INTRODUCCIÓN A LOS ENSAYOS NO DESTRUCTIVOS

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1 INTRODUCCIÓN A LOS ENSAYOS NO DESTRUCTIVOS

2 I. CAPACITACION, CALIFICACION Y CERTIFICACIÓN 1. INTRODUCCIÓN. La repetitividad y confiabilidad de los Ensayos no Destructivos dependen en gran medida de los conocimientos y de la habilidad de los individuos que los realizan. Por este motivo, se debe prestar una atención especial a la capacitación y a la adquisición de experiencia de los inspectores. Actualmente existen varios programas aceptados a nivel internacional para la capacitación calificación y certificación del personal que realiza los END y son. La práctica Recomendada SNT-TC-1A (edición 96), editada por la Sociedad Americana para los Ensayos No Destructivos, también conocida como ASNT (American Society for Nondesructiva Testing). Este documento se sustituyó a partir de por la: Norma ASNT para la calificación y certificación de personal de ensayos no destructivos ANSI/ASNT CP-189, (edición 95). ASNT Central Certification Program (ACCP). El código ASME sección V, en su agenda 1999 a la edición del 98, adopta este programa. De esta manera ACCP está considerada como una alternativa a SNT-TC-1A y CP-198. La DP ISO , Norma para la capacitación, calificación y certificación de personal que realiza los ensayos no destructivos (edición 89); que ha sido preparada por la Organización Internacional de Normalización, ISO, (International Standarization Organization) y por la Administración Internacional 2

3 de Energía Atómica, IAEA, (International Atomic Energy Agency), ambas dependientes de la ONU. La norma COVENIN 1999:1999 (2º revisión) Norma Venezolana para la calificación y certificación de personal en ensayos no destructivos basada en ISO 9712, vigente a nivel nacional y avalada por Fondonorma. La principal diferencia entre la Práctica Recomendada por ASNT y la Norma ISO antes mencionada, es que ISO exige que el personal a cualquier nivel de calificación que realice inspecciones por END, sea certificado mediante un examen administrado por una agencia central reconocida internacionalmente; y la práctica SNT-TC-1A es un documento en proceso de derogación (no se seguirá empleando). En Marzo de 1.991, la oficina de revisión de normas del Instituto Nacional Americano de Normalización, ANSI, aprobó la publicación de la norma ANSI/ASNT CP , Norma para la calificación y certificación del personal que realiza los ensayos no destructivos y que viene a sustituir al documento SNT-TC-1A. Esta Nueva norma se apega a las recomendaciones de la ISO, y exige que la certificación del personal (inicialmente sólo los niveles III), sea realizada por una agencia central, que es la ASNT para los Estados Unidos de América, por otra parte también establece que sólo los niveles III certificados ante la ASNT pueden actuar como los responsables de compañía o desempeñar las actividades de nivel III; también establece las condiciones que deben cumplir aquellas personas que se dediquen a la capacitación de los técnicos en ensayos no destructivos. Cuando se habla de calificación y de certificación, normalmente los usuarios de estos documentos pueden tener confusiones en cuanto a las definiciones de algunos términos, por lo cual los documentos internacionales comúnmente aceptados establecen claramente el significado de los términos que 3

4 se dan a continuación. Al respecto, tan sólo existen diferencias mínimas, en cuanto a redacción se refiere, entre un texto y otro. 2. ENTRENAMIENTO. Es el programa debidamente estructurado para proporcionar los conocimientos teóricos y desarrollar las habilidades prácticas de un individuo; a fin de que realice una actividad definida de inspección. En este punto se establece de forma clara y breve el programa de entrenamiento para cada técnica y nivel, siendo el más actualizado el propuesto por ISO. 3. CALIFICACIÓN. Es la demostración, por medio de exámenes debidamente preparados, de que un individuo posee los conocimientos teóricos y las habilidades necesarias para desarrollar correctamente una inspección no destructiva; aplicar correctamente los criterios de aceptación y en su caso elaborar y reporte de inspección. Puede incluir la elaboración de un procedimiento para una inspección y/o la interpretación de los criterios de aceptación establecidos por un documento escrito, que pude ser un código, una norma o una especificación. 4. CERTIFICACIÓN. Es un testimonio escrito extendido por una agencia central certificadora (ISO 9712) o por una empresa contratante (SNT-TC-1A), que demuestra que un individuo ha sido capacitado; que está debidamente calificado y tiene la experiencia suficiente para emplear correctamente un método de inspección no destructiva. 4

5 4.1. NIVELES DE CERTIFICACIÓN. Los niveles se dan para cada método de inspección no destructiva y son establecidos en función de los conocimientos, la experiencia práctica y responsabilidades que tiene el individuo al realizar una inspección. En cuanto a este concepto, ambos documentos tienen las mismas definiciones y niveles de certificación. Se ha establecido una etapa de aprendizaje y se han definido tres niveles básicos de certificación. Estos niveles pueden ser subdivididos por la empresa contratante o por cada comité, nacional para cubrir situaciones específicas en las que se requiera de habilidades adicionales o de responsabilidades más específicas. Los niveles básicos de certificación son: APRENDIZ Es el individuo que está en proceso de capacitación para ser calificado y certificado (aún no tiene niveles de competencia). Por definición se dice, que es la persona en entrenamiento para adquirir los conocimientos y la habilidad necesarios para efectuar un ensayo no destructivo específico y que no podrá realizar por sí solo una inspección, interpretar o evaluar una indicación ni emitir un reporte de resultados antes de concluir sus períodos de capacitación teórica y práctica, de experiencia y de aprobar su examen de calificación. Esto debe interpretarse como que el individuo sí puede trabajar realizando las inspecciones, pero siempre guiado por una persona calificada y certificada, quien será en última instancia la responsable del trabajo que se esté realizando. Sobre este punto en particular, en el caso de una Auditoria de Calidad, el aprendiz deberá estar anotado como tal en la Lista de Personal de Ensayos no Destructivos, lo cual permitirá además contar con registro de su experiencia previa a la presentación de sus exámenes de calificación y la emisión de su certificación. 5

6 NIVEL I Es aquel individuo que ha sido capacitado y ha demostrado estar debidamente calificado para efectuar correctamente la calibración de un equipo de inspección, realizar una inspección específica, aplicar los criterios de aceptación o rechazo definidos en un procedimiento o instrucción de inspección y reportar o realizar los registros de estas actividades. El inspector Nivel I debe ser entrenado y supervisado por personal certificado como nivel II o III. En este caso también existen dudas respecto a si un nivel I puede o no emitir un veredicto de resultados; la respuesta dependerá del contenido ly las responsabilidades que estén establecidas en su procedimiento interno (caso SNT-TC-1ª) o de lo que establezca la norma nacional (caso ISO 9712) NIVEL II Es aquel individuo que ha sido preparado y ha demostrado estar debidamente calificado para efectuar correctamente las actividades antes mencionadas para Nivel Y. Además puede ser capacitado para establecer realizar o verificar la calibración de un equipo de prueba, interpretar los resultados obtenidos durante una prueba, evaluándolos conforme a un código, norma o especificación aplicable. Debe estar familiarizado con los alcances y limitaciones de su técnica y puede ser responsable de la capacitación práctica y supervisión de los individuos de Nivel I y de los aprendices. Tiene la capacidad para responsabilizarse de preparar instrucciones de inspección y de organizar y emitir los reportes de resultados de las pruebas efectuadas por el o bajo su supervisión NIVEL III Es aquel individuo que ha sido capacitado y ha demostrado estar debidamente calificado para efectuar correctamente las actividades definidas para los Niveles I y II, establecer técnicas y procedimientos generales de inspección, interpretar los códigos, normas y especificaciones para establecer, los métodos, 6

7 técnicas y procedimientos específicos a ser empleados. Puede ser responsable de las pruebas por Ensayo no Destructivos para los cuales este, certificado. Debe ser capaz de interpretar y evaluar los resultados con los criterios establecidos por códigos, normas y especificaciones. El nivel III debe tener un conocimiento general sobre los materiales, métodos y tecnologías de fabricación que le permitan establecer la técnica a emplear durante la inspección no destructiva, y para asesorar en la selección de los criterios de aceptación cuando estos no estén definidos. Debe estar familiarizado con los demás métodos de inspección no Destructiva. Puede ser responsable y estar capacitado para impartir el entrenamiento y aplicar los exámenes para la certificación de los niveles I y II. 5. EXAMENES DE CALIFICACIÓN. Los dos documentos mencionaos anteriormente también coinciden al definir los exámenes de calificación que deben presentar los individuos a ser certificados en los diferentes niveles de habilidad NIVELES I Y II. En el caso del personal a calificar como nivel I o II, son los siguientes: De aptitud física. De conocimientos. De habilidad práctica. 7

