de movimiento con un retardo de fase.
En la figura 1.7 vemos la imagen instantánea de la sección en un modelo elástico, donde la onda se propaga de
izquierda a derecha, y nos permite observar, como el cambio de fase en los distintos planos, crea zonas en
donde las partículas están muy próximas unas a otras (zonas de compresión), y otras zonas donde las partículas
están mas separadas (zonas de dilatación).
Figura 1.7
La figura nos muestra, las zonas de compresión consecutivas, al igual que las de dilatación, las cuales conservan
una misma distancia (longitud de onda).
1.4 PARAMETROS DE LAS ONDAS SONORAS


Amplitud (A): es el desplazamiento máximo de la partícula de su posición de equilibrio.
Frecuencia (f): es el número de oscilaciones completas que la partícula realiza por segundo. Se mide en
ciclos/seg.
1 c/s = 1 Hertzio (Hz). En ultrasonidos, las frecuencias utilizadas son mucho más altas, por lo que se hace necesario
utilizar los múltiplos del Hertzio:
Kilohertzio (kHz) = 1000Hz
Megahertzio (MHz) = 1000000Hz


Longitud de onda (A): es la distancia entre dos planos de partículas que se encuentran en el mismo estado
𝐶
de movimiento (figura 1.7). La longitud de onda es inversamente proporcional a la frecuencia: 𝜆 = .
𝑓
Velocidad acústica (C): es la velocidad de propagación de la onda acústica a través del medio. Es
constante y característica de cada material, sea cual sea la frecuencia. En los metales sobre todo, podemos
** ULTRASONIDOS **
11
ENSAYOS NO DESTRUCTIVOS - ULTRASONIDOS
afirmar que es constante, ya que las mínimas variaciones debidas a temperatura y presión, son
despreciables. No ocurre lo mismo en líquidos y gases, ya que en estos medios, la velocidad variará en
función de la presión, y sobre todo de la temperatura.
La velocidad acústica es igual al producto de la frecuencia por la longitud de onda (𝐶 = 𝑓 ∙ 𝜆)



Velocidad máxima de vibración (V): es la velocidad propia de la partícula en su movimiento oscilatorio.
Presión acústica (p): en los puntos de gran densidad de partículas, la presión es mayor que la normal,
mientras que en las zonas dilatadas es menor. El símbolo de la presión instantánea es (p), mientras que al
valor máximo de la presión se le designa por (P).
Fase: es la condición instantánea dentro de una oscilación. Este concepto se comprende fácilmente cuando
se comparan dos oscilaciones distintas, (figura 1.8), en la que aparece una diferencia de fase.
Figura 1.8

Atenuación: es la disminución de la amplitud de una oscilación, en función del tiempo. La atenuación es
debida a la suma de la Dispersión y la Absorción. En la figura 1.9 se aprecia la diferencia en una misma
onda sin atenuar; débilmente atenuada; y fuertemente atenuada.
Figura 1.9
1.5 EMISION SONICA
La emisión sónica se puede realizar continuamente o por impulsos.
La onda continua es aquella que se emite de una forma continuada, donde la partícula en cada instante tiene unas
características de movimiento que varían de forma periódica con el tiempo (figura 1.10a). Este tipo de onda se
utiliza con las técnicas de Resonancia y Transparencia.
** ULTRASONIDOS **
12
ENSAYOS NO DESTRUCTIVOS - ULTRASONIDOS
Figura 1.10
La onda por impulsos (figura 1.10.b), es la que se emite a intervalos variables de tiempo. Estos impulsos cortos
tienen una duración del orden de microsegundos, y el tiempo que transcurre entre impulsos consecutivos es del
orden de milisegundos.
De esto se deduce que el sistema de ensayo esta listo para recibir señales la mayor parte del tiempo, ya que son
unas mil veces mas, el tiempo recibiendo, que emitiendo.
La onda por impulso se utiliza en las inspecciones por la técnica de impulso-eco. En la figura 1.11, están
representadas las diferentes formas de la onda por impulsos.
Figura 1.11
Si en un material introducimos por una cara una onda de emisión continua, y midiendo la cantidad de energía que
llega a la cara paralela de dicho material después de ser atravesado por la onda, podremos determinar si dentro
del material se encuentra algún tipo de discontinuidad, pero no se podrá determinar a la profundidad que se
encuentra.
Si por el contrario introducimos una onda por impulsos, si se podrá determinar el tiempo que tarda en ir y volver, lo
cual nos permite no sólo detectar la existencia de cualquier discontinuidad dentro del material, sino medir la
distancia a la que se encuentra desde la superficie de entrada.
** ULTRASONIDOS **
13
ENSAYOS NO DESTRUCTIVOS - ULTRASONIDOS
2 MODOS DE VIBRACIÓN O TIPOS DE ONDAS
Existe una gran variedad de tipos de onda que se van a mencionar, aunque sólo profundizaremos en el estudio de
las más comúnmente utilizadas en los ensayos de materiales.




Ondas de borde: se producen por difracción, cuando el haz ultrasónico incide sobre el borde de una
discontinuidad. Se propagan en todas direcciones.
Ondas de Creep (Creeping wave): se propagan por la superficie, proceden de la conversión de modos de
una onda longitudinal, o de una transversal.
Ondas de Love: cuando la onda de chapa transversal, se propaga por una chapa adherida a un solido
diferente, como puede ser un plaqueado, se denomina onda de Love.
Onda de barra: en una barra con sección circular o cuadrada, es posible la propagación de ondas de
dilatación, que se conocen como ondas de barra.
Las ondas más conocidas por su utilización en los ensayos de materiales, son:
2.1 ONDA LONGITUDINAL O DE COMPRESION
Como vemos en la figura 2.1, en este tipo de onda, las partículas oscilan en la misma dirección que el sentido de
propagación de la onda.
Figura 2.1
Vimos en la figura 1.7 que la fluctuación de las partículas respecto de su posición de equilibrio, hace que existan
zonas de compresión (partículas muy juntas), y zonas de depresión (partículas muy separadas); es por esto, que
también se conocen como ondas de presión u ondas de densidad.
El modo de vibración longitudinal se produce tanto en sólidos, como en líquidos y gases.
Estas zonas de compresión y depresión se desplazan a través del medio a una velocidad constante, y propia de este
medio (C). Cada material, tiene una velocidad de propagación fija y conocida, variando dicha velocidad de
unos materiales a otros. Para el cálculo de esta velocidad, se utiliza la fórmula:
𝐸(1 − 𝜇)
𝐶𝑙 = √
𝜌(1 + 𝜇)(1 − 2𝜇)
Donde: E = módulo de elasticidad
 = coeficiente de Poisson
 = densidad
Los parámetros que intervienen en la anterior expresión, y que son intrínsecos del material, determinan el valor de
su velocidad de propagación, la cual es totalmente independiente de la frecuencia, tenga ésta el valor que
tenga.
2.2 ONDA TRANSVERSAL O DE CORTE
En este tipo de onda, la vibración de las partículas es perpendicular al sentido de propagación (figura 2.2), se
produce esta vibración al aplicar una fuerza cortante y periódica en el borde de un material sólido.
Esta fuerza cortante se transmite a las partículas de los planos adyacentes, dando lugar a oscilaciones transversales
retardadas, según su distancia al plano de excitación.
** MODOS DE VIBRACIÓN O TIPOS DE ONDAS **
14
ENSAYOS NO DESTRUCTIVOS - ULTRASONIDOS
Figura 2.2
A una cierta distancia (figura 2.3) se encontrará un plano donde las partículas se encuentran en el mismo estado de
vibración, que las partículas de otro plano. La distancia entre los dos planos nos marca la longitud de onda ().
Figura 2.3
Este tipo de onda recibe también el nombre de onda de cizalladura.
La presión acústica de la onda transversal se define como: la fuerza cortante por unidad de superficie, normal a la
misma.
Lo mismo para la onda longitudinal, que para la transversal, la máxima presión acústica se alcanza cuando las
partículas están más próximas, y la mínima cuando están más alejadas, por lo que la presión y el movimiento
de las partículas, están desfasadas 1/4 T (periodo).
Los gases y los líquidos por su condición de fluidos, no pueden transmitir este tipo de onda, ya que carecen de
enlaces elásticos transversales.
Para el cálculo de la velocidad de la onda transversal, se utiliza la siguiente fórmula:
𝐶𝑡 = √
𝐸
1
𝜌 2(1 + 𝜇)
La velocidad de la onda longitudinal y transversal para un mismo material, y de acuerdo con las formulas dadas,
están relacionadas según:
1 − 2𝜇
𝐶𝑡 = 𝐶𝑙√
2(1 − 𝜇)
El coeficiente de Poisson (), oscila entre 0 y 0,5 para todos los materiales sólidos, por lo que el valor de la anterior
ecuación, se mantiene por debajo de 1, pudiéndose por tanto asegurar, que la velocidad de la onda transversal,
es inferior a la longitudinal para un mismo material.
La relación de velocidad entre la onda longitudinal y transversal es: 𝐶𝑡⁄𝐶𝑙 ≅ 0,5


