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16 – Ultrasonido
2017
¿Que significa?
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1. m. Fís. Variación corta e intensa del valor de una magnitud (http://dle.rae.es )
2. A short wave train of mechanical vibrations (ASTM E 1316)
2
Vibracion mecanica
• Onda longitudinal
– Direccion de oscilacion es paralela a la direccion de propagación
• Onda transversal
– Direccion de oscilacion es perpendicular a la direccion de propagación
• Ondas superficiales, de Lamb y
serpenteantes
http://www.acs.psu.edu/drussell/Demos/waves/wavemotion.html 3
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ULTRASONIDO
Las ondas
acústicas
dependen de la
velocidad del
sonido en el
medio y de la
impedancia
acústica
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¿Que significa?
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1. m. Repetición de un sonido producida al ser reflejadas sus ondaspor un obstáculo (http://dle.rae.es )
2. A sound that is heard after it has been reflected off a surface such as a wall or a cliff (https://dictionary.cambridge.org)
3. Indication of reflected energy (ASTM E 1316)
Difraccion, refraccion o reflexion
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7ASM Metals Handbook Vol. 17 Nondestructive evaluation and quality control, 5ta edición, 1997
S/D = sin datos; N/A = no aplica; VL = ondas longitudinales; VT = ondas transversales; VS = ondas superficiales
Material Densidad
(ρ)
[g cm-3]
Velocidad del sonido
[km s-1]
Impedancia acústica (Z)
[106 g cm-2 s-1]VL VT VS
Acero al carbono recocido 7,85 5,94 3,24 3,0 4,66
Acero aleado recocido 7,86 5,95 3,26 3,0 4,68
Acero aleado templado 7,8 5,90 3,23 S/D 4,6
Acero inoxidable tipo 304L 7,9 5,66 3,07 S/D 4,46
Acero inoxidable tipo 410 7,67 5,39 2,99 2,16 4,13
Aluminio 1100-O 2,71 6,35 3,10 2,90 1,72
Aire 0,00129 0,331 N/A N/A 0,0004
Etilenglicol 1,11 1,66 N/A N/A 0,18
Aceite SAE 20 0,87 1,74 N/A N/A 0,15
Agua 1,0 1,49 N/A N/A 0,149
Tungsteno 19,25 5,18 2,87 2,65 9,98
Datos acusticos
Espesor
• Si un pulso tarda 3,367 10-6 s en viajar
atraves de una chapa de acero al carbono
recocido, ¿Cuanto es el espesor de ese
material?
• ¿Con que instrumento se puede medir un
tiempo de 10-6 s o una frecuencia de 1
MHz?
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Pulso-eco
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Inte
nsi
da
d
Tiempo
Em
isió
n
Re
cep
ción
Impulso inicial
producido por
el palpador y
trasmitido a la
pieza
Impulso reflejado
El tiempo entre el
impulso inicial y el
impulso reflejado lo
mide el equipo, es el
tiempo recorrido.
Conociendo la velocidad
de propagación de la
onda se puede estimar la
distancia de la superficie
de reflexión.
Pulso-eco
10
Inte
nsi
da
d
Tiempo
Em
isió
n
Re
cep
ción
Impulso inicial
producido por
el palpador y
trasmitido a la
pieza
Impulso reflejado
El impulso inicial pierde
energía a medida que se
traslado por el material
(atenuación).
Cuando llega al final parte
se refleja R y parte se
trasmite T.
El % de cuanto vale R y T
depende de las
impedancias acusticas de
ambos medios
100.
2
+−=
21
12
ZZ
ZZ R
% de la intensidad que se refleja, R
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Pulso-eco
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Inte
nsi
da
d
Tiempo
Em
isió
n
Re
cep
ción
100.
2
+−=
21
12
ZZ
ZZ R
% de la intensidad que se refleja, R
R = [(0,004-4,66)/(4,66+0,004]2
R = 99,65%
En el caso de acero al carbono y aire:
En el caso de acero al carbono y agua –
¿Como seria el dibujo en la pantalla?
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Aplicaciones del US
El campo de aplicación de los ultrasonidos abarca actividades muy diversas tales como:
- Medicina (Ej. diagnosis, terapias);
- Navegación (Ej. detección de cascos, bajos);
- Pesca (Ej. detección de bancos de peces);
- Comunicaciones (Ej. señales submarinas);
- Mecanizado (Ej. activación del proceso abrasivo y perforación);
- Limpieza ( Ej. en Patrones de Líquidos Penetrantes).
Nuestro interés se centrará en las:
APLICACIONES DEL METODO ULTRASONICO EN EL CONTROL DE CALIDAD DE MATERIALES
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Aplicaciones del USDEFECTOLOGÍA
- Estudios de defectos ( detección, ubicación y evaluación )
- Internos;
- Superficiales;
- Subsuperficiales.