8 EXAMENES DE APTITUD FÍSICA Tienen la finalidad de demostrar que el personal que realiza la inspección, es apto para poder observar y evaluar correctamente las indicaciones. Los exámenes físicos que se requieren son: De agudeza visual lejana. De agudeza visual cercana. De discriminación cromática. El examen de agudeza visual lejana se plica empleando la carta de Snell en y el resultado debe ser una visión 20/40 o mejor. Para el examen de agudeza visual cercana, se emplea la carta de Jaeger y el resultado debe ser una visión J2 o mejor. Estos resultados pueden ser empleando prótesis (lentes); pero en tal caso, el individuo siempre deberá emplear dicho instrumento al realizar una inspección. Los exámenes físicos de agudeza visual cercana y lejana deben ser presentados cada seis meses, como mínimo, por el personal que realiza inspección visual, y deben ser anuales, como mínimo, para las demás técnicas. El examen de discriminación cromática sólo se aplica al inicio de las actividades de un inspector, ya que como se mencionó con anterioridad, el daltonismo es una deficiencia genética incorregible. Para esta prueba se emplean las cartas de Ishijara, que son láminas de diferentes colores y tonalidades. Para aprobar, debe ser capaz de discriminar los tonos o los colores de las cartas. Pueden ser necesarios otros exámenes físicos para el personal ocupacionalmente expuesto a la radiación ionizante. Esto dependerá de las reglamentaciones que sobre la materia existan en cada país o estado. 8

9 EXAMENES DE CONOCIMIENTOS Tienen la finalidad de evaluar la capacidad del individuo para realizar ciertas actividades propias de la inspección, así como la información teórica mínima que debe poseer para realizar una inspección, interpretación o evaluación confiables. Estos exámenes son: Examen general del método. Examen específico. El examen general del método es sobre los principios básicos de la técnica y sus posibles modalidades o variantes. Normalmente las preguntas se redactan en consideración de las necesidades de cada empresa o área de actividad. El examen específico se prepara, tomando como base un procedimiento calificado de inspección. El cuestionario debe cubrir aspectos técnicos y prácticos de los instrumentos o aparatos de inspección, procedimientos de calibración y operación, técnicas de prueba y especificaciones que normalmente se emplean en el trabajo cotidiano de inspección. Este examen puede incluir la interpretación y aplicación de los criterios de aceptación establecidos por los códigos y normas correspondientes EXAMENES DE HABILIDAD PRACTICA. El examen de habilidad práctica consiste en la demostración de la habilidad del aspirante para la calibración y operación correcta del equipo de inspección, de la realización de la inspección determinad, del análisis e interpretación de las aplicaciones obtenidas, de la aplicación de criterios de aceptación establecidos por los códigos o normas y la elaboración de los reportes de resultados. 9

10 5.2. NIVEL III. En lo que respecta a los exámenes que debe presentar un individuo a ser capacitado y certificado como nivel III, las normas establecen que deben ser los siguientes: De aptitud física. De conocimientos. De habilidad práctica EXAMENES DE APTITUD FÍSICA Los exámenes de aptitud física son los mismos que para los niveles I y II EXAMENES DE CONOCIMIENTOS. Esta es la parte más importante de los exámenes que debe realizar un individuo que desea certificarse como nivel III, y si bien son similares a los de los niveles I y II, el nivel de dificultad de los cuestionarios es mayor. Estos exámenes son: Examen de conocimientos básicos. Examen del método. El examen de conocimiento básicos debe ser presentado una sola vez, y le cuestionario se forma por preguntas referentes a los diferentes medios de fabricación (fundición, forja, laminación, extrusión, soldadura, etc.); los defectos más comunes que se presentan en cada uno de estos procesos: las técnicas más comunes de Ensayos No Destructivos, con un nivel de dificultad similar a las preguntas preparadas para un nivel II; principios de control y aseguramiento de la 10

11 calidad y sobre temas relacionados con los mecanismos de certificación que se empleen en la empresa que contrata sus servicios o del área industrial en la que realizará las inspecciones. El examen del método consiste en una evaluación a profundidad de los conocimientos sobre un método específico; por ejemplo, radiografía. El cuestionario de este examen debe basarse en el manejo de los equipos y técnicas empleados en cada empresa (SNT-TC-1ª) a un área industrial específica, por ejemplo la metalmecánica (ISO 9712); las normas y especificaciones aplicables a un producto o servicio. Debe incluir los criterios empleados para la elaboración de procedimientos, criterios de aceptación e interpretación de códigos y normas, así como el manejo, aplicación e interpretación de procedimientos ya calificado de inspección no destructiva EXAMENES DE HABILIDAD PRACTICA. Para los niveles III, estos exámenes pueden ser similares a los que se aplican a los niveles I y II o puede ser la elaboración y calificación de un procedimiento para una inspección determinada APROBACIÓN. Para que se considere que el aspirante ha aprobado cualquiera de los exámenes antes mencionados para los diferentes niveles, la calificación no pude ser menor a 70/100. Posteriormente, los resultados de los exámenes de conocimientos e promedian con los exámenes prácticos para todos los niveles y este promedio no debe ser inferior 80/100. Adicionalmente, no se pude certificar personal que no tenga una experiencia práctica en la realización de inspecciones. En el cado del Nivel I, éste, primero debió adquirir cierta experiencia actuando como aprendiz. Para los niveles II, el individuo debió adquirir cierta experiencia actuando como aprendiz. 11

12 Para los niveles II, el individuo debió trabajar un tiempo como nivel I y finalmente un nivel II, debió ser previamente aprendiz, nivel I y trabajar al menos uno o dos años como nivel II, antes de poder aspirar a ser certificado como nivel III. Toda esta experiencia debe ser demostrada documentalmente y mantenida en archivos para su verificación en caso de ser necesaria EMISIÓN DE CERTIFICADOS. Los lineamientos para que se realice la certificación del personal a cualquiera de los niveles antes citados debe estar contenida en una Especificación para la capacitación, calificación y certificación del personal que realiza ensayos no destructivos ( Práctica escrita para SNT-TC-1A y Norma Nacional para ISO 9712 ). El certificado, APRA que sea válido, es un documento que debe contener como mínimo los siguientes puntos. Nivel de escolaridad de los individuos. Programa de entrenamiento. Experiencia inicial de los individuos antes de certificarse en cualquier nivel. Forma en que se realizarán los exámenes de certificación. Vigencia de los certificados. La ISO y ASNT establecen un período de vigencia de la certificación que normalmente tiene una validez de tres años para los niveles I y II; y de cinco años para el nivel III. La certificación expira cuado el individuo deja de laborar con la empresa que lo ha examinado y certificado, (SNT-TC-1 A), ó cuando se cambia de un área industrial a otra; por ejemplo, de aeronáutica a metalmecánica o viceversa (ISO 9712). En este último caso, sólo es necesario presentar el examen especifico de la nueva área de trabajo. Como se puede observar, existen una serie de lineamientos obligatorios a ser seguidos para cumplir con los documentos de aceptación internacional. El 12

13 documento más frecuentemente aplicado es el SNT-TC- 1 A, por las siguientes razones: Es el indicado por las normas norteamericanas, ya que son las más aceptadas dentro de los criterios industriales. Es la más liberal en cuanto a certificación se refiere. La Norma ISO 9712 es de emisión reciente (1992). Por lo tanto, se concluye que si una entidad quiere seguir el esquema de la ASNT, debe establecer e implementar un programa bien definido para la capacitación del personal de ensayos no destructivos; ya que de otra forma la inspección en vez de reducir costos los puede incrementar. En este caso es recomendable que la elaboración e implementación del programa de capacitación y que la especificación de capacitación, calificación y certificación la realice una persona con nivel III, de preferencia certificado por la ASNT (actualmente ya es requisito obligatorio para algunos códigos) y con amplia experiencia en este tipo de actividades. En 1.989, la ASNT e ISO llegaron a un acuerdo de armonización de estos esquemas de certificación; en el cual se estableció que ASNT (específicamente la industria norteamericana) debe homogeneizar con ISO el esquema de certificación de niveles III en un lapso de 5 años; y que en un lapso de 10 años homogeneizará el esquema de certificación de niveles I y II. El primer paso de este acuerdo ha sido la publicación de la Norma ANSI/ASNT CP , para la calificación y certificación de personal que realiza ensayos no destructivos. 13