para acero= 0,55
para aluminio= 0,49
2.3 ONDA DE SUPERFICIE O DE RAYLEIGH
Son un caso particular de onda transversal. Se propagan por la superficie plana o curva de un solido siguiendo su
contorno (figura 2.4), salvo que llegue a una arista viva, o una zona curva con un radio inferior a una longitud
de onda, en cuyo caso la onda se refleja, dando una señal en pantalla.
** MODOS DE VIBRACIÓN O TIPOS DE ONDAS **
15
ENSAYOS NO DESTRUCTIVOS - ULTRASONIDOS
Figura 2.4
Lo mismo ocurre si en el recorrido encuentra una gota de aceite o suciedad, que hacen que la onda se interrumpa,
dando lugar a señales que se podrían interpretar como defectos.
Figura 2.5
La vibración de las partículas es en forma de elipse, como se ve en la figura 2.5, con una rotación en sentido
contrario a las agujas del reloj.
Debajo de la superficie, las partículas vuelven a estar de nuevo en su posición de descanso, esto nos dice que la
onda de superficie tiene algo de penetración; esta profundidad de penetración es del orden de una longitud de
onda.
La velocidad de propagación es independiente de la frecuencia y ligeramente menor que la velocidad de la onda
transversal (0,9):
 para acero: del orden de 0,92
 para aluminio: del orden de 0,93
El estado tensional, modifica su velocidad; la tracción hace aumentar la velocidad, mientras que la compresión, la
disminuye.
2.4 ONDAS DE CHAPA U ONDAS DE LAMB
Si el espesor del sólido en el que inducimos ondas de superficie, se reduce en espesor, obtenemos una chapa, donde
la onda de superficie, ya no puede existir como tal. Cuando este espesor es del mismo orden que la longitud de
onda, se producen las ondas de chapa (figura 2.6).
Se conocen dos modos básicos: onda simétrica o de dilatación y onda asimétrica o de flexión.
Figura 2.6
En el caso de la onda simétrica, las partículas de la zona media o fibra neutra vibran con oscilaciones
longitudinales, mientras que en la onda asimétrica con oscilaciones transversales; el resto de partículas oscilan
en ambos tipos de onda elípticamente.
La velocidad de este tipo de onda no se considera como constante del material, ya que depende del espesor del
material, del modo de onda y de la frecuencia.
** MODOS DE VIBRACIÓN O TIPOS DE ONDAS **
16
ENSAYOS NO DESTRUCTIVOS - ULTRASONIDOS
Aunque en los anexos 1, 2 y 3 se incluyen tablas con valores de densidades, impedancias y velocidades de
materiales metálicos, no metálicos, líquidos y aire, a continuación se da un cuadro resumen con las
velocidades longitudinales y transversales en tos materiales de más corriente uso.
2.5 IMPEDANCIA ACUSTICA
Se representa por la letra Z y se define como: la relación entre la presión acústica y la velocidad máxima de
vibración de los elementos de masa (partículas). También suele definirse como: la resistencia que se opone a la
vibración de los elementos de masa.
Dependiendo del mayor o menor valor de la impedancia del medio se dividen: en acústicamente duros, cuando sus
elementos de masa varían muy poco su velocidad de vibración a pesar de una gran diferencia de presión; y
acústicamente blandos, cuando con una pequeña diferencia de presión sus partículas vibran a gran velocidad.
Debido a las anteriores definiciones puede parecer que la propagación de las ondas será peor en un material
acústicamente duro, que en uno blando, no siendo así, ya que: la impedancia acústica se opone a la vibración
de los elementos de masa, pero no a la propagación de la onda.
La fórmula para el cálculo del valor de la impedancia se apoya en la teoría de la propagación de las ondas acústicas
que dice: La impedancia es una constante del material, siendo proporcional a la densidad del medio y a la
velocidad acústica de la onda en dicho medio.
Z=.C
2.6 Intensidad acústica
Se define como: la cantidad de energía que pasa por unidad de área, en la unidad de tiempo. Se obtiene mediante el
producto de la "Energía especifica" (energía presente en la unidad de volumen, que avanza con la velocidad
acústica), por la velocidad de propagación de la onda acústica.
Se debe tener muy en cuenta la relación entre la energía específica o intensidad acústica, con la presión acústica,
pues la altura de la indicación de un eco en la pantalla del osciloscopio en el método de impulso-eco, es
proporcional a la presión acústica.
De la fórmula de la Intensidad:
1 𝑝2
𝑍
𝐼=2
fórmula que nos indica la proporcionalidad existente entre el cuadrado de la presión acústica y la intensidad
acústica:
𝐼
La unidad de intensidad acústica es el Belio; 𝐵𝑒𝑙𝑖𝑜 = 𝐼 ; donde I0 es una intensidad de referencia, por tanto el
0
número de belios, nos da el nivel de intensidad acústica.
Esta unidad Belio, aún con la relación logarítmica es demasiado amplia, por lo que en ultrasonidos, se ha adoptado
la unidad "Decibelio" (dB), que es más apropiada para pequeñas variaciones de intensidad sónica.
𝑑𝐵 = 10𝑙𝑜𝑔
𝐼
𝐼0
2.7 PRESION ACUSTICA
En la inspección ultrasónica por el método de impulso-eco, la altura de los ecos es proporcional a la presión
acústica.
Para las ondas longitudinales, la presión acústica como fuerza por unidad de superficie, es normal a la superficie de
la onda.
** MODOS DE VIBRACIÓN O TIPOS DE ONDAS **
17
ENSAYOS NO DESTRUCTIVOS - ULTRASONIDOS
Para las ondas transversales, la presión acústica es una fuerza cortante por unidad de superficie, paralela a la
superficie de la onda.
𝐼
En la fórmula 𝑑𝐵 = 10 𝑙𝑜𝑔 𝐼 , sustituimos los valores de I, por los obtenidos en:
0
𝐼=
1 𝑝2
2 𝑍
y tenemos que 𝑑𝐵 = 10𝑙𝑜𝑔
de donde:
1 𝑝2
2𝑍
2
1 𝑝0
2𝑍
𝑝 2
𝑝0
por lo que 𝑑𝐵 = 10𝑙𝑜𝑔 ( )
𝑝
𝑑𝐵 = 20 𝑙𝑜𝑔 𝑝
0
𝑑𝐵 = 20 𝑙𝑜𝑔
Si la altura de los ecos (H), es proporcional a la presión acústica, tenemos que:
𝐻
𝐻0
En los equipos ultrasónicos con el método de impulso-eco, se utiliza la amplificación en dB; esta escala en dB es
una escala logarítmica asociada a la proporción entre dos cantidades, y se utiliza por presentar bastantes
ventajas sobre la escala lineal. Estas ventajas pueden ser por ejemplo que:
a) Las proporciones grandes entre dos cantidades, se pueden dar en números pequeños, ejemplo:
1000
= +60𝑑𝐵
1
b) Para inversión de dos proporciones, solo es necesario un cambio de signo. Ejemplo:
10
1
= +20𝑑𝐵;
= −20𝑑𝐵
1
10
Al comparar sensibilidad en medidas de debilitamiento de señal, como en determinación de tamaño de defectos, se
indica la relación de altura de ecos, en decibelios.
Los cambios de ganancia en decibelios, son la relación entre dos valores de altura de ecos, siendo (H1) el valor en
altura de un defecto de referencia, y (H2) el de un defecto que se va a evaluar.
Ejemplo:
El eco del defecto de referencia, tiene un valor del 80% de altura en pantalla.
La altura del eco del defecto que se va a evaluar, tiene el 40%.
𝐻
𝐻1
Aplicando la fórmula: 𝑑𝐵 = 20 𝑙𝑜𝑔 ( 2 ) y sustituyendo tenemos:
40
𝑑𝐵 = 20 𝑙𝑜𝑔 ( ) = −6𝑑𝐵
80
Esto nos indica que el eco del defecto que queremos evaluar esta 6 dB por debajo del eco del defecto de referencia.
Para simplificar estos cálculos evitando el uso de logaritmos, se puede utilizar la tabla 1, en la que se dan
directamente los valores de decibelios para las diferentes relaciones de altura de ecos.
Es importante resaltar, que para la confección de dicha tabla, se ha cambiado la fórmula conocida de: 𝑑𝐵 =
𝐻2
𝐻1
20𝑙𝑜𝑔 (𝐻1), por: 𝑑𝐵 = 20𝑙𝑜𝑔 (𝐻2)
𝐻1
)
𝐻2
1
1,059
1,122
1,189
1,26
1,333
1,413
1,497
1,585
(
dB
0,0
0,5
1
1,5
2
2,5
3
3,5
4
𝐻1
)
𝐻2
2
2,12
2,24
2,37
2,51
2,66
2,82
2,98
3,16
(
dB
6
6,5
7
7,5
8
8,5
9
9,5
10
𝐻1
( )
𝐻2
5,01
5,62
6,31
7,08
7,95
8,9
10
11,2
12,6
** MODOS DE VIBRACIÓN O TIPOS DE ONDAS **
dB
14
15
16
17
18
19
20
21
22
𝐻1
( )
𝐻2
20,0
22,4
25,1
28,2
31,6
35,5
40
45
50
dB
26
27
28
29
30
31
32
33
34
𝐻1
)
𝐻2
80
89
100
178
316
560
1000
3162
10000
(
dB
38
39
40
45
50
55
60
70
80
18
ENSAYOS NO DESTRUCTIVOS - ULTRASONIDOS
1,68
1,78
1,885
4,5
5
5,5
3,55
4
4,46
11
12
13
14,1
16,0
17,8
23
24
25
56
63
71
35
36
37
31623
100000
90
100
Damos un ejemplo del uso de la tabla:
La altura del eco del reflector de referencia es del 80%.
La altura del reflector a evaluar es del 40%.
La relación 80/40 = 2.
En la tabla vemos que a la relación 2, le corresponde un valor de 6dB.
2.8 PRESION REFLEJADA EN UNA DISCONTINUIDAD
Consideramos siempre, que la discontinuidad es perpendicular al eje del haz ultrasónico, y que debemos tener en
cuenta dos supuestos:
Supuesto a. Discontinuidad menor que el haz ultrasónico
La altura del eco en el sistema de Impulso-eco, es proporcional a la presión, por tanto, la altura del eco que nos da
una discontinuidad pequeña es proporcional a la superficie de dicha discontinuidad, e inversamente
proporcional al cuadrado de la distancia al emisor-receptor (a2).
Supuesto b. Discontinuidad mayor que el haz ultrasónico
El oscilador actúa como receptor, por lo que la presión acústica que mide es la de su propio haz a una distancia de
2a.
Este tipo de discontinuidad, no presenta problemas para su detección, pero si debe tenerse clara, la forma de
determinar el tamaño o límites de la discontinuidad, profundidad, y anchura de la misma, que se estudiará en
el capitulo 15.
2.9 ATENUACION DE LAS ONDAS SONORAS
Los medios sólidos, atenúan los ultrasonidos mediante dos efectos que son: Dispersión y Absorción.
2.9.1 Dispersión
Son varias las causas que producen la dispersión, siendo estas:
a) Inclusiones en los aceros.
b) Presencia de grafito en fundiciones.
c) Orientación de las estructuras cristalinas.
d) Anisotropía.
e) Tamaño del grano.
Al ser estos dos factores de Anisotropía y Tamaño del grano los que mas influyen en la Dispersión, se estudian a
continuación con mas detenimiento.
Anisotropía
Un material cristalino resulta elásticamente anisótropo, cuando sus cristales tienen diferentes propiedades elásticas,
según la dirección en que reciben desde fuera un esfuerzo mecánico.
** MODOS DE VIBRACIÓN O TIPOS DE ONDAS **
19
ENSAYOS NO DESTRUCTIVOS - ULTRASONIDOS
Si los cristales están alineados el material no presenta dispersión al paso de la onda sonora por lo menos en una
dirección como se ve en la figura 2.7.a. En otro material con los cristales orientados irregularmente como
vemos en la figura 2.7.b, se presenta una considerable dispersión del sonido.
Tamaño del grano
Esta última es la causa más importante para la dispersión, aunque debemos contemplar dos casos diferentes:
1. Grano con tamaño mayor que la longitud de onda (A): la onda sufre reflexión, refracción y cambio de modo en
los limites de grano, volviendo a sufrir estos efectos en el grano siguiente y en el otro, y así sucesivamente.
Como ejemplo de esto, basta saber que en materiales moldeados la atenuación aumenta con el cubo del tamaño del
grano.
2. Grano menor que la longitud de onda: este es el caso más corriente en las inspecciones de los materiales
metálicos. En este supuesto, la dispersión no se produce por el fenómeno geométrico en los límites de los
granos. Aquí se produce la dispersión por el paso del sonido a través de gran cantidad de obstáculos pequeños.
Cuando el tamaño del grano tiene un diámetro d = 0,2 de , comienza la aparición de la atenuación. Cuando el
diámetro del grano es d =0,5 de , tenemos una fuerte dispersión del sonido.
Figura 2.8
En la figura 2.8, vemos la diferencia entre los oscilogramas obtenidos en una pieza con estructura de grano fino
donde el eco de fondo y su repetición se ven con toda limpieza; y el oscilograma de una pieza con estructura
de grano grueso, donde no aparece el eco de fondo, pero sí muchos ecos parásitos con diferentes recorridos
debidos a la dispersión y conocidos como "Césped". Este césped puede enmascarar los ecos de verdadero
interés. La forma de eliminar este césped es bajando la frecuencia con la consiguiente reducción de la
detectabilidad de pequeños defectos.
2.9.2 Absorción
Consiste en la conversión directa de la energía ultrasónica en calor, producido por el frenado en la oscilación de las
partículas. Cuanto mas fino y homogéneo es el grano de un material, menor es la atenuación. A igualdad de
homogeneidad y tamaño del grano, sufrirá menor atenuación la onda en un material forjado, que en uno
moldeado.
** MODOS DE VIBRACIÓN O TIPOS DE ONDAS **
20
ENSAYOS NO DESTRUCTIVOS - ULTRASONIDOS
Si durante la inspección vemos que la energía transmitida sufre una fuerte atenuación, la solución es utilizar
frecuencias más bajas, ya que con estas frecuencias disminuye la absorción. Por contra tenemos que, al bajar la
frecuencia, aumenta la longitud de onda, con lo cual bajamos la detectabilidad de defectos pequeños.
** MODOS DE VIBRACIÓN O TIPOS DE ONDAS **
21
ENSAYOS NO DESTRUCTIVOS - ULTRASONIDOS
3 REFLEXION Y TRANSMISION DE ONDAS
Todos los parámetros de onda estudiados hasta ahora han sido suponiendo un medio ilimitado, es decir, sin
contornos. En la práctica, todas las sustancias tienen uno o más límites en los que la onda resulta
distorsionada. Si los límites del material son un espacio vacío, no será posible la vibración mecánica fuera del
mismo, por lo que la onda sonora retornará totalmente como un fenómeno de reflexión, si esta superficie
límite es suave; y como un fenómeno de dispersión si la superficie es rugosa. Estas irregularidades que forman
la rugosidad superficial se deben medir en términos de longitud de onda ().
Si detrás de la superficie límite se encuentra otro material adherido al primero, la onda acústica se propagará más o
menos alterada en dirección, intensidad y modo.
Debemos estudiar dos formas de reflexión y transmisión de ondas, dependiendo del tipo de incidencia de dicha
onda: incidencia perpendicular o normal, e incidencia angular.
3.1 INCIDENCIA NORMAL
En este tipo de incidencia, debemos contemplar dos casos:
a) incidencia normal en superficie limite única.
b) incidencia normal en superficie limite múltiple.
3.1.1 Incidencia normal en superficie limite única
Cuando una onda incide perpendicularmente sobre una superficie lisa y plana que separa dos medios diferentes,
una parte de la energía de la onda se refleja volviendo en la misma dirección que la incidente, y parte se
propaga en el otro medio con la misma dirección y sentido.
En la figura 3.1 tenemos una entrecara que separa dos materiales con dos impedancias diferentes (Z1) y (Z2). Una
onda incidente (Ii) perpendicular a la entrecara. Una parte de la onda se refleja (Ir), y parte se transmite al otro
medio (It).
Coeficiente de reflexión 𝑅 =
𝐼𝑇
𝐼𝑖
𝐼
Coeficiente de transmisión 𝑇 = 𝐼𝑡
𝑖
Ambos expresan el porcentaje de intensidad reflejada y transmitida en relación con la intensidad incidente,
indicándonos que se cumple la ley de la energía R + T = 1.
Para el calculo de la intensidad reflejada y transmitida se utilizan las siguientes formulas, en las que se aplican los
valores de las impedancias de los medios 1 y 2.
(𝑍 −𝑍 )
Intensidad reflejada 𝑅 = (𝑍2 +𝑍1 )
2
1
** REFLEXION Y TRANSMISION DE ONDAS **
22
ENSAYOS NO DESTRUCTIVOS - ULTRASONIDOS
4(𝑍2 𝑍1 )
2
2 +𝑍1 )
Intensidad transmitida 𝑇 = (𝑍
De estas formulas se deduce que cuando nos referimos a Intensidades Acústicas, no es de importancia el lado de la
superficie limite por el que incide la onda (ya sea por el medio 1, o por el medio 2), pues los porcentajes de
reflexión y transmisión no cambian al permutarse entre si las impedancias Z1 y Z2.
A continuación veremos que no ocurre lo mismo cuando nos referimos a Presiones Acústicas:
Si llamamos R' al coeficiente de reflexión referido a presiones, y T' al coeficiente de transmisión también referido a
presiones, tenemos:
𝑃
Coeficiente de reflexión 𝑅´ = 𝑃𝑡
𝑖
𝑃
Coeficiente de transmisión 𝑇´ = 𝑃𝑡
𝑖
En este caso las formulas para calcular el tanto por ciento de Presión reflejada y transmitida, son las siguientes:
(𝑍 −𝑍 )
𝑅 = (𝑍2 +𝑍1 )
2
1
2𝑍2
𝑇=𝑍
2 +𝑍1
De estas formulas deducimos que: la presión acústica reflejada es del mismo porcentaje o amplitud, sea el lado que
sea por el que incide la onda.
Si la impedancia del medio 2, es mayor que la impedancia del medio 1 (Z2 > Z1), el valor de R' será positivo, lo que
nos indica que la onda incidente y la onda reflejada están en fase (figura 3.2).
Figura 3.2
En este caso, y como se ve en la figura, la onda transmitida T', también esta en fase con la onda incidente, pero su
amplitud es mayor que 1, o mayor del 100%; por tanto, mayor que la onda incidente, lo que nos dice que en
este caso no se cumple la ley de la adición, ya que esta ley sirve s6Io para las energías, no para las presiones,
pues como vemos el balance de las presiones nos da:
1 + 𝑅´ = 𝑇´
En el caso en que la impedancia del medio 2, es menor que la del medio1 (Z2 < Z1), el valor de la onda reflejada R',
será negativo, indicándonos, como vimos en la figura 3.1, que existe una inversión de fase de la onda reflejada
con relación a la onda incidente, y que la onda transmitida es menor que la incidente.
De todo lo expuesto, se pueden sacar a modo de resumen dos conclusiones:
l. En el ensayo por ultrasonidos de materiales nunca se da el caso de que Z2 < Z1, por lo que nos olvidamos del
signo negativo de R', y de la inversión de fase de las ondas incidente y reflejada.
** REFLEXION Y TRANSMISION DE ONDAS **
23
ENSAYOS NO DESTRUCTIVOS - ULTRASONIDOS
2. Como la altura de los ecos en pantalla de un equipo de impulso-eco, depende de la presión acústica, en los
ensayos de materiales se utilizan preferentemente los coeficientes de reflexión y transmisión de la presión
acústica.
3.1.2 Incidencia normal en superficie límite múltiple
En este caso, los efectos son distintos según se propaguen ondas continuas u ondas por impulsos.
a) Ondas continuas
Como se puede ver en la figura 3.3, una onda continua que atraviesa el medio 1 y llega a la superficie límite con el
medio 2, se desdobla en una onda transmitida y en otra reflejada.
Después de atravesar el medio 2 la onda transmitida se desdobla en la segunda entrecara y así sucesivamente.
Figura 3.3
El resultado es una serie de reflexiones en ambas direcciones en el medio 2, de forma queda cada lado, se produce
una secuencia de ondas que abandonan el medio 2 superponiéndose.
Con una onda continua las ondas individuales se interfieren según la posición de fase cuando se solapan, dando
lugar a interferencias.
b) Ondas por impulsos
En el caso de una onda incidente por impulsos constituida por un tren de ondas cortas, no se producen las
interferencias que se generaban con las ondas continuas.
Figura 3.4
Como se ve en la figura 3.4, una onda por impulsos cortos que incide en, el medio 1, se desdobla en una serie de
impulsos separados y mutuamente independientes, reflejados y transmitidos. El resultado de este
desdoblamiento repetido hace que la presión acústica o altura de los sucesivos ecos, vaya disminuyendo
continuamente como se ve en la curva marcada con líneas de puntos, en la figura.
** REFLEXION Y TRANSMISION DE ONDAS **
24
ENSAYOS NO DESTRUCTIVOS - ULTRASONIDOS
3.2 INCIDENCIA ANGULAR
Cuando una onda sonora incide con un determinado ángulo con respecto a la normal, en una superficie que limita
dos medios, parte del haz se refleja y parte se transmite al segundo medio, produciéndose un fenómeno de
refracción, que consiste en que el haz transmitido experimenta un cambio en la dirección de propagación, con
respecto a la dirección de incidencia, al igual que ocurre en óptica.
Figura 3.5
En la figura 3.5, vemos el fenómeno explicado anteriormente con las ondas incidente, reflejada y refractada.
Teniendo en cuenta la velocidad de propagación del sonido en los medios 1 (C1) y 2 (C2), podemos relacionar los
ángulos de incidencia i; reflexión r; y, refracción t en función de las velocidades, mediante la Ley de Snell:
𝑠𝑒𝑛𝛼𝑖 𝑠𝑒𝑛𝛼𝑟 𝑠𝑒𝑛𝛼𝑡
=
=
𝐶1
𝐶1
𝐶2
de esta expresión se deduce que el ángulo de incidencia (i), es igual al ángulo de reflexión (t)
Los fenómenos de reflexión y refracción que sufre una onda sonora al incidir oblicuamente cobre una superficie
que separa dos medios, son los mismos que ocurren en óptica; pero con la onda sonora ocurre además un
fenómeno denominado Cambio de Modos, que consiste en que un tipo de onda puede convertirse en otra, es
decir, una onda longitudinal en transversal y viceversa.
La conversión de modos se produce porque la presión acústica de la onda longitudinal incidente, al incidir
oblicuamente en la superficie límite, puede descomponerse en dos componentes, una que actúa a lo largo de la
superficie límite, y otra que actúa perpendicularmente a ella. Por tanto, en el punto de incidencia, la superficie
límite está sometida a esfuerzos de compresión y cizalladura, produciéndose, por tanto, la reflexión y
refracción de ondas de compresión y ondas de cizalladura.
Figura 3.6
** REFLEXION Y TRANSMISION DE ONDAS **
25
ENSAYOS NO DESTRUCTIVOS - ULTRASONIDOS
La onda longitudinal incidente XO, como se ve en la figura 3.6, se dirige oblicuamente a la superficie limite de
separación de los medios 1 y 2, donde se refleja y se refracta dando lugar a las ondas Y y Z longitudinales, y a
las transversales Y' y Z'.
Aplicando la ley de Snell, relacionamos la velocidad de propagación C1 y C2, en los medios 1 y 2, con los senos de
los ángulos longitudinal incidente (i); transversal reflejado (Tr), longitudinal reflejado (rL); longitudinal
refractado (tL) y transversal refractado (tT), de la siguiente forma:
𝑠𝑒𝑛𝛼𝑖𝐿 𝑠𝑒𝑛𝛼𝑟𝐿 𝑠𝑒𝑛𝛼𝑟𝑇 𝑠𝑒𝑛𝛼𝑡𝐿 𝑠𝑒𝑛𝛼𝑡𝑇
=
=
=
=
𝐶1
𝐶1
𝐶1
𝐶2
𝐶2
de estas igualdades, deducimos directamente dos conclusiones:
1ª. En el ensayo de materiales, lo normal es que C2 > Cl, por lo tanto la onda refractada longitudinal se separa de la
normal, lo que hace que siempre, el ángulo de refracción sea mayor que el de incidencia.
2ª. Al ser casi el doble la velocidad de la onda longitudinal, en un mismo medio, que la velocidad de la onda
transversal; hace que el ángulo de las ondas longitudinal reflejada y longitudinal refractada, sea mayor que los
ángulos de la transversal reflejada y refractada.
Debido a la construcción de los palpadores angulares utilizados en las aplicaciones prácticas de ensayos de
materiales por ultrasonidos, el medio 1 es plexiglás, y el 2 acero.
Sabemos que:
Velocidad de la onda longitudinal en plexiglás = 2.730 m/s
Velocidad de la onda longitudinal en acero = 5.900 m/s
Velocidad de la onda transversal en acero = 3.230 m/s
Aplicando la ley de Snell, tendremos:
𝑠𝑒𝑛𝛼 𝑠𝑒𝑛𝛽 𝑠𝑒𝑛𝛾
=
=
2730 5900 3230
En el ensayo de materiales, y sobre todo en el ensayo de soldaduras, nos interesa que dentro del medio 2, sólo haya
una onda transversal refractada, lo cual se consigue variando el ángulo de incidencia, con lo que la onda
longitudinal se refracta en la superficie límite (sen = 90°).
𝑠𝑒𝑛𝛼
𝑠𝑒𝑛𝛽
Si en la igualdad: 2730 = 5900 hacemos el ángulo  = 90° y despejamos, vemos que el ángulo  , o ángulo
incidente, es de 27'6º, y en el acero sólo queda la onda transversal refractada, con un ángulo de 33º.
Si seguimos aumentando el ángulo de incidencia, hasta que el ángulo de la onda refractada transversal, sea igual a
90°, en la igualdad:
𝑠𝑒𝑛𝛼
2730
𝑠𝑒𝑛𝛾
=
hacemos el sen  = 90°, despejamos, y el ángulo  , o ángulo incidente, es de 57'8º, y dentro del
3230
material no tenemos ninguna onda.
El ángulo de 27'6º incidente, se conoce como Primer Angulo crítico.
El ángulo de 57'8º incidente, se conoce como Segundo Angulo crítico.
** REFLEXION Y TRANSMISION DE ONDAS **
26
ENSAYOS NO DESTRUCTIVOS - ULTRASONIDOS
4 GENERACION Y RECEPCION DE LAS ONDAS ULTRASONICAS
De los diferentes fenómenos físicos que se pueden utilizar para la generación y recepción de las ondas ultrasónicas,
estudiaremos los dos más utilizados en los ensayos no destructivos, como son la Magnetoestricción y la
Piezoelectricidad.
4.1 MAGNETOSTRICCION
Materiales como el níquel y sus aleaciones, las ferritas y los aceros, cambian su forma bajo la acción de un campo
magnético. Este efecto es recíproco, por lo que es idóneo para la generación y recepción de ondas ultrasónicas.
Aprovechando el fenómeno de resonancia, se obtienen osciladores con muy pequeños espesores.
La magnetoestricción se suele utilizar para el ensayo ultrasónico en hormigones, con frecuencias que oscilan entre
25 y 100kHz.
4.2 PIEZOELECTICIDAD
El cuarzo y la turmalina, son monocristales que están fuera del sistema regular o cúbico, tienen un eje polar, y
poseen de por si un momento eléctrico parecido al momento magnético de un imán.
Si uno de estos cristales se contrae o se expansiona en la dirección del eje polar aplicando una presión mecánica
externa, aparecen cargas eléctricas en su superficie.
Llamamos a este fenómeno Efecto Piezoeléctrico Directo, y se utiliza en ultrasonidos, como receptor de las
oscilaciones mecánicas. Fue descubierto en 1880 por el matrimonio Curie.
El fenómeno inverso, Efecto Piezoeléctrico Recíproco (figura 4.1), se utiliza como emisor.
Figura 4.1
Consiste en que, si un cristal se coloca entre dos electrodos, al aplicar una tensión alterna, el cristal vibra
mecánicamente, al mismo ritmo que la alternancia de la tensión.
En la figura 4.2 vemos un prisma hexagonal con una pirámide en un extremo para simplificar la imagen, aunque los
cristales de cuarzo en la naturaleza se presentan con una pirámide en cada extremo del prisma hexagonal.
Tenemos un eje Z o eje óptico, que une los vértices de las pirámides, un eje X o eje eléctrico, que une vértices
opuestos. Un eje Y o eje mecánico, que une puntos medios de los lados del hexágono.
Figura 4.2
** GENERACION Y RECEPCION DE LAS ONDAS ULTRASONICAS **
27
ENSAYOS NO DESTRUCTIVOS - ULTRASONIDOS
Si cortamos una lamina del cristal de cuarzo normal al eje X, obtenemos un cristal piezoeléctrico que genera ondas
longitudinales. Si la lámina cortada es normal al eje Y, tenemos un cristal que genera ondas transversales. Para
conseguir estas ondas, se recubren las caras del cristal con una película conductora, y se someten a una tensión
eléctrica alterna, con lo que se genera una vibración mecánica del mismo ritmo que la tensión alterna aplicada
(efecto piezoeléctrico recíproco).
Cuando la lámina de cristal piezoeléctrico recibe una presión acústica, se forma un dipolo eléctrico, con lo que se
liberan cargas eléctricas positivas y negativas en las caras del cristal, que el equipo de ultrasonidos amplifica y
registra (efecto piezoeléctrico directo).
En el capitulo 2 estudiamos los diferentes tipos de onda utilizadas en los ensayos de materiales.
Las ondas longitudinales se generan con cristales piezoeléctricos con corte en X. Otra forma de generar estas ondas
es con materiales cerámicas polarizados que vibran en la dirección de su espesor.
Con un cristal con corte en Y, se consiguen ondas transversales, aunque debido a su poca energía no se utilizan en
el ensayo de materiales.
Las ondas transversales utilizadas en el ensayo de materiales, son ondas transversales refractadas dentro del
material en inspección, generadas por el "cambio de modos", que se produce al incidir una onda longitudinal
oblicuamente en la superficie de la pieza en inspección, como estudiamos en el capitulo 3, punto 3.1.2.
Las ondas de superficie se generan de forma similar a las transversales.
Las ondas de Lamb se generan haciendo incidir en la muestra una onda angular con un ángulo crítico determinado,
aunque en este tipo de onda intervienen también los parámetros de la muestra en ensayo, como son: la
naturaleza, forma y dimensiones.
Actualmente en la construcción de los palpadores casi no se utiliza el cuarzo, sino cerámicas sinterizadas, que se
obtienen a base de fundir un dieléctrico y dejándolo solidificar bajo la acción de un campo eléctrico,
conservando su polaridad y, por tanto, un momento eléctrico.
4.3 CARACTERISTICAS DE LOS CRISTALES PIEZOELECTRICOS
Se muestra una tabla con las características más importantes de los cristales piezoeléctricos que se montan en los
palpadores, utilizados en los ensayos de materiales
Titanato
de
Circonato de
Plomo (PZT)
Titanato de Bario
Metaniobato de
Plomo
Sulfato
de
Litio
Cuarzo
Velocidad del sonido (m/s)
4.000
5100
3300
5460
7320
impedancia Acústica (Z)
30
27
20,5
11,2
15,2
Módulo Piezoeléctrico (d)
150-593
125-190
85
15
2,3
Constante de Presión (g)
11
37
165
57
Coef. de Amortiguación
interna ()
1
1,3
1,2
1
Factor (k) de A coplamiento
Electromecánico
0,6 - 07
0,45
0,4
0,38
0,1
Constante
(H)
Deformación
Piezoeléctrica
de
1,8 – 4,6
1,1 – 1,6
1,9
8,2
4,9
Factor (kp) de Acoplamiento
para Oscilación Radial
0,5 – 0,6
0,3
0,07
0
0,1
2,2
1,4
2,36
2,88
Frecuencia
Característica
para 1mm. de Espesor
** GENERACION Y RECEPCION DE LAS ONDAS ULTRASONICAS **
28
ENSAYOS NO DESTRUCTIVOS - ULTRASONIDOS
(fc)
Frecuencia característica fundamental
Un cristal piezoeléctrico logra la máxima eficacia cuando coinciden la frecuencia de excitación eléctrica o
mecánica, con la frecuencia característica fundamental del oscilador. Para el cálculo de esta frecuencia
característica fundamental tenemos que:
𝐹𝑐 =
𝐶
2𝑑
donde: C = velocidad acústica del cristal
d = espesor del oscilador
Si el cristal se excita a una frecuencia distinta a la de resonancia, oscilará con esa frecuencia, pero de una forma
forzada, es decir, con una amplitud mucho menor.
Si la frecuencia fundamental es baja, limita el empleo de frecuencias altas, siendo el peor con relación a esta
característica, el metaniobato de plomo, y el mejor el cuarzo.
Temperatura crítica
Es aquella temperatura en la que el cristal pierde sus propiedades piezoeléctricas. También se la denomina Punto de
Curie.
Como vemos en el cuadro, el cuarzo y el metaniobato de plomo son los mejores para el trabajo con altas
temperaturas.
Módulo piezoeléctrico (d)
Es el cambio de espesor por unidad de voltaje. En el cuadro vemos que el cambio de espesor (d) del cuarzo hace
que sea el peor emisor de ultrasonidos, siendo el mejor de todos el titanato de circonato de plomo (PZT),
siguiéndole el titanato de bario.
Constante de presión piezoeléctrica (g)
Es la inversa del m6dulo piezoeléctrico, y nos indica la variación del voltaje generado por unidad de espesor
variado; esto quiere decir, que a igualdad de presión de las oscilaciones mecánicas recibidas, genera mayor
tensión alterna en la superficie del cristal. Según el cuadro, el sulfato de litio es el mejor receptor.
Coeficiente de amortiguación interna ( )
** GENERACION Y RECEPCION DE LAS ONDAS ULTRASONICAS **
29
ENSAYOS NO DESTRUCTIVOS - ULTRASONIDOS
Este parámetro nos indica fa mayor o menor facilidad intrínseca del material para amortiguar los impulsos cortos
en el método de impulso-eco. Según el cuadro, vemos que el metaniobato de plomo (=1,3), no necesita
amortiguación artificial, con lo cual gana en sensibilidad.
Impedancia acústica (Z)
Esta impedancia debe ser lo más baja posible, tanto para la amortiguación como para el acoplamiento. El titanato
de bario es el peor en este aspecto, siendo el sulfato de Litio el mejor.
Factor de acoplamiento para oscilación radial (kp)
Este factor mide la aparición de oscilaciones radiales que afectan a la anchura de las señales y, por tanto, al poder
de resolución. Cuanto más bajo sea este valor, mejor el poder de resolución. Según vemos en el cuadro, el
mejor en este aspecto es el metaniobato de plomo.
** GENERACION Y RECEPCION DE LAS ONDAS ULTRASONICAS **
30
ENSAYOS NO DESTRUCTIVOS - ULTRASONIDOS
5 CAMPO ULTRASONICO DE UN OSCILADOR
Según el principio de Huygens, cualquier tipo de onda se puede formar a partir de un gran número de ondas
esféricas simples de la misma frecuencia, llamadas Ondas elementales.
Fresnel completo el principio de Huygens añadiendo que: "la vibración producida en un punto es la resultante de la
interferencia de las diversas ondas que llegan al punto, procedentes de cualquier superficie de onda anterior"
(figura 5.1).
Figura 5.1
El campo acústico de un oscilador ultrasónico esta formado por una serie de máximos y mínimos de presión
acústica, debido a la interferencia de tas ondas elementales originadas en la superficie del oscilador.
En la dirección de propagación de la onda, existe un último máximo de presión acústica localizado en el eje, que
marca el fin del campo de interferencias.
Esta zona de máximos y mínimos, hasta el máximo principal, se llama: Campo próximo o Zona Fresnel, y se
representa por la letra N.
Este campo próximo, tiene forma de cilindro de longitud N, y diámetro D, que es igual al diámetro del oscilador.
A partir del final del campo próximo, vemos en la figura 5.2, que el haz ultrasónico comienza a abrirse tomando
forma de tronco de cono. Aquí la presión acústica decrece, desde el eje hacia el exterior.
A esta parte del haz ultrasónico libre de interferencias se le conoce con el nombre de Campo Lejano o Zona de
Fraunhofer, y al ángulo contenido en el campo lejano, entre el eje y el borde del haz, donde la presión cae
hasta un nivel definido, es el Angulo de divergencia ( 0).
A continuación estudiamos el campo próximo y el campo lejano, generado por un oscilador continuo, y otro por
impulsos.
5.1 CAMPO PROXIMO Y LEJANO DE UN OSCILADOR CONT1NUO
Supongamos un oscilador en forma de disco, que transmite a las partículas del material en inspección su
movimiento vibratorio y, suponemos además, que toda su superficie vibra con la misma amplitud y fase.
El frente de ondas será homogéneo si el oscilador fuese infinito. En la practica esto no es posible, ya que los
osciladores tienen dimensiones finitas y en los sucesivos frentes de ondas faltarán en ciertos puntos las
correspondientes ondas elementales, que según Fresnel se anularían con sus homónimas para presentar un
frente homogéneo con resultantes únicas en la dirección de propagación.
** CAMPO ULTRASONICO DE UN OSCILADOR **
31
ENSAYOS NO DESTRUCTIVOS - ULTRASONIDOS
En esta onda plana y cerca del oscilador, debido a la superposición por el fenómeno de difracción y el efecto de
bordes, se produce un campo con máximos y mínimos de presión acústica (figura 5.3).
Figura 5.3
En la dirección de propagación de la onda, tenemos en el eje un último máximo de presión acústica; este máximo
determina el final del campo de interferencias o campo próximo. Para calcular el valor de este campo próximo,
se utiliza la expresión:
𝐷2
𝑁 = 4𝜆
D= diámetro del cristal
y
 = longitud de onda
𝐶
𝜆=𝑓
𝐷
La relación entre el diámetro del cristal D, y la longitud de onda 𝜆 = 𝜆 , nos da el número de máximos y mínimos
de presión acústica dentro del campo próximo. Además, si este valor es grande, tendremos un campo próximo
largo.
En la expresión para el cálculo del campo próximo, vemos que interviene la longitud de onda, y a su vez, para el
cálculo de esta, interviene la velocidad de propagación de la onda (C), que es propia de cada material, lo cual
nos dice, que un mismo oscilador tiene diferentes valores de campo próximo, dependiendo del material en el
que se propaga la onda.
Hemos estudiado, que el máximo de presión acústica, nos marca el fin del campo próximo, y el inicio del campo
lejano; este campo lejano esta libre de interferencias, siendo mucho más simple que el campo próximo.
Como se ve en la figura 5.4, a la distancia N, tenemos el máximo de presión acústica, siendo a partir de este punto,
cuando el haz empieza a abrirse con dos rectas que parten del centro del oscilador.
Figura 5.4.
En este campo, se cumple la ley de la distancia de una onda esférica que dice: La presión acústica decrece
inversamente con la distancia. Esto se ve en la figura, donde a la distancia 3N, la altura de la presión acústica
en el eje del haz, es menor que en N, con unos máximos secundarios que decrecen hacia fuera. A la distancia
6N, la anchura del eco es el doble, con lo que la presión acústica en el eje disminuye a la mitad.
El ángulo formado por una de las rectas que parten del centro del oscilador, y el eje del oscilador, se llama "ángulo
de divergencia" (0,).
** CAMPO ULTRASONICO DE UN OSCILADOR **
32
ENSAYOS NO DESTRUCTIVOS - ULTRASONIDOS
𝜆
Para calcular el valor de este ángulo, y basándonos en la teoría de la difracción, tenemos que: 𝑠𝑒𝑛𝛾0 = 𝐷 ; esta
𝜆
formula sólo es válida para valores pequeños de 𝐷
5.2 CAMPO ULTRASÓNICO DE UN OSCILADOR POR IMPULSOS
La excitación por impulsos ejerce gran influencia en el campo ultrasónico; si la excitación decrece hacia los bordes,
el campo ultrasónico es más uniforme, esto sucede con los cristales piezoeléctricos de los palpadores
normales.
En la figura 5.5 tenemos dos curvas que nos muestran la distribución de excitación en la sección transversal y la
presión acústica sobre el eje. La curva (a) corresponde al cristal (a) que tiene una excitación normal. El cristal
(b), sufre una excitación en forma de campana de Gauss, y como vemos en la curva (b) desaparecen las
irregularidades del campo próximo, lo que representa una gran ventaja en cuanto a la focalización de una
discontinuidad, y la estimación del tamaño según la altura de sueco.
En un campo ultrasónico excitado por impulsos, no existen mínimos totales, ya que los impulsos que proceden de
diferentes puntos del oscilador, no producen interferencias (figura 5.6), y aunque se superpusieran
parcialmente su cancelación sería incompleta, sumándose a este resultado la propia distorsión de la emisión
por impulsos, con sus amplitudes desiguales.
Figura 5.6
De todo lo anterior, se deduce que:
- Las interferencias en el campo próximo, no son de máximos o mínimos absolutos, es decir, en el eje del haz no se
tiene presión.
- En el campo lejano, en puntos fuera del eje del oscilador, se produce distorsión del tren de ondas por
superposición con las procedentes de otras direcciones.
- En el campo lejano, en el eje del oscilador, los impulsos no se distorsionan.
Por estas razones es aconsejable que en el ensayo de materiales, los reflectores a detectar coincidan, a ser posible,
con el final del campo próximo y principio del campo lejano, donde la discontinuidad será tocada por un haz
sin irregularidades, y con la máxima presión acústica.
Asimismo, una vez detectada una discontinuidad, convendrá desplazar el palpador hasta obtener la máxima altura
del eco, que será cuando la heterogeneidad sea tocada por el eje del haz en campo lejano, donde no existe
distorsión, y se cumple la relación presión/distancia.
** CAMPO ULTRASONICO DE UN OSCILADOR **
33
ENSAYOS NO DESTRUCTIVOS - ULTRASONIDOS
5.3 ECO Y SOMBRA DE UN OBSTACULO EN EL CAMPO ULTRASONICO
Una discontinuidad dentro de un material supone un obstáculo en la propagación de una onda ultrasónica. La
presencia de esta discontinuidad se manifiesta por un eco cuando se utiliza la técnica de impulso-eco, o por
una sombra cuando es la técnica de transparencia.
Este obstáculo, a su vez, se comporta como un oscilador o emisor de ondas, dando lugar a fenómenos de difracción,
dispersión e interferencias. Se supone que la sombra detrás del obstáculo tendría que ser total, pero la onda
incidente al refractarse en los bordes de la discontinuidad penetra en la zona de la sombra formando un campo
ultrasónico con máximos y mínimos de presión.
El fenómeno de la difracción de la onda incidente en los bordes del defecto ha servido para desarrollar la técnica
TOFD (Difracción del Tiempo de Vuelo), para detección y dimensionado de discontinuidades, que se
estudiara en el capítulo 15.
Supongamos un obstáculo con forma de disco circular pequeño, situado perpendicularmente al eje del oscilador. El
disco será tocado uniformemente, al ser menor que el haz ultrasónico.
La superficie del disco se comporta como un oscilador, por tanto, la onda reflejada será igual a la onda emitida por
el oscilador. Su campo ultrasónico se puede calcular con las formulas ya estudiadas del campo próximo;
divergencia del haz; y presión acústica a lo largo del eje.
6 PALPADORES
Un palpador consiste como vemos en la figura 6.1 en:
l. Carcasa metálica, que soporta y protege los componentes.
2. Relleno de "Epoxi.
3. Amortiguador.
4. Conectar.
5. Contactos eléctricos.
6. Elemento piezoeléctrico.
7. Suela protectora.
6.1 CONSTRUCCIÓN DE LOS PALPADORES
El oscilador o cristal piezoeléctrico de un palpador determinado se basa en estudios teóricos de acuerdo con lo
estudiado en el capitulo 4. El resto de componentes van dirigidos a modificar y mejorar las características
emisora y receptora del cristal, para que el haz ultrasónico tenga unas cualidades determinadas.
El amortiguador es un material adosado al cristal que debe tener una elevada impedancia acústica y una gran
atenuación. Es una mezcla de caucho o resinas sintéticas con aserrín, material que presenta una gran
** PALPADORES **
34
ENSAYOS NO DESTRUCTIVOS - ULTRASONIDOS
atenuación, llevando además disueltas sustancias de elevada impedancia, como son limaduras de hierro o
tungsteno.
Otra solución a la que se recurre para aumentar la atenuación consiste en mecanizar la cara libre del amortiguador
en forma de dientes de sierra para que las ondas reflejadas en la pared libre se superpongan y no lleguen al
cristal.
La unión entre cristal y amortiguador debe ser lo más intima posible, utilizando capas muy finas de adhesivo entre
cristal y amortiguador. Se realiza por vulcanizado o colado, según se trate de caucho o resinas.
Cuando la unión se realiza por el método de colado los bordes del cristal se mantienen embebidos dentro del
amortiguador, con lo que se evitan las oscilaciones radiales que se producen en los cristales cerámicos.
Se debe hacer hincapié en la gran importancia que tiene el elemento amortiguador ya que realiza tres funciones
importantes, como son:
- Soportar mecánicamente el cristal.
- Absorber las ondas que pudieran interferir.
- Reducir el tiempo de oscilación del cristal.
Cuanto más corta sea la duración del impulso mejor es el poder de resolución, y la detección de defectos en las
proximidades del oscilador.
Conexiones eléctricas: se realizan extendiendo sobre las caras del cristal, una suspensión de plata, y soldando los
electrodos con soldadura de plata, o pegándolos mediante un cemento conductor. Los cristales cuyo punto de
Curie sea bajo, no pueden ser soldados, por lo que se utiliza la rnetalización por evaporación al vacío.
Cuando el cristal montado en el palpador, tiene una elevada resistencia al desgaste, puede utilizarse en contacto
directo con la superficie de exploración, con lo que se favorece su poder de resolución; los mejores cristales
para esta utilización son tos de cuarzo. En este caso, la metalización se realiza solo por una cara del cristal, ya
que la cara de contacto, si estuviera metalizada, se deterioraría con el roce durante el ensayo.
La pieza metálica en ensayo hace de electrodo; si la pieza no fuese metálica, se utiliza un material de acoplamiento
que sea conductor, pudiendo ser agua con un electrolito.
6.2 CARACTERISTICAS RESPECTO A FRECUENCIA Y DIAMETRO DEL CRISTAL
Debido a la influencia que tienen la frecuencia de excitación, y el diámetro del cristal sobre los parámetros del
ensayo como son: longitud del campo próximo; divergencia del haz; penetración; y sensibilidad, estudiaremos
a continuación como afectan las variaciones de la frecuencia y el diámetro del cristal, a los parámetros de
ensayo.
a) Palpadores con frecuencias altas (entre 4 y 10MHz):
- Longitud del campo próximo grande, y presión acústica grande en zonas alejadas.
- Gran sensibilidad para detección de defectos pequeños.
- Reducción del ángulo de divergencia, por tanto, mayor concentración de la energía, lo que da mayor precisión en
el posicionamiento de un defecto.
- Longitud de onda menor, por tanto menor poder de penetración, pero mayor poder de resolución.
- Ideales para inspección en materiales de grano fino.
b) Palpadores con frecuencias bajas (entre 1 y 2MHz):
- Mucha penetración.
- Gran apertura del haz.
- Poca sensibilidad.
- Solo detectan reflectores grandes.
** PALPADORES **
35
ENSAYOS NO DESTRUCTIVOS - ULTRASONIDOS
- Para inspección de materiales con grano grueso.
c) Palpadores con frecuencias entre 1 0 y 12MHz:
- Se utilizan para inspección de productos de espesor fino y bajo coeficiente de atenuación, pudiéndose realizar los
ensayos con cristales de menor diámetro.
d) Palpadores con frecuencias de 25 MHz:
- No se emplean en los ensayos por contacto, debido al poco espesor del cristal con el consiguiente peligro de
rotura. Se utilizan primordialmente en los ensayos por inmersión.
e) Diámetro del cristal de los transductores:
Si aumentamos el diámetro del cristal, se observa que:
- Aumenta el campo próximo.
- Disminuye el ángulo de divergencia del campo lejano.
- La sensibilidad aumenta.
No se pueden utilizar cristales de gran diámetro debido a problemas de acoplamiento y dimensiones de la muestra,
por lo que los diámetros de los cristales no tienen más de 20 a 25mm.
6.3 DIFERENTES TIPOS DE PALPADORES
Los palpadores constituyen una de las unidades básicas del equipo de ultrasonidos, y se deben considerar como
parte integrante del mismo. Se pueden clasificar en dos grandes grupos:
- Palpadores de contacto.
- Palpadores de inmersión.
6.3.1 Palpadores de contacto
Se aplican directamente en la superficie de la muestra con una cierta presión, interponiendo un medio de
acoplamiento.
Dependiendo de la dirección del haz, con relación a la superficie de entrada de la muestra, se pueden a su vez
dividir en:
a) Palpadores de incidencia normal.
b) Palpadores de incidencia angular.
c) Palpadores de ondas de superficie.
d) Palpadores angulares de incidencia variable.
a) Palpadores de incidencia normal
Se utilizan con los equipos que operan con las técnicas de impulso-eco, transmisión y resonancia, aplicándose en
problemas de defectología, metrología y caracterización.
Incorporan cristales que emiten ondas longitudinales, y dependiendo del número de cristales que llevan
incorporados, se consideran los tres tipos siguientes:
- Palpador de cristal único, emisor y receptor (E+R).
- Palpador con doble cristal, uno emisor y otro receptor (E-R).
- Palpador con cristales múltiples.
Palpador con cristal único, emisor y receptor (E+R)
** PALPADORES **
36
ENSAYOS NO DESTRUCTIVOS - ULTRASONIDOS
En la figura 6.2, vemos el esquema de un palpador con cristal único emisor-receptor con todos sus componentes:
Figura 6.2
Palpadores con doble cristal, uno emisor y otro receptor (E-R).
Para evitar los problemas que se presentan con la utilización de los palpadores con cristal único emisor-receptor, en
la detección de defectos cercanos a la superficie, debido a la llamada "zona muerta", que es la distancia entre
el punto eléctrico cero (impulso inicial) y el punto mecánico cero (superficie de la pieza), se han diseñado los
palpadores con dos cristales, uno emisor y otro receptor (E-R o SE).
Como se ve en la figura 6.3, el diseño de estos palpadores consiste en dos columnas de plexiglás en forma de medio
cilindro, llevando en su parte superior adosados los cristales. Las columnas de plástico y los cristales están
aislados eléctrica y acústicamente por medio de una lámina de corcho.
Los cristales van montados con una pequeña inclinación, de uno con respecto al otro, lo que produce un cierto
efecto focalizante para conseguir mayor sensibilidad. Este ángulo de inclinación de los cristales varía entre 0º
y 12º, y se llama: Angulo de tejado.
Cuando se realiza un ensayo con este tipo de palpador se debe poner el equipo en operación E-R, y conectar el
cristal emisor en su enchufe, y el cristal receptor en el suyo.
Una gran ventaja de este tipo de palpador es que los cristales emisor y receptor son independientes, lo cual hace
posible que se puedan montar los cristales más idóneos, por ejemplo: titanato de bario como emisor, y sulfato
de litio como receptor.
Se utilizan generalmente para medida de espesores y detección de heterogeneidades próximas a la superficie.
Palpador con cristales múltiples
Están diseñados para cubrir determinadas aplicaciones especiales (figura 6.4). Consisten en varios cristales
dispuestos en "MOSAICO", montados sobre un adaptador de plástico, que hace el efecto de lente,
consiguiendo un haz sin divergencia.
** PALPADORES **
37
ENSAYOS NO DESTRUCTIVOS - ULTRASONIDOS
b) Palpadores de incidencia angular
Como resumen de lo estudiado en el capitulo 2, recordamos algunos conceptos como ayuda, para comprender
mejor el tema de los palpadores angulares.
Vimos que las ondas transversales generadas por un cristal piezoeléctrico con corte en Y, no eran apropiadas para
el examen de materiales.
Las ondas transversales utilizadas en el ensayo de materiales se obtienen a partir de un cristal de ondas
longitudinales, al que se da una cierta inclinación para que la onda longitudinal incida con un determinado
ángulo sobre la superficie de entrada del material en ensayo.
En esta incidencia la onda longitudinal sufre un desdoblamiento de onda y un Cambio de modos. En ese momento,
dentro del material en ensayo tenemos, dos ondas refractadas, una longitudinal y otra transversal.
Sabemos que la velocidad de la onda longitudinal dentro del mismo medio es el doble, aproximadamente, que la
velocidad de la onda transversal. De esto se deduce, que el ángulo refractado longitudinal es mayor que el
ángulo refractado transversal.
Para cualquier tipo de ensayo nos interesa que dentro del material sólo tengamos la onda transversal, por tanto,
debemos eliminar la onda longitudinal. Esto se consigue variando el ángulo de incidencia de la onda
longitudinal.
Aplicando la ley de Snell, vimos que con un ángulo de incidencia de 27,6º, la onda longitudinal refractada tiene 90°
(fuera del material). Dentro del material, sólo nos queda la onda transversal refractada, que en ese momento
tiene un ángulo de 33º.
Si seguimos aumentando el ángulo de incidencia hasta 57,8º, el ángulo de la onda refractada transversal es de 90°
(fuera del material).
Resumiendo: con ángulos de la onda longitudinal incidente entre 27,6º y 57,8º, dentro del material en ensayo, solo
tenemos ondas transversales refractadas con diferentes ángulos.
El anexo 4 al final de este manual, nos da una tabla con el valor de los senos de los diferentes ángulos.
Un palpador angular consiste en un cristal de ondas longitudinales, adosado en una de las caras de un prisma de
plástico, generalmente perpex, tallado con un ángulo de incidencia adecuado, para conseguir un ángulo de
refracción determinado.
Las dimensiones del prisma, se dan en función del ángulo de incidencia que se desee. Cuanto mayor sea el ángulo
de incidencia, mayor debe ser la longitud y anchura del prisma, para que la sección del haz ultrasónico quede
dentro de la cara de contacto del prisma con la muestra.
** PALPADORES **
38
ENSAYOS NO DESTRUCTIVOS - ULTRASONIDOS
Los elementos del palpador como se ve en la figura 6.5 son:
1. Cristal piezoeléctrico, unido al prisma de plástico por una fina capa de adhesivo.
2. Prisma de plástico.
3. Amortiguador, utilizado en estos transductores, para evitar que reflexiones internas en el prisma, vuelvan al
cristal,
4. Carcasa protectora metálica, donde se alojan todos los componentes.
5. Conexión eléctrica.
Estos palpadores deben llevar grabado indeleblemente en la carcasa metálica el ángulo refractado, la frecuencia y el
punto de salida del eje del haz.
c) Palpadores de ondas de superficie
Las características de diseño de estos palpadores son exactamente las mismas que para tos palpadores angulares,
variando sólo la inclinación del elemento piezoeléctrico, para que la onda transversal refractada sea de 90°.
d) Palpadores angulares de incidencia variable
Son en todo similares a un palpador fijo de incidencia angular. La diferencia consiste, en que permiten variar de
una forma continua el ángulo de incidencia (figura 6.6). Se utilizan diversos tipos de ensambles o uniones,
como por ejemplo, en rótula plana, cilíndrica o esférica.
Debido a que su construcción es más complicada y costosa que los palpadores fijos, sólo se utilizan en la
generación de ondas de Lamb, de chapa o de barra, para inspección de chapas y tubos de pared delgada, es
decir, en muestras con superficies paralelas.
6.3.2 Palpadores de inmersión
El diseño de un palpador de inmersión es similar al de un palpador de contacto con incidencia normal, con la
diferencia que en este caso la estanqueidad del cristal piezoeléctrico y las conexiones eléctricas deben ser
máximas.
Este palpador puede ser de cristal único emisor-receptor (E+R), o de cristal doble, uno emisor, y otro receptor (ER).
En la técnica de inmersión, entre la muestra a ensayar y el palpador se interpone una columna de agua, por tanto, no
es necesario disponer de palpadores de incidencia normal, y de incidencia angular, ya que ambas incidencias
se logran variando el ángulo del tubo-palpador con respecto a la muestra.
** PALPADORES **
39
ENSAYOS NO DESTRUCTIVOS - ULTRASONIDOS
Figura 6.7
Los palpadores de la figura 6.7 son de inmersión local con incidencia normal (a); con incidencia angular (b); y
palpador de incidencia normal rodante, o también llamado de Rueda (c).
Los palpadores de inmersión se emplean con equipos que operan con las técnicas de impulso-eco, transmisión y
resonancia, utilizándose preferentemente en problemas de defectología y metrología.
6.3.3 Palpadores focalizantes
En estos palpadores se aplican con frecuencia lentes focalizantes para conseguir los efectos convergentes o
divergentes del haz ultrasónico. Se recurre preferentemente a lentes de plástico adosadas al cristal, pues el
tallado del propio cristal es problemático, debido al pequeño espesor (figura 6.8).
Con lentes esféricas se consiguen haces cónicos que concentran la presión acústica en un punto (figura 6.9. a).
Con lentes cilíndricas, se concentra la presión acústica en una línea (figura 6.9. b).
** PALPADORES **
40
ENSAYOS NO DESTRUCTIVOS - ULTRASONIDOS
6.4 PALPADORES ESPECIALES
Son palpadores con características muy especiales utilizados en aplicaciones específicas para muestras con formas
complejas y naturaleza de material poco común.
a) Palpadores libres
Utilizados en inspección de materiales con un elevado coeficiente de atenuación, ya que el cristal oscila libremente
y sólo sufre su propia amortiguación interna al carecer de amortiguador. Debido a esto su poder de resolución
es muy bajo, pero como contrapartida su sensibilidad es muy elevada; además, cualquier impulso eléctrico,
genera un impulso acústico de gran energía, al no tener que vencer ningún tipo de resistencia.
b) Palpadores súper amortiguados
Utilizados para el ensayo de materiales de pared delgada y bajo coeficiente de atenuación y que requieran un alto
poder de resolución.
Como su nombre indica, tienen una máxima amortiguación, con lo que se logra que los impulsos acústicos emitidos
sean extremadamente cortos, con lo que se consigue un alto poder de resolución. Al tener que vencer la
resistencia de la súper amortiguación, presentan un bajo rendimiento.
Por último, mencionar los Palpadores Puntuales y los Palpadores Periscópicos utilizados en inspecciones muy
específicas y que no son objeto de este manual.
** PALPADORES **
41
ENSAYOS NO DESTRUCTIVOS - ULTRASONIDOS
7 TECNICAS DE EMISION Y RECEPCION DE LOS ULTRASONIDOS
En los ensayos por contacto se utilizan las técnicas de: resonancia, transmisión e impulso-eco.
En los ensayos por inmersión sólo se utilizan dos técnicas: transmisión e impulso-eco.
7.1 TECNICA DE RESONANCIA
Esta técnica, está basada en la medida de la frecuencia de resonancia por reflexión, y se utiliza para la medida de
espesores de elementos con caras paralelas. También se puede utilizar, aunque en menor grado. para detectar
discontinuidades bastas. En la figura 7.1, esta representada esta técnica.
Figura 7.1
En la figura 7.2 tenemos representadas la frecuencia fundamental y los sucesivos armónicos.
La técnica de resonancia transmite ondas ultrasónicas dentro de una muestra de espesor conocido (e), de una forma
parecida a la técnica de impulso-eco, con la diferencia de que en resonancia las ondas son siempre
longitudinales continuas.
La frecuencia de la onda es modificada y cuando las oscilaciones cuya semi-longitud de onda sea un submúltiplo
del espesor de la muestra, se refuerzan por superponerse en fase, y dan lugar al fenómeno de resonancia
(formación de ondas estacionarias).
La resonancia es detectada por el equipo generador- indicador, y se representa, o bien con un pico en la pantalla del
TRC, o un cambio de sonido audible en los cascos del operador.
Un cambio en la frecuencia de resonancia, y que no es debido a un cambio en el espesor de la muestra, se debe a la
presencia de una discontinuidad.
Aunque, como se ha dicho, esta técnica no es adecuada para la detección de discontinuidades, si se puede utilizar
para detección de laminaciones en chapa (figura 7.3).
** TECNICAS DE EMISION Y RECEPCION DE LOS ULTRASONIDOS **
42
ENSAYOS NO DESTRUCTIVOS - ULTRASONIDOS
Acoplamos el transductor en la superficie del material (posición a), y ajustamos la frecuencia hasta obtener el
efecto de resonancia. Desplazamos el transductor por la muestra hasta alcanzar la zona (posición b) donde esta
la discontinuidad. En este momento el material parará de resonar a la frecuencia seleccionada, y perderemos la
onda al ser la longitud de onda ahora demasiado larga.
La discontinuidad actúa como un cambio en el grosor del material, por tanto debemos reajustar la frecuencia y la
longitud de onda para obtener una nueva onda que nos dé el efecto resonancia.
7.2 TECNICA DE TRANSMISION
Esta técnica es la mas antigua utilizada en los ensayos ultrasónicos de materiales y operan por transmisión y por
reflexión.
En esta técnica es necesario tener acceso a dos caras opuestas de la muestra, ya que el ensayo se realiza con dos
transductores, uno que transmite un haz ultrasónico de excitación continua a la muestra por una de sus caras, y
el otro que mide la intensidad acústica del haz ultrasónico que le llega, después de atravesar la muestra, como
se ve en la figura 7.4.
Se calibra el equipo en una zona sin discontinuidades y deducimos que la intensidad acústica recibida por el
transductor-receptor es del 100%. Cuando en la muestra está presente alguna discontinuidad la intensidad
acústica disminuye proporcionalmente a la superficie de dicha discontinuidad. Esta técnica también es muy
utilizada en los ensayos de inmersión, sea esta total o parcial.
Hasta ahora hemos hablado de intensidad acústica, pero debemos hacer la salvedad de que cuando se utilizan
transductores piezoeléctricos, lo que se mide es presión acústica. En la figura 7.5 vemos la disposición que
deben adoptar los transductores en un ensayo por transmisión para utilizar la reflexión de la onda en la
superficie de fondo de la muestra, cuando dicha muestra sólo es accesible por una cara.
** TECNICAS DE EMISION Y RECEPCION DE LOS ULTRASONIDOS **
43
ENSAYOS NO DESTRUCTIVOS - ULTRASONIDOS
Figura 7.5
7.3 TECNICA DE IMPULSO-ECO
Esta técnica se basa en el efecto de eco que cualquier reflector (discontinuidad dentro del material, o la superficie
de dicho material), produce al ser tocado por un haz ultrasónico.
El cristal emisor (figura 7.6) manda un haz ultrasónico, que es reflejado por la discontinuidad, y recogido por el
cristal receptor, transformándolo en una indicación. Algunos palpadores llevan montado un cristal único que
actúa como emisor y receptor.
Otros montan dos cristales independientes, actuando uno como emisor y el otro como receptor.
Figura 7.6
Se opera siempre por reflexión y excitación por impulsos; al contrario de las técnicas de resonancia y transmisión,
que lo hacen por excitación continua.
Esta técnica utiliza dos métodos:
- Medida del tiempo de recorrido (T).
- Medida de la intensidad acústica y tiempo de recorrido (IT).
7.3.1 Medida del tiempo de recorrido (T)
Los equipos están diseñados para medir solamente el tiempo que tarda la onda ultrasónica en recorrer el espesor de
un material dado. Se entiende que este recorrido es de ida y vuelta, después de una reflexión en la superficie
limite del material.
La indicación del tiempo de recorrido, se puede representar traducida directamente a espesor del material, por un
indicador de aguja o mediante un sistema digital.
Los palpadores utilizados tienen conexión fija en los equipos modernos y son de cristal doble, con lo que se
potencia la emisión y recepción al poder montar en el palpador un cristal piezoeléctrico emisor con gran
módulo piezoeléctrico; e independientemente se monta un cristal piezoeléctrico receptor, con una constante de
presión alta.
Las distintas gamas de espesores se cubren con distintos palpadores de doble cristal, cuyo ángulo de inclinación y
frecuencia hagan la distancia focal idónea para el espesor elegido.
En la actualidad son muy utilizados en las industrias, que debido a problemas de corrosión, necesitan un control de
mantenimiento para controlar las posibles mermas de espesor en tuberías, recipientes y cascos de barcos, etc.
Es posible también, la medida del espesor en muestras calientes hasta temperaturas de 40O0C, con cristal y
elemento acoplante especiales.
7.3.2 Medida de la intensidad acústica y tiempo de recorrido (IT)
Los equipos de medida de la intensidad acústica y tiempo de recorrido emiten durante intervalos de tiempo
constantes, impulsos acústicos cortos, que al propagarse en la muestra y reflejarse en una discontinuidad
interna, o en la superficie limite de dicha muestra, son recogidos, si la dirección es la correcta, por el oscilador
** TECNICAS DE EMISION Y RECEPCION DE LOS ULTRASONIDOS **
44
ENSAYOS NO DESTRUCTIVOS - ULTRASONIDOS
que los transforma en una señal eléctrica, que se visualiza, previamente amplificada, en la pantalla de un tubo
de rayos catódicos. Esta señal consiste en una determinada indicación cuya altura es proporcional a la presión
acústica de la onda reflejada.
En la figura 7.7 tenemos un esquema muy simplificado de un equipo de impulso-eco, con el que podemos analizar
el proceso siguiendo el esquema del equipo.
Figura 7.7