Se utilizan equipos que miden tiempo de recorrido e intensidad acústica
METROLOGÍA
Se pueden realizar diferentes mediciones, ejemplos:
- Medir dureza;
- Determinar el nivel de un líquido en un recipiente;
- Determinar la velocidad acústica de un material;
- Medir espesores;
- Medir capas de tocino y músculo en porcino vivo; etc.
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Def. Propiedad que tienen ciertos cristales de polarizarse
eléctricamente cuando son sometidos a presión, y a la
inversa
Titanato de bario (BaTiO3), cuarzo (SiO2), sulfato de litio
(Li2SO4), Metaniobato de plomo PbNb2O6;
Titanato-circanato-plomo [Pb(Ti, Zr)O3 � PZT]
Efecto piezoelectrico
Palpador de doble cristal para
medicion de espesores
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¿Cómo se aplican los ensayos?
• Medición de nivel de un líquido en un
tanque
• Detección de imperfecciones en un
material
• Espesor de un pieza
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ULTRASONIDO
PALPADORES ANGULARES
(para ensayo de soldaduras con junta a tope)
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r = reflejada
d = refractada
i = incidente
Ley de Snell
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ULTRASONIDODETECCION DE FALLAS CON PALPADORES ANGULARES
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ULTRASONIDODETECCION DE FALLAS CON PALPADORES ANGULARES
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ULTRASONIDOPROCEDIMIENTO POR PULSO Y ECO
Se basa en la medición del tiempo que pasa entre la transmisión del haz
ultrasónico desde la superficie elegida y el eco de fondo o el eco de
cualquier discontinuidad que exista en el camino
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Preguntas
1. ¿Para qué se utilizan los ensayos ultrasónicos?
2. ¿Qué limitaciones tiene el ensayo no destructivo por ultrasonido?
3. De acuerdo a IRAM-ISO-NM 9712, ¿qué nivel debe tener el operador de END para evaluar los resultados del ensayo?
4. ¿Qué diferencia hay entre una onda longitudinal y una transversal? ¿Cuál de las dos no se propagan en fluidos?
5. ¿De qué depende la velocidad de propagación de una onda mecánica en un sólido?
6. ¿Qué ondas se propagan más rápido en un sólido: las longitudinales, superficiales o transversales?
7. ¿Cómo se puede generar una onda transversal a partir de una onda longitudinal?
8. Describa la ley de Snell
9. ¿Qué función cumple el efecto piezoeléctrico en el ensayo ultrasónico?
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Preguntas
10. ¿En qué consiste el efecto piezoeléctrico?
11. ¿Para qué se utiliza el acoplante en el ensayo por ultrasonido?
12. ¿Qué técnicas existen para la medición de espesores por
ultrasonido en materiales metálicos (ver NM 16809)?
13. ¿A partir de que espesor es apropiado el ensayo ultrasónico
aplicado en soldaduras?
14. ¿Qué tipo de palpadores se utilizan en los ensayos de
ultrasonidos de soldaduras a tope?
15. ¿En qué clase de soldaduras se puede aplicar el ensayo de
ultrasonido con palpadores normales?
15
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Preguntas
16. De acuerdo a IRAM-ISO-NM 9712, ¿qué nivel debe tener el operador de END para evaluar los resultados del ensayo?
a. Nivel 1
b. Nivel 2
c. Nivel 3
d. b y c son correctas
17. ¿Qué ondas se propagan más rápido en un acero?a. Longitudinales
b. Transversales
c. Superficiales
d. Depende del angulo de incidencia
18. ¿Qué función cumple el efecto piezoeléctrico en el ensayo ultrasónico?a. Genera las ondas mecánicas a partir de señales eléctricas
b. Recibe los pulsos reflejados y los convierte en señales eléctricas
c. Explica los fenómenos de atenuación del haz sónico
d. a y b son correctas
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Preguntas
19. ¿Para qué se utiliza el acoplante en el ensayo por ultrasonido?a. Para evitar el caletamiento por friccion del palpador
b. Para prevenir el desgaste prematuro del palpador
c. Para que sea eficaz la transferencia sonica entre la pieza a ensayar y el palpador
d. Ninguna de las anteriores
20. ¿Qué tipo de palpadores se utilizan en los ensayos de ultrasonidos de
soldaduras a con junta a tope?a. Normales
b. De doble cristal
c. Angulares
d. Por inmersion
21. ¿Qué tipo de palpadores se utilizan en los ensayos de ultrasonidos para
medición de espesores?a. Normales
b. De doble cristal
c. Angulares
d. Por inmersion