14 INDICE DE CONTENIDOS CAPITULO I INTRODUCCIÓN LOS ENSAYOS NO DESTRUCTIVOS TÉCNICAS DE INSPECCIÓN SUPERFICIAL TÉCNICAS DE INSPECCIÓN VOLUMÉTRICA TÉCNICAS DE INSPECCIÓN DE LA INTEGRIDAD O HERMETICIDAD VENTAJAS DE LOS ENSAYOS NO DESTRUCTIVOS LIMITACIONES DE LOS ENSAYOS NO DESTRUCTIVOS BENEFICIOS DEL EMPLEO DE LOS ENSAYOS NO DESTRUCTIVOS SELECCIÓN DEL ENSAYO NO DESTRUCTIVO ADECUADO CAPITULO II TÉCNICAS DE INSPECCIÓN SUPERFICIAL INSPECCIÓN VISUAL REQUISITOS DE LA INSPECCIÓN VISUAL HERRAMIENTAS PARA LA INSPECCIÓN VISUAL VENTAJAS DE LA INSPECCIÓN VISUAL LIMITACIONES DE LA INSPECCIÓN VISUAL LÍQUIDOS PENETRANTES REQUISITOS DE LA INSPECCIÓN DE LIQUIDOS PENETRANTES SECUENCIA DE LA INSPECCIÓN APLICACIONES VANTAJAS DE LOS LÍQUIDOS PENETRANTES LIMITACIONES DE LOS LÍQUIDOS PENETRANTES PARTÍCULAS MAGNÉTICAS REQUISITOS DE LA INSPECCIÓN DE PARTÍCULAS MAGNÉTICAS SECUENCIAS DE LA INSPECCIÓN VENTAJAS DE LAS PARTÍCULAS MAGNÉTICAS LIMITACIONES DE LAS PARTÍCULAS MAGNÉTICAS ELECTROMAGNETISMO (CORRIENTES EDDY) REQUISITOS PARA LA INSPECCIÓN POR ELECTROMAGNETISMO SECUENCIA DE LA INSPECCIÓN 14

15 VENTAJAS DEL ELECTROMAGNETISMO LIMITACIONES DEL ELECTROMAGNETISMO RESUMEN CAPITULO III TÉCNICAS DE INSPECCIÓN VOLUMÉTRICA RADIOGRAFÍA INDUSTRIAL REQUISITOS Y SECUENCIA DE LA INSPECCIÓN APLICACIONES VENTAJAS DE LA RADIOGRAFÍA INDUSTRIAL LIMITACIONES DE LA RADIOGRAFÍA INDUSTRIAL ULTRASONIDO INDUSTRIAL REQUISITOS Y SECUENCIA DE LA INSPECCIÓN APLICACIONES VANTAJAS DEL ULTRASONIDO INDUSTRIAL LIMITACIONES DEL ULTRASONIDO INDUSTRIAL EMISIÓN ACÚSTICA REQUISITOS Y SECUENCIA DE LA INSPECCIÓN APLICACIONES VENTAJAS DE LA EMISIÓN ACÚSTICA LIMITACIONES DE LA EMISIÓN ACÚSTICA RESUMEN CAPITULO IV CAPACITACIÓN, CALIFICACIÓN Y CERTIFICACIÓN EXÁMENES DE CALIFICACIÓN EXPERIENCIA PRÁCTICA EMISIÓN DE LOS CERTIFICADOS 15

16 CAPITULO I INTRODUCCIÓN Los ensayos no destructivos (END) aparecen como una expresión de la actividad inteligente del hombre en sus primeros deseos de dominar y transformar la naturaleza. Pese a su aplicación continuada en el tiempo sólo se les reconoce como medio sistemático de ensayo de los materiales a principios de la era industrial y recién hace algunas décadas como una nueva disciplina tecnológica. Su introducción en la tecnología de los materiales se hace a través del control de calidad, aunque también se emplearon en el mantenimiento de equipos y por razones de seguridad. Un ejemplo de ello, el ensayo de sonido (golpe de martillo) en las llantas de vagones ferroviarios en servicio. El poder asegurar que las condiciones de funcionalidad y contabilidad de un producto se cumplan dentro de las especificaciones de su diseño, ha sido una preocupación constante en el desarrollo industrial. El primer enfoque se hizo a través del control de calidad. Actualmente los requerimientos que aparecen en las nuevas áreas de avance tecnológico han impulsado el perfeccionamiento de la metodología de calidad con la aplicación de nuevos conceptos, tales como la garantía de calidad y los sistemas totales de calidad. Dentro de éstos conceptos los END constituyen una herramienta de importancia relevante con un campo muy amplio de aplicación a nivel de ingeniería. 16

17 ENSAYOS NO DESTRUCTIVOS DE LOS MATERIALES Definiciones: Ensayos No Destructivos: Disciplinas tecnológicas que reúnen una serie de métodos que permiten obtener una información sobre propiedades, estructuras y condiciones de un material o componente, sin modificar su aptitud para el servicio. Disciplina: Observancia de las leyes y ordenamientos de una profesión. Tecnología: Conjunto de los conocimientos propios de un oficio mecánico o arte industrial. Objetivos de los E.N.D. Detectar discontinuidades en materiales y estructuras sin destrucción de los mismos (DETECCIÓN). Determinar la ubicación, orientación, forma, tamaño y tipo de discontinuidades (EVALUACIÓN). Establecer la calidad del material, basándose en el estudio de los resultados y en la severidad de las discontinuidades y/o defectos de acuerdo a las normas de calidad y los objetivos del diseño (CALIFICACIÓN). 17

18 DISCONTINUIDADES, DEFINICIÓN, CLASIFICACIÓN. Una discontinuidad es una interrupción en la estructura normal de un material. En estas condiciones, el papel de los especialistas en END trasciende la tarea de operador o supervisor, que se le solía asignar en el control de calidad. Actualmente el especialista de END debe participar activamente en la ingeniería del producto desde las etapas iniciales del diseño. En la implementación de los programa de garantía de calidad los END constituyen una herramienta importante, cualquiera sea su campo de aplicación. En un Sistema Total de Calidad, tal como el que ejemplificaremos a continuación en el esquema, los END participan en todas sus etapas. Dentro de un sistema como el que se describe, la garantía de calidad es un mecanismo técnico administrativo que asegura que el sistema se desenvuelve de manera tal que cualquier falta de conformidad en el producto pueda ser: Detectada oportunamente Identificada la etapa en que se originó Determinada su causa Aplicada una medida correctiva 18

19 LOS ENSAYOS NO DESTRUCTIVOS Los ensayos no destructivos, END, son un campo de la ingeniería que se desarrolla rápidamente. Las técnicas como la digitalización de imágenes, la radiografía por neutrones, el electromagnetismo o la emisión acústica, que eran relativamente desconocidas hasta hace pocos años, se han convertido en herramientas de uso cotidiano en las industrias que desean mantenerse en la vanguardia del mercado con sus productos. En la fabricación y/o construcción de componentes, subensambles, equipos e instalaciones, intervienen una serie de actividades cuya finalidad está bien definida o delimitada; éstas son principalmente: el diseño, la fabricación o construcción propiamente dichas, el montaje o instalación y finalmente la inspección y las pruebas. Estas actividades siempre se llevan a cabo, se trate de un tornillo, partes automotrices, un intercambiador de calor, un reactor químico, el casco de un barco, una central de energía o un gasoducto. Las actividades que revisten mayor importancia para los fines de esta introducción a los END son las pruebas e inspecciones que normalmente se practican a los materiales y que se pueden dividir de diferentes formas. Una de las clasificaciones más usuales es la siguiente: Pruebas Destructivas Pruebas no Destructivas El objetivo principal de las pruebas destructivas es determinar cuantitativamente el valor de ciertas propiedades de los materiales, como resistencia mecánica, la tenacidad o la dureza. La ejecución de las pruebas 19

20 destructivas involucra el daño del material, la destrucción de la probeta o la pieza empleada en la determinación correspondiente, por lo que podemos concluir que los ensayos destructivos son la aplicación de métodos físicos directos que alteran de forma permanente las propiedades físicas, químicas, mecánicas o dimensionales de un materia, parte o componente sujeto a inspección. Este tipo de pruebas siempre ha sido necesario para comprobar si las características de un material cumplen con lo especificado durante el diseño. Debe observarse que estas pruebas no se pueden aplicar a todas las partes o componentes, ya que serían destruidos y perderían su utilidad. Sin embargo, el desarrollo de nuevas tecnologías y la optimización de los productos o los requisitos de seguridad, como es el caso de la industria aeroespacial, la nucleoeléctrica o la petroquímica, impusieron también nuevas condiciones de inspección, en las cuales se estableció la necesidad de verificar hasta en un 100% los componentes críticos; lo que planteó una severa dificultad a los departamentos de calidad, hasta que iniciaron el empleo de otras técnicas de inspección, diferentes a la visual, con los cuales se medía la integridad de los componentes sin destruirlos. Esto fue posible al medir alguna otra propiedad física del material y que estuviera relacionada con las características críticas del componente sujeto a inspección; es decir, se inició la aplicación de las pruebas no destructiva, las cuales actualmente son de uso común en casi todos los sectores industriales. Las pruebas no destructivas son la aplicación de métodos físicos indirectos, como es la transmisión del sonido, la opacidad al paso de la radiación, etc., y que tienen la finalidad de verificar la sanidad de las piezas examinadas. No obstante, cuando se aplica este tipo de pruebas no se busca determinar las propiedades físicas inherentes de la pieza, sino verificar su homogeneidad y continuidad. Por lo tanto, estas pruebas no sustituyen a los ensayos destructivos, sino que más bien los complementan. 20