El generador de alta frecuencia emite un impulso eléctrico que llega al emisor y lo transforma, mediante el
efecto piezoeléctrico recíproco, en un tren muy corto de ondas ultrasónicas, que se transmiten desde el
oscilador a la muestra a través del agente de acoplamiento.
El tren de ondas, en su recorrido por la muestra, encuentra una discontinuidad, o la superficie limite de la
muestra, y se refleja llegando hasta el oscilador receptor, el cual lo transforma en un impulso eléctrico de
bajo voltaje mediante el efecto piezoeléctrico directo.
El impulso eléctrico de pequeño voltaje necesita ser amplificado, lo que se consigue con el amplificador, y se
aplica a las placas de deflexión vertical de un tubo de rayos catódicos, con lo que se produce una indicación
del eco del reflector.
Los ecos que aparecen en la pantalla del TRC de la figura 7.7 guardan la siguiente relación con el objeto ensayado:



Eco de la izquierda: se denomina eco de emisión, y aparece en el momento que se excita el cristal al recibir
un impulso eléctrico del generador.
Eco de la derecha: se denomina eco de fondo, se produce por la reflexión del haz ultrasónico en la superficie
límite.
Eco del centro: si el haz, en su camino, encuentra una discontinuidad y esta es menor que la sección
transversal del haz, parte de dicho haz se refleja en la discontinuidad dándonos en pantalla un eco de la
discontinuidad, situado a la distancia en que se encuentra dentro del material, y cuya altura es proporcional a
la presión acústica recibida por el receptor. La otra parte del haz sigue su recorrido hasta llegar a la superficie
límite de la pieza, donde se refleja, dando en pantalla la indicación del eco de fondo.
Si la discontinuidad interpuesta es lo suficientemente grande para abarcar toda la sección del haz, su reflexión
saldría en pantalla en el mismo sitio, pero con una altura mucho mayor, desapareciendo la indicación del eco
de fondo.
7.4 DETECCIÓN DE DISCONTINUIDADES
A continuación veremos diferentes ejemplos de detección de discontinuidades, pudiendo a su vez determinar su
posición exacta dentro de la pieza.
** TECNICAS DE EMISION Y RECEPCION DE LOS ULTRASONIDOS **
45
ENSAYOS NO DESTRUCTIVOS - ULTRASONIDOS
Figura 7.8. La discontinuidad es menor que la sección del haz ultrasónico
Tenemos en pantalla el eco inicial, un eco de la discontinuidad cuya altura dependerá del tamaño de dicha
discontinuidad y, por último, el eco de fondo.
Figura 7.9. La discontinuidad es mayor que la sección transversal del haz y lo intercepta totalmente
En pantalla tenemos el eco inicial y una señal muy alta de la discontinuidad. No aparece la señal de fondo.
Figura 7.10. Las discontinuidades son varias, a diferente profundidad y diferente tamaño
Vemos en pantalla el eco inicial y una serie de ecos correspondientes a las diferentes discontinuidades, con altura
de los ecos proporcional al tamaño de la discontinuidad y por ultimo, el eco de fondo. Si alguna
discontinuidad está alineada con otra anterior (más cerca de la superficie de entrada) no saldrá en pantalla por
estar tapada.
Figura 7.11. La discontinuidad intercepta totalmente el haz y presenta además una inclinación con respecto al haz
ultrasónico
En pantalla tenemos solamente el eco inicial. En este caso, deducimos que tenemos en la pieza una discontinuidad
grande, pero no sabemos ni orientación, ni posición. Tendremos que realizar otra exploración perpendicular a
la primera, o utilizar un transductor angular.
** TECNICAS DE EMISION Y RECEPCION DE LOS ULTRASONIDOS **
46
ENSAYOS NO DESTRUCTIVOS - ULTRASONIDOS
Figura 7.12. El defecto es menor que la sección transversal del haz, y además existe falta de paralelismo entre las
caras de la muestra
En pantalla sólo tendremos el eco inicial y un pequeño eco de la discontinuidad.
Figura 7.13. En este supuesto, el defecto es un estado de microporosidad
En pantalla tendremos un eco inicial y gran cantidad de pequeños ecos no significativos, llamado césped.
Figura 7.14. La muestra tiene superficies paralelas
Si seleccionamos un tamaño de pantalla que pueda abarcar varias veces el espesor de la muestra, tendremos en
pantalla una serie de ecos repetitivos de la superficie final, que mantienen la misma distancia entre ellos.
Observamos que la altura de los ecos va disminuyendo debido al efecto de atenuación en las sucesivas
reflexiones.
** TECNICAS DE EMISION Y RECEPCION DE LOS ULTRASONIDOS **
47
ENSAYOS NO DESTRUCTIVOS - ULTRASONIDOS
8 EQUIPO PARA MEDIDA DE LA PRESION ACUSTICA Y TIEMPO DE RECORRIDO
Básicamente, estos equipos están formados por:
- Sistema de sincronismo.
- Generador de alta frecuencia.
- Amplificador.
- Monitores.
- Sistema de representación (tubo de rayos catódicos, TRC).
En la figura 8.1 se representa un diagrama de bloques con las funciones de cada uno de ellos.
8.1 SISTEMA DE SINCRONISMO
El bloque de funciones de este sistema de sincronismo son las siguientes:
a) Genera el voltaje de deflexión horizontal.
b) Genera la señal de sincronización, para la emisión de impulsos eléctricos de alta frecuencia.
c) Controla la luminosidad del pincel electrónico.
8.1.1 Generador de voltaje de deflexión horizontal
Actúa sobre las placas de deflexión horizontal del TRC, que constituyen la base de tiempo. Como se ve en la
gráfica número 4 de la figura esto se produce por un aumento lineal del voltaje de las placas del TRC, que
obliga al pincel electrónico a recorrer la pantalla a una velocidad predeterminada, que haga coincidir el tiempo
que tarda en recorrer la anchura total de la pantalla (tiempo activo b} con el tiempo que emplea el haz sónico
en desplazarse por la muestra en su trayecto de ida y vuelta.
Se puede variar la velocidad de barrido del pincel electrónico para cubrir una gama de espesores en acero, desde
10mm hasta 10m, por medio de dos mandos del equipo; uno de ellos dispone de un selector escalonado para
conseguir una aproximación al espesor deseado, y el otro gradual continuo para los distintos escalones del
anterior.
** EQUIPO PARA MEDIDA DE LA PRESION ACUSTICA Y TIEMPO DE RECORRIDO **
48
ENSAYOS NO DESTRUCTIVOS - ULTRASONIDOS
El equipo dispone de otro mando que nos permite centrar el conjunto de ecos que aparecen en pantalla,
desplazando todos los ecos a derecha o izquierda sin variar la distancia que existe entre ellos.
Con el mando escalonado elegimos el espesor a controlar, después actuando alternativamente con el mando
continuo y el mando de centrado situamos los sucesivos ecos de fondo a la distancia que representa el espesor
a controlar.
Los equipos disponen además de la denominada Lupa de profundidad, que consiste en un dispositivo de centrado
horizontal de gran recorrido, que actúa para una velocidad de barrido, generalmente la máxima. Esta
velocidad, se suele prefijar de forma que el tiempo que tarde el pincel electrónico en recorrer el ancho de
pantalla sea equivalente a 10mm de acero.
En algunos equipos, si se mantiene constante la velocidad de barrido y se desplaza la imagen con el mando de
centrado hacia la izquierda hasta que la profundidad “d” (a partir de la cual queremos inspeccionar con la lupa
de profundidad) se sitúe en el cero de la
escala, estaremos inspeccionando en pantalla, los 10mm posteriores a la profundidad “d”.
8.1.2 Emisión de impulsos eléctricos de alta frecuencia
Este impulso eléctrico produce en el cristal emisor una excitación con una cierta cadencia, que se denomina
Frecuencia de repetición de impulsos (f.r.i.).
Esta f.r.i. debe ser lo mas alta posible para que en la unidad de tiempo se produzcan en el TCR más imágenes que
se superponen, dando un oscilograma más brillante.
Una f.r.i. excesiva no es deseable ya que se puede producir la aparición de los llamados ecos fantasmas. En los
equipos modernos no se produce esta aparición de falsas indicaciones, ya que la f.r.i. varia automáticamente en
función del rango de espesor seleccionado.
8.1.3 Luminosidad del pincel Luminoso
El sistema de sincronismo controla también la luminosidad del pincel electrónico, haciendo que su luminosidad se
extinga cuando termina su recorrido de la pantalla y vuelve al punto cero para repetir recorrido volviéndose a
iluminar. Con esto se evita que en pantalla hubiese una superposición de imágenes, dificultando la
interpretación del oscilograma. Este efecto se ve en la gráfica número 5 de la figura, en el denominado tiempo
pasivo tp.
8.2 GENERADOR DE ALTA FRECUENCIA
El sistema de sincronismo envía una señal al generador de alta frecuencia poco después de empezar a elevarse el
voltaje de barrido.
El generador, como su propio nombre indica, genera un impulso eléctrico de alta energía por medio de un tiratrón,
que abre y cierra el circuito de un condensador cargado con varios cientos de voltios; este tiratrón, se excita
con las señales que envía el sistema de sincronismo.
Este impulso eléctrico de alta energía se divide en dos: una gran parte va al cristal emisor, el cual se excita y vibra,
como se ve en la gráfica número 1 de la figura, y emite un impulso acústico. La otra pequeña parte del impulso
eléctrico se envía al amplificador, el cual lo amplifica y envía a las placas de deflexión vertical del TRC.
Simultáneamente, el pincel electrónico inicia el barrido de la pantalla de izquierda a derecha (tiempo activo te, en la
gráfica número 5), obligado por el voltaje creciente (grafica número 4). En este momento, como se ve en la
grafica número 3, tenemos la Señal de emisión, que se forma a la vez que el impulso eléctrico llega al cristal.
El punto de arranque del eco de emisión nos marca el tiempo cero eléctrico, que es el momento en que el impulso
eléctrico llega al cristal. Desde este momento hasta que el impulso acústico empieza a penetrar en el material,
transcurre un tiempo que depende del espesor de la suela protectora del transductor y del material acoplante
interpuesto. Es por esto, que el tiempo acústico no coincide con el tiempo eléctrico y se produce el error de
cero (e) en figura 8.2.
** EQUIPO PARA MEDIDA DE LA PRESION ACUSTICA Y TIEMPO DE RECORRIDO **
49
ENSAYOS NO DESTRUCTIVOS - ULTRASONIDOS
Si el impulso eléctrico es corto, el impulso acústico también es corto, lo cual es muy importante para poder
determinar el poder de resolución del cristal. Este poder de resolución es la capacidad que tiene el cristal para
diferenciar con la mayor claridad los ecos de dos o más reflectores próximos (figura 8.3).
Figura 8.3
La duración del impulso acústico (vibración del cristal) tiene una marcada influencia en la llamada zona muerta,
que es la anchura que ocupa en la base de tiempo la señal de emisión (figura 8.4).
Figura8.4
Cuando el impulso eléctrico cesa, el cristal sigue vibrando, y genera una señal que pasa al amplificador,
mezclándose con la señal de emisión, ensanchando la zona muerta.
Para evitar esto, ya vimos anteriormente en el capitulo de Palpadores la gran importancia que tiene en la
construcción del palpador el material amortiguante adosado a la cara posterior del cristal, para evitar las
oscilaciones de dicho cristal.
También es importante la elección del tipo de cristal por su coeficiente de amortiguación interna particular. Tiene
una gran importancia en la duración del impulso acústico la frecuencia de ensayo, ya que a frecuencias más
altas se producen impulsos acústicos más cortos, y, por tanto, mejor poder de resolución y zona muerta mas
estrecha.
Este problema de la zona muerta solo se presenta en los transductores con cristal único emisor-receptor.
8.3 AMPLIFICADOR
Los impulsos eléctricos que llegan al cristal emisor le hacen vibrar. La característica piezoeléctrica del cristal
transforma estos impulsos eléctricos en impulsos acústicos que se transmiten al material, desplazándose por el
mismo hasta llegar a un reflector, donde se refleja y vuelve al cristal receptor que es el mismo cristal emisor.
** EQUIPO PARA MEDIDA DE LA PRESION ACUSTICA Y TIEMPO DE RECORRIDO **
50
ENSAYOS NO DESTRUCTIVOS - ULTRASONIDOS
El cristal vuelve a utilizar su propiedad piezoeléctrica, y transforma los impulsos acústicos que recibe en
impulsos eléctricos de muy bajo voltaje (del orden de10-3V hasta un máximo de 1V). Como el TRC necesita
como mínimo 100V para deflectar la base de tiempo, el amplificador deberá tener una ganancia de 100dB.
Los mandos para regular la ganancia del amplificador en decibelios son dobles, uno está tarado en saltos de 20 en
20 dB, y el otro para un ajuste mas fino, en saltos de 2 dB. Todos los equipos modernos que incorporan
amplificador lineal (podría este amplificador, ser lineal, logarítmico o lineal a partir de un valor determinado)
disponen de un mando de supresión, que controla el umbral de amplificación. Con este mando podemos
eliminar el llamado césped (indicaciones indeseables) pero no es recomendable su utilización salvo casos muy
excepcionales.
8.4 MONITORES
El procedimiento de evaluación de resultados observando directamente la pantalla, resulta lento y fatigoso, por lo
que se pueden producir fallos de interpretación. Para evitar esto, se recurre a la automatización de la
inspección por medio de monitores, los cuales evalúan automáticamente las indicaciones que aparecen en
pantalla (figura 8.5).
Su utilización es la siguiente: en la línea base de tiempo se selecciona con los monitores la zona o zonas del espesor
de la muestra, donde no debe haber ningún tipo de discontinuidad.
Si aparece algún eco en estas zonas marcadas, el monitor genera una señal que activa un relé de alarma luminosa y
acústica, o algún sistema mecánico de marcado con pintura, corte o separación de la muestra.
También se puede ajustar con el monitor el nivel de altura de los ecos, a partir de la cual se excitan los sistemas de
alarma antedichos. De esta forma, los ecos que no alcancen esta altura predeterminada no afectan a los
sistemas de alarma, aunque se visualicen en pantalla.
8.5 SISTEMAS DE REPRESENTACION
Aunque son varios los tipos de representación, veremos los tres más conocidos que son:
8.5.1 Representación de tipo A
En la figura 8.6 vemos este tipo de representación, que es la más corriente cuando se aplica la técnica de impulsoeco. En este tipo de representación, las indicaciones de las discontinuidades aparecen en pantalla como
deflexiones verticales de la base de tiempo. La amplitud de estas señales se muestra en dirección vertical (Y),
y el recorrido del sonido, o, lo que es lo mismo, la distancia entre los diferentes reflectores, se representa en la
dirección horizontal (X).
Determinando la posición exacta de la línea izquierda ascendente del eco, sabemos la distancia desde el reflector a
la superficie de apoyo del palpador.
** EQUIPO PARA MEDIDA DE LA PRESION ACUSTICA Y TIEMPO DE RECORRIDO **
51
ENSAYOS NO DESTRUCTIVOS - ULTRASONIDOS
8.5.2 Representación de tipo B
Este tipo de representación se utiliza especialmente con equipos automáticos o semiautomáticos especiales, que nos
permiten ver los resultados de la inspección de una forma especial (figura 8.7).
Esta forma especial consiste en la representación de una sección de la pieza en inspección, una vez movido y
desplazado el palpador por un determinado recorrido de exploración, El movimiento del palpador se muestra
en el eje de las X, y la distancia a la que se encuentran las diferentes discontinuidades se muestra en el eje de
las Y.
8.5.3 Representación de tipo C
En esta representación, como se ve en la figura 8.8, la pieza inspeccionada se representa con una vista en planta,
donde la situación de las discontinuidades se puede marcar a escala real. Para esto, es necesario inspeccionar
por completo una superficie, utilizando una serie de palpadores y un recorrido serpenteante. El uso de
impresoras nos permitirá obtener más información, como la profundidad de las discontinuidades o amplitud de
los ecos, por medio de símbolos o colores.
** EQUIPO PARA MEDIDA DE LA PRESION ACUSTICA Y TIEMPO DE RECORRIDO **
52
ENSAYOS NO DESTRUCTIVOS - ULTRASONIDOS
9 PUESTA A PUNTO DEL ENSAYO
En toda inspección ultrasónica se intenta detectar todas las discontinuidades presentes en el material a inspeccionar,
su situación y tamaño.
La situación de cualquiera de las discontinuidades se podrá determinar con bastante exactitud, pero la
determinación del tamaño cuando éste es menor que la sección transversal del haz ultrasónico puede resultar
difícil, teniendo que recurrir a criterios comparativos.
Es por ello de capital importancia la perfecta puesta a punto del conjunto equipo-palpador, y la realización de una
serie de calibraciones previas a la inspección.
En el presente capitulo se estudiaran en primer lugar las condiciones de la superficie de exploración del material;
comprobaciones y ajustes del conjunto equipo-palpador; y diferentes calibraciones a realizar.
9.1 CONDICION DE LA SUPERFICIE DEL MATERIAL
Antes de realizar la inspección sobre una determinada pieza se debe estudiar el acabado superficial, rugosidad de la
superficie, curvatura de la superficie, y dependiendo de todo ello, el tipo de acoplante, diámetro y frecuencia
del transductor a utilizar.
Todos estos factores influyen notablemente en la transmisión de los ultrasonidos a través de la superficie de
contacto, haciendo que estas Pérdidas por transmisión nos dificulten la determinación del tamaño de un
reflector pequeño. Estas pérdidas por transmisión, también llamadas perdidas por transferencia, se evalúan
comparando el eco del mismo reflector en la pieza a ensayar y en el bloque de calibración.
9.1.1 Acabado superficial
Cuando la superficie de exploración presenta cascarilla por oxidación o cualquier tipo de recubrimiento, puede dar
lugar a una disminución de la presión acústica debido a la falta de adherencia entre el material base, y la
protección o la cascarilla. Cuando se presenten estos casos deben de eliminarse por medio de lija, muela o
chorro de arena.
9.1.2 Rugosidad de la superficie
Supongamos una superficie muy rugosa, con valles (depresiones de la superficie), y crestas (protuberancias de la
superficie). Los valles están rellenos de acoplante, donde la velocidad de la onda acústica es menor que en las
crestas o protuberancias que son metal. Las ondas después de atravesar la capa rugosa se encuentran en
distinta fase, lo que produce: una disminución en la transmisión de la presión acústica; aumenta el ancho de la
zona muerta; cambios en la dirección del haz; y aparición de ondas parásitas superficiales. También el estado
superficial de la cara opuesta a la de exploración puede influir de una forma determinante en la interpretación
de señales en pantalla. Si la rugosidad es muy grande puede hacer que el eco de fondo sea fuertemente
amortiguado, no apareciendo en pantalla, y dando lugar a error en la determinación del tamaño de una
discontinuidad, ya que podemos deducir que la discontinuidad es de tal tamaño, que corta totalmente el haz.
9.1.3 Curvatura de la superficie
Esta curvatura puede hacer que la divergencia del haz aumente o disminuya (focalización). También puede afectar
al fenómeno de conversión de ondas, dando lugar a la aparición de falsas indicaciones.
En los ensayos por contacto con incidencia normal en una superficie cóncava, la sensibilidad disminuye, pues el
centro del palpador no hace contacto con la superficie de apoyo como se ve en la figura 9.1.
** PUESTA A PUNTO DEL ENSAYO **
53
ENSAYOS NO DESTRUCTIVOS - ULTRASONIDOS
Figura 9.1
Para evitar esto debemos recurrir a un dispositivo especial, que consiste como ya vimos en la figura 6.3, en un
adaptador con un conjunto de cristales (Mosaico), que actúa como una lente convergente.
En los ensayos por contacto con incidencia normal en una superficie convexa, la zona de apoyo del palpador será
muy reducida, aumentando el ángulo de divergencia dentro de la muestra, con la consiguiente disminución de
la sensibilidad.
En la inspección de redondos y esferas, figura 9.2.a, si el ángulo del haz es de 30°, se producen reflexiones en
triángulo que no sufren conversión de modos, dándonos una indicación en pantalla por detrás del eco de
fondo. Si el ángulo es de 35,6º en acero, y 36,5º en aluminio, se producen también reflexiones en triángulo,
pero en este caso con conversión de modos, figura 9.2.b, que también nos da indicaciones en pantalla por
detrás del eco de fondo.
Figura 9.2
En los ensayos por contacto con incidencia angular sobre una superficie convexa se producen fenómenos de
transformación de ondas, que nos producen falsas indicaciones. Para evitar este efecto, sobre todo en
superficies con un radio de curvatura pequeño, no se debe adaptar la curvatura del palpador a la curvatura de la
pieza, sino reducir la superficie de contacto. Esto dará lugar a un aumento del ángulo de divergencia del haz,
pero evita las falsas indicaciones.
En los ensayos por inmersión con incidencia angular sobre superficies convexas se producen casos similares a los
descritos en el caso anterior. Para evitar esto se puede focalizar el haz con un mosaico de cristales.
En los ensayos por inmersión con haz normal en superficie cóncava, figura 9.3.a, cuando el haz llega a dicha
superficie después de atravesar el espesor de agua, sólo el rayo central del haz entra normalmente en el
material, ya que el resto lo hace de forma oblicua con pequeños ángulos, por lo que sufren una refracción, con
un ángulo superior al de incidencia, produciendo la convergencia del haz dentro del material, con lo que la
sensibilidad aumenta.
Figura 9.3
** PUESTA A PUNTO DEL ENSAYO **
54
ENSAYOS NO DESTRUCTIVOS - ULTRASONIDOS
En los ensayos por inmersión con haz normal en superficie convexa, figura 9.3.b, el rayo central del haz, también
como en el caso anterior, entra dentro del material normalmente, pero el resto de rayos sufren el efecto de
divergencia con sensible reducción de la sensibilidad. Para reducir este efecto se pueden emplear palpadores
focalizantes, que compensan esta pérdida de sensibilidad.
9.2 MEDIO DE ACOPLAMIENTO
En cualquier inspección por contacto directo, entre el palpador y la superficie de la muestra, existe una fina capa de
aire del orden de lo4 mm que trabajando con las frecuencias normales (entre 2 y 12 MHz) utilizadas en la
inspección de materiales metálicos daría como resultado una transmisión de la presión acústica del palpador a
la pieza prácticamente nula.
Para evitar esto es imprescindible que en toda inspección por contacto se utilice un material acoplante
acústicamente conductor interpuesto entre el palpador y la pieza en inspección, que elimina la capa de aire
haciendo que toda la presión acústica del cristal entre en la pieza.
Para la inspección de muestras metálicas el mercurio es el mejor medio de transmisión acústica, con el
inconveniente de su alto precio, su peligrosidad y difícil aplicación, lo que hace que raramente se utilice.
En superficies con acabado muy fino se suele utilizar glicerina que es acústicamente muy conductora, aunque
presenta el inconveniente de no mojar bien la superficie de la muestra.
Los acoplantes más comúnmente utilizados son las grasas y aceites minerales de diferente viscosidad, dependiendo
esta de la rugosidad que presente la superficie.
La plastilina mezclada con aceite es la que mejor adherencia tiene, presentando la gran ventaja de que en
superficies rugosas elimina las señales parásitas.
Para la inspección de paredes verticales y techos se suele utilizar la cola de empapelar, ya que debido a su alta
viscosidad no se descuelga.
Para la inspección a temperaturas elevadas se suelen utilizar mezclas a base de silicona, que no se descomponen a
temperaturas de 400º.
En definitiva, la elección de uno u otro acoplante, depende esencialmente del coste, y de la rugosidad superficial de
la pieza a inspeccionar.
Por último, decir que el elemento acoplante debe:



No dañar la superficie de la pieza (corrosión).
Asegurar un buen contacto acústico entre palpador y pieza, con un alto grado de viscosidad.
Utilizar el mismo acoplante para la calibración, y la inspección en cuanto a la sensibilidad.
9.3 DIAMETRO Y FRECUENCIA DEL PALPADOR
Además de los parámetros estudiados para optimizar un ensayo, nos queda un último parámetro, que es el diámetro
y la frecuencia de excitación del transductor a emplear.
Cuanto mayor sea el grado de rugosidad superficial se deberá inspeccionar con frecuencias mas bajas, sin que esto
nos reduzca el nivel de sensibilidad y el poder de resolución requeridos.
En los ensayos por contacto se mejora la transmisión de los ultrasonidos a través del medio de acoplamiento,
disminuyendo la frecuencia.
En superficies curvas o muy rugosas los cristales de diámetro grande tienen más pérdidas que los pequeños.
En resumen, disminuyendo la frecuencia de excitación del cristal y aumentando el diámetro de dicho cristal, se
favorece la transmisión de los ultrasonidos a través del medio de acoplamiento.
9.4 BLOQUES DE CALIBRACIÓN Y DE REFERENCIA
Para la realización práctica, tanto de la comprobación del equipo como de la calibración del sistema, se utilizan
varios tipos de bloques de calibración y bloques de referencia.
** PUESTA A PUNTO DEL ENSAYO **
55
ENSAYOS NO DESTRUCTIVOS - ULTRASONIDOS
Bloques Patrón o de Calibración, son piezas de un material de composición, estado superficial, tratamiento térmico,
y forma geométrica especificados, mediante los cuales se puede verificar y calibrar un aparato de ultrasonidos.
No han sido pensados para un ensayo concreto, ya que su validez es universal.
Bloques de Referencia, son piezas usadas para una inspección concreta. Son en general del mismo material, y con
el mismo tratamiento térmico que la pieza a ensayar.
Contienen reflectores bien definidos, utilizados para ajustar la amplificación del aparato de ultrasonidos, de manera
que se puedan comparar las indicaciones detectadas, con las que provienen de reflectores conocidos.
En la construcción de bloques de referencia se deben seguir las siguientes recomendaciones:




El material debe ser acústicamente equivalente al que se va a ensayar.
El espesor y curvatura no variara más del 10% de los valores de las piezas a ensayar.
La superficie de apoyo no podrá ser inferior a tres veces el diámetro o anchura del palpador.
Cuando el reflector es un taladro su diámetro no será inferior a dos veces la longitud de onda.
A continuación, veremos algunos de los bloques de calibración mas conocidos y utilizados en las diferentes
inspecciones por ultrasonidos.
9.4.1 Bloque de calibración V1
Este bloque (figura 9.4), surge de los trabajos realizados por la Comisión V "Ensayos, medidas y control de las
uniones soldadas", del Instituto Internacional de Soldadura, llegando al establecimiento de una pieza patrón
para el calibrado de los equipos que trabajan con la técnica de impulso-eco, para el control de uniones
soldadas. Se le denominó V1, y estaba de acuerdo con la norma UNE 7414.
Sirve para comprobación del ángulo real y punto de salida de palpadores angulares; ajustes en distancias.
Con el transcurso del tiempo se han ido introduciendo modificaciones en el bloque V1, perfectamente válidas ya
que respetan las condiciones básicas, que son:


Clase de material con velocidad constante de las ondas.
Dimensiones del bloque.
Las variaciones que se han introducido son varias y se exponen en los siguientes modelos de V1:
V1-1 El taladro de 50mm está hueco, y el taladro de 1,5mm se sitúa en el centro del bloque a 50mm de la superficie
de exploración.
V1-2: El taladro de 50mm tiene un bloque de metacrilato. El taladro pequeño es de 5mm situado debajo del taladro
grande.
V1-3: El punto cero, tiene un sector de círculo de 25mm de radio.
V1-4: El punto cero tiene dos ranuras laterales de 4mm de profundidad y 6mm de longitud.
V1-5: Tiene una ranura lateral de 20 mm a cada lado del punto cero.
V1-6: Es el último bloque modificado y contemplado en la norma UNE EN 12223.
El tamaño del taladro pequeño tiene 3mm de diámetro, situado a 15mm de la superficie y debajo del taladro grande.
Con los ángulos de 30 a 80º grabados con relación al círculo de 50mm.
** PUESTA A PUNTO DEL ENSAYO **
56
ENSAYOS NO DESTRUCTIVOS - ULTRASONIDOS
En el punto cero tiene dos ranuras laterales con una escala de 10mm hacia delante y 10mm hacia atrás, con una
longitud de las marcas de las escalas de 6mm como se ve en la figura 9.5.
En la figura también se ve la zona donde se deben grabar el número de la norma (EN 12223), el número de serie del
fabricante y la marca comercial.
9.4.2 Bloque de calibración V2
Con este bloque se realizan las mismas funciones que con el bloque V1, pero con palpadores miniatura, y los
ajustes son en campos menores de 200 mm, que es el campo mínimo de calibración con el bloque V1.
En la figura 9.6 vemos los diferentes campos de ajuste. En la figura (a) tenemos un ajuste con un palpador de
incidencia normal sobre el espesor del bloque. En (b) el ajuste es con palpador de incidencia angular, dirigido
hacia el radio de 50mm. En la posición (c), el haz del palpador angular está dirigido hacia el radio de 25mm.
9.4.3 Bloque ASME
Estos bloques están construidos y mecanizados de acuerdo con la figura 9.7. El plaqueado o revestimiento de acero
inoxidable se depositara siguiendo el mismo procedimiento empleado para el plaqueado del componente, si lo
tiene.
El acabado superficial y tratamiento térmico han de ser iguales.
** PUESTA A PUNTO DEL ENSAYO **
57
ENSAYOS NO DESTRUCTIVOS - ULTRASONIDOS
Figura 9.7
Como se ve en la figura estos bloques tienen básicamente tres taladros y dos entallas para la calibración con
palpadores de incidencia angular y otros tres taladros para calibración con palpadores de incidencia normal.
9.5 COMPROBACIONES DEL EQUIPO-PALPADOR
Se debe comprobar en primer lugar que el conjunto equipo-palpador reúne una serie de condiciones que se deben
realizar con el mismo equipo, cable, palpador y medio de acoplamiento que se vayan a utilizar en la
inspección.
9.5.1 Relación señal-ruido
Se determina comparando la altura de la señal de un reflector conocido, con la altura de las pequeñas indicaciones
de la base de tiempo (césped). Para su determinación se siguen los siguientes pasos:



Se saca el eco de fondo de la altura del bloque V1 (100mm) con el palpador normal. Si el palpador es angular,
se saca el eco de fondo del radio del semicírculo (100mm).
Subimos el eco al 50% de altura en pantalla, y reducimos la ganancia en 24dB. Con esta reducción de la
ganancia tiene que seguir siendo visible dicho eco.
Aumentamos otra vez la ganancia, para situar otra vez la altura del eco en el 50%. Aumentamos la ganancia en
50dB, y las señales del ruido de fondo (césped) no deben rebasar el 20% de altura de pantalla.
9.5.2 Zona muerta
Se denomina como zona muerta del palpador la distancia de la base de tiempo ocupada por el eco inicial, como se
vio en la figura 8.4.
Depende entre otros factores de la duración del impulso acústico, no siendo posible detectar ningún reflector en
dicha zona.
A continuación de la línea o flanco derecho del eco inicial aparecen una serie de pequeños ecos, debidos a ruido del
palpador. La altura de estos ecos es debida en gran medida a la amplificación utilizada durante el ensayo.
La comprobación debe realizarse después de ajustar la sensibilidad del ensayo concreto a realizar.
Una vez ajustada la sensibilidad la altura de estos pequeños ecos no debe sobrepasar el 20% de altura en pantalla;
verificándose además, que la señal del reflector de calibración se distingue con claridad.
** PUESTA A PUNTO DEL ENSAYO **
58
ENSAYOS NO DESTRUCTIVOS - ULTRASONIDOS
9.5.3 Poder de resolución
Se define como el porcentaje (referido a la altura total de pantalla) donde los ecos procedentes de dos o tres
espesores consecutivos y próximos se distinguen perfectamente por aparecer separados.
Para la comprobación del poder de resolución de un palpador se utiliza la entalla del bloque V1, como vimos en la
figura 8.3, aunque la diferencia entre los espesores de 6 y 9mm de dicha entalla no son muy fiables para esta
determinación. Se recomienda construir bloques de calibración con escalones de 1 - 1,5 - 3 - 4mm.
Figura 9.8
En la figura 9.8 vemos la imagen del valor de tres palpadores con diferente poder de resolución, y la forma en que
se determina su valor referido en porcentaje de altura en pantalla.
Se sitúa el palpador para que la altura de los dos ecos en pantalla sea la misma. Con el mando de ganancia se elevan
al 100% y se mide la altura (h).
Para la determinación del poder de resolución de palpadores angulares se opera de la siguiente forma: colocamos el
palpador en el punto 0 del radio de 100mm del cuadrante del bloque V1. El eco obtenido se sitúa en el valor
100 de la línea base de tiempo. Se amplifica el eco al 100% de altura y se mide su anchura (n), a la altura del
20%. El valor de (n) no debe ser mayor de 5 mm en palpadores con frecuencias de 4MHz o más; y no mayor
de 8mm para frecuencias de 2MHz o superiores.
9.6 COMPROBACIONES DE LOS PALPADORES
Antes de comenzar un ensayo se deben comprobar y determinar las características geométricas del haz ultrasónico
del palpador a utilizar, dada la importancia que tiene, para determinar la posición y tamaño de los posibles
reflectores.
9.6.1 Isobara de -20 dB
Vimos en el capitulo 5 la forma de calcular el ángulo de divergencia del haz de un palpador, con lo que
conoceremos en teoría los limites del haz. Sin embargo, para poder determinar de una forma precisa el tamaño
de un reflector se debe conocer de forma experimental los limites del haz ultrasónico.
El límite practico del haz ultrasónico, es decir, donde dicho haz tiene suficiente presión acústica para detectar una
discontinuidad, se considera que está en la isobara de -20dB, es decir, una línea equidistante del eje del haz,
donde la presión acústica tiene un valor de 20 dB menos que la presión acústica del eje del haz a esa misma
distancia.
Para la determinación de la isobara de -20dB en palpadores de ondas longitudinales, utilizamos el bloque de
calibración representado en la figura 9.9, situando el palpador como se ve en la figura.
** PUESTA A PUNTO DEL ENSAYO **
59
ENSAYOS NO DESTRUCTIVOS - ULTRASONIDOS
Figura 9.9
Dirigimos el haz del palpador al taladro de fondo plano del bloque de calibración, y trazamos todo el contorno de la
isobara, moviendo el palpador de forma que el eco se mantenga siempre 20dB por debajo del máximo, e ir
tomando las coordenadas del centro del palpador.
Para determinar la isobara de -20dB en palpadores angulares deberemos conocer como mínimo cuatro puntos de la
isobara: dos en el plano horizontal, y dos en el plano vertical.
El reflector será un taladro lateral, situado a una distancia no inferior a dos veces el valor del campo cercano del
palpador.
En la figura 9.10, está esquematizada la forma de realizar el valor de la isobara en el plano horizontal.
Figura 9.10
En la posición 1 obtenemos el eco máximo del taladro y con la ayuda de una regla desplazamos el palpador
lateralmente hacia la posición 2. En esta posición, el eco se ha reducido en 20 dB.
Se mide la distancia a, y se le resta el valor de b (profundidad del taladro). La diferencia es la semi-apertura del haz
a la distancia que esté del taladro. Se repite la misma operación por el otro lado, posiciones 3 y 4, para
determinar la otra semi-apertura, que debe ser igual a la primera.
Para el cálculo de la isobara en el plano vertical tenemos la figura 9.1 1 donde está esquematizada la forma de
determinar su valor.
** PUESTA A PUNTO DEL ENSAYO **
60
ENSAYOS NO DESTRUCTIVOS - ULTRASONIDOS
Figura 9.11
En la posición 1 sacamos el eco máximo del taladro. Se desplaza el palpador hasta la posición 2, donde el eco esta
20 dB por debajo del valor en 1. Medimos la distancia “n” entre las posiciones 1 y 2.
Desplazamos el palpador hasta la posición 3, donde el eco vuelve a estar 20 dB por debajo del valor en l. Medimos
la distancia entre posiciones 1 y 3, y obtenemos el valor “m”, con lo cual tenemos la apertura del haz a la
distancia en que se encuentra el reflector.
9.6.2 Determinación del punto de salida de un palpador angular
Antes de comenzar el ensayo con un palpador angular se debe comprobar el punto real de salida del haz, ya que por
diversas causas puede no coincidir con el punto marcado en la carcasa.
Figura 9.12
Como se ve en la figura 9.12 cuando la suela del palpador se va desgastando irregularmente con el uso, el punto
original de salida se va desplazando hacia adelante o hacia atrás.
Para hallar el punto real de salida con el bloque de calibración V1 situamos el palpador sobre la ranura que marca
el punto cero del radio de 100mm de la sección de círculo, como se ve en la figura 9.13. Se desplaza el
palpador en pequeños movimientos hacia adelante y atrás, hasta conseguir la altura máxima del eco. Una vez
conseguida esta máxima altura se marca el punto de la carcasa que coincida con et punto cero del bloque.
** PUESTA A PUNTO DEL ENSAYO **
61
ENSAYOS NO DESTRUCTIVOS - ULTRASONIDOS
Figura 9-13
Como se ve en la figura se puede realizar la misma comprobación con el bloque de calibración V2.
9.6.3 Determinación del ángulo real de salida
Aunque los palpadores angulares llevan marcado en la carcasa el ángulo de refracción, en muchas ocasiones no
coincide con el señalado, debido, como se ve en la figura 9.14, a un desgaste irregular de la suela del palpador.
Figura 9.14
Si el desgaste es mayor en la parte delantera, el ángulo refractado es menor; si el desgaste es en la parte trasera, el
ángulo será mayor.
Para determinar el ángulo real lo hacemos con la ayuda del bloque de calibración V1, como vemos en la figura
9.15.
Figura 9.15
Se coloca el palpador en la escala graduada marcada en el bloque sobre el valor que coincida con el marcado en el
palpador y dirigido el haz hacia el círculo con metacrilato.
La máxima altura se consigue cuando el eje del haz coincide con el diámetro de dicho círculo. Miramos el valor de
la escala del bloque, que coincide con el punto de salida previamente marcado en la carcasa del palpador, y
sabemos el ángulo real refractado.
En la figura se han colocado cuatro palpadores con diferentes ángulos.
** PUESTA A PUNTO DEL ENSAYO **
62
ENSAYOS NO DESTRUCTIVOS - ULTRASONIDOS
Para comprobar el ángulo de los palpadores de 80° se hace de la misma forma, pero dirigiendo el haz hacia el
taladro de 1,5mm de diámetro.
9.7 COMPROBACIONES EN EL EQUIPO
Para asegurar que el equipo a utilizar en un ensayo está en condiciones de asegurar una fiabilidad con respecto a los
resultados que se obtengan, se deben realizar una serie de comprobaciones, como son: la linealidad horizontal
y vertical.
La linealidad horizontal de un equipo significa que la velocidad de barrido del pincel electrónico se mantiene
constante en todo su recorrido, haciendo que los ecos repetitivos de un reflector o superficie limite aparezcan
en pantalla a distancias idénticas.
La linealidad vertical a su vez es correcta cuando la relación de alturas de dos ecos sucesivos se mantiene constante
al ir amplificando los ecos a lo alto de toda la pantalla.
9.7.1 Linealidad horizontal
Cada amplitud de pantalla seleccionada necesita una valoración de la linealidad independiente. Si con una pantalla
de 100mm tenemos una linealidad correcta, no significa que el resto de pantallas que se pueden seleccionar
(200 - 500 - 1000mm), tenga una correcta linealidad.
La verificación se realiza con un palpador de incidencia normal y monocristal; la frecuencia y forma no tienen
importancia.
Figura 9.16
Se sitúa el palpador en el bloque de calibración V1 como se indica en la figura 9.16. En la posición (a) para valores
de pantalla de hasta 200mm, y en posición (b), hasta 500mm.
Se utilice la escala que se utilice el número de ecos repetitivos no debe ser menor de cuatro, ni mayor de diez.
Si seleccionamos una pantalla de 100mm, los cuatro ecos repetitivos del espesor de 25mm (posición a) los
colocamos en su correspondiente sitio en pantalla. Subimos el primer eco al 80% de altura de pantalla y
medimos la distancia entre el primer y segundo eco en sus puntos de arranque de subida.
Subimos el segundo eco al 80% y medimos distancia entre el segundo y tercer eco igual que se hizo con el primero
y segundo. Esta misma operación se repite con todos los ecos tomados dos a dos.
Los valores t se representan en un gráfico como se ve en la figura, con una variación no superior al 1%. Si la
linealidad se desvía de la banda marcada de + 1% en valores superiores al 5% a partir de los extremos de la
base de tiempo, no será aceptable el equipo.
** PUESTA A PUNTO DEL ENSAYO **
63
ENSAYOS NO DESTRUCTIVOS - ULTRASONIDOS
9.7.2 Linealidad vertical
Se opera con el mismo palpador, el mismo bloque de calibración y el mismo oscilograma que para la evaluación
horizontal.
Figura 9.17
Se toman dos ecos sucesivos que no rebasen el 10% de altura de pantalla, como se aprecia en la figura 9.17, y se
miden sus alturas hn y hn+l, y se halla la diferencia.
Se aumenta la amplificación 2dB y se vuelve a obtener la diferencia entre los dos mismos ecos. Se repite la
operación en intervalos de dos en dos decibelios, de forma que se tomen un mínimo de 10 pares de valores,
hasta llegar al máximo de altura de pantalla.
Esta serie de valores se representan como se indica en la figura y deben mantenerse dentro de la banda de 5% el
valor más repetido para al menos el 80% central de la pantalla, es decir, excluyendo un 10% arriba y abajo.
** PUESTA A PUNTO DEL ENSAYO **
64
ENSAYOS NO DESTRUCTIVOS - ULTRASONIDOS
10 CALIBRACIONES Y AJUSTES PREVIOS AL ENSAYO
Son varios los ajustes a realizar en el equipo, previos a la realización de un ensayo, como son:
10.1 AJUSTE DE LA BASE DE TIEMPO
Para determinar la posición exacta de un reflector debemos realizar un ajuste previo de la línea base de tiempo,
teniendo en cuenta las siguientes premisas:



El eco inicial no se debe utilizar para el ajuste.
Para el ajuste, se necesitan al menos dos ecos de fondo.
Las medidas se toman siempre donde el eco comienza a ascender, es decir, donde rompe la línea base de
tiempo.
10.1.1 Ajuste en recorrido del sonido con palpador normal
El ajuste se realiza con la ayuda de los bloques V1 y V2 para palpadores de incidencia normal, como se ve en la
figura 10.1.a-b.
Figura 10.1 .a
En la posición 1 de la figura 10.1.a tenemos un espesor de probeta de 25mm. Sacamos cuatro ecos repetitivos del
fondo y los situamos en 25, 50, 75 y 100mm con lo que tendremos una pantalla de 100mm.
En la posición 2 tenemos una distancia del palpador a la superficie posterior de 100mm. Como vemos en la pantalla
2 de la figura tenemos una pantalla de 200 mm con dos ecos repetidos del fondo, situados a 100 y 200mm.
En la posición 3 la distancia a la entalla del bloque es de 200mm, con lo que tendremos una pantalla de 400mm con
los ecos repetidos de fondo, situados a 200 y 400mm.
En la posición 4 la medida se realiza en el bloque de metacrilato con un espesor de 25mm. Como la velocidad del
sonido en el metacrilato es la mitad que en acero, y al estar calibrado el equipo con velocidad en acero, el eco
de fondo nos sale a 50mm. En la figura tenemos una pantalla de 150mm con tres ecos a 50, 100 y 150mm.
Figura 10.1.b
En la posición 5 sobre la probeta V2 con un espesor de 12,5mm tenemos una pantalla de 50mm. con cuatro ecos a
12,5; 25; 37,5 y 50mm (figura 10.1. b).
En las posiciones 2 y 3 saldrán detrás de los dos ecos de fondo unos ecos secundarios de poca altura, debidos al
problema de esbeltez de la probeta (anchura 25mm) y distancias del ajuste de 100 y 200 mm. Esto no presenta
la menor importancia, ya que los ecos de los posibles reflectores siempre aparecerán antes del eco de fondo.
10.1.2 Ajuste en recorrido del sonido con palpador angular
Utilizamos el bloque de calibración V1 para el ajuste en recorrido del sonido con cualquier tipo y tamaño de
palpador.
** CALIBRACIONES Y AJUSTES PREVIOS AL ENSAYO **
65
ENSAYOS NO DESTRUCTIVOS - ULTRASONIDOS
Con dicho bloque V1 sólo es posible calibrar un campo mínimo de 200mm, para lo cual situamos el palpador de
forma que coincida el punto teórico de salida del haz con la ranura del bloque que marca el punto cero del
radio del semicírculo de 100mm como se ve en la figura 10.2.
Figura 10.2
Se desplaza el palpador con pequeños movimientos hacia delante y hacia atrás para conseguir la altura máxima del
eco, esto se consigue, cuando el punto real de salida del haz coincide con la ranura del bloque de calibración
que marca el punto cero.
Como vemos en el gráfico de la figura tenemos una pantalla de 200mm con dos ecos situados a 100 y 200mm.
10.1.3 Ajuste con bloque de calibración V2
El bloque de calibración V2 tiene como se ve en la figura dos sectores de circulo de 25 y 50mm de radio.
Dirigimos el haz hacia el circulo de 25mm (figura 10.3.a) el haz recorre esta distancia y vuelve al palpador. Parte
del haz penetra en el cristal dando un eco en 25mm de pantalla y parte se refleja en las ranuras o cortes de la
pieza patrón con el mismo ángulo de incidencia, dirigiéndose hacia el sector de círculo de 50 mm, donde se
refleja y vuelve al palpador.
Figura 10.3.a
Al estar el cristal orientado en sentido contrario al de la incidencia del haz, no entra en el palpador, reflejándose
hacia el sector de círculo de 25mm, donde se refleja y vuelve al palpador. Ahora si penetra parte del haz,
dando un segundo eco en pantalla a 100mm. Dirigimos ahora el haz hacia el semicírculo de 50mm como
vemos en la figura 10.3.b.
Como en el caso anterior, se refleja y vuelve al palpador, donde parte penetra y da un eco en 50mm de pantalla,
como vemos en el gráfico, y parte se refleja hacia el círculo de 25mm, donde se refleja y vuelve al palpador.
Ahora no entra debido a la no favorable orientación del cristal, por lo que se refleja hacia el círculo de 50mm
donde se vuelve a reflejar llegando al palpador, donde parte del haz entra en el palpador dando en pantalla un
segundo eco a 125mm, y parte se refleja hacia el círculo de 25mm.
** CALIBRACIONES Y AJUSTES PREVIOS AL ENSAYO **
66
ENSAYOS NO DESTRUCTIVOS - ULTRASONIDOS
Figura 10.3.b
10.1.4 Determinación de la situación de un reflector
Si durante la inspección el haz incide sobre un reflector, como se ve en la figura 10.4, tendremos en pantalla un eco
a la distancia (s) que leemos directamente en pantalla.
Figura 10.4
Si queremos determinar a la profundidad (t) a la que se encuentra, y la distancia (a) medida sobre la superficie de la
pieza se utilizan las siguientes expresiones:
𝑎 = 𝑠 ∙ 𝑠𝑒𝑛𝛼
𝑡 = 𝑠 ∙ 𝑐𝑜𝑠𝛼
Si el haz se encuentra con la discontinuidad después de una reflexión en la superficie inferior (figura 10.5),
tendremos que 𝑠 = 𝑠1 + 𝑠2 , cuyo valor seguimos leyendo directamente en pantalla, utilizaremos en este caso
las expresiones siguientes, donde e= espesor de la pieza.
10.2 AJUSTE EN DISTANCIA DE PROYECCIÓN
El ajuste se realiza igual que en la calibración en recorrido del sonido. Con el bloque V1 obtenemos los dos ecos de
la primera y segunda reflexión, del radio de 100mm, pero no los colocamos en las distancias 100 y 200mm,
sino en distancias proyectadas sobre la horizontal, es decir:
100 por senα
** CALIBRACIONES Y AJUSTES PREVIOS AL ENSAYO **
67
ENSAYOS NO DESTRUCTIVOS - ULTRASONIDOS
200 por senα
Si, por ejemplo, trabajamos con un ángulo de 70° cuyo seno es 0,94 colocaremos un eco en 94mm y otro en
188mm como vemos en la figura 10.6.
Figura 10.6
Con esta calibración sabemos la distancia (a) con sólo leer en pantalla a la distancia que sale el eco de la
discontinuidad.
Para saber la profundidad (t) marcamos en pantalla el sitio donde deben salir los ecos de la primera y segunda
reflexión. Cualquier señal de un reflector saldrá entre estas dos marcas y a la profundidad exacta.
Si la inspección se realiza en una soldadura se puede pintar en pantalla el cordón de soldadura, situando la raíz en el
eco de la primera reflexión, y el sobre espesor en el eco de la segunda reflexión como se ve en la figura 10.7.
Figura 10.7
Cualquier eco entre estas marcas nos dice que la discontinuidad se encuentra en el cordón de soldadura, y mirando
su situación sabremos su profundidad.
10.3 AJUSTE EN DISTANCIA DE PROYECCION ACORTADA
Para esta calibración se utiliza un borde de chapa cortado lo más a escuadra posible, y si no es posible se utiliza una
chapa del mismo material y espesor.
En la figura 10.8.a vemos la forma de colocar el palpador dirigido a la esquina inferior para obtener el eco máximo
de la reflexión en dicha esquina. Se mide la distancia entre la parte delantera del palpador y el borde de la
chapa, anotando esta distancia (d1).
** CALIBRACIONES Y AJUSTES PREVIOS AL ENSAYO **
68
ENSAYOS NO DESTRUCTIVOS - ULTRASONIDOS
Figura 10.8. a
Ahora se desplaza el palpador hacia atrás, hasta sacar el máximo eco de la esquina superior después de una
reflexión en la superficie inferior (figura 10.8.b). Medimos la distancia desde la parte delantera del palpador al
borde de la chapa y anotamos esta distancia (d2).
Figura 10.8. b
Ahora se coloca en pantalla el eco de la esquina inferior a la distancia medida (d 1). El eco de la esquina superior se
coloca en pantalla a la distancia medida (d2).
Este tipo de ajuste no se puede realizar con palpadores de 60º pues dan errores de hasta el 20% cuando se reflejan
en esquinas o cantos vivos, y algunas normas prohíben expresamente su uso.
10.4 AJUSTE DE LA SENSIBILIDAD
Cuando en un ensayo se solicita información cuantitativa del tamaño de las discontinuidades detectadas, si son
menores que la sección transversal del haz, se utilizan tres técnicas, que son:
- Técnica del reflector simple.
- Técnica de la curva "amplitud-distancia" (CAD).
- Técnica del tamaño distancia amplitud (DAT).
10.4.1 Técnica del reflector simple
En esta técnica es necesario comparar la indicación del eco de un reflector, con la de otro reflector conocido,
ensayados en las mismas condiciones.
Estos reflectores pueden ser:
a) Naturales, conocidos y de igual naturaleza y morfología.
b) Artificiales mecanizados en piezas de igual geometría de las que se van a inspeccionar.
c) Entallas superficiales y taladros laterales practicados en bloques de referencia.
d) Taladros de fondo plano.
El tipo a) es el que da resultados más próximos a la realidad, pero resulta muy difícil disponer de piezas iguales con
defectos naturales.
El tipo b) es el idóneo cuando la pieza es de geometría complicada.
El tipo c) es quizás el más utilizado, pues nos permite abordar la mayoría de problemas con buenos resultados.
El tipo d) es el más desfavorable, ya que los reflectores reales no son discos planos, siendo su superficie irregular,
rugosa, y en algunos casos no es perpendicular al haz ultrasónico, por lo que darán ecos de altura menor que la
de un disco circular de igual superficie reflectante perpendicular al haz.
Para poder calibrar la sensibilidad de un ensayo se debe disponer como mínimo de un reflector perfectamente
definido en cuanto a tamaño, geometría y material, y cuyo eco se utiliza para compararlo con los obtenidos en
la pieza en inspección.
Una vez calibrada la base de tiempo, se detecta el reflector conocido en el bloque de calibración, y se busca su eco
máximo. Con los mandos de amplificación se lleva al 80% de altura en pantalla, para lo que será necesario un
** CALIBRACIONES Y AJUSTES PREVIOS AL ENSAYO **
69
ENSAYOS NO DESTRUCTIVOS - ULTRASONIDOS
número "A" de decibelios. Posteriormente se determinan las perdidas en la transmisión, cuyo valor "B" en
decibelios, se suma a los decibelios necesarios en "A", y obtenemos la sensibilidad del ensayo.
La sensibilidad de exploración se puede elevar 6 decibelios sobre la sensibilidad de ensayo calculada, y cuando se
detecte un reflector se vuelven a bajar los 6 decibelios para una correcta evaluación de la señal. La calibración
de la sensibilidad se debe comprobar con el bloque de calibración en los siguientes supuestos:





Al comienzo del ensayo de un lote o unidad.
Cada dos horas en un ensayo continuado.
Cuando se cambie el cable, palpador, adaptadores o se produzca un corte de corriente.
Cada vez que se desconecte el equipo.
Al detectar un reflector rechazable.
Si en alguna de las comprobaciones se detecta una desviación superior a 2dB, el ensayo se debe repetir desde la
última comprobación con resultado correcto.
10.4.2 Técnica de la curva "amplitud-distancia" (CAD)
Esta técnica utiliza las alturas del eco de una serie de reflectores idénticos, pero con diferentes recorridos del
sonido, realizados en bloques de referencia apropiados.
Aunque en la figura 10.9 tenemos representados hasta siete ecos, lo normal es construir la curva con sólo 2 ó 3
ecos. La curva debe mostrarse pintada directamente en la pantalla del instrumento, o en un gráfico separado.
La ganancia se debe ajustar para que los picos de los ecos estén entre el 80% y el 20% de la altura total de
pantalla.
Figura 10.9
Una vez construida la curva y durante la realización del ensayo tenemos el eco de un reflector que no alcanza la
altura de la curva, podemos deducir que dicho reflector se comporta como si fuese menor que el reflector
utilizado para construir la curva, aunque no se puede afirmar, ya que para esto ambos reflectores tendrían que
tener la misma forma, orientación y rugosidad, es decir, la misma reflectividad.
En la evaluación de un reflector también se debe tener en cuenta el estado superficial del elemento en inspección,
ya que si no es igual al del bloque de calibración la evaluación no será correcta, al aparecer las pérdidas por
transferencia.
Estas perdidas se calculan obteniendo el eco de fondo del bloque de calibración y de la pieza en inspección,
siempre que sean del mismo espesor. La diferencia en altura de los dos ecos en decibelios, nos da la pérdida
por transferencia. Si es superior a 6dB la superficie del elemento en inspección se debe mejorar.
En la figura 10.10 vemos la forma de construir la curva con palpadores de incidencia angular para exploración
hasta medio salto.
** CALIBRACIONES Y AJUSTES PREVIOS AL ENSAYO **
70
ENSAYOS NO DESTRUCTIVOS - ULTRASONIDOS
Figura 10.10
Se busca el eco máximo del taladro de referencia y se sube al 80% de altura de pantalla. Sin variar la ganancia se
sacan los ecos de los otros taladros incluidos en el campo de calibración empleado.
La parte descendente de la curva se marca por lo menos por dos puntos, pero utilizando siempre el punto de 5/8. Se
añade el eco correspondiente a la entalla situada en los 4/8. La curva correspondiente a la zona de ensayo más
alejada, y la señal de la entalla correspondiente no podrán estar por debajo del 20% de la altura de pantalla.
En la figura 10.11 tenemos la forma de construir la curva para exploración con salto completo.
Figura 10.11
Para la construcción de esta curva se opera de forma análoga a la utilizada para la construcción de la curva de
medio salto. La única diferencia es que se debe añadir la señal correspondiente a la entalla de 8/8.
10.4.3 Técnica del "tamaño-distancia-amplitud" (DAT)
También llamada diagrama AVG (A = Distancia al palpador, V = Amplificación en dB, G = Tamaño del defecto).
En la figura 10.12 vemos un diagrama AVG donde tenemos: a la izquierda los valores de amplificación en dB, en
la base tenemos la distancia del palpador al defecto, y dentro del diagrama están representadas una serie de
curvas, correspondiendo cada una a un defecto artificial con una superficie circular de un determinado
diámetro.
Cada una de las curvas indica la altura de los ecos que aparecerían en pantalla, al ser tocados perpendicularmente
por el haz a una determinada distancia del palpador y la amplitud necesaria en dB para alcanzar dicha altura.
Observamos que a la izquierda del diagrama las curvas no siguen una trayectoria uniforme, ya que presentan
máximos y mínimos de presión, ya que es la zona correspondiente al campo cercano del palpador. Al final de
este campo cercano es donde las curvas empiezan a caer uniformemente.
Es por ello necesario conocer con exactitud el valor del campo cercano del palpador, ya que las medidas son sólo
posibles realizarlas en el campo lejano. De esto se deduce que es necesario construir un diagrama específico
para cada palpador.
Existen dos tipos de curvas, la curva de reflectores grandes marcada en el diagrama con el símbolo (), que tiene
en cuenta la ley de la distancia 1/a; y la curva de reflectores que sigue la ley (1/a)2.
** CALIBRACIONES Y AJUSTES PREVIOS AL ENSAYO **
71
ENSAYOS NO DESTRUCTIVOS - ULTRASONIDOS
Figura 10.12
Determinación del tamaño de un reflector con el diagrama AVG. La mejor forma de comprender este punto es
poniendo un ejemplo práctico:
Tenemos una chapa de acero de 60mm de espesor, Una pieza de acero de 480mm de espesor. Un diagrama
construido para un palpador normal de 2MHz de frecuencia y 25mm de diámetro.
Ajustamos el equipo en un campo de 500mm.
Sacamos el eco de fondo de la chapa de 60mm y amplificamos para que la altura llegue al 60% en pantalla y
anotamos los dB (10dB).
Trazamos una vertical desde el punto de 60mm (figura 10.12), hasta la curva del diagrama marcada como eco de
fondo, y marcamos el punto de intersección, Detectamos el defecto en la pieza de 480mm y leemos en pantalla
a la profundidad que se encuentra (por ejemplo 300mm).
Elevamos el eco hasta el 60% de altura en pantalla y anotamos los decibelios (30dB).
Calculamos la diferencia en decibelios de las dos amplificaciones (30-10 = 20dB).
Desde el punto de intersección que marcamos descontamos los 20dB, y trazamos desde este nuevo punto una
horizontal hacia la derecha hasta interceptar con una línea vertical trazada desde los 300mm. Vemos que el
punto de intersección se encuentra entre las curvas de 4,5mm de diámetro y la de 9mm.
Hacemos una interpolación y determinamos que el defecto tiene 8 mm de diámetro.
10.4.4 Escalas AVG
El uso de los diagramas AVG puede resultar molesto o engorroso al tener que utilizar una hoja de papel o una
chapa grabada, por esta razón se ha decidido utilizar las escalas AVG, que se aplican directamente sobre la
pantalla. Estas escalas son una parte del diagrama AVG en las que se ha convertido la división logarítmica de
la escala horizontal de distancias del diagrama AVG por una división lineal doble, ya que los equipos trabajan
con deflexión y amplificación lineal.
Las curvas de estas escalas nos relacionan la amplitud de los ecos con la distancia a los reflectores. La forma de
determinar el tamaño de un defecto usando las escalas AVG, es la siguiente (figura 10.13).
** CALIBRACIONES Y AJUSTES PREVIOS AL ENSAYO **
72
ENSAYOS NO DESTRUCTIVOS - ULTRASONIDOS
Figura 10.13
La escala se coloca en el frente de la pantalla del equipo.
Se ajusta la pantalla en distancia de proyección acortada con el bloque V1 o V2.
Sacamos el eco del taladro de 1,5mm y colocamos el pico de este eco en la línea intermitente marcada con RE.
Se amplia el eco con el número de dB marcados en la escala.
Cualquier defecto detectado durante la inspección dará un eco cuyo pico coincidirá con una de las curvas de la
escala, que nos dice el tamaño de dicho defecto.
** CALIBRACIONES Y AJUSTES PREVIOS AL ENSAYO **
73
ENSAYOS NO DESTRUCTIVOS - ULTRASONIDOS
11 ENSAYO DE UNIONES SOLDADAS
Son diversas las cuestiones que todo operario debe conocer y tener en cuenta, antes de empezar cualquier tipo de
ensayo de un cordón de soldadura, ya que le serán de una gran ayuda en la realización del ensayo.
a) Tipo de material a inspeccionar: ya que depende del tamaño de grano (grueso o fino) la frecuencia a utilizar.
b) Espesor de la chapa: para determinar el ángulo del palpador y el cálculo de la distancia del salto y medio salto.
c) Preparación de bordes: ayuda a una correcta interpretación de las señales. Si la preparación es en V, la falta de
penetración estará en la raíz del cordón, mientras que si dicha preparación es en X, estará en el centro del
cordón.
d) Procedimiento de soldadura: ayuda a conocer los defectos más comunes que se pueden encontrar o no encontrar.
En una soldadura bajo atmósfera de gas, frecuentemente aparecen inclusiones gaseosas o faltas de fusión, pero
nunca encontraremos inclusiones de escoria.
e) Tratamientos térmicos: en algunas soldaduras, se hace necesario realizar un tratamiento térmico posterior a la
soldadura, para por ejemplo, eliminar tensiones. Esto puede hacer que cambie la estructura del grano,
afectando a la frecuencia de inspección.
f) Platos o anillos soporte: en algunas uniones, sobre todo en tuberías, se colocan unos anillos soporte para evitar
que el baño se descuelgue en la raíz. Es importante para el operario conocer la existencia de estos anillos, ya
que durante la inspección aparecerán ecos procedentes de estos anillos.
11.1 DEFECTOS EN UNIONES SOLDADAS
El operador de ultrasonidos, también debe conocer todos los defectos que se pueden producir en las uniones
soldadas, así como la forma de los ecos en pantalla y su posibilidad de detección.
11.1.1 Defectos internos
Grietas
Son defectos de pared rugosa y muy buenos reflectores. El eco es estrecho y de gran altura (figura 11.1).
Figura 11.1
Si la grieta está inclinada sólo se tendrá señal desde un lado del cordón. Girando el palpador alrededor del defecto,
la sena1 desaparece de pantalla.
Si la grieta es longitudinal y se encuentra en la raíz, se podría confundir con falta de penetración, o descolgamiento
del baño, pero observando detenidamente vemos que el eco de la grieta es mucho más estrecho y nítido.
En cuanto a su posibilidad de detección, es relativamente sencilla la detección de grietas longitudinales, no así las
grietas transversales ya que para su localización se debe situar el palpador casi paralelo al cordón.
Falta de Penetración
Defecto de pared lisa y muy buen reflector que da un eco alto y nítido, aunque más ancho que el eco de grieta.
Algunas veces está asociado con inclusiones de escoria, lo que hace que el eco se ensanche un poco y aparezca
algún pico mas como vemos en la figura 11.2.
** ENSAYO DE UNIONES SOLDADAS **
74
ENSAYOS NO DESTRUCTIVOS - ULTRASONIDOS
Figura 1 1.2
Casi siempre esta orientado paralelo al cordón de soldadura. Girando el palpador alrededor del defecto, el eco
desaparece de inmediato. Cuando se encuentra en la raíz, puede confundirse con descolgamiento del baño,
aunque el eco es más estrecho.
Es fácil de detectar desde ambos lados del cordón cuando la preparación de bordes es en V. Si esta preparación es
en X o doble U, la falta de penetración se produce lógicamente en el centro del cordón. En este caso, si las
chapas son gruesas y se trabaja con un ángulo de entrada del palpador de 45 ó 60°, podría ocurrir que, al ser el
defecto vertical y muy plano, no fuese detectado, por lo que habría que recurrir al empleo de dos palpadores,
uno emisor y otro receptor aplicando la técnica de reflexión.
Falta de Fusión
Son defectos buenos reflectores, y de paredes lisas. Los ecos son altos y estrechos y normalmente sólo se localizan
desde un solo lado del cordón. Se originan casi siempre en los bordes del chaflán, aunque algunas veces
pueden originarse entre pasadas (figura 11.3).
Figura 11.3
Cuando giramos el palpador alrededor del defecto tomando este como centro, el eco desaparece rápidamente.
La posibilidad de detección es muy buena cuando la falta de fusión se encuentra en los bordes del chaflán, aunque
como ya se ha dicho, se detecta desde un solo lado. Cuando se encuentra localizada entre pasadas, presenta
mucha dificultad su detección, por lo que es recomendable poner un especial cuidado durante su localización.
Inclusiones de Escoria
Son defectos muy escabrosos con bordes muy irregulares, se pueden encontrar en cualquier parte del cordón,
también pueden estar aisladas o alineadas.
La forma del eco es muy característica (figura 11.4), ya que en algunas ocasiones tiene forma de abeto, aunque en
otras ocasiones cuando es una línea fina y alineada, se puede confundir con falta de penetración.
** ENSAYO DE UNIONES SOLDADAS **
75
ENSAYOS NO DESTRUCTIVOS - ULTRASONIDOS
Figura 11.4
Cuando se gira el palpador alrededor del defecto tomando este como centro, el eco cambia de forma, presentando
muchos máximos y mínimos antes de desaparecer.
Este defecto es el más corriente en las soldaduras realizadas eléctricamente por arco y de forma manual. Como se
ha dicho se encuentran en cualquier parte del cordón, estando en muchas ocasiones asociadas a la falta de
penetración. No presentan ninguna dificultad para su detección.
Inclusiones Gaseosas
Son reflectores esféricos (poros), o cilíndricos (poros vermiculares). Girando el palpador alrededor del defecto, el
eco persiste. Son malos reflectores cuando están aislados y los ecos son de pequeño tamaño (figura 11 5).
Cuando están agrupados, pueden dar ecos similares a los de las escorias, pero de menor amplitud.
Figura 11 .5
La posibilidad de detección de este defecto es difícil cuando se encuentra aislado. No sucede lo mismo cuando
están agrupados, o se trata de pocos vermiculares y cavidades gaseosas grandes, que no presentan ninguna
dificultad. Se detectan desde ambos lados del cordón.
11.1.2 Defectos externos
Desnivelación de bordes
La reflexión de la onda se produce en el borde del chaflán (figura 11.6). El eco que da en pantalla no es muy
grande, y desaparece rápidamente cuando se gira el palpador tomando el defecto como centro.
Figura 11.6
Su detección solo es posible desde un lado del cordón.
Si los dos bordes inferiores están bien fundidos a pesar de estar desnivelados, el eco es muy pequeño.
Descolgamiento de baño
** ENSAYO DE UNIONES SOLDADAS **
76
ENSAYOS NO DESTRUCTIVOS - ULTRASONIDOS
La reflexión se produce en el borde inferior del chaflán como se ve en la figura 11.7.
Figura 11.7
El eco suele ser ancho y de altura variable y no siempre puede ser visible desde ambos lados del cordón.
Sobreespesor excesivo
Se pueden dar dos casos:
1) Que el cordón presente un sobreespesor excesivo (figura 11.8.a).
2) Que el cordón presente una superficie muy irregular.
Figura 11.8
En ambos casos los ecos son anchos y con el borde irregular, desapareciendo cuando se gira el palpador.
Mordeduras de bordes
Se produce al soldar con una intensidad de corriente excesiva, fundiendo el borde de la chapa. Su imagen es como
una socavadura a lo largo de los bordes del cordón, o intermitente (figura 1 1.9).
Figura 11 .9
Los ecos son anchos con borde irregular, y de bastante amplitud. Desaparecen rápidamente al girar el palpador
tomando como centro el defecto.
** ENSAYO DE UNIONES SOLDADAS **
77
ENSAYOS NO DESTRUCTIVOS - ULTRASONIDOS
Estos defectos tendrán que ser detectados en la inspección visual previa a realizar antes de la inspección
ultrasónica, y tenerlos en cuenta durante la realización de la inspección sobre la forma en que pueden afectar a
la interpretación de las señales.
La aceptación o rechazo de los defectos descritos, lo mismo internos que externos, se hará de acuerdo con el
procedimiento o norma que se aplique en cada ocasión.
11.2 TECNICAS DE INSPECCION
El examen de las uniones soldadas se realiza normalmente por contacto, utilizando las técnicas de:
Eco simple
Eco múltiple
Eco simple:
El ancho de la base de tiempo en la pantalla del equipo representa o equivale al espesor de la pieza o chapa en
inspección. En la izquierda de la pantalla, tendremos el eco inicial o señal de entrada de la onda sonora en la
pieza. En la parte derecha se sitúa la señal del eco de fondo procedente de la reflexión de la onda en la
superficie opuesta a la de entrada.
Cualquier señal procedente de una discontinuidad en la pieza se situara entre estas dos señales, indicándonos si el
equipo ha sido calibrado correctamente, la profundidad a la que se encuentra a partir de la superficie de
entrada.
Eco múltiple:
Se requiere que la muestra en inspección tenga dos superficies paralelas relativamente próximas. La línea base de
tiempo debe calibrarse para que tengamos en pantalla dos o más ecos repetitivos de la reflexión en la
superficie de fondo. En pantalla tendremos, el eco inicial a la izquierda, el primer eco de fondo en el centro, y
el segundo eco repetitivo de fondo a la derecha.
Cualquier señal de discontinuidad aparecerá también repetida, situándose un eco entre el eco inicial y el primer eco
de fondo, y el segundo eco o eco repetitivo de la señal entre el primer eco de fondo y el segundo.
Figura 11.10
En la figura 11.10 vemos representado todo lo dicho, aunque se debe explicar que en la imagen de eco múltiple, se
han representado cuatro ecos de fondo y cuatro ecos de discontinuidades, para que se pueda apreciar el
comportamiento de unos y otros. Vemos que la altura de las indicaciones de la superficie limite, al encontrarse
en el campo lejano, disminuye inversamente con el cuadrado de la distancia, mientras que las señales
repetitivas de la discontinuidad al encontrarse en el límite del campo cercano (máxima sensibilidad), no varían
de una forma regular.
11.2.1 Técnica con incidencia normal
Uniones a tope
Con esta técnica solo es posible realizar el ensayo de uniones a tope, cuando se mecaniza la superficie del cordón
de soldadura para eliminar el sobre espesor, o bien que el borde lateral paralelo al cordón sea accesible como
es el caso de unión de brida (figura 11.11.a) y (11.11.b).
** ENSAYO DE UNIONES SOLDADAS **
78
ENSAYOS NO DESTRUCTIVOS - ULTRASONIDOS
Figura 11.11
Uniones por puntos
Las uniones soldadas por puntos, también se ensayan con incidencia normal por contacto y la técnica de impulsoeco, ya que las discontinuidades en este tipo de unión, suelen presentarse paralelas a las superficies de las
chapas, siendo del tipo de escorias, o falta de pegado (figura 11.12).
Figura 11.12
Uniones de ángulo en T y L
En estos tipos de unión se trata de detectar una posible falta de penetración entre las chapas, y comprobar si la
longitud de esta falta de penetración prevista es superior a la permitida (figura 11.13), esta longitud no debe
ser superior al espesor de la chapa vertical.
Figura 11.13
Para la inspección se utiliza un palpador normal de diámetro de 5mm y frecuencia de 12MHz, con lo que se tiene
un gran poder de resolución. El palpador SMB 12 reúne estas características por lo que emite un haz estrecho
y concentrado.
** ENSAYO DE UNIONES SOLDADAS **
79
ENSAYOS NO DESTRUCTIVOS - ULTRASONIDOS
11.2.2 Técnica con incidencia angular
Esta técnica es la más utilizada en el examen de uniones soldadas, debido a las grandes ventajas que presenta sobre
otras técnicas, como puede ser: elección del ángulo de propagación más idóneo de acuerdo con la forma y
morfología de la muestra. Se puede aplicar a piezas de forma simple o compleja. En la mayoría de casos, es
suficiente tener acceso a una sola superficie de la muestra, para realizar una exploración completa.
Si la muestra presenta dos superficies paralelas, se puede inspeccionar toda la pieza desde una posición con la
técnica de incidencia angular con trayectoria en zigzag.
En una chapa con caras paralelas introducimos un haz sonoro con un determinado ángulo, la onda recorre la chapa
hasta llegar a la superficie inferior donde se refleja con el mismo ángulo de incidencia, llegando a la superficie
superior donde se vuelve a reflejar, y así indefinidamente.
La apertura del haz se abre en cada reflexión (figura 11.14) manteniendo la máxima presión en el eje del haz. La
mayor o menor divergencia o apertura del haz depende de la superficie del cristal y la frecuencia. Si durante el
recorrido en zigzag el haz no encuentra ninguna discontinuidad con orientación favorable, no tendremos señal
en pantalla.
Figura 11.14
Si el haz incide en la esquina inferior, tendremos una señal que se situará en la posición correspondiente en la base
de tiempo de la pantalla previamente calibrada (figura 11-15).
Figura 11.15
Buscamos la altura máxima de la señal y marcamos en la superficie de la chapa el punto de salida del haz; la
distancia entre este punto y el borde de la chapa se denomina "Medio salto" (p/2). 'Se desplaza el palpador
hacia atrás, haciendo que el haz se refleje en la esquina superior del borde de chapa después de sufrir una
reflexión en la superficie inferior. Se procede como en el caso anterior, y la nueva distancia se denomina
"Salto" (p).
A la vista de esto se deduce que el haz barre toda la superficie transversal de la chapa con sólo desplazar el
palpador entre las marcas del salto y medio salto.
Además de la forma práctica descrita para obtener las distancias de salto y medio salto, tenemos una forma teórica
para obtenerlas. Si conocemos el ángulo a del palpador y el espesor (e) de la chapa, tenemos que:
𝑡𝑔𝛼 =
𝑝⁄
2
𝑒
𝑝
por tanto: 𝑒 ∙ 𝑡𝑔𝛼 = 2 de donde: 𝑝 = 2 ∙ 𝑒 ∙ 𝑡𝑔𝛼 y por tanto: 𝑝 = 𝑒 ∙ 2 ∙ 𝑡𝑔𝛼
El factor 2 ∙ 𝑡𝑔𝛼 , viene grabado en la carcasa de los palpadores normales. tos palpadores miniatura, no están
grabados por falta de espacio.
En la siguiente tabla se dan los valores de este factor para los diferentes ángulos:
** ENSAYO DE UNIONES SOLDADAS **
80
ENSAYOS NO DESTRUCTIVOS - ULTRASONIDOS
Por tanto, para conocer las distancias del salto y medio salto sólo necesitamos conocer el espesor de la chapa y
multiplicarlo por el valor del factor 2.tg.a correspondiente al ángulo del palpador.
11.3 REALIZACIÓN DEL ENSAYO
Antes de realizar cualquier inspección de un cordón de soldadura, y con independencia de la técnica a utilizar,
debemos tener en cuenta todo lo estudiado hasta ahora, en cuanto a calibraciones y comprobaciones del
equipo, acoplante a utilizar, etc. Además se tendrán en cuenta las cuestiones que a continuación estudiamos:
a) Inspección visual previa
Para asegurarnos que la superficie de la chapa está libre de proyecciones de soldadura, o de cualquier otra
imperfección que impida el libre desplazamiento del palpador durante la inspección.
Además detectaremos cualquier defecto externo del cordón como sobreespesor excesivo, mordeduras o
descolgamiento del baño, lo que tendremos en cuenta durante la interpretación de las señales en pantalla.
b) Inspección de las chapas con incidencia normal
Para comprobar la posible existencia de defectos laminares en las chapas que pueden impedir la inspección del
cordón al cortar la propagación del haz, se debe inspeccionar a ambos lados del cordón en una extensión de
unos 10cm, con palpador de incidencia normal con cristal único (E-R) o con doble cristal (E+R).
c) Marcado del salto y medio salto
Las distancias del salto y medio salto deben marcarse en ambos lados del cordón, ya que la exploración se realiza
desde los dos lados, para detectar cualquier discontinuidad tenga la orientación que tenga.
d) Elección del ángulo del palpador
Para ilustrar mejor la elección correcta del ángulo del palpador, ponemos un ejemplo:
Si tenemos que inspeccionar una chapa de 40 mm con un palpador de 80' cuyo factor 2.tg es 11 las distancias del
salto y medio salto serían de 440 y 220mm, con lo que el palpador tendría que desplazarse 220mm entre
ambas marcas, lo que haría la inspección pesada para el operador. Además, al ser muy largo el recorrido del
haz, se perdería sensibilidad al sufrir mayor atenuación.
Si ahora tenemos una chapa de 5mm para inspeccionar con un palpador de 45º cuyo factor es 2, tendremos
distancias de 10 y 20mm para salto y medio salto, que hacen la inspección imposible de realizar, al no poderse
situar el palpador en la posición del medio salto, por estar la salida del haz aproximadamente en el centro del
palpador, y la parte delantera del mismo tropezaría con el sobreespesor del cordón.
De estos ejemplos se deduce que para espesores gruesos se deben utilizar palpadores con pequeños ángulos, y
ángulos grandes para espesores finos.
Nos puede servir como guía la siguiente tabla:
Se debe hacer constar que el empleo del ángulo de 80º es muy discutido y prácticamente no se usa por dos razones:
con este ángulo, y debido a la descomposición de ondas, empiezan a aparecer ondas superficiales.
En la inspección de chapas menores de 10mm las discontinuidades pequeñas son difíciles de detectar, ya que están
enmascaradas por la indicación que nos da el borde del sobreespesor del cordón.
e) Movimiento del palpador en el ensayo manual
** ENSAYO DE UNIONES SOLDADAS **
81
ENSAYOS NO DESTRUCTIVOS - ULTRASONIDOS
En la realización manual del ensayo debemos desplazar el palpador perpendicular al cordón y entre las marcas del
salto y medio salto. Con este movimiento solo detectaremos los defectos con orientación longitudinal a lo
largo del cordón.
Figura 11.16
Como se ha dicho anteriormente, los defectos en soldadura pueden tener cualquier orientación, por lo que es
necesario realizar un movimiento en zigzag, como se ve en la figura 11.6 para poderlos detectar.
f) Elección del ajuste de pantalla
Como vimos en el capítulo anterior, son tres los ajustes de la línea base de tiempo que se pueden utilizar:



Recorrido del sonido.
Distancia de proyección.
Distancia de proyección acortada.
Una vez elegido el ajuste que resulte más apropiado para el tipo de inspección a realizar, procederemos a la
realización del ensayo.
12 ENSAYOS EN MATERIALES METALICOS
El tipo de ensayo a aplicar en los materiales metálicos depende de la etapa de elaboración en que se realizan. No es
lo mismo el ensayo a realizar en un producto en bruto, que el que se realiza sobre un producto ya elaborado y
tratado o normalizado.
Como norma general, siempre es aconsejable realizar una primera inspección durante las primeras etapas de
elaboración del producto, aunque muchos de los defectos de esta primera etapa se cierran al someter el
producto a tos procesos de laminado, forja o extrusión.
12.1 PRODUCTOS MACIZOS COMO: LINGOTES, BARRAS, PALANQUILLAS, DESBASTES Y
BRUTOS DE FORJA
12.1.1 Lingotes
Debemos distinguir entre lingotes de acero y de aluminio.
En los primeros, el ensayo se limita a determinar el tamaño de los rechupes, y en lingotes de grandes dimensiones
no se consigue penetrar con los ultrasonidos.
Se utilizan palpadores de contacto de incidencia normal, con frecuencia de 0,5MHz, aunque con esta frecuencia
existe una falta de concentración del haz.
En ocasiones especiales se recurre a reducir el tamaño del grano mediante un tratamiento térmico.
La exploración se realiza transversal al eje del lingote.
En lingotes de aluminio, cuya transmitancia es buena, la inspección se realiza con frecuencias de 4 MHz, e
incidencia normal transversal al eje del lingote.
Los defectos más importantes son grietas longitudinales, transversales y micro porosidad.
Las grietas transversales se detectan con incidencia normal desde un extremo del lingote.
** ENSAYOS EN MATERIALES METALICOS **
82
ENSAYOS NO DESTRUCTIVOS - ULTRASONIDOS
12.1.2 Desbastes y brutos de forja
Los defectos más normales en estos productos son: copos, rechupes, inclusiones no metálicas, grietas internas de
forja y grietas de tensión.
Se suelen utilizar frecuencias de 0,5 a 1MHz, pero si se recurre a un temple y revenido se pueden utilizar
frecuencias de 2 a 5MHz.
La mayoría de los defectos se orientan en la dirección de la fibra, por lo que la inspección debe realizarse
perpendicular a esta dirección (figura 12.1).
Figura 12.1
En productos de grandes dimensiones la inspección se realiza con palpadores de incidencia angular con ángulo de
45º.
La inspección puede realizarse, además de por contacto, por inmersión pudiendo ser en este caso, por inmersión
total o local.
12.1.3 Barras
En barras cilíndricas, cuadradas o hexagonales, los defectos más comunes son: grietas, cavidades de contracción,
inclusiones y copos. La técnica mas utilizada es con palpadores de incidencia normal con frecuencias de 2 a
4MHz. En el examen por contacto en redondos de acero con diámetro superior a 30mm se marcan a lo largo
del redondo dos generatrices a 90°.
La inspección se realiza con un palpador con suela protectora, y como acoplante aceite de alta viscosidad. La
incidencia del haz sonoro debe ser transversal al eje del redondo. En redondos de pequeño diámetro se utilizan
frecuencias de 4 y 5MHz. En estos casos se debe dar a la suela protectora del palpador la curvatura adecuada
para un perfecto acoplamiento con la curvatura del redondo.
Debemos de tener en cuenta el efecto de divergencia del haz, que origina indicaciones secundarias debidas a las
reflexiones triangulares dentro de la barra como se ve en la figura 12.2.
Figura 12.2
En pantalla aparece además del eco inicial IE, el primer eco de fondo EF1 a una distancia D igual al diámetro del
tubo. A continuación tenemos el primer eco secundario S1, seguido del segundo eco secundario S2, a las
distancias respectivas de 1,3 y 1,6 de D. Por último, tenemos el segundo eco de fondo EF2, a la distancia 2D.
Cualquier discontinuidad dentro del redondo saldrá entre 1E, EF1.
El ensayo automático con inmersión total se realiza haciendo pasar el redondo longitudinalmente a través de una
batería de palpadores, dispuestos de forma que dos palpadores de incidencia normal y colocados a 90° uno con
** ENSAYOS EN MATERIALES METALICOS **
83
ENSAYOS NO DESTRUCTIVOS - ULTRASONIDOS
respecto del otro, inspeccionan el núcleo del redondo, mientras otros dos palpadores de incidencia angular
inspeccionan la periferia.
Si la superficie es muy rugosa suelen aparecer una serie de ecos perturbadores detrás del eco de la interfase aguaacero, que enmascaran los ecos de las discontinuidades. En estos casos se recurre al empleo de palpadores
focalizantes.
12.1.4 Palanquillas
El defecto más común es el de rechupes en el núcleo, además de grietas e inclusiones. Lo mismo en palanquillas
redondas que cuadradas con espesores superiores a 50 mm, se utiliza la técnica de inspección con incidencia
normal y dirección transversal al eje de la palanquilla, con dos palpadores E + R, conectados en paralelo y a
90°, como vemos en la figura 12.3.
Figura 12.3
En la figura (1) la grieta se detecta con el palpador 2. En la figura (3) el palpador que recibe la señal de la grieta es
el 1. En la figura (2) ambos palpadores reciben la señal de la grieta, pero la señal procede del impulso emitido
por el otro palpador.
𝑚
En las instalaciones automáticas, las palanquillas se deslizan sobre rodillos con velocidades de hasta 60𝑚𝑖𝑛
, que al
pasar por el control del equipo los palpadores se posicionan automáticamente por medio de células
fotoeléctricas.
12.2 PIEZAS MOLDEADAS
Las piezas moldeadas o hechuradas de forma compleja, debido a diferentes circunstancias como son: la misma
forma compleja de la pieza, la superficie de exploración, la estructura basta que produce fuerte atenuación, o el
tipo de moldeo, limitan la aplicación del ensayo por ultrasonido.
Los defectos más comunes de fabricación son:



Cavidades y sopladuras, siendo las segundas cuando son de pequeña dimensión consideradas como poros.
Inclusiones de escoria o de arena.
Grietas internas producidas durante el enfriamiento y solidificación.
La técnica más utilizada es la de impulso-eco, por contacto, y utilizando palpadores de incidencia normal de alta
sensibilidad, y resistente al desgaste. Debe ser, además, de baja frecuencia, diámetro pequeño y de impulsos
cortos.
Cuando es posible aplicar la incidencia angular, la interpretación de señales es mucho más sencilla.
12.3 PIEZAS FORJADAS, PRENSADAS O ESTAMPADAS
En la figura 12.4 vemos la inspección de una pieza forjada en bruto para detectar defectos grandes, y que
posteriormente no salgan durante el proceso de obtención de estas piezas, lo que supondrá un gran ahorro de
tiempo y dinero.
** ENSAYOS EN MATERIALES METALICOS **
84
ENSAYOS NO DESTRUCTIVOS - ULTRASONIDOS
Figura 12.4
En la fabricación de estas piezas, se parte de redondos, barras, palanquillas y brutos de forja, por lo que defectos
como grietas internas, rechupes, etc., provienen de aquellos productos si no fueron sometidos a una inspección
previa.
A su vez, los procesos de acabado dan lugar a grietas superficiales o internas.
Las técnicas operatorias para detección de defectos internos son muy similares a las utilizadas en las piezas
moldeadas (figura 12.4), aunque en estas piezas y debido a que la morfología de los defectos es
preferentemente laminar, la estructura del material es más compacta con el tamaño del grano más fino, y la
superficie de exploración con mejor acabado, hace que la suma de todos estos factores hace que el ensayo sea
mucho más fácil de realizar.
12.4 PRODUCTOS LAMINADOS Y EXTRUIDOS
Estos productos son: chapas, planchas, tiras y tubos.
12.4.1 Ensayo de chapas
Los defectos en el núcleo son debidos a que durante el proceso de laminación, existen cavidades que no sueldan
originando zonas con discontinuidades alargadas y aplastadas, que se conocen como defectos de hoja o
laminación y exfoliación. También se forman defectos de solape sobre los pliegues, este defecto se presenta
como si fueran grietas oblicuas con respecto a la dirección de laminación.
Las técnicas de inspección son varias dependiendo de los defectos a detectar. La técnica de impulso-eco con
incidencia normal por contacto, con eco simple o eco múltiple dependiendo del espesor de la chapa, se utiliza
para detectar discontinuidades de tipo laminar paralelas a las superficies de la chapa (figura 12.5).
Figura 12.5
También puede utilizarse la técnica de inmersión total, y en muestras de gran extensión es muy apropiada la técnica
de inmersión local.
En casos especiales se puede utilizar la técnica de transmisión, aunque es más indicada en la detección de falta de
adherencia o pegado entre el revestimiento y el núcleo en estructuras de panal de abeja.
En espesores muy finos se utilizan las ondas de Lamb.
La técnica de impulso-eco con incidencia angular por contacto y recorrido en zigzag, se utiliza para detectar
defectos perpendiculares u oblicuos a la superficie. Como se ve en la figura 12.6, esta técnica es la utilizada en
la inspección de soldadura donde ya fue explicada.
** ENSAYOS EN MATERIALES METALICOS **
85
ENSAYOS NO DESTRUCTIVOS - ULTRASONIDOS
Figura 12.6
12.4.2 Ensayo de tubos
Los defectos en fabricación son grietas y pliegues en superficies exterior e interior, grietas e inclusiones en interior
del material.
La forma más común de inspección en fabricación es el examen circular o transversal, utilizando un palpador único
o dos palpadores uno emisor y otro receptor, conectados en paralelo y radiando en sentido opuesto, como se ve
en la figura 12.7.
Figura 12.7
En fabricación, últimamente, se han desarrollado las técnicas automáticas con inmersión total, en las que los tubos
tienen un movimiento helicoidal o movimiento rectilíneo y giro de los palpadores.
En tubos menores de 25mm de diámetro se realiza el ensayo por inmersión, con dos palpadores en paralelo
suficientemente separados.
Los tubos medianos se inspeccionan con cuatro palpadores separados 90°, y girando a 150rpm. y el tubo
desplazándose longitudinalmente.
Lo mismo en inspecciones de fabricación que de mantenimiento, se tiene que tener en cuenta como magnitud más
importante, el diámetro exterior del tubo y el espesor de pared, ya que es de vital importancia la elección del
𝑒
Angulo del palpador, dependiendo del valor de la relación 𝐷, donde (e) es el espesor de la pared del tubo, y D
el diámetro exterior.
Figura 12.8
** ENSAYOS EN MATERIALES METALICOS **
86
ENSAYOS NO DESTRUCTIVOS - ULTRASONIDOS
Las ondas refractadas en acero se producen con un ángulo de 33º, por lo que solo se podrán inspeccionar tubos con
𝑒
una relación 𝐷 menor de 0,22, o lo que es lo mismo, una quinta parte de diámetro exterior, pues la onda
transversal como se ve en la figura 12.8.b, no llegaría a barrer la zona del diámetro interior del tubo.
𝑒
Para la inspección de tubos con relación 𝐷 superior a 0,22 se utiliza la propagación de ondas longitudinales. En el
Anexo 5 de este manual, se da una tabla con los valores de los ángulos de incidencia para ondas longitudinales
refractadas.
En plantas químicas, hidráulicas, textiles. refinerías, centrales nucleares, térmicas, hidráulicas, etc. reviste una gran
importancia los controles periódicos de los tubos por los que circulan fluidos con una cierta temperatura y
presión.
Los defectos posibles de encontrar durante las inspecciones de mantenimiento en tubos son:



Laminares como son espesor insuficiente, laminaciones y hoja.
Radiales como grietas, surcos y ranuras.
Transversales como grietas transversales y pliegues.
Los defectos laminares se detectan preferentemente con palpadores de incidencia normal y frecuencias entre 4 y
6MHz, y también con palpadores de doble cristal E-R (figura 12.9.a).
Figura 12.9
Los defectos transversales se detectan longitudinalmente con palpador de incidencia angular, y frecuencias de 4 y
𝑒
6MHz como se ve en la figura 12.9.b. El ángulo de refracción debe ser el más adecuado para la relación 𝐷.
12.5 ENSAYO DE EJES Y VASTAGOS
En este tipo de componentes la inspección se realiza con incidencia normal y ensayo desde testa, cuando la
superficie cilíndrica no es accesible.
Figura 12.10
Con esta técnica se evita el desmontaje de elementos (figura 12.10).
** ENSAYOS EN MATERIALES METALICOS **
87
ENSAYOS NO DESTRUCTIVOS - ULTRASONIDOS
Sin embargo, este ensayo crea bastantes problemas de conversión de ondas cuando el palpador se acerca al borde
de la sección, lo que trae consigo una disminución de la sensibilidad, lo que hace difícil detectar pequeñas
grietas.
Si la pieza en inspección tiene una forma uniforme como puede ser una barra o redondo, estas señales del
desdoblamiento de ondas, siempre saldrán detrás del eco de fondo, pero si se trata de piezas como la de la
figura, en la que se contemplan diferentes radios de acuerdo, nos pueden generar señales de descomposición
de ondas delante del eco de fondo, confundiendo y haciendo creer que existen varias grietas.
Se debe utilizar un palpador de gran diámetro del cristal y elevada frecuencia para conseguir una buena directividad
del haz.
Los defectos más comunes durante el servicio de estas piezas son grietas de fatiga transversales al eje. Se originan
en zonas críticas como pueden ser: radios de acuerdo, zonas de zunchados, etc.
Si la superficie cilíndrica es accesible, se debe inspeccionar con ondas transversales, ya que las grietas se detectan
mejor, además de poder determinar su profundidad. Se puede usar la incidencia directa, o con recorrido en
zigzag.
12.6 DIFERENTES ENSAYOS DE MANTENIMIENTO
En inspecciones a realizar durante el proceso de fabricación de los productos, se debe considerar el volumen total
de la muestra. Sin embargo, en las inspecciones de mantenimiento donde los defectos se originan en zonas
críticas sometidas a esfuerzos, tensiones, o deterioro de la pieza debido a la acción de agentes ambientales, se
debe aplicar la inspección en estas zonas críticas como pueden ser: taladros, esquinas, cambios de sección,
pequeños radios de acuerdo, fondo de hilos de rosca, etc. Debiendo estudiar en cada caso particular la técnica
más idónea a aplicar.
En piezas ya mecanizadas, se busca sobre todo grietas de fatiga originadas por tensiones durante el mecanizado, y
que se manifiestan durante el servicio La gran ventaja que presentan los ultrasonidos sobre otros métodos no
destructivos se debe al hecho de que, en muchas ocasiones, estas zonas críticas no tienen superficies
accesibles. Es entonces cuando el ensayo por ultrasonidos se hace insustituible, ya que evitan gastos de
desmontaje, y ahorro de tiempo.
A continuación veremos ejemplos de estas inspecciones durante la vida en servicio de algunas de estas piezas.
12.6.1 Ejes de ferrocarril
El ensayo de los ejes de rueda en material rodante de vapor (figura 12.1 1), sólo es posible realizarlo desde testa por
contacto, y técnica de impulso-eco con palpador de incidencia normal con frecuencias de 2 - 4MHz. El
diámetro del cristal debe ser lo mayor posible para aumentar la directividad del haz evitando que la
sensibilidad no disminuya.
Como se ve en la figura, la divergencia del haz hace posible detectar discontinuidades en todo el elemento. Se
localiza la posición de las diferentes discontinuidades con un buen ajuste de pantalla, y con relación al eco de
fondo, que es el de referencia.
Figura 12.1 1
En la inspección de ejes del material rodante eléctrico debido a su diferente configuración, se debe realizar el
barrido desde la mangueta con palpadores de incidencia angular con un ángulo de 37º (figura 12.12), sin
necesidad de desmontar las ruedas.
** ENSAYOS EN MATERIALES METALICOS **
88
ENSAYOS NO DESTRUCTIVOS - ULTRASONIDOS
Figura 12.12
En este caso la zona critica donde se pueden producir las grietas de fatiga es en los radios de acuerdo de la zona de
zunchado de las ruedas.
La inspección en este caso se realiza desde la mangueta con palpadores de incidencia angular con ángulos de 37º y
45º.
12.6.2 Raíles de ferrocarril
Es importante conocer en todo momento el estado de los raíles, por lo que se necesita un programa de inspección
casi permanente.
Los defectos en estas piezas se pueden originar durante el proceso de fabricación, y aparecer posteriormente
durante su puesta en servicio, debido a efecto de fatiga.
Los más corrientes son grietas y cavidades en la zona de transición cabeza-alma del raíl. También suelen aparecer
grietas transversales en la parte superior del alma, generadas en tramos de raíl donde los vagones frenan o
paran.
Como vemos en la figura 12.13, la inspección manual para detectar las grietas en cabeza se realiza por contacto con
palpadores de 70º.
Figura 12.13
Las grietas transversales en el alma del raíl se detectan con palpadores de incidencia normal de 4MHz de
frecuencia. También puede emplearse un palpador bicristal.
Debido a la vital importancia que presentan estos elementos, se recurre al empleo de técnicas automáticas.
Se utilizan pequeños vagones que se desplazan a la velocidad del paso. Los equipos que trabajan con la técnica de
impulso-eco van conectados a dos baterías de palpadores (una para cada raíl). Cada batería está formada por
un palpador de incidencia normal de 4MHz de frecuencia y 20mm de diámetro, además incorporan dos
palpadores angulares de 70° y 2MHz de frecuencias, montados, como vemos en la figura 12.14, para propagar
sus haces en direcciones opuestas, para poder detectar las fracturas debidas al rodaje y que aparecen inclinadas
entre 10 y 20º.
Figura 12.14
** ENSAYOS EN MATERIALES METALICOS **
89
ENSAYOS NO DESTRUCTIVOS - ULTRASONIDOS
Estos juegos de palpadores se apoyan sobre los raíles a través del medio de acoplamiento que suministran unos
depósitos de almacenaje. Las señales que aparecen en pantalla se corresponden aproximadamente a las
representadas en la figura 12.15.
Figura 12.15
En diferentes etapas se han ido incorporando diferentes sistemas de señalización y alarmas, que hacen que la
fiabilidad del ensayo sea lo mas alta posible.
Cuando se detecte la señal de una discontinuidad es posible desconectar los palpadores que no son necesarios y
desplazar el carro adelante y atrás.
Debemos ser capaces de distinguir perfectamente las señales que se producen en las uniones de los tramos de raíles.
12.6.3 Bulones y tornillos
Los defectos originados durante el servicio que se producen en estos elementos, suelen ser grietas de fatiga
transversales al eje, originadas en el fondo de hilos de rosca en tornillos, y en radios de acuerdo o cambios de
sección en bulones.
La gran ventaja que presenta el ensayo por ultrasonidos de estos elementos, es evitar el desmontaje siempre que se
tenga acceso por cualquiera de las testas para el apoyo del palpador. Como vemos en la figura 12.16,
tendremos que tener en cuenta desde la testa donde se apoya el palpador, pues la señal del eco de la
discontinuidad nos saldrá a diferente distancia en la escala de la pantalla.
Figura 12.16
En estos ensayos suele utilizarse como bloque de calibración, un tornillo o bulón igual pero nuevo.
** ENSAYOS EN MATERIALES METALICOS **
90
ENSAYOS NO DESTRUCTIVOS - ULTRASONIDOS
Figura 12.17
En este ensayo como en el de todas las piezas cuya longitud es mayor que su dimensión transversal, "Esbeltez", se
debe tener en cuenta que en pantalla aparecerán una serie de ecos detrás del eco de fondo (figura 12.17),
debidos al desdoblamiento de ondas en las superficies laterales del elemento.
12.6.4 Elemento estructural aeronáutica
Con el presente ejemplo de ensayo de mantenimiento veremos lo ya dicho anteriormente sobre la forma de
plantearse un ensayo dependiendo del momento.
Durante la fabricación se contempla la inspección del volumen total de la pieza, sin embargo, las inspecciones de
mantenimiento se dirigen a controlar las zonas o puntos críticos, dejando a un lado el resto de la pieza.
En este caso se trata de detectar grietas de fatiga en las orejetas del herraje de la bisagra de articulación pivotante de
la compuerta del fuselaje en la estación STA 1862.7, en el estabilizador horizontal del avión Boeing 757.
Figura 12.18
En la figura 12.18 tenemos indicada la zona del avión donde se encuentra el herraje de la figura objeto de la
inspección.
La zona crítica donde se originan las grietas, es en la zona delantera central de las orejetas. Con este ensayo se
pueden detectar grietas desde 2,5 mm de profundidad, y 5mm de longitud.
En la figura 12.1 9 vemos la zona inspeccionada con el palpador de 45º.
** ENSAYOS EN MATERIALES METALICOS **
91
ENSAYOS NO DESTRUCTIVOS - ULTRASONIDOS
Figura 12.19
En la figura 12.20 vemos la inspección con el palpador de 35º desde dos posiciones opuestas.
Figura 12.20
En la figura 12.21 tenemos el croquis e instrucciones para la fabricación del bloque de calibración.
Figura 12.21
** ENSAYOS EN MATERIALES METALICOS **
92
ENSAYOS NO DESTRUCTIVOS - ULTRASONIDOS
En la figura vemos el punto 2 que nos indica donde situar las grietas de ajuste del equipo, las dimensiones de estas
grietas serán: 0,25mm de anchura por 2,5mm de profundidad y 5,1mm de longitud.
En los puntos 3 se colocan unas marcas que nos indican donde situar los palpadores para el ajuste del equipo.
La inspección se realiza con un palpador de incidencia normal de 5MHz de frecuencia y 6mm de diámetro, el cual
se coloca en unos adaptadores construidos en plexiglás para obtener los ángulos refractados en el herraje de 35
y 45 grados.
A continuación se muestra el plano de fabricación de estos adaptadores figura 12.22.
Figura 12.22
El punto 1 indica donde grabar el número de serie del adaptador.
El punto 2 es donde debe ponerse la marca de salida del haz ultrasónico con una línea de 2,5mm de longitud.
El punto 3 indica donde y como realizar el agujero donde se coloca el palpador. Este taladro debe ser de fondo
plano con un diámetro de 1,3mm superior al diámetro del palpador a utilizar.
El punto 5 nos da el valor del radio de curvatura de la suela del adaptador.
El equipo a utilizar debe tener dentro de su gama de frecuencias las de 4 y 6MHz.
En la figura 12.23 vemos como ajustar el equipo para la realización del ensayo.
Figura 12.23
Los puntos 1 nos dan la referencia para la colocación de los palpadores para el ajuste del equipo.
La señal de las grietas se coloca en el 60% de la línea base de tiempo en un campo de 100mm.
Se aumenta la ganancia hasta que el eco alcance el 80% de altura de pantalla.
Con este ajuste, todos los ecos que durante la realización del ensayo sobrepasen el 40% de altura, serán motivo de
rechazo.
** ENSAYOS EN MATERIALES METALICOS **
93
ENSAYOS NO DESTRUCTIVOS - ULTRASONIDOS
13 ENSAYO DE MATERIALES NO METALICOS
En este capitulo podemos incluir los hormigones, maderas y materiales compuestos de fibra de carbono, siendo
estos últimos sobre los que más incidiremos debido al gran desarrollo experimentado en los últimos tiempos y
su cada vez más extendida utilización.
Esto a su vez ha tenido como consecuencia el desarrollo y puesta a punto de diferentes técnicas de inspección para
la detección de posibles defectos que se pueden dar, tanto en el proceso de fabricación como durante el trabajo
a realizar por el elemento, pieza o componente.
13.1 MATERIALES COMPUESTOS DE FIBRA DE CARBONO
Los defectos más comunes susceptibles de ser detectados son:
a) Delaminación.
b) Porosidad uniformemente distribuida.
c) Porosidad en capas.
d) Inclusiones de materias extrañas.
La porosidad en capa, o la porosidad uniformemente distribuida, se pueden presentar asociadas con huecos o
cavidades.
En la inspección visual previa de los elementos se podrán detectar:
a) Arrugas.
b) Restos de resina.
c) Delaminación con salida al exterior. (Este tipo de defecto debe sellarse para evitar que penetren elementos
extraños).
Los ensayos se pueden realizar por contacto o por inmersión, utilizando las técnicas de impulso-eco y transmisión.
13.1.1 Ensayo por contacto
Acoplante
Es muy importante que el acoplante a utilizar esté exento en su composición de glicerina. Se debe utilizar el mismo
acoplante en la calibración y en la realización del ensayo.
Palpador
Generalmente es de cristal único emisor receptor, de incidencia normal y frecuencia de 5MHz, con diámetro de
6.35mm (1/4"). Debe llevar incorporada una suela de retardo "delay" de metacrilato, con una altura de 10mm.
Bloque de calibración
Se fabrica de fibra de carbono con una serie de escalones de espesores en progresión. Se deberá disponer de varios
bloques con diferentes series de espesores de los escalones, para utilizar aquel que contenga el espesor a
inspeccionar.
Cada escalón tendrá por lo menos dos defectos artificiales, siendo uno de ellos del tamaño mínimo requerido como
nivel de aceptación que nos indique la norma o procedimiento.
Ajuste del equipo en distancia y sensibilidad
Para la inspección por ejemplo de una pieza con 8 mm de espesor, se ajusta una pantalla de 10 mm con una
velocidad del sonido en el material compuesto de fibra de carbono de 2880 m/seg y situamos la señal del
retardador (delay) en el cero de pantalla, con lo cual hemos sacado el eco inicial fuera de pantalla, para una
más fácil interpretación de las señales.
Se coloca el palpador sobre el escalón de 2 mm del bloque y situamos el eco en la división 2 de la pantalla. Con el
mando de ganancia, ampliamos la altura del eco hasta el 80% de pantalla.
** ENSAYO DE MATERIALES NO METALICOS **
94
ENSAYOS NO DESTRUCTIVOS - ULTRASONIDOS
Repetimos la secuencia de operaciones con el escalón de 10 mm y efectuamos un barrido del escalón para
comprobar que detectamos y sacamos el eco del defecto mínimo.
Situamos el palpador en una zona presumiblemente sana de la pieza en inspección y sacamos el eco de fondo que
saldrá en el 8 de la escala. Entre la altura de este eco y la altura del eco de fondo del escalón de 10 mm del
bloque de calibración (80%) no deberá existir una desviación mayor de 6 dB.
Técnica de inspección
En la inspección utilizaremos la técnica de impulso-eco, con barrido manual, método de contacto, y representación
en pantalla de tubo de rayos catódicos tipo A.
La velocidad de exploración no será superior a 100mm/seg, realizando el barrido del 100% con pasadas en sentido
vertical y horizontal.
En la determinación de la extensión de un defecto se seguirá la técnica de -6dB de caída del eco.
Interpretación de señales
- Pantalla a: cuando en pantalla tengamos solamente el eco de "delay" en el cero, y el eco de fondo en el ocho de
pantalla con su altura total (80%), la zona inspeccionada no tiene defectos (figura 13.1).
Figura 13.1
- Pantalla b: si tenemos el "delay" en el cero de pantalla, y vemos que el eco de fondo en la división ocho
disminuye en altura por debajo del lo%, es indicativo de que la zona tiene porosidad uniformemente
distribuida (figura 13.2).
Figura 13.2
- Pantalla c: si tenemos el "delay" en el cero de pantalla, y observamos que el eco de fondo desaparece totalmente,
apareciendo un eco intermedio con una altura superior al 30% de pantalla, y que se sitúa en una división u otra
de la escala, dependiendo de la profundidad a que se encuentre dentro de la pieza, se puede deducir que la
zona tiene una delaminación (figura 13.3).
Figura 13.3
- Pantalla d: con el eco del "delay" situado en el cero de la escala, y el eco de fondo en el ocho con una altura en
pantalla del 80%, y durante la exploración vemos que disminuye por debajo del 50 - 40% de altura, saliendo
un eco intermedio con altura superior al 30%, deducimos que la zona en inspección presenta (figura 13.4), o
bien porosidad en capa (a), o inclusión de elemento extraño (b).
** ENSAYO DE MATERIALES NO METALICOS **
95
ENSAYOS NO DESTRUCTIVOS - ULTRASONIDOS
Figura 13.4
La evaluación de los diferentes defectos, se realiza de acuerdo con los criterios especificados en el boletín, norma o
procedimiento utilizado.
13.1.2 Ensayo por inmersión
Cuando el ensayo deba realizarse sobre planchas con una gran superficie, el ensayo manual resultaría penoso para
el inspector, con los problemas añadidos de cansancio, distracción, etc., lo cual ha originado que se desarrolle
para la inspección de las referidas piezas, el ensayo automático con toda la serie de ventajas que presenta,
como son rapidez y fiabilidad.
Figura 13.5
La realización de la inspección es, como se ha dicho, automática, empleando la técnica de inmersión local con
chorro de agua como se ve en la figura 13.5 y por transmisión. La representación en pantalla puede ser de tipo
C.
13.2 DETECCION DE AGUA EN ESTRUCTURAS DE PANAL DE ABEJA (HONEY-COMB)
De siempre, ha sido en el sector aeronáutico una constante conseguir la máxima fiabilidad en detectar el agua
atrapada dentro de las estructuras de panal de abeja.
El problema es que cuando el avión vuela a quince mil pies de altura con temperaturas de hasta 60º bajo cero,
donde el agua al helarse se expande rompiendo las celdillas del honey-comb.
Los mandos de vuelo como pueden ser: spoilers y compensadores, montan este tipo de estructuras, que si se
rompiesen, podrían dejar el avión sin dichos mandos. De aquí la importancia de poder detectar durante las
revisiones de mantenimiento esta presencia de agua.
En un principio, se realizaba la inspección golpeando con una moneda sobre el recubrimiento del elemento, para
captar los cambios de sonido que se podían producir.
Posteriormente se recurrió al ensayo radiográfico. Para conseguir un contraste mínimo en la radiografía, había que
utilizar equipos con foco fino, distancias foco-objeto del orden de 1,5 m y tiempos de exposición que se
elevaban a 15-17 minutos, con lo que la inspección resultaba larga en el tiempo, pesada, costosa y poco
rentable, aunque necesariamente había que realizarlas.
** ENSAYO DE MATERIALES NO METALICOS **
96
ENSAYOS NO DESTRUCTIVOS - ULTRASONIDOS
En la actualidad, se realiza esta inspección con el método ultrasónico bien por contacto o por inmersión.
13.2.1 Ensayo por contacto
El equipo a utilizar puede ser cualquiera con un rango de frecuencias como mínimo hasta 6MHz y capaz de trabajar
con la técnica de impulso-eco.
El palpador de incidencia normal de 5MHz de frecuencia y un diámetro de 12,8mm (1/2”).
El acoplante puede ser cualquiera que no dañe el material sobre el que se extienda, es importante que sea lo más
denso posible, ya que al tener que realizar el ensayo en posición de techo, evitaremos que se descuelgue.
La probeta de calibración es la representada en la figura 13.6. Consiste en una estructura de panal de abeja
lógicamente cerrada y tres zonas con agua atrapada con diferentes alturas. A la vista de la probeta se
comprende el porqué del ensayo en la posición de techo.
Figura 13.6
La calibración se realiza ajustando una pantalla de 50 mm en recorrido del sonido en agua (1480m/seg), a
continuación se coloca el palpador en las diferentes posiciones indicadas en la figura y obtenemos los gráficos
siguientes con los ecos que nos indican las diferentes alturas de agua.
Figura 13.7
Una vez realizados estos ajustes, tenernos el equipo preparado para realizar el ensayo.
13.2.2 Ensayo por inmersión
También puede realizarse la inspección por la técnica de transmisión e inmersión local como se ve en la figura
13.8.
** ENSAYO DE MATERIALES NO METALICOS **
97
ENSAYOS NO DESTRUCTIVOS - ULTRASONIDOS
Figura 13.8
** ENSAYO DE MATERIALES NO METALICOS **
98
ENSAYOS NO DESTRUCTIVOS - ULTRASONIDOS
14 ENSAYOS ESPECIALES
En este capitulo hemos recogido, aunque no tienen nada de especiales, los Ensayos de inmersión y medida de
espesores.
14.1 ENSAYOS DE INMERSION
En la técnica por inmersión tanto la pieza en inspección como el palpador que no necesita suela protectora están
sumergidos en agua, con lo que se garantiza un perfecto y uniforme acoplamiento.
El palpador y sus conexiones deben ser completamente estancos.
En este ensayo la transmisión del sonido del palpador a la muestra se realiza a través de una columna de agua sin
contacto directo, lo que nos da una serie de ventajas como son:
a) No existe riesgo de rotura ni desgaste del cristal, lo que nos permite inspeccionar con frecuencias de hasta
25MHz.
b) Un mismo palpador sirve para el ensayo con incidencia normal o angular, con sólo variar el ángulo del tubo
porta-palpador.
c) Puede aumentarse considerablemente la velocidad de inspección.
Cuando la pieza en inspección presenta alguna de sus superficies convexa o rugosa, se emplean palpadores
focalizantes, que se consiguen empleando lentes esféricas o cilíndricas acopladas al palpador, que concentran
el haz sonoro aumentando la resolución de la señal, Las lentes esféricas concentran el haz en un punto, y las
cilíndricas en una línea.
La inmersión puede ser completa o parcial. Como ejemplo de inmersión parcial con chorro de agua tenemos la
inspección de grandes planchas de materiales compuestos de fibra de carbono que estudiamos en el capitulo
anterior. También se utilizan algunos palpadores especiales, como los representados en la figura 5 del capítulo
6.
La instalación para inmersión completa como la representada en la figura 14.1, puede utilizarse para operación
manual o automática.
Figura 14.1
Consiste en un tanque de dimensiones determinadas con un carro deslizante a lo largo y ancho del tanque, donde va
montado el tubo porta-palpador que permite el movimiento de dicho tubo sobre los tres ejes (x-y-z), además de
movimientos de giro y angulares.
Cuando, debido al volumen de la pieza a inspeccionar, ésta no entra dentro del tanque, se recurre al método de
inspección local.
** ENSAYOS ESPECIALES **
99
ENSAYOS NO DESTRUCTIVOS - ULTRASONIDOS
14.2 TECNICAS DE ENSAYO
14.2.1 Impulso-eco
Esta técnica es exactamente igual que la utilizada en los ensayos por contacto, con la diferencia que en la técnica de
inmersión es imprescindible, como paso previo, el cálculo de la altura de la columna de agua entre el palpador
y la superficie de entrada de la muestra.
En el ajuste del equipo previo al ensayo, lo primero es ajustar la línea base de tiempo, para lo cual, desplazamos el
eco inicial fuera de pantalla, situando el eco de la interface en el “0” de la escala como vemos en las figura
14.2.b y c, y el eco de fondo, en la división correspondiente de acuerdo con el espesor de la pieza. Con este
primer paso eliminamos en pantalla el recorrido previo en agua
Figura 14.2
En la figura (b) vemos los ecos repetitivos de la interface (IF), y los de fondo (F) que son tres entre el primero y
segundo eco de la interface. Esto nos indica que al ser mucho mayor la velocidad del sonido en acero que en
agua, el sonido recorre cuatro veces el espesor de la pieza, mientras sólo lo hace una vez en agua.
Si la columna de agua no tiene la altura adecuada, esto es, la distancia del palpador a la superficie de entrada en la
pieza no es la correcta, sucederá que el segundo eco de la interface saldrá antes que el primer eco de fondo,
dándonos una imagen en pantalla confusa y de difícil interpretación.
Esto se debe a que el ajuste de pantalla se realizó con la velocidad en el material a inspeccionar (acero = 5920
m/seg), lo que hace, que tengamos que convertir el recorrido previo en agua (1480m/s), según la relación de
velocidades.
Para calcular la altura de columna de agua que se debe emplear para un determinado espesor de la pieza en
inspección, se opera de la siguiente forma:
Al ser la velocidad en el agua, aproximadamente cuatro veces menor que en el acero, multiplicamos (0,25) que es
la cuarta parte, por el espesor de la pieza, para tener la altura en milímetros que debe tener la columna de agua.
Cualquier eco procedente de una discontinuidad saldrá entre los ecos de la interface, y el eco de fondo.
14.2.2 Transmisión
Si la realización del ensayo por impulso-eco no fuera posible por presentar el elemento en ensayo una gran
atenuación y tener que recorrer el sonido dos veces el espesor de la pieza, se deberá utilizar la técnica de
transmisión, ya que con esta técnica la onda ultrasónica realiza un solo recorrido por el material (figura 14.3).
Al utilizar la técnica de transmisión en pantalla tendremos una señal cuando no existan discontinuidades en el
elemento en inspección. Por el contrario, tendremos una atenuación o pérdida total de dicha señal si el
elemento contiene alguna discontinuidad. Con esta técnica no se puede determinar la profundidad a la que se
encuentra la discontinuidad.
** ENSAYOS ESPECIALES **
100
ENSAYOS NO DESTRUCTIVOS - ULTRASONIDOS
Figura 14.3
14.2.3 Placa reflectante
Con este método, como vemos en la figura 14.4, se utiliza una superficie plana donde el haz sonoro se refleja
después de atravesar la pieza.
Esta placa suele ser de vidrio debido a las excelentes características de acabado superficial y coeficiente de
reflexión.
Figura 14.4
Cuando la señal llega al palpador ha recorrido el espesor de la pieza dos veces, con lo que tenemos un ensayo de
doble transmisión.
14.2.4 Automático con representación C
Los ensayos automáticos por inmersión permiten recoger ordenadamente los datos y su representación simultánea
en una imagen, como la representada en la figura 14.5, lo que facilita mucho la interpretación.
Figura 14.5
La representación C es una vista en planta de la pieza desde la posición de exploración del palpador.
Cuando el sistema permite capturar datos de tiempo además de la amplitud del eco, se puede utilizar la
representación D, que es igual que la C, pero permite ver la profundidad y extensión de la discontinuidad.
** ENSAYOS ESPECIALES **
101
ENSAYOS NO DESTRUCTIVOS - ULTRASONIDOS
14.3 MEDIDORES DE ESPESORES
La medida directa del espesor de pared en recipientes y tuberías expuestos a erosión, corrosión y demás efectos
degradantes en las industrias química, petroquímica y plantas productoras de energía, así como en el casco de
barcos, sin necesidad de realizar paros en su funcionamiento, ya que los ensayos pueden realizarse a
temperaturas de hasta 450ºC, y con acceso a una sola cara para la realización del ensayo.
Todas estas ventajas, además de la importancia del ensayo, han traído como consecuencia el desarrollo de equipos
de lectura digital directa, cuyo manejo es sumamente sencillo.
Utilizan palpadores con doble cristal uno emisor y otro receptor (E-R), conectados al equipo de una forma fija.
Las frecuencias oscilan entre 2-6MHz, siendo las frecuencias altas utilizadas en medidas de espesores finos. Se
pueden realizar medidas desde 0,5mm con precisión de 0,1mm.
Su funcionamiento es el siguiente: dispone de un contador que se pone en marcha cuando se dispara el impulso
eléctrico. El contador inicia el conteo cuando el impulso acústico penetra en el material, y se detiene cuando al
receptor llega la señal de un eco con una amplitud suficiente.
También dispone de un amplificador automático que actúa de tal forma que al llegar una señal débil debida, por
ejemplo, a un mal acoplamiento, no da ninguna lectura.
14.3.1 Bloques de calibración
En las figuras 14.6.a y 14.6.b tenemos representados dos bloques de calibración, uno para tubos (a) y el otro (b)
para piezas planas denominado V W.
Figura 14.6
Como se ve en la figura, ambos llevan una serie de escalones mecanizados, con espesores conocidos. El espesor a
medir debe estar comprendido entre estos espesores.
14.3.2 Calibración con equipos analógicos y digitales
La calibración con palpadores E-R no puede ser igual a la realizada con palpadores de cristal único emisorreceptor, ya que con estos el ajuste de pantalla se realiza utilizando el primer y segundo eco de fondo.
Debido al especial montaje de los palpadores E-R la onda longitudinal que sale del cristal emisor recorre el prisma
de plástico e incide en la superficie de entrada de la pieza, con un determinado ángulo (entre 1 y 12")
originando reflexión, refracción y cambio de modos, como estudiamos en el capítulo 3.
Debido a estos efectos, dentro de la pieza tenemos dos ondas, una longitudinal y otra transversal, que recorren la
pieza con un determinado ángulo, incidiendo en la superficie límite donde se reflejan y descomponen en
cuatro ondas, dos longitudinales y dos transversales.
** ENSAYOS ESPECIALES **
102
ENSAYOS NO DESTRUCTIVOS - ULTRASONIDOS
Figura 14.7
En resumen, como se ve en la figura 14.7, al cristal receptor llegan cuatro ondas, que nos dan en pantalla una
imagen con cuatro ecos, estando siempre primero los ecos de las ondas longitudinales, ya que su velocidad es
doble a las transversales.
Si la calibración se hiciese con el primer y segundo eco de fondo, no se distinguiría el segundo eco de fondo, en un
ajuste de pantalla pequeño. Es por esto, que la calibración con los palpadores E-R, se realiza utilizando dos
espesores diferentes entre los cuales se encuentre el espesor a medir.
Calibración con equipo analógico
Siempre que se trabaja con palpadores E-R, se debe seleccionar, en los equipos analógico o digital, la función E-R,
y conectar los dos enchufes del palpador en los conectadores correspondientes del equipo.
Se ajusta una anchura de pantalla de por ejemplo 10mm. Se coloca el palpador sobre el escalón de 4mm del bloque
VW, y se sitúa el eco en la división cuarta de la escala, ampliándole hasta el 80% de altura de pantalla.
Se repite la operación con el escalón de 8mm, y con el mando de velocidad, se coloca el eco en la octava división
de la escala, subiendo el eco al 80% de altura.
Se repiten estas operaciones, ajustando con los mandos de velocidad y desplazamiento, los ecos de 4 y 8mm en su
posición exacta. Cuando se consigue, tenemos calibrado el equipo para efectuar medidas.
Calibración con equipo digital