21 Las pruebas no destructivas, como su nombre lo indica, no alteran de forma permanente las propiedades físicas, químicas, mecánicas o dimensionales de un material. Por ello no inutilizan las piezas que son sometidas a los ensayos y tampoco afectan de forma permanente las propiedades de los materiales que las componen. De acuerdo con su aplicación, los Ensayos no Destructivos, nombre más comúnmente usado para las pruebas no destructivas, se divide en: Técnicas de Inspección Superficial Técnicas de Inspección Volumétrica Técnicas de Inspección de la Integridad o hermeticidad A continuación se presenta la división arriba propuesta para clasificar a los Ensayos no Destructivos. Cada técnica reporta ventajas y limitaciones, por lo que es conveniente enfatizar sus campos de aplicación. TÉCNICAS DE INSPECCIÓN SUPERFICIAL Mediante éstas sólo se comprueba la integridad superficial de un material. Por tal razón su aplicación es conveniente cuando es necesario detectar discontinuidades que están en la superficie, abiertas a ésta o a profundidades menores de 3 mm. Este tipo de inspección se realiza por medio de cualquiera de los siguientes Ensayos no Destructivos: Inspección visual (VT). Líquidos Penetrantes (PT). Partículas Magnéticas (MT). Electromagnetismo (ET). Corrientes Inducidas. Termografía. 21

22 TÉCNICAS DE INSPECCIÓN VOLUMÉTRICA Su aplicación permite conocer la integridad de un material en su espesor y detectar discontinuidades internas que no son visibles en la superficie de la pieza. Este tipo de inspección se realiza por medio de cualquiera de los siguientes ensayos: Radiografía Industrial (RT) Ultrasonido Industrial (UT) Radiografía Neutrónica (NT) Emisión Acústica (AET) TÉCNICAS DE INSPECCIÓN DE LA INTEGRIDAD O DE LA HERMETICIDAD Son aquellas en las que se comprueba la capacidad de un componente o de un recipiente para contener un fluido (líquido o gaseoso) a una presión superior, igual o inferior a la atmosférica, sin que existan pérdidas apreciables de presión o de volumen del fluido de prueba en un período previamente establecido. Este tipo de inspección se realiza empleando cualquiera de los siguientes ensayos: Pruebas por cambio de presión: Hidrostática y Neumática Pruebas por pérdida de fluido: Cámara de burbujas, Detector de Halógenos, Espectrómetro de Masas, Detector Ultrasónico, cámara de vacío. 22

23 VENTAJAS DE LOS ENSAYOS NO DESTRUCTIVOS Los Ensayos no Destructivos pueden ser usados en cualquier paso de un proceso productivo, pudiendo aplicarse por ejemplo: Durante la recepción de las materias primas que llegan al almacén; para comprobar la homogeneidad, la composición química y evaluar ciertas propiedades mecánicas. Durante los diferentes pasos de un proceso de fabricación; para comprobar si el componente esta libre de defectos que pueden producirse por un mal maquinado, un tratamiento térmico incorrecto o una soldadura mal aplicada. En la inspección final o de la liberación de productos terminados; para garantizar al usuario que la pieza cumple o supera sus requisitos de aceptación; que la parte es del material que e había prometido o que la parte o componente cumplirá de manera satisfactoria la función para la cual fue creada. En la inspección y comprobación de partes y componentes que se encuentran en servicio; para verificar que todavía pueden ser empleados de forma segura; para conocer el tiempo de vida remanente o mejor aún, para programar adecuadamente los paros por mantenimiento y no afectar el proceso productivo. Debido a que no se alteran las propiedades del material y por lo tanto no existen desperdicios, con el empleo de los Ensayos no Destructivos sólo hay pérdidas cuando se detectan piezas defectuosas. Este tipo de inspección es muy rentable cuando se inspeccionan partes o componentes críticos, en los procesos de fabricación controlada o en la producción de piezas en gran escala. 23

24 LIMITACIONES DE LOS ENSAYOS NO DESTRUCTIVOS La primera limitación a la que se enfrentan los usuarios de este tipo de pruebas es que en algunos casos la inversión inicial es alta, pero pueden ser justificada si se analiza correctamente la relación costo-beneficio, especialmente en lo referente a tiempos muertos en las líneas productivas. Un ejemplo de esto es que los END aplicados por la industria norteamericana sólo representan el 0,03% del precio al consumidor de un producto tan caro y delicado como son las partes aeronáuticas o los componentes nucleares. Otra limitación es que la propiedad física a controlar es medida de forma indirecta; adicionalmente, es evaluada cualitativamente o por comparación. Esta limitante puede ser superada si se preparan patrones de comparación o referencia que permitan una calibración correcta de los sistemas de inspección. Cuando no existen procedimientos de inspección debidamente preparados y calificado o cuando no se cuenta con patrones de referencia o calibración adecuados, una misma indicación puede ser interpretada y ponderada de forma diferente por dos o más inspectores. Si bien los ensayos no destructivos son relativamente fáciles de aplicar, se requiere que el personal que los realice haya sido debidamente capacitado y calificado y que cuente con la experiencia necesaria a fin de que se interpreten y evalúen correctamente los resultados y se evite el desperdicios de material o las pérdidas de tiempo por sobre inspección. 24

25 BENEFICIO DEL EMPLEO DE LOS ENSAYOS NO DESTRUCTIVOS Antes de mencionar los beneficios de la aplicación de los END, es conveniente aclarar que éstos sólo deben ser parte de un buen programa de aseguramiento de calidad y que la información que de ellos de obtenga, si no es analizada y aplicad en medidas de tipo preventivo para evitar la repetición de los problemas, no reducirá los costos de producción y en un memento dado sí aumentaría los costos de inspección. El primer beneficio que se puede observar es que aplicar correctamente los END y combinarlos con un buen análisis estadístico contribuye a mejora el control del proceso de fabricación de una parte, componente o servicio; también ayuda a mejorar la productividad de una planta, al prevenir paros imprevistos por falla de un componente crítico; además de ayudar a programar los planes de mantenimiento, lo que reduce el tiempo y el costo de la reparación. También es importante mencionar que estos métodos, cuando se aplican como parte de la inspección preventiva reduce notablemente los costos de reparación o proceso, pero sobre todo ayudan a ahorrar tiempo y recursos que de otra forma se desperdiciarían en una pieza que finalmente puede tener un costo de producción muy superior al presupuestado. Actualmente en los países desarrollados, la combinación de la inspección no destructiva con otras actividades del programa de aseguramiento de calidad ayuda a mantener un nivel de calidad uniforme en el producto final, lo que mejora la competitividad de sus productos en el mercado nacional e internacional. Otro beneficio que normalmente no contemplan muchas empresas es que al emplear los END como una herramienta auxiliar del mantenimiento industrial, se tiene una mejor evaluación de las partes y componentes en servicio; lo que permite optimizar la planeación del mantenimiento correctivo. La aplicación de los 25

26 END en la industria norteamericana evita pérdidas en el orden del 2% del PIB de ese país. SECCION DEL ENSAYO NO DESTRUCTIVO ADECUADO Si bien las pruebas de un grupo pueden ser intercambiadas para aumentar la velocidad de la inspección o aumentar la sensibilidad en la detección de discontinuidades, no es recomendable sustituir las pruebas de un grupo con las de otro. Por ejemplo, las pruebas de Inspección Volumétrica tienen limitaciones cuando se intenta encontrar defectos cercanos a la superficie, como es el caso del campo o zona muerta del haz ultrasónico o la falta de definición (penumbra) es una radiografía. Por otra parte las partículas magnéticas o del electromagnetismo tienen grandes limitaciones en cuento a su sensibilidad cuando aumenta el espesor de la muestra que se inspecciona, ya que la intensidad del campo magnético generado o la corriente inducida decrecen de forma cuadrática o exponencial con la profundidad, representada por el espesor del material. Para complementar lo anterior, las pruebas de hermeticidad no sustituyen de modo alguno a las demás, ya que tan sólo asegurar que un recipiente puede contener un fluido sin que existan pérdidas apreciables del mismo; por lo que muy posiblemente en una primera prueba el recipiente pase con éxito; pero de existir un defecto no detectado con anterioridad por los demás ensayos, al paso del tiempo éste podría tener tendencia al crecimiento hasta convertirse en una falla del material del recipiente, con consecuencias tal vez desastrosas y la posible pérdida no sólo de bienes materiales, sino también de vidas humanas. 26

27 Finalmente, para efectuar una aplicación correcta de los ensayos no destructivos, debe seleccionarse previamente con un esquema a seguir para capacitar, calificar y certificar al personal que realiza este tipo de inspecciones. Dicha actividad es importante, ya que no basta contar con el equipo adecuado si no se cuenta con un personal debidamente preparado para operarlo y que pueda obtener resultados confiables, reproducibles y repetitivos. Por lo que la capacitación es una inversión a corto plazo que evitará la sobreinspección, el desperdicio de materiales o el inadecuado manejo de los equipos de inspección. Una vez concluida la presentación en forma general de los END, de los aspectos referentes a las aplicaciones, ventajas, beneficios y limitaciones de éstos, se dará inicio a una breve descripción de los END más comúnmente empleados en México y del proceso y criterios para la capacitación, calificación y certificación de quienes aplican estas técnicas. Sin embargo, debido a la extensión y naturaleza del presente trabajo no se hará el estudio de los sistemas de inspección de la integridad o Hermeticidad, pues a causa de su prolijidad, se encuentra en preparación un texto específico sobre la materia. 27

28 CAPITULO II TÉCNICAS DE INSPECCIÓN SUPERFICIAL Son aquéllas en las que sólo se comprueba la integridad superficial de un material y con las que se detectan discontinuidades que están abiertas a la superficie, en ésta o a las profundidades menores de 3 mm. Los métodos de Inspección Superficial por lo general se aplican en combinación, ya que la inspección visual y los líquidos penetrantes detectarán cualquier discontinuidad abierta a la superficie, pero las partículas magnéticas y el electromagnetismo detectarán discontinuidades superficiales, siempre y cuando no sean nada profundas. Las técnicas de Inspección Superficial que más frecuentemente se emplean son: Inspección Visual (VT) Líquidos Penetrantes (PT) Partículas Magnéticas (MT) Electromagnetismo (ET) INSPECCIÓN VISUAL Esta es una técnica que requiere de una gran cantidad de información acerca de las características de la pieza a ser examinada, para una acertada interpretación de las posibles indicaciones. Está ampliamente demostrado que cuando se aplica correctamente como inspección preventiva, detecta problemas que pudieran ser mayores en los pasos subsecuentes de producción o durante el servicio de la pieza. Aun cuando para ciertas aplicaciones no es recomendable, es 28

29 factible detectar muchos problemas en caso determinados, mediante la inspección realizada por una persona bien entrenada. Una persona con ojo entrenado es alguien que ha aprendido a ver las cosas en detalle. Al principio todos asumimos que es fácil adquirir esta habilidad; sin embargo requiere de ardua preparación y experiencia. Requisitos de la Inspección Visual Como ya se mencionó en la introducción, un requisito para los individuos que realizan o se seleccionan para realizar la Inspección Visual es un examen de la agudeza visual cercana y lejana cada 6 ó 12 meses y de ser necesario por prescripción médica el uso de lentes por parte del inspector, éste deberá emplearlos para toda labor de inspección e interpretación de indicadores. Cabe aclarar que este examen únicamente verifica que la persona posee una vista con cierto nivel de sensibilidad. Para algunas actividades de inspección, el examen de discriminación cromática se aplica a fin de comprobar que el inspector pueda detectar variaciones de color o tonos cromático, ya que en algunos casos es crítica la detección de pequeñas variaciones de color o la apreciación de un color en particular, principalmente en aplicaciones de la industria aeronáutica o nuclear; dicho examen sólo se realiza una vez ya que el daltonismo es una alteración genética y no es corregible. El siguiente paso en el entrenamiento y actualización del personal que realiza la inspección visual es aprender qué tipo de discontinuidades pueden detectarse visualmente y cuáles son las que aparecen con más frecuencia a partir de ciertas condiciones. Este punto involucra el conocimiento que tenga el Inspector en cuanto a la historia previa de la pieza que está en examen. 29

30 Herramientas para la Inspección Visual Tal vez uno de los mayores problemas de la aplicación de la Inspección Visual es enseñar y hacer comprender a los Inspectores que no se puede ver todo tan sólo con la observación directa y que en algunas ocasiones es necesario saber leer planos y dibujos técnicos; o bien, saber emplear diferentes instrumentos para ayudar a la Inspección Visual y que son: a) Lentes de aumento o lupas; normalmente tienen aumentos de 5X y de 10X, como máximo para los estudios llamados macroscópicos. Sus ventajas son tener un costo bajo y que abarcan una amplia área de inspección. b) Sistemas de interferencia cromática o con luz polarizada; consisten en emplear luz polarizada sobre una superficie reflejante y por medio de los patrones cromáticos formados son determinadas las zonas con discontinuidades, como el caso de la inspección de porcelanas o recubrimientos vidriados. c) Endoscopios (Boroscopios); este sistema ha sido ampliamente difundido en las nuevas técnicas de Inspección Visual, principalmente porque permiten la observación del interior de una parte o componentes sin desarmar el equipo. Debido a su importancia dentro de la Inspección Visual, a continuación se hará una descripción más detallada de estos instrumentos y su desarrollo tecnológico. Endoscopios En este tipo de herramientas existen diferentes alternativas que varían de acuerdo al instrumento: Endoscopios rígidos Endoscopios flexibles Endoscopios remotos. Por otra parte, los avances tecnológicos han permitido: - La adaptación de sistemas de gran iluminación por medio de fibras ópticas. El empleo de sistemas 30

31 de video para el registro permanente de la inspección y de sistemas cromáticos (a colores) para una mejor inspección de interiores. La automatización del proceso por medio del empleo de pequeños robots o unidades de control remoto y de sondas. Debe hacerse la aclaración de que la Inspección Visual, además de ser el método menos costoso, puede también producir grandes ahorros. La tecnología actual ha permitido el desarrollo de sistema de Inspección Visual de muy alta calidad y por este motivo se describirá brevemente la historia y aplicaciones de los endoscopios. Este tipo de instrumento antiguamente fue llamado Boroscopio, del inglés Bore (hoyo) y Scope (ver u observar); esto se debe a que en sus inicios los endoscopios fueron empleados para inspeccionar el interior de los cañones de artillería o los rifles. Para evitar este barbarismo, actualmente en español o inglés se les llama endoscopios, del griego endos (dentro de) y scopeos (ver). En 1806 se creó el primer endoscopio de aplicación médica y consistía de un tubo con un juego de espejos y una vela, que permitía observar los órganos internos de los pacientes. En 1867 este dispositivo fue mejorado y tuvo algunas aplicaciones industriales. En 1879, el Dr. Nitze, en colaboración con Beneche (un optometrista) y Leiter (un fabricante de instrumentos), diseño el primer endoscopio que empleaba una lente para focalizar la imagen y que recibió el nombre de cistoscopio. Posteriormente, en 1928, el Sr. Baird obtuvo una patente industrial por la primera aplicación de las fibras ópticas para la transmisión de imágenes. Dos años más tarde, C.W.Hansell obtuvo una patente por la invención que consistía en el empleo de las fibras ópticas para transmitir la luz. 31

32 Con estos avances, se fabricaron de forma comercial los primeros endoscopios; sin embargo, eran rígidos, lo que limitaba sus aplicaciones tanto en el campo industrial como en el médico y ni fue sino hasta 1955 que los doctores Curtiss y Hirschowitz lograron desarrollar y mejorar el primer endoscopio clínico flexible, que empleaba fibras ópticas como medio de transmisión de la luz y de la imagen. Este desarrollo tecnológico pronto tuvo aplicaciones industriales en la inspección de equipos que no son fáciles de desarmar, como es el caso de las turbinas. Los primeros endoscopios flexibles fueron de gran utilidad, por ser lo suficientemente versátil para la inspección de partes interiores de maquinaria, con lo que se eliminaba pérdida de tiempo al no ser necesario desarmar y armar equipos complejos sólo para su estado interior; sin embargo, estos endoscopios tenían el problema de que la imagen obtenida no era del todo clara y nítida, como la lograda con los endoscopios rígidos, motivo por el cual, para realizar un examen confiable, se requería de al menos dos endoscopios: uno rígido con lentes ópticas y otro flexible con fibras óptica. Hasta este punto se había eliminado la mayoría de los problemas técnicos de los nuevos instrumentos, pero persistía el problema de la fatiga visual del inspector. Así que la siguiente generación de endoscopios adicionaron el empleo de las cámaras y monitores de video. Estos primeros equipos eran muy voluminosos, altamente dependientes de la iluminación y sólo permitían imágenes de baja resolución en blanco y negro. Las limitantes principales para mejorar la imagen eran dos: el sistema de iluminación, que fue mejorado empleando luz láser o los diodos luminiscentes (LED`s); la otra limitante era el sistema de registro, ya que la fibras ópticas y las lentes no daban la calidad de imagen deseada. 32

33 En 1970, el Dr. Boyle desarrolló un semiconductor de siliceo capaz de registrar una imagen y convertirla en una señal, que podía ser grabada por medios digitales o analógicos, obteniéndose así el primer sistema de registro de imágenes al estado sólido, conocido como CCD (Charge Coupled Device). La combinación de todos estos desarrollos tecnológicos en los últimos 30 años ha permitido la creación de un sistema de Inspección Visual por endoscopia muy superior a sus predecesores, especialmente en lo referente a la calidad de la imagen que se tiene que interpretar. Hoy en día, si se planea la adquisición de un endoscopio, debe tomarse en cuenta que es una herramienta que durante los próximos 10 años no deberá volverse obsoleta y que para ello debe contar con los siguientes elementos como parte integral del instrumento: El sistema de registro primario de la imagen debe ser por medio de CCD; los sistemas de fibra óptica y lente no son recomendables para la digitalización de imágenes. La presentación de la imagen debe ser preferentemente digitalizada; esto asegura una mejor calidad de las pequeñas indicaciones, cuidando al mismo tiempo que la pantalla de video tenga la más alta resolución posible (pixeles). Los sistemas de video deben ser preferentemente cromáticos; esto permite conocer mejor en términos generales el estado del equipo y maquinaria sujetos a inspección. Los sistemas de almacenamiento (grabado de la imagen) deben ser compatibles con los nuevos sistemas de análisis de imagen por digitalización (empleo de computadoras). 33

34 En la figura. 1 se muestra un endoscopio de la nueva generación que puede realizar las funciones antes citadas FIGURA No. 1 Inspección de una parte aeronáutica, empleando un endoscopio digital Ventajas de la Inspección Visual La Inspección Visual se emplea en cualquier etapa de un proceso productivo o durante las operaciones de mantenimiento preventivo o correctivo. Muestra las discontinuidades más grandes y generalmente señala otras que pueden detectarse de forma más precisa por otros métodos, como son líquidos penetrantes, partículas magnéticas o electromagnetismo. Puede detectar y ayudar en la eliminación de discontinuidades que podrían convertirse en defectos. El costo de Inspección Visual es el más bajo de todos los Ensayos no Destructivos, siempre y cuando sea realizada correctamente. 34

35 Limitaciones de la Inspección Visual o La calidad de la Inspección Visual depende en gran parte de la experiencia y conocimiento del Inspector. o Está limitada a la detección de discontinuidades superficiales. o Cuando se emplean sistemas de observación directa, como son las lupas y los endoscopios sencillos, la calidad de la inspección dependerá de la agudeza visual del inspector o de la resolución del monitor de video. o La detección de discontinuidades puede ser difícil si las condiciones de la superficie sujeta a inspección no son correctas. LIQUIDOS PENETRANTES La inspección por Líquidos Penetrantes es empleada para detectar e indicar discontinuidades que afloran a la superficie de los materiales examinados. En términos generales, esta prueba consiste en aplicar un líquido coloreado o fluorescente a la superficie a examinar, el cual penetra en las discontinuidades del material debido al fenómeno de capilaridad. Después de cierto tiempo, se remueve el exceso de penetrante y se aplica un revelador, el cual generalmente es un polvo blanco, que absorbe el líquido que ha penetrado en la discontinuidad y sobre la capa de revelador se delinea el contorno de ésta. Actualmente existen 18 posibles variantes de inspección empleando este método; cada una de ellas ha sido desarrollada para una aplicación y sensibilidad especifica. Así por ejemplo, si se requiere detectar discontinuidades con un 35

36 tamaño de aproximadamente medio milímetro (0,012 aprox.), debe emplearse un penetrante fluorescente, removible por pos-emulsificación y un revelador seco. Por otra parte, si lo que se necesita es detectar discontinuidades mayores a 2,5 mm (0,100 aprox.), conviene emplear un penetrante contraste, lavable con agua y un revelador en suspensión acuosa. La figura 2 ilustra el principio de la inspección por líquidos penetrantes 1. Aplique el penetrante 2. Remueva el exceso 3. Aplique el revelador blanco y examine FIGURA No. 2 Principio de la Inspección por Líquidos Penetrantes Requisitos de la Inspección por Líquidos Penetrantes Antes de iniciar las pruebas de Líquidos Penetrantes, es conveniente tener en cuenta la siguiente información: Es muy importante definir las características de las discontinuidades y el nivel de sensibilidad con que se las quiere detectar, ya que si son relativamente grandes o se quiere una sensibilidad entre baja y normal, se recomienda emplear penetrantes visibles; pero si la discontinuidad es muy fina y delgada o se requiere de una alta o muy alta sensibilidad, es preferible emplear los penetrantes fluorescentes. 36

37 Otro factor de selección es la condición de la superficie a inspeccionar ya que si es una superficie rugosa, como sería el caso de una unión soldad o una pieza fundida, se debe emplear un penetrante líquido removible con agua. Pero si la superficies es tersa y pulida, es preferible emplear penetrante removible con solvente. Finalmente cuando se requiere una inspección de alta calidad o con problemas de sensibilidad, se puede emplear un penetrante pos-emulsificable. Si el material a examinar es acero inoxidable, titanio o aluminio (para componentes aeronáuticos, por ejemplo) o aleaciones de níquel (monel), entonces los penetrantes deberán tener un control muy rígido de contaminantes, como son los compuestos halógenos (derivados del cloro, bromo, fluor, yodo) o de azufre (sulfato o sulfuros), ya que si quedan residuos de ellos, pueden ocasionar fracturas o fragilidad del material. Todos los proveedores de productos de alta calidad proporcionan un certificado de pureza de sus productos sin cargo adicional. Si se trabaja bajo normas internacionales (Códigos ASME, API, AWS) o de compañías (Bell, Pratt & Whitney o GE), los líquidos deben ser de los proveedores de las listas aprobados o confiables publicados por ellos. En caso necesario, se solicitaré al proveedor una lista de qué normas, códigos o especificaciones de compañías cubren sus productos. Una vez seleccionado uno o varios proveedores, nunca se deberán mezclar sus productos; como por ejemplo, emplear el revelador del proveedor A con un penetrante del proveedor B o un penetrante de una sensibilidad con un revelador de otra sensibilidad, aunque ambos sean fabricados por el mismo proveedor. Procedimiento de la Inspección Para la inspección por Líquidos Penetrantes, se deben realizar varias operaciones previas, las cuales varían poco y dependen del tipo de penetrante que se emplee: 37

38 Limpieza previa: En toda pieza o componente que se inspecciones por este método, se deben eliminar de la superficie todos los contaminantes, sean éstos óxidos, grasa, aceite, pintura, etc., pues impiden al penetrante introducirse en las discontinuidades. Normalmente la limpieza previa se realiza en dos pasos; el primero es propiamente una pre-limpieza en la que se pueden emplear medios químicos o mecánicos para remover los contaminantes de la superficie; y en segundo, que consiste en la limpieza con un solvente (removedor) que sea afín con el penetrante que se empleara en la inspección. Todo esto con el fin de que las posibles indicaciones queden limpias y permitan la fácil entrada del penetrante. Aplicación del Penetrante: El penetrante se aplica por cualquier método que humedezca totalmente la superficie que se va a inspeccionar, dependiendo del tamaño de las piezas, de su área y de la frecuencia del trabajo. Se puede seleccionar el empleo de rociado, inmersión, brocha, etc., cualquiera que sea la elección, ésta debe asegurar que el penetrante cubra totalmente la superficie. Actualmente existen diferentes clases de penetrantes, que tienen aplicaciones bien definidas ; por ejemplo, si la superficie es rugosa, se deben emplear de preferencia un penetrante que sea lavable con agua; si la superficie es tersa, se pueden emplear un penetrante removible con solvente y si es necesaria una gran sensibilidad pero con una fácil remoción, debe emplearse un penetrante posemulsificable. Otra variable importante a tomar en cuenta es la sensibilidad, ya que si hace falta una alta sensibilidad (detección de fracturas muy pequeñas o cerradas), debe aplicarse un penetrante fluorescente de alta luminosidad o si se desea una sensibilidad normal, deben emplearse un penetrante contraste (visible). Por otra arte, el tiempo de penetración es una variable crítica en este tipo de inspección. Un tiempo muy breve no permite que la concentración del penetrante en las discontinuidades sea la óptima; por este motivo el tiempo que debe permanecer el penetrante en la superficie sujeta a inspección debe determinarse 38

39 experimentalmente, aún cuando en las normas existen tiempos mínimos recomendados. El tiempo de penetración puede variar desde 5 minutos para discontinuidades relativamente grandes, hasta 45 minutos para discontinuidades muy cerradas o pequeñas, como es el caso de las fracturas por fatiga. A continuación se pueden describir los tipos de penetrantes que se emplean en la industria: - Penetrantes removibles con agua: Como su nombre lo indica, se retiran de la superficie con agua, lo cual no debe exceder de una temperatura de 45ª C. El lavado puede realizarse por rociado de gota gruesa o con una mezcla de agua y aire a presión; en este último caso, la presión del rociado no debe ser superior a los 35psi. Cualquiera que sea el método de lavado seleccionado, se debe asegurar que éste no remueva el penetrante que se encentre introducido en las discontinuidades. - Penetrantes pos-emulsificables: Requieren de la aplicación de una sustancia para provocar que el penetrante se solubilice en el agua. Se pueden emplear emulsificantes hidrosolubles o liposolubles, dependiendo de la sensibilidad y de la rapidez con la que se quiera realizar la inspección. Una vez que ha transcurrido el tiempo de emulsificación, el exceso de penetrante se lava de forma similar a como se hace con los penetrantes removibles con agua. - Penetrantes removibles con solvente: Se retiran de la superficie empleando un material absorbente que pueda ser tela o papel, con la condición que no dejen pelusa y en caso necesario, se puede humedecer el material absorbente con el removedor que e emplea para la limpieza previa. Una recomendación muy importantes es la de evitar lavar la superficie con el removedor; además de ser un desperdicio de este material, el removedor disuelve y elimina al penetrante que se introdujo en las discontinuidades. 39

40 Eliminación del Exceso de Penetrante: Consiste en la eliminación del exceso de penetrante que no se introdujo en las discontinuidades. Esta etapa reviste gran importancia pues de ella depende en gran parte la sensibilidad del método. Aplicación del Revelador: La función del revelador es absorber o extraer el penetrante atrapado en las discontinuidades, aumentando o provocando la visibilidad de las indicaciones. Existen varios tipos de reveladores cada uno de ellos con características diferentes: - Reveladores secos: Sólo se recomiendan para los líquidos fluorescentes y tienen la ventaja de dejar una capa muy fina y en algunas ocasiones invisible; este tipo de revelador tiene la más alta resolución al formar las indicaciones. Su empleo se recomienda cuando no deben quedar residuos después de terminar la inspección. - Reveladores en suspensión: Pueden ser del tipo acuoso o no acuoso. Están compuestos de un material sólido con un tamaño controlado de partículas, las cuales se mantienen en suspensión mediante una agitación vigorosa. - Revelador en suspensión acuosa: Se recomienda cuando la inspección se realiza empleando penetrantes removibles con agua, pero tienen el inconveniente de que son los reveladores con la más baja resolución. Estos reveladores se pueden aplicar por inmersión, seguidos de un secado; o por rociado y secado al aire. - Reveladores en suspensión no acuosa: Son los más empleados y tienen la ventaja de una evaporación muy rápida, lo que permite la formación de indicaciones bastante claras y definidas. Conforme a las normas, es el revelador recomendado para los penetrantes removibles con solventes. Estos reveladores generalmente se aplican por aspersión, con lo que se obtiene una capa uniforme. - Reveladores en Solución: Generalmente son soluciones acuosas y tienen la ventaja con respecto a los reveladores en suspensión de no necesitar de una 40

41 agitación continua para mantener la solución homogénea. Se aplican por inmersión o rociado, seguido de un secado al aire o en estufa. Tiempo de revelado: Cualquiera que sea el revelador empleado, éste debe permanecer sobre la superficie dela pieza aproximadamente el mismo tiempo que se dio de penetración; esto es con el fin de dar tiempo al revelador para que extraiga al penetrante de las discontinuidades y forme una indicación de buena calidad. Es conveniente aclarar que las discontinuidades grandes formarán indicaciones casi inmediatamente, pero las discontinuidades muy finas, pequeñas o cerradas, tardarán en hacerlo; por lo cual el tiempo de revelado no debe ser menor a la mitad del tiempo de penetración. Las pruebas de experimentación con diferentes tiempos de revelado son la mejor manera de establecer cuál es el tiempo de revelado óptimo para cada inspección en particular. Interpretación y Evaluación de las Indicaciones: Después de que ha transcurrido el tiempo de revelado, la pieza esta lista para su evaluación. En esta etapa es importante considerar el tipo de iluminación, el cual se determinará de acuerdo al proceso utilizado. Se emplea iluminación normal (luz blanca) de suficiente intensidad para el método de penetrante visible e iluminación ultravioleta (luz negra), para el método de penetrante fluorescente. La calidad de la inspección depende principalmente de la norma de aceptación, de la habilidad y de la experiencia del inspector para encontrar y evaluar las indicaciones presentes en la pieza. Limpieza Final: Después de concluir la inspección, generalmente debe limpiarse la superficie de la pieza. Este paso puede realizarse mediante un enjuague con agua a presión, por inmersión o mediante un removedor. Por lo común, aquellas piezas que están sujetas alta temperatura, pueden requerir que los residuos de penetrantes sean removidos de la superficie antes de someter la pieza a procesos posteriores, para asegurar que no exista reacción con el material. En la página 41

42 siguiente se muestra el diagrama 1, que ilustra las etapas de prueba descritas anteriormente: DIAGRAMA 1: Bloques de inspección por líquidos penetrantes. 42

43 Aplicaciones Las aplicaciones de los Líquidos Penetrantes son amplias y por su gran versatilidad se utilizan desde la inspección de piezas críticas, como son los componentes aeronáuticos, hasta los cerámicos como las vajillas de uso doméstico. Muchas de las aplicaciones descritas son sobre metales, pero esto no es una limitante, ya que se pueden inspeccionar otros materiales, por ejemplo cerámicos vidriados, plásticos, porcelanas, recubrimientos electroquímicos, etc. Ventajas de los Líquidos Penetrantes - La inspección por Líquidos penetrantes es extremadamente sensible a las discontinuidades abiertas a la superficie. - La configuración de las piezas a inspeccionar no representa un problema para la inspección. - Son relativamente fáciles de emplear. - Brindan muy buena sensibilidad. - Son económicos. - Son razonablemente rápidos en cuando a la aplicación, además de que el equipo puede ser portátil. - Se requiere de pocas horas de capacitación de los Inspectores. Limitaciones de los Líquidos Penetrantes - Sólo son aplicables a defectos superficiales y a materiales no porosos. - Se requiere de una buena limpieza previa a la inspección. - No se proporciona un registro permanente de la prueba no destructiva. 43

44 - Los inspectores deben tener amplia experiencia en el trabajo. - Una selección incorrecta de la combinación de revelador y penetrante puede ocasionar falta de sensibilidad en el método. En la implementación de los programas de garantía de calidad los END constituyen una herramienta importante, cualquiera sea su campo de aplicación. En un Sistema Total de Calidad, tal como el que ejemplificaremos a continuación en el esquema, los END participan en todas sus etapas. Dentro de un sistema como el que se describe, la garantía de calidad es un mecanismo técnico administrativo que asegura que el sistema se desenvuelve de manera tal que cualquier falta de conformidad en el producto pueda ser. Detectada oportunamente Identificada la etapa en que se originó Determinada su causa Aplicada una medida correctiva SISTEMA TOTAL DE CALIDAD 44

45 PARTÍCULAS MAGNÉTICAS La inspección por Partículas Magnéticas permite detectar discontinuidades superficiales y subsuperficiales en materiales ferromagnéticos. Se selecciona usualmente cuando se requiere una inspección más rápida que con los líquidos penetrantes. El principio del método es la formación de distorsiones del campo magnético o de los polos cuando se genera o se induce éste en un material ferromagnético; es decir, cuando la pieza presenta una zona en la que existen discontinuidades perpendiculares a las líneas del campo magnético, este se deforma o produce polo. Las distorsiones o polos atraen a las partículas magnéticas, que fueron aplicada en forma de polvo o suspensión en la superficie sujeta a inspección y que por acumulación producen las indicaciones que se observan visualmente de manera directa o bajo luz ultravioleta. La figura 3 muestra el principio del método por Partículas Magnéticas. Actualmente existen 32 variantes del método, que al igual que los líquidos penetrantes sirven para diferentes aplicaciones y niveles de sensibilidad. En este caso, antes de seleccionar alguna de las variantes, es conveniente estudiar el tipo. 45

46 FIGURA 4 Magnetización por yugo FIGURA 5 Magnetización por bobina FIGURA 6 Magnetización con puntas de contacto FIGURA 7 Magnetización entre cabezales Las etapas básicas involucradas en la realización de una inspección por este método son: Limpieza: Todas las superficies a inspeccionar deben estar limpias y secas. La expresión limpia quiere decir que la superficie se encuentre libre de aceite, grasa, suciedad, arena, óxido, cascarilla suelta u otro material extraño, el cual pueda inferir con el ensayo. Magnetización de la pieza: Este paso puede efectuarse por medio de un imán permanente, con un electroimán o por el paso de una corriente eléctrica a través de la pieza. El tipo de magnetización a emplear depende de: el tipo de pieza, las 46

47 Instalaciones existen en la empresa, el tipo de discontinuidad y la localización de la misma. Corriente de magnetización: Se seleccionará en función de la localización probable de las discontinuidades; si se desea detectar sólo discontinuidades superficiales, debe emplearse la corriente alterna, ya que ésta proporciona una mayor densidad de flujo en la superficie y por lo tanto mayor sensibilidad para la detección de discontinuidades superficiales; pero es ineficiente para la detección de discontinuidades subsuperficiales. Si lo que se espera es encontrar defectos superficiales y subsuperficiales, es necesario emplear la corriente rectificada de media onda; ya que esta presenta una mayor penetración de flujo en la pieza. Forma de Magnetizar: La forma de magnetizar es también importante, ya que conforme a las normas comúnmente adoptadas, la magnetización con yugo sólo se permite para la detección de discontinuidades superficiales. Los yugos de AC o DC producen campos lineales entre sus polos y por este motivo tienen poca penetración. Otra técnica de magnetización lineal es emplear una bobina (solenoide). Si se selecciona esta técnica, es importante procurar que la pieza llene lo más posible el diámetro interior de la bobina; problema que se elimina al enredar el cable de magnetización alrededor de la pieza. Entre mayor número de vueltas (espiras) tenga un bobina, presentará un mayor poder de magnetización. Cuando la pieza es de forma regular (cilíndrica), se puede emplear la técnica de cabezales, que produce magnetización circular y permite la detección de defectos paralelos al eje mayor de la pieza. Una variante de esta técnica es emplear contactos en los extremos de la pieza, que permiten obtener resultados similares. Para la inspección de piezas con alta permeabilidad y baja retentividad, como es el caso de los aceros al carbono o sin tratamiento térmico de endurecimiento, es recomendada la técnica de magnetización continua; esto es, mantener el paso de la (FALTA CONTINUACION DE ESTA PAGINA) 47

48 magnético es más intenso y permite que las partículas sean atraídas hacia cualquier distorsión o fuga de campo, para así indicar la presencia de una posible discontinuidad. Observación e interpretación de los resultados: La inspección visual de las indicaciones se efectuará en parte durante la magnetización y continuará el tiempo necesario después de que el medio de examen se haya estabilizado, para explorar toda la zona de ensayo. Las discontinuidades quedarán indicadas por la retención de las partículas magnéticas. Con base en lo anterior, se puede determinar la existencia de discontinuidades así como su forma, tamaño y localización. Desmagnetización: Debido a que algunos materiales presentan magnetismo residual, en ocasiones es necesario efectuar la desmagnetización de la pieza para evitar que el magnetismo residual afecte el funcionamiento o el procesamiento posterior de la misma. Como regla general se recomienda que si se emplea corriente alterna, se desmagnetice con corriente alterna; de manera similar, si se magnetiza con corriente rectificada, se debe desmagnetizar con corriente rectificada. La desmagnetización consiste en aplicar un campo magnético que se va reduciendo de intensidad y cambiando de dirección hasta que el magnetismo residual en el material queda dentro de los límites permisibles. Ventajas de las Partículas Magnéticas Con respecto a la inspección por líquidos penetrantes, este método tiene las ventajas siguientes: - Requiere de un menor grado de limpieza - Generalmente es un método más rápido y económico - Puede revelar discontinuidades que no afloran a la superficie - Tiene una mayor cantidad de alternativa. 48

49 Limitaciones de las Partículas Magnéticas - Son aplicables sólo en materiales ferromagnéticos - No tiene gran capacidad de penetración - El manejo del equipo en campo puede ser caro y lento - Generalmente requiere del empleo de energía eléctrica - Sólo detectan discontinuidades perpendiculares al campo ELECTROMAGNETISMO (CORRIENTES DE EDDY) El Electromagnetismo, anteriormente llamado Corrientes de Eddy o de Foucault, se emplea para inspeccionar materiales que sean electroconductores, siendo especialmente aplicable a aquellos que no son ferromagnéticos. Esta técnica comienza a tener grandes aplicaciones, aun cuando ya tiene más de 50 años de desarrollo. Como dato histórico, cabe mencionar que el efecto electromagnético es conocido desde mediados del siglo XIX. De hecho, el primer registro de aplicación como Ensayo no Destructivo fue realizado por Hughes en 1879; esto fue 120 años antes del descubrimiento de los Rayos X. El principal problema para su aplicación industrial como se conoce hoy en día esta técnica es la forma de poder representar variaciones producidas por las corrientes inducidas en forma de coordenadas cartesianas, lo cual fue posible gracias a los estudios del Dr. Friederich Foster, quien diseño el primer aparato de ET. Actualmente existen equipos mucho más sofisticados y versátiles que son de fácil aplicación y manejo. La inspección por Corriente de Eddy está basada en el efecto de inducción electromagnética. Su principio de operación es el siguiente: 49

50 Se emplea un generador de corriente alterna, con una frecuencia generalmente comprendida entre 500 Hz y Hz. El generador de corriente alterna se conecta a una bobina de prueba, que en su momento produce un campo magnético. Si la bobina se coloca cerca de un material que es eléctricamente conductor, el campo magnético de la bobina, llamado primario, inducirá una corriente eléctrica en el material inspeccionado. A su vez, esta corriente generará un nuevo campo magnético (campo secundario), que será proporcional al primario, pero e signo contrario. En el momento en que la corriente de la bobina se vuelve cero, el campo magnético secundario inducirá una nueva corriente eléctrica en la bobina. Este efecto se repetirá cuantas veces la corriente cambie de fase (al pasar de positivo a negativo y viceversa). Es predecible que el electromagnetismo se generará entre conductores adyacentes en cualquier momento en que fluya una corriente alterna. Por otra parte, las variaciones de la conductividad eléctrica, permeabilidad magnética, geometría de la pieza o de su estructura metalúrgica, causan modificaciones en la corriente inducida del material sujeto a inspección, lo que ocasionará que varíe su campo magnético inducido, hecho que será detectado por la variación del voltaje total que fluye en la bobina. Antes de proseguir, es conveniente aclarar que para la detección de discontinuidades por Electromagnetismo, éstas deben ser perpendiculares a las corrientes de Eddy; adicionalmente, la indicación que se genere se modificará en la pantalla del instrumento de inspección, dependiendo de su profundidad y su forma. Este técnica cuenta con una amplia gama de alternativas, cada una con un objetivo específico de detección; por lo que antes de comprar un equipo a las sondas es necesario definir la forma del material que se va a inspeccionar, la localización y el tipo de discontinuidades que se deseen detectar y evaluar, con el fin de tener el equipo más versátil y adecuado para la inspección. 50

51 Requisitos para la Inspección por Electromagnetismo Al igual que en las técnica ya descritas, antes de iniciar las pruebas con electromagnetismo, es conveniente revisar la siguiente información: - Conocer la forma, así como las características eléctricas, metalúrgicas y magnéticas del material a inspeccionar, ya que de esto dependerá el tipo de frecuencia, la forma de la sonda y la variante de la técnica a utilizar y, en caso necesario, el medio de eliminar las posibles interferencias que se produzcan en la pieza. - Si se trabaja bajo normas internacionales, los instrumentos de inspección, así como las sondas deben ser de los proveedores de las listas de proveedores aprobados o confiables publicados por ellas. En caso necesario, se solicita al proveedor una lista de qué normas, códigos o especificaciones de compañías satisfacen sus productos. - Una vez seleccionado uno o varios proveedores, no es recomendable mezclar sus productos. Secuencia de la Inspección Las etapas básicas de este técnica de inspección son: Limpieza Previa: La importancia de este primer paso radica en que si bien los equipos de electromagnetismo pueden operar sin necesidad de establecer un contacto físico con la pieza, se pueden producir falsas indicaciones por la presencia de óxidos de hierro, capas de pintura muy gruesas o algún tipo de recubrimiento que sea conductor de la electricidad; en caso de que no se desee quitar las pinturas o recubrimientos, es recomendable que el patrón de calibración sea similar en el acabado superficial al de la parte sujeta a inspección. Selección de la Sonda de Prueba: Este paso es tan crítico como la selección del instrumento empleado, porque de acuerdo a la variable sujeta a evaluación, se 51

52 secciona la sonda que se utilizará. Por este motivo, es necesario conocer las ventajas y desventajas y limitaciones de cada configuración. La capacidad detección de una sonda es proporcional a: - La magnitud de la corriente aplicada. - La velocidad (frecuencia) de oscilación de la corriente. - Las características de diseño de la sonda que incluyen: Inductancia, diámetro de enrollamiento, longitud de la bobina y número de espira. Las sondas, según su arreglo se clasifican en dos grupos: absolutas y diferenciales. Las sondas absolutas (o bobinas absolutas) se consideran como aquéllas que realizan la medición sin necesidad de una referencia directa o de un patrón de comparación. Este tipo de arreglo tiene aplicaciones en la medición de la conductividad, permeabilidad, dimensiones o dureza d ciertos materiales. Sus principales ventajas son: - Responde a cambios bruscos