La conexión del palpador al equipo, se realiza igual que en el equipo analógico.
Se introducen los parámetros de inspección en el equipo, por ejemplo:
- Espesor 10mm.
- Velocidad 5920m/s.
- D-Delay 0,0mm.
- P-Delay 0,00S.
- Frecuencia 5MHz.
Se coloca el palpador sobre el escalón de 4mm y se aumenta el valor de P-Delay hasta que comienza a aparecer el
eco de fondo. Se aumenta la ganancia hasta colocar la altura del eco al 80%.
Se aumenta el valor P-Delay hasta que en pantalla aparece el valor 4 mm del espesor.
Se repiten las mismas operaciones con el escalón de 8 mm, pero vemos que en pantalla nos sale un valor de medida
de 7,8mm debido al desvío del recorrido en V en los palpadores E-R.
Para corregir este error, aumentamos el valor de la velocidad hasta que en pantalla salga el valor 8.
14.3.3 Medida de espesores en superficies curvas
En los ensayos por contacto para medida de espesores en superficies convexas con palpadores de doble cristal E-R,
es de suma importancia el posicionamiento del palpador para obtener unas medidas fiables. Este correcto
posicionamiento (figura 14.8) se consigue cuando la lamina de corcho que separa acústicamente los dos
cristales, se sitúa en la dirección de la curvatura, es decir, transversal al eje del tubo, ya que de esta forma, los
puntos de salida y recepción del sonido, están en contacto con la superficie del tubo.
** ENSAYOS ESPECIALES **
103
ENSAYOS NO DESTRUCTIVOS - ULTRASONIDOS
Figura 14.8
** ENSAYOS ESPECIALES **
104
ENSAYOS NO DESTRUCTIVOS - ULTRASONIDOS
15 DETERMINACION DEL TAMAÑO Y FORMA DE UN REFLECTOR
En el capítulo 10 estudiamos las diferentes formas de determinación del tamaño de reflectores menores que la
sección transversal del haz ultrasónico.
En el presente capitulo estudiaremos como determinar la forma de un reflector por medio de la ecodinámica y la
determinación del tamaño de un reflector mayor que la sección transversal del haz.
15.1 DETERMINACION DE LA FORMA ECONOMICA
La ecodinámica consiste en el estudio del comportamiento de un reflector, cuando es tocado por un haz ultrasónico
desde diferentes posiciones del palpador.
Esta técnica solo puede realizarse con palpadores de incidencia angular, ya que con un palpador de incidencia
normal, es difícil detectar el reflector desde diferentes posiciones.
En la figura 15.1 tenemos representados los movimientos básicos de un palpador utilizado manualmente, estos
movimientos son: lateral, orbital, transversal y circular.
Figura 15.1
Con el movimiento lateral se puede medir la longitud de un reflector.
Con el orbital determinamos si un reflector es longitudinal o circular. Con el desplazamiento transversal, se puede
determinar la altura (profundidad), y la anchura del reflector.
El movimiento circular consiste en un giro del palpador sobre un eje que pasa por el punto de salida del palpador.
Sirve para distinguir discontinuidades múltiples agrupadas.
Cuando el haz ultrasónico incide perpendicularmente sobre un reflector plano, tenemos un eco alto y estrecho que
disminuye paulatinamente hasta desaparecer, según vayamos variando la orientación del palpador con respecto
al reflector.
Un reflector redondeado nos da una elevación del eco más gradual, lo cual hace que sea más ancho que el de un
reflector plano. Este tipo de eco puede ser debido también a una agrupación de pequeños reflectores.
Con los reflectores redondeados la variación de la posición del palpador no afecta a la forma y altura del eco.
La clasificación de los reflectores como planos o redondeados ayuda en la determinación sobre la mayor o menor
gravedad de un reflector.
Los defectos que presentan una fuerte incidencia sobre la calidad o vida útil de un elemento, como pueden ser las
grietas, falta de fusión o falta de penetración, se comportan como defectos planos.
Los reflectores redondeados como pueden ser poros o pequeñas inclusiones de escoria, no son causa de fallo de la
pieza durante el servicio.
** DETERMINACION DEL TAMAÑO Y FORMA DE UN REFLECTOR **
105
ENSAYOS NO DESTRUCTIVOS - ULTRASONIDOS
15.2 DETERMINACION DE UN REFLECTOR MAYOR QUE LA SECCION TRANSVERSAL DEL
HAZ
15.2.1 Determinación de la longitud
Existen diversas técnicas que nos permiten dimensionar con precisión la longitud de reflectores cuya longitud es
mayor que el diámetro del haz a la profundidad del reflector:
- Técnica de caída de 6 dB, también llamada del eco máximo y eco mitad.
- Técnica de caída de 20 dB.
De las dos técnicas, es la de caída de -6dB la mas difundida y, por tanto, la más utilizada. Se basa en el principio de
que cuando el eje del haz está tangente al borde de la discontinuidad, la amplitud de la señal disminuirá al 50%
de su altura inicial.
Fijándonos en la figura 15.2 vemos que cuando el palpador se encuentra en la posición 1, la presión reflejada en la
discontinuidad es máxima, ya que refleja la totalidad de la presión del haz, por tanto la altura del eco, es
máxima.
Desplazando el palpador hacia la derecha llegamos a la posición 2 de la figura, en donde la presión interceptada del
haz es la mitad, por lo que la altura del eco en pantalla baja a la mitad, y según:
𝑝
𝑑𝐵 = 20𝑙𝑜𝑔 𝑝
⁄2
de donde: 𝑑𝐵 = 20𝑙𝑜𝑔2; 𝑙𝑜𝑔2 = 0,3 y por tanto: 20 x 0,3 = 6.
Figura 15.2
Es decir, cuando el eco baja 6 dB estamos sobre el extremo de la discontinuidad.
Marcamos la posición del centro del palpador sobre la pieza. Se desplaza el palpador hacia la izquierda, y cuando la
altura del eco baje a la mitad, es decir, 6dB, estaremos sobre el otro extremo de la discontinuidad; marcamos la
nueva posición del palpador, y medimos la distancia entre las dos marcas, con lo que tenemos la longitud de la
discontinuidad.
La técnica de caída de -20 dB
Utiliza un procedimiento muy similar al de caída de 6dB, con la diferencia de que en este caso el palpador se
desplaza hasta que la altura del eco disminuye a la décima parte de su valor máximo, es decir, prácticamente a
cero (-20dB). En este momento como vemos en la figura 15.3, todo el haz sonoro queda situado al borde de la
discontinuidad.
** DETERMINACION DEL TAMAÑO Y FORMA DE UN REFLECTOR **
106
ENSAYOS NO DESTRUCTIVOS - ULTRASONIDOS
Figura 15.3
Si ahora desplazamos el palpador hacia la discontinuidad una distancia igual al ancho del haz a la altura de la
discontinuidad, se obtiene la posición del borde de la discontinuidad y marcamos sobre la pieza.
Nos desplazamos hacia el otro extremo de la discontinuidad, operando de la misma forma, y obtenemos el otro
extremo que también marcamos. Medimos la distancia entre las dos marcas, y tenemos la longitud de la
discontinuidad.
15.2.2 Determinación de la anchura
Como se ve en la figura 15.4 para determinar la extensión transversal o anchura de una discontinuidad se opera de
la forma siguiente:
Figura 15.4
Desde un lado de la discontinuidad se obtiene el eco máximo y se sitúa en pantalla. Desde el otro lado de la
discontinuidad, se vuelve a obtener el máximo eco en pantalla.
Medimos la distancia entre los dos ecos obtenidos, y tenemos la anchura de la discontinuidad.
15.2.3 Determinación de la altura o profundidad
Esta determinación solo es posible realizarla con exactitud cuando el tamaño de la discontinuidad es menor que la
sección transversal del haz a la profundidad en que se encuentra el defecto.
Se realiza de la forma siguiente: una vez detectada una discontinuidad, con movimientos del palpador adelante y
atrás, obtenemos la máxima altura del eco (figura 15.5).
** DETERMINACION DEL TAMAÑO Y FORMA DE UN REFLECTOR **
107
ENSAYOS NO DESTRUCTIVOS - ULTRASONIDOS
Procurando no mover el palpador ni a izquierda ni derecha para lo cual nos podemos ayudar con una regla,
desplazamos el palpador hacia la discontinuidad hasta que la altura del eco disminuya a la mitad (-6 dB).
Marcamos en la pantalla del equipo el punto donde el eco cae a la mitad.
A continuación desplazamos el palpador alejándonos de la discontinuidad, con lo que volveremos a pasar por el
punto donde obtenemos la altura máxima, sobrepasamos este punto y seguimos hacia atrás hasta que el eco
baje a la mitad (- 6 dB). Volvemos a marcar en pantalla donde cae el eco a la mitad. La distancia entre las dos
marcas nos indica la profundidad del defecto.
También puede calcularse, teóricamente, la profundidad, dividiendo el desplazamiento del palpador, por el valor de
la tangente del Angulo de incidencia del palpador.
Figura 15.5
Con este procedimiento, se han detectado errores de medida de dos y tres milímetros, por lo que se ha desarrollado
una nueva técnica, recogida en la norma europea experimental ENV 583-6.
15.2.4 Técnica TOFD para discontinuidades internas
Se pueden utilizar dos procedimientos distintos, dependiendo de que la discontinuidad sea interna, o que este
abierta a la superficie.
Discontinuidad interna
Esta técnica se fundamenta en la difracción que se produce en los bordes de una discontinuidad de tipo laminar
cuando es tocada por un haz ultrasónico. La señal de la onda difractada se irradia desde los picos extremos de
la discontinuidad en forma de onda circular. Esta onda puede ser detectada por un palpador que no
necesariamente tiene que estar orientado favorablemente con la discontinuidad.
Esta señal es de baja amplitud, del orden de 30dB menos que un reflector de esquina situado a la misma
profundidad. Debido a esta baja amplitud de las señales difractadas, esta técnica está limitada a realizarse
sobre materiales con una baja atenuación y dispersión como, por ejemplo, aceros al carbono débilmente
aleados, aceros austeníticos y aleaciones de aluminio de grano fino.
Estado superficial
Es importante el estado superficial del elemento en inspección, ya que debido a la pequeña amplitud de las señales
difractadas, si la superficie no es lo más homogénea posible, puede influir en la fiabilidad del ensayo.
Acoplante
Se pueden utilizar diferentes acoplantes como, por ejemplo, agua con un agente humectante o anticorrosivo, aceite,
grasa. El acoplante debe ser el mismo en la calibración y durante todo el ensayo.
Bloque de calibración
Puede ser como el representado en la figura 15.6, con cinco taladros laterales unidos a la superficie de barrido por
medio de un corte de sierra para evitar la reflexión directa de la parte superior del taladro.
** DETERMINACION DEL TAMAÑO Y FORMA DE UN REFLECTOR **
108
ENSAYOS NO DESTRUCTIVOS - ULTRASONIDOS
Figura 15.6
Estos taladros tendrán un diámetro igual a dos veces la longitud de onda de la frecuencia nominal de los
palpadores, y se sitúan a una profundidad desde la superficie de exploración del lo%, 25%, 50%, 75%, 90%.
El material del bloque será similar acústicamente al del elemento a inspeccionar, lo mismo que el estado
superficial.
Palpadores
Para discontinuidades internas se utilizan dos palpadores de ondas de compresión con incidencia angular y gran
apertura del haz. Los dos palpadores deben tener la misma frecuencia. Se deben utilizar mecanismos de
barrido para mantener una alineación y distancia constantes entre palpadores.
Para discontinuidades abiertas a la superficie inferior, se utiliza un solo palpador como más adelante veremos.
Frecuencia
Las frecuencias a utilizar dependen de los espesores de los elementos a ensayar. Para espesores hasta 70 mm, las
frecuencias oscilan entre 2 y 15 MHz con ángulos entre 45º y 70º. Cuanto mayor el espesor, menor la
frecuencia y el ángulo del haz.
Para espesores entre 70 y 300mm, las frecuencias oscilan entre 1 y 10 MHz y Angulos entre 45º y 70º.
Realización del ensayo
Para defectos internos se utilizan, como se ha dicho, dos palpadores dispuestos como se ve en la figura 15.7.
Figura 15.7
El palpador no 1 es el emisor, el no 2 es el receptor.
La línea (a) representa la onda lateral que se propaga por debajo de la superficie superior.
La línea (f) es el eco de fondo.
La línea (b) es el borde superior de la discontinuidad.
La línea (e) es el borde inferior de la discontinuidad.
La línea (c) representa el ángulo del haz comprendido entre los bordes de la discontinuidad.
La línea (d) es la discontinuidad.
La primera señal recibida por el receptor, normalmente, es la onda lateral como vemos en la figura 15.8.
** DETERMINACION DEL TAMAÑO Y FORMA DE UN REFLECTOR **
109
ENSAYOS NO DESTRUCTIVOS - ULTRASONIDOS
Figura 15.8
Si la pieza ensayada no presenta ninguna discontinuidad, la segunda señal que llega al receptor es el eco de fondo.
Estas dos señales sirven de referencia.
La onda difractada del borde superior de la discontinuidad, llega antes al receptor que la difractada del borde
inferior. En la figura tenemos un esquema típico de representación A, en el que observarnos la inversión de
fase entre la onda lateral (a), y el eco de fondo (d), lo mismo sucede entre las ondas difractadas del borde
superior de la discontinuidad (b), y el borde inferior (c).
Caracterización de las discontinuidades
Una señal de difracción de borde inferior con una atenuación o interrupción de la onda lateral nos indica la
presencia de una discontinuidad abierta en la superficie superior.
Una indicación de onda difractada en borde superior de una discontinuidad acompañada de un cambio o
interrupción en el eco de fondo nos advierte de la presencia de una discontinuidad abierta en la superficie
inferior.
Una indicación de onda difractada en borde superior de una discontinuidad acompañada de otra indicación de
refracción en borde inferior de la discontinuidad nos indica de la presencia de una discontinuidad interna.
Una indicación de onda difractada en borde superior sin acompañamiento de difracción en borde inferior y sin
cambios en la onda lateral y en el eco de fondo nos indica que tenemos una discontinuidad sin altura.
15.2.5 Técnica TOFD para discontinuidades abiertas a la superficie
Cuando se detecta una discontinuidad abierta a la superficie como vemos en la figura 15.9, se puede determinar la
longitud y orientación utilizando un solo palpador, operando de la forma siguiente:
Figura 15.9
Buscamos el eco máximo del borde inferior de la discontinuidad y lo situamos en pantalla.
A continuación desplazamos el palpador hasta sacar el eco máximo difractado en el borde superior de la
discontinuidad, que saldrá siempre delante del eco inferior.
Los recorridos P1 y P2, son referidos al eje del haz, a las distancias d1 y d2.
La medida entre P1 y P2, nos dará la dimensión y orientación de la discontinuidad.
** DETERMINACION DEL TAMAÑO Y FORMA DE UN REFLECTOR **
110
ENSAYOS NO DESTRUCTIVOS - ULTRASONIDOS
El personal que realice ensayos con la técnica TOFD, además de estar cualificado según la norma EN 473, debe
haber recibido una formación adicional y pasar un examen acerca del uso de esta técnica.
** DETERMINACION DEL TAMAÑO Y FORMA DE UN REFLECTOR **
111
ENSAYOS NO DESTRUCTIVOS - ULTRASONIDOS
ANEXOS
ANEXO I - DENSIDAD, VELOCIDAD E IMPEDANCIA ACÚSTICA EN MATERIALES METALICOS
Velocidades acústicas
Material
Densidad en
3
10 m/s
Impedancia acústica en
106 kg/m2s
103 kg/m3
Long. CL
Trans. CT
𝑍 = 𝜌𝐶𝐿
Aceros (baja aleación)
7,85
5,82
3,19
45,7
Acero inoxidable austeníticos. 18-8 (X 1 OCr-Ni 18-1 9)
8,03
5,66
3,12
45,5
Acero inoxidable mart. 13 Cr (X12Crl3)
7,67
7,39
2,99
56,7
Aluminio (Al)
2,71
6,32
3,08
17,l
Aleación AL L3120 (Al-CU)
2,78
6,25
3,10
17,4
Aleación AL L3140 (Al-Cu) (*)
2,78
6,19
3,11
17,2
Antimonio (Sb)
6,69
4,15
--
28
Berilio (Be)
1,82
12,8
8,71
23,3
Bismuto (Bi)
93
2,18
1 ,10
21
Bronce (Cu-Sn)
7,4-8,9
4,40-4,98
2,34
32,5-44,5
Cadmio (Cd)
8,6
2,78
1,50
24
Cinc (Zn)
7,1
4,17
2,41
30
Constantán (Cu-Ni)
8,8
5,24
2,64
46
Cobre (Cu)
8,9
4,70
2,26
42
Estaño (Sn)
7,3
3,32
1,67
24
Fu ndición (Fe-C)
7,2
3,5-5,6
2,2-3,2
25-40
Hierro (Fe)
7,7
5,85
3,23
45
Inconel (laminado)
8,25
7,82
3,02
64,5
lridio (Ir)
22,42
5,4
--
137
Latón (Cu-Zn)
8,5-8,6
3,83
2,05
33
Magnesio (Mg)
1,74
5,77
3,05
10,l
Manganeso (Mn)
8,4
4,66
2,35
39
Metal duro (vidias)
11-15
6,8-7,3
4,0-4,7
75-110
Mercurio (Hg)
13,6
1,45
--
20
Monel (laminado)
8,83
6,02
2,72
53,l
molibdeno(M o) I
10,09
6,29
3,35
63,5
Níquel (Ni)
8,9
5,63
2,96
50
Oro (Au)
19,3
3,24
1,20
63
Plata (Aq)
10,5
3,60
1,59
38
Plata Alemana (Cu-Zn-Ni)
8,4
4,76
2,16
40
Platino (Pt)
21,4
3,96
1,67
85
Plomo (Pb)
11,4
2,16
0,70
24,6
Plomo - 6% Antimonio
10,9
2,16
0,81
23,6
Tántalo (Ta)
16,6
42
--
69
Titanio (Ti)
4,51
6,005
3,019
27
Volframio
19,3
5,46
2,62
105
** DETERMINACION DEL TAMAÑO Y FORMA DE UN REFLECTOR **
112
ENSAYOS NO DESTRUCTIVOS - ULTRASONIDOS
ANEXO II - DENSIDAD, VELOCIDAD E IMPEDANCIA ACÚSTICA EN MATERIALES NO METALICOS
Material
Densidad en
103 kg/m3
Aluminio Al203
Caucho, sin vulcanizar
Caucho vulcanizado
Cera de parafina
Corcho
3,7-3,9
1,3-2,1
1,l-1,6
0,86-0,92
0,24
Cristales piezoeléctricos:
Cloruro potásico (CIK), X
1,988
2,28-2,41
Bromuro potásico (BrK), X
2,75
Bromuro sódico (BrNa), X
3,20
Cuarzo (SiOZ), X
2,65
Fluorita (CaFZ), X
3,18
Fosfato monoamónico (POQH2NH4)45ºZ
1,80
Metaniobato de Pb (PbNb206)
5,8
Sal de Rochela (C406H4NaK 4H20)45ºY
1,77
Sal de Rochela (C406H4NaK 4H20)45ºX
1,77
Sulfato de litio (Li2S04)
2,06
Titanato de bario (BaTi04)
5,7
Turmalina X/Na o Ca XY3A16(603) 3S16018(OH)
3-3,25
4 YIAI, Fe+3, Li, MgZ
Granito
2,51-3,05
Hielo
0,9
Maderas - Olmo
0,56-0,82
Roble
0,71-1 ,07
Marfil
1,83-1,92
Mármol
2,52-2,85
Pizarra
2,65-2,70
Poliamida (nylbn, perlón)
1 ,0-1,2
Poliestireno
1 ,05
Polimetracrilato de metilo (perspex, plexiglás)
1,18
Politetrafluoretileno (teflón)
22
Porcelana
2,4
Resina acrilica (plexiglás)
1,18
Resina epoxidica (de colada, Araldit)
1-15-1,3
Resina fenólica (baquelita)
1,4
Vidrios:
Cristal denso
3,90
Cristal ultraligero
3,15
Vidrio de cuarzo
22
Vidrio denso
2,72
Vidrio fino
3,6
Vidrio crown
2,51
Vidrio de boro silicato (pirex)
2,23
** DETERMINACION DEL TAMAÑO Y FORMA DE UN REFLECTOR **
Velocidades acústicas
103 m/s
Impedancia
acústica en
106 kg/m2s
𝑍 = 𝜌𝐶𝐿
37-39
1,9-3,l
2,5-3,7
1,9-2,0
0,12
Long. CL
Trans. CT
10
1,48
2,3
2,2
0,50
------
4,34
4,78
3,48
32
5,76
7,18
4,92
2,8
-5,36
4,72
4,40
-------2,47
----
8,7
10,9-11,5
9,5
40,2
15,3
23
83
16
-8,6
11,2
35
7,54
--
22,5-24,5
3,95
3,98
1 ,01
4,1
3,01
3,81
4,51
1,8-2,2
2,67
2,73
1,35
5,6-6,2
2,67
2,5-2,8
2,59
-1,99
10,4-12,7
3,6
0,56-0,83
2,9-4,3
5,5-5,8
9,6-10,9
12,0-12,2
1,8-2,7
2,8
32
3,0
13-14
32
2,8-3,7
3,6
3,76
4,80
5,57
5,26
4,26
5,66
5,57
----1,12
1,43
-3,5-3,7
1,12
1,1
--
-3,52
2,56
3,42
3,44
14,7
15,1
12,3
14,3
15
14
12,4
113
ENSAYOS NO DESTRUCTIVOS - ULTRASONIDOS
ANEXO III - DENSIDAD, VELOCIDAD E IMPEDANCIA ACÚSTICA EN LIQUIDOS Y EN AIRE
Material
Densidad en
103 kg/m3
Velocidades acústicas
103 m/s
C
Long. CL
Trans. CT
Impedancia
acústica en
106 kg/m2s
𝑍 = 𝜌𝐶𝐿
Aceite Diesel
0,88-1,02
1,25
1,1-1,3
Aceites lu bricantes (SAE 20 a 30)
0,89-0,96
1,74
1,5-1,7
Aceite de transformador
--
0,92
1,39
1,28
Acetona CH3COCH3
20
0,79
1,19
0,94
Agua destilada H2O
20
1 ,0
1,483
1,48
Agua destilada (H20)
25
0,977
1,497
1,49
Agua de mar ,
17
--
1,51
--
Agua pesada (020)
25
1,104
1,40
1,55
Alcohol etílico (C2H50H)
20
0,79
1,17
0,92
Alcohol metílico (CH30H)
20
0,79
132
0,88
Anilina. (C6H5NH2)
20
1 ,02
1,66
1,69
Benceno (C6H6)
20
0,88
1,33
1,17
Bisulfuro de carbono (CS2)
20
1,26
1,16
1,46
Cloroformo (CHC13)
20
1,49
0,99
1,48
Eter etílico (CH3-CH2) 2O
20
0,71
0,98
0,70
Esencia de trementina (C10H16)
27
0,86-0,88
1,28
1 ,10-1,12
Glicerina (C3H803)
20
1,26
1,92
2,4
Mercurio (Hg)
--
13,6
1,45
20
Nitrotolueno (CH3C3H4N02
20
1,16
1,43
1,66
Pentano (C5H 1 2)
20
0,63
1,02
0,64
Queroseno
15
0,7-0,9
1,33
0,9-1,2
Tolueno (C7H8)
20
0,87
1,33
1,15
Xilol (C8H 1 0)
20
0,86
1,33
1,15
Yoduro de metileno (CH212)
--
3,33
0,98
3,3
Aire
--
0,0012
0,330
0,000398
** DETERMINACION DEL TAMAÑO Y FORMA DE UN REFLECTOR **
114
ENSAYOS NO DESTRUCTIVOS - ULTRASONIDOS
ANEXO V
ANGULOS DE LA ONDA TRANSVERSAL REFRACTADA EN LOS MATERIALES DE PRUEBA Y
ANGULOS INCIDENTES EN PLASTICOS
Angulo de
la
onda
transv
ersal
refrac
tada
para
cada
materi
al de
prueb
a
(grad
os)
20
21
22
23
24
25
26
27
28
29
30
31
32
33
34
35
36
37
38
39
40
41
42
43
44
45
46
47
48
49
50
51
52
53
54
55
56
57
58
59
Angulo de la onda longitudinal incidente en el plástica (grados)
Acero
16,4
17,2
18,0
18,8
19,6
20,4
21.2
22,0
22,8
23,6
24,4
25,2
26,0
26,8
27,5
28,3
29,l
29,8
30,6
31,3
32,1
32,8
33,6
34.3
35.0
35,8
36,5
37,2
37,9
38,5
39.3
40,0
40,6
41.3
42,0
42,6
43.3
43,9
44,5
45,1
Acero
inoxid
able
302
17,0
17,9
18,7
19,5
20.4
21,2
22,0
22,9
23,7
24,5
25,3
26,2
27,0
27,8
28,6
29,4
30,2
31 ,0
31,8
32,5
33,4
34,s
34.9
35.7
36,5
37,2
38.0
38,7
39,5
40,2
41,0
41,7
42,4
43,1
43,8
443
45,2
45,9
46,s
47,2
Acero
inoxid
able
41 0
17,8
18,7
19,5
20,4
21,3
22,2
23,0
23,9
24,8
25,7
26,5
27,4
28,2
29,1
30,0
30,8
31,7
32,5
33,4
34,2
35.0
35.9
36.7
37.5
38,3
39,2
40,0
40,8
41,5
42,4
43,2
43,9
44,7
453
46,3
47,0
47,8
48,5
49,2
49,9
Ti 150 A
Al 1100-0
Al 2014 –
T4
Inconel de
forja
Magnesio
AM
35
17,0
17,9
18,7
19,5
20,4
21,2
22,0
22,9
23,7
24,5
25,3
26,2
27,0
27,8
28,5
29,4
30,2
31 ,0
31.8
32,6
33.4
34,2
34.9
35,7
36,5
37,2
38,0
38,7
39,5
40,2
41 ,0
41,7
42,4
43,l
43,8
443
45,2
45,9
46,5
47,2
17,l
18,0
18,8
19,7
20,5
21,3
22,2
23,0
23,9
24,7
25,5
26,3
27,2
28,0
28,8
29,6
30,4
31,2
32,0
32,8
33,6
34,4
35.2
36.0
36,7
37,s
38,3
39.0
39,8
40,5
41,3
42,0
42,7
433
44,2
44,9
45,6
46,2
46,9
47,6
17,l
18,0
18,8
19,7
20,5
21,3
22,2
23,0
23,9
24.7
25,5
26,3
27,2
28,0
28,8
29,6
30.4
31,2
32,0
32,8
33.6
34,4
35,2
36.0
36,7
37,5
38,3
39,0
39,s
40,5
41,3
42,0
42,7
433
44,2
44,9
45,6
46,2
46,9
47,6
17,6
18,5
19.3
20,2
21,1
21,9
22,8
23,7
24,5
25,4
26,2
27,1
27,9
28,8
29,6
30,5
31,3
32,l
33,0
33,8
34,6
353
36,3
37.1
37,9
38,7
39,5
40,3
41,1
41,9
42,6
43,4
44,2
44,9
45,7
46,4
47.1
47,9
48.5
49.3
17,l
18,0
18,8
19,7
20,5
21,3
22,2
23,0
23.9
24.7
25,5
26,3
27.2
28,0
28.8
29,6
30,4
31.2
32,0
32,8
33,6
34,4
35,2
36.0
36,7
37,5
38,3
39,0
39,8
40,5
41,3
42,0
42,7
43,5
44,2
44,9
45,6
46,2
46,9
47,6
** DETERMINACION DEL TAMAÑO Y FORMA DE UN REFLECTOR **
115
ENSAYOS NO DESTRUCTIVOS - ULTRASONIDOS
60
61
62
63
45,7
46,3
46,9
47,4
47.8
48.5
49,l
49.7
50,7
51,4
52,0
52,7
47,8
48,5
49,1
49,7
48,2
48,9
49,5
50,1
** DETERMINACION DEL TAMAÑO Y FORMA DE UN REFLECTOR **
48,2
48,9
49,5
50,1
50,0
50,6
51,3
52,0
482
48,9
49,3
50,1
116
ENSAYOS NO DESTRUCTIVOS - ULTRASONIDOS
ANEXO V (continuación)
ANGULOS DE LA ONDA TRANSVERSAL REFRACTADA EN LOS MATERIALES DE PRUEBA Y ANGULOS
INCIDENTES EN PLASTICOS
Angulo de
la
onda
transv
ersal
refrac
tada
para
cada
materi
al de
prueb
a
(grad
os)
64
65
66
67
68
69
70
71
72
73
74
75
76
77
78
79
80
81
82
83
84
85
86
87
88
89
90
Angulo de la onda longitudinal incidente en el plástica (grados)
Acero
48,0
48,5
49,0
49,5
50,0
50,5
51 ,0
51,4
51,8
52,2
52,6
53,0
53,3
53,7
54,0
54,2
543
54,7
54,9
55,l
55,3
554
55,5
55,6
55-7
557
55,8
Acero
inoxid
able
302
50.3
50,9
51,4
52,0
52,5
53,0
533
54,0
543
54,9
55,3
55,8
56,1
56,5
56,8
57,1
57,4
57,7
57,9
58,1
58,3
58,5
58,6
58,7
58,8
58,8
55,8
Acero
inoxid
able
41 0
53,4
54,0
54,7
55,3
55,9
56,5
57,0
57,6
58,1
58,6
59,1
59,6
60,0
60,5
60,9
61,2
61,6
61,9
62,2
62,4
62,6
62,8
63,0
63,1
63,2
63,2
63,2
Ti 150 A
Al 1100-0
Al 2014 –
T4
Inconel de
forja
Magnesio AM
35
50,3
50,9
51,4
52,0
52,5
53,0
53,5
54, 0
543
54,9
55,3
55,8
56,1
56,5
56,8
57,l
57,4
57,7
57,9
58,1
58,3
58,5
58,6
58,7
58,8
58,8
58,8
50,7
51,3
51,9
52,5
53,0
53,5
54,0
54,5
55,0
55,5
55,9
56,3
56,7
57,1
57,4
57,7
58,0
58,3
58,5
58,7
58,9
59,l
59,2
59,3
59,4
59,4
59,5
50,7
51,3
51,9
52,5
53,0
53,5
54,0
54,5
55,0
55,5
55,9
56,3
56,7
57,l
57,4
57,7
58,0
58,3
58,5
58,7
58,9
59,í
59,2
59,3
59,4
59,4
59,5
52,6
53,3
53,9
54,5
55,l
55,6
56,2
56,7
57,2
57,7
58,2
58,6
59,l
59,5
59,9
60,2
60,5
60,8
61,l
61,3
61,6
61,7
61,9
62,0
62,l
62,1
62,l
50,7
51,3
51,9
52,5
53,0
53,5
54,0
54,5
55,0
553
55,9
56,3
56,7
57,1
57,4
57,7
58,0
58,3
58,5
58,7
58,9
59,l
59,2
59,3
59,4
59,4
59,5
** DETERMINACION DEL TAMAÑO Y FORMA DE UN REFLECTOR **
117
ENSAYOS NO DESTRUCTIVOS - ULTRASONIDOS
ANEXO VI
ENSAYOS POR CONTACTO: PALPADORES ANGULARES. ONDAS LONGITUDINALES
ÁNGULOS DE INCIDENCIA DEL PRISMA DE PLÁSTICOS
Angulos
de
refrac
ción
(*)
Aceros
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
22
23
24
25
0,5
0,9
1,4
1,8
2,3
2,7
3,2
3,6
4,1
4,5
5,0
5,4
5,9
6,3
6,8
7,2
7,7
8,l
8,5
9,0
9,4
9,8
10,3
10,7
11,1
Acero
Inox.
Aust.
X 10
CrNi
18-09
(F3507)
0,5
0,9
1,4
1,9
2,4
2,8
3,3
3,8
4,2
4,7
5,2
5,6
6,1
6,6
7,0
7,5
7,9
8,4
8,8
9,3
9,7
10,2
10,6
11,1
11,5
Acero
Inox.
Mart.
X 12
Cr 13
(F3401)
0,4
0,7
1.1
1,4
1,8
2,2
2,5
2,9
3,2
3,6
4,0
4,3
4,7
5,0
5,4
5,7
6,1
6,4
6,8
7,1
7,4
7,8
8,1
8,5
8,8
Aluminio
Aleación
AlCU
(L3120)
Magnesio
Titanio
Superaleación
Base Ni
(lnconel
(Nimonie
l)
0,4
0,8
1,3
1,7
2,1
2,5
2,9
3,4
3,8
4,2
4,6
5,0
5,4
5,8
32
6,7
7,1
7,5
7,9
8,3
8,7
9,1
9,5
9,8
10,2
O,4
0,9
1,3
1,7
2,1
2,0
3,0
3,4
3,8
4,3
4,7
5,1
5,5
5,9
6,3
6,8
7,2
7,6
8,0
8,4
8,8
9,2
9,6
10,0
10,4
0,5
0,9
1,4
1,8
2,3
2,8
32
3,7
4,1
4,6
5,0
5,5
60
64
63
7,3
7,7
8,2
8,6
9,1
9,5
9,9
10,4
10,8
11,2
0,4
0,9
1,3
1,7
2,2
2,6
3,1
3,5
3,9
4,4
4,8
5,2
5,7
6,1
6,3
6,9
7,4
7,8
82
8,6
9,0
9,4
9,8
10,3
10,7
0,3
0,7
1,0
1,4
1,7
2,0
2,4
2,7
3,1
3,4
3,7
4,1
4,4
4,7
5,1
5,4
5,7
6,1
6,4
6,7
7,0
7,3
7,7
8,0
8,2
** DETERMINACION DEL TAMAÑO Y FORMA DE UN REFLECTOR **
118
ENSAYOS NO DESTRUCTIVOS - ULTRASONIDOS
ANEXO VII
ANGULOS DE INCIDENCIA EN AGUA (LONGITUDINAL)
ACERO
INOX
IDAB
LE
302
Angulos de
refrac
ción
(*)
ACERO
1 DEG.
0,3
0,3
2 DEG.
0,5
3 DEG.
ACERO
INOX
IDAB
LE
410
1100
ALUMINI
O 201
A
MAGNESI
O
INCONEL
TlTANlO
150A
0,2
0,2
0,2
0,3
0,2
0,2
0,5
0,4
0,5
0,5
0,5
0,4
0,5
0,8
0,8
0,6
0,7
0,7
0,8
0,6
0,7
4 DEG.
1,0
1,l
0,8
0,9
1,0
1,0
0,8
1,0
5 DEG.
1,3
1,3
1,0
1,2
1,2
1,3
1,0
1,2
6 DEG.
1,5
1,6
1,2
1,4
1,4
1,5
1,1
1,5
7 DEG.
1,8
1,8
1,4
1,6
1,7
1,8
1,3
1,7
8 DEG.
2,0
2,1
1,6
1,9
1,9
2,0
1,5
1,9
9 DEG.
2,3
2,4
1,8
2,1
2,1
2,3
1,7
2,2
10 DEG.
2,5
2,6
2,0
2,3
2,4
2,6
1,9
2,4
11 DEG.
2,8
2,9
2,2
2,6
2,6
2,8
2,1
2,7
12 DEG.
3,3
3,1
2,4
2,8
2,8
3,1
2,3
2,9
13 DEG.
3,3
3,4
2,6
3,0
3,l
3,3
2,5
3,1
14 DEG.
3,5
3,7
2,8
3,3
3,3
3,6
2,6
3,4
15 DEG.
3,8
3,9
3,0
3,5
3,5
3,8
2,8
3,6
16 DEG.
4,0
4,2
3,2
3,7
3,8
4,1
3,0
3,9
17 DEG.
4,3
4,4
3,4
3,9
4,0
4,3
3,2
4,1
18 DEG.
4,5
4,7
3,6
4,2
4,2
4,6
3,4
4,3
19 DEG.
4,8
4,9
3,8
4,4
4,5
4,8
3,5
4,6
20 DEG
5,0
5,2
4,0
4,6
4,7
5,0
3,7
4,8
** DETERMINACION DEL TAMAÑO Y FORMA DE UN REFLECTOR **
119
ENSAYOS NO DESTRUCTIVOS - ULTRASONIDOS
ANEXO VIII
ANGULOS DE INCIDENCIA EN AGUA (TRANSVERSAL)
ANGULOS
DE
REFRA
CION
20 DEG.
ACERO
9,1
ACERO
INOXID
ABLE
302
9,4
ACERO
INOXID
ABLE
410
9,8
TITANIO
150
A
ALUMINIO
1100
ALUMINIO
201 A
INCONEL
MAGNESIO
9,4
9,5
9,5
9,7
9,5
21 DEG.
9,5
9,9
10,3
9,9
9,9
9,9
10,2
9,9
22 DEG.
10,0
10,3
10,8
10,3
10,4
10,4
10,7
10,4
23 DEG.
10,4
10,8
11,2
10,8
10,8
10,8
11,l
10,8
24 DEG.
10,8
11,2
11,7
11,2
11,3
11,3
11,6
11,3
25 DEG.
11,2
11,6
12,2
11,6
11,7
11,7
12,0
11,7
26 DEG.
11,7
12,1
12,6
12,1
12,2
12,2
12,5
12,2
27DEG.
12,1
12,5
13,l
12,5
12,6
12,6
12,9
12,6
28DEG.
12,5
13,0
133
13,0
13,0
13,0
13,4
13,0
29 DEG.
12,9
13,4
14,0
13,4
13,5
13,5
13,8
13,5
30 DEG.
13,3
13,8
14,4
13,8
13,9
13,9
14,3
13,9
31 DEG.
13,7
14,2
14,9
14,2
14,2
14,3
14,7
14,3
32 DEG.
14,1
14,7
15,3
14,7
14,8
14,8
15,2
14,8
33 DEG.
14,6
15,l
15,7
15,l
15,2
15,2
15,6
15,2
34 DEG.
14,9
15,5
16,2
15,5
15,6
15,5
16,0
15,6
35 DEG.
15,3
15,9
16,6
15,9
16,0
16,0
16,4
16,0
36 DEG.
15,7
16,3
17,0
16,3
16,4
16,4
16,9
16,4
37 DEG.
16,1
16,7
17,5
16,7
16,8
16,8
17,3
16,8
38 DEG.
16,5
17,1
17,9
17,1
17,2
17,2
17,7
17,2
39 DEG.
16,9
17,3
18,3
17,3
17,6
17,6
18,1
17,6
40 DEG.
17,2
17,9
18,7
17,9
18,0
18,0
18,5
18,0
41 DEG.
17,6
18,3
19,1
18,3
18,4
18,4
18,9
18,3
42DEG.
18,0
18,6
19,5
18,6
18,8
18,8
19,3
18,8
43 DEG.
18,3
19,0
19,9
19,0
19,1
19,l
19,7
19,1
44 DEG.
18,7
19,4
20,3
19,4
19,5
19,5
20,0
19,5
45 DEG.
19,0
19,7
20,6
19,7
19,9
19,9
20,4
19,9
46 DEG.
19,4
20,1
21,0
20,1
20,2
20,2
20,8
20,2
47 DEG.
19,7
20,4
21,4
20,4
20.6
20,6
21,2
20,6
48 DEG.
20,0
20,8
21,7
20,8
20,9
20,9
21,5
20,9
49 DEG.
20,4
21,1
22,1
21,l
21,3
21,3
21,9
21,3
** DETERMINACION DEL TAMAÑO Y FORMA DE UN REFLECTOR **
120
ENSAYOS NO DESTRUCTIVOS - ULTRASONIDOS
ANGULOS DE INCIDENCIA EN AGUA (TRANSVERSAL)
ACERO
INOXID
ABLE
302
2,5
ANGULOS
DE
REFRACION
ACERO
INOXIDABLE
410
TITANIO
150
A
ALUMINIO
1100
ALUMINIO
201 A
INCONEL
MAGNESIO
50 DEG.
20,7
51 DEG.
21,0
21,8
22,4
21,5
21,6
21,6
22,2
21,6
22,8
21,8
21,9
21,9
22,5
21,9
52 DEG.
21,3
22,l
23,l
22,l
22,3
22,3
22,9
22,3
53 DEG.
54 DEG.
21,6
22,4
23,5
22,4
22,6
22,5
23,2
22,6
21,9
22,7
23,8
22,7
22,9
22,9
23,5
22,9
55 DEG.
22,2
23,0
24,l
23,0
23,2
23,2
23,8
23,2
56 DEG.
22,5
23,3
24,4
23,3
23,5
23,5
24,l
23,5
57 DEG.
22,8
23,6
24,7
23,6
23,8
23,8
24,4
23,8
58 DEG.
23,0
23,9
25,O
23,9
24,l
24,l
24,7
24,l
59 DEG.
23,3
24,2
25,3
24,2
24,3
24,3
25,0
24,3
60 DEG.
23,5
24,4
25,6
24,4
24,5
24,6
25,3
24,6
61 DEG.
23,8
24,7
'25,8
24,7
24,9
24,9
25,6
24,9
62 DEG.
24,0
24,9
26,1
24,9
25,l
25,1
25,8
25,l
63 DEG.
24,3
25,2
26,4
25,2
25,4
25,4
26,1
25,4
64 DEG.
24,5
25,4
26,6
25,4
25,6
25,6
26,3
25,6
65 DEG.
24,7
25,6
26,8
25,6
25,8
25,8
26,6
25,8
66 DEG.
24,9
25,9
27,l
25,9
26,0
26,0
26,8
26,0
67 DEG.
25,l
26,l
27,3
26,l
26,3
26,3
27,0
26,3
68 DEG.
25,3
26,3
27,5
26,3
26,5
26,5
27,2
26,5
69 DEG.
25,5
26,5
27,7
26,s
26,7
26,7
27,4
26,7
70 DEG.
25,7
26,7
27,9
26,7
26,9
26,9
27,6
26,9
71 DEG.
25,9
26,8
28,l
26,8
27,0
27,0
27,8
27,0
72 DEG.
26,0
27,0
28,3
27,0
27,2
27,2
28,0
27,2
73 DEG.
26,2
27,2
28,5
27,2
27,4
27,4
28,l
27,4
74 DEG.
26,3
27,3
28,6
27,3
27,5
27,5
28,3
27,5
75 DEG.
26,5
27,5
28,8
27,5
27,7
27,7
28,5
27,7
76 DEG.
26,5
27,6
28,9
27,6
27,8
27,8
28,6
27,8
77 DEG.
26,7
27,7
29,0
27,7
27,9
27,9
28,7
27,9
78 DEG.
26,8
27,8
29,2
27,8
28,0
28,0
28,9
28,0
79 DEG.
26,9
28,0
29,3
28,0
28,2
28,s
29,0
28,2
80 DEG.
27,0
28,0
29,4
28,1
28,3
28,3
29,l
28,3
81 DEG.
27,l
28,1
29,5
28,1
28,3
28,3
29,2
28,3
82 DEG.
27,2
28,2
29,6
28,2
28,4
28,4
29,2
28,4
83 DEG.
27,2
28,3
29,6
28,3
28,5
28,5
29,3
28,5
84 DEG.
27,3
28,4
29,7
28,4
28,6
28,6
29,4
28,6
85 DEG.
27,4
28,4
29,8
28,4
28,6
28,6
29,4
28,6
86 DEG.
27,4
28,5
29,8
28,5
28,7
28,7
29,5
28,7
87 DEG.
27,4
28,5
29,8
28,5
28,7
28,7
29,5
28,7
88 DEG.
27,5
28,5
29,9
28,5
28,7
28,7
29,5
28,7
89 DEG.
27,5
28,5
29,9
28,5
28,7
28,7
29,6
28,7
90 DEG.
27,5
28,5
29,9
28,5
28,7
28,7
29,6
28,7
** DETERMINACION DEL TAMAÑO Y FORMA DE UN REFLECTOR **
121
ENSAYOS NO DESTRUCTIVOS - ULTRASONIDOS
** DETERMINACION DEL TAMAÑO Y FORMA DE UN REFLECTOR **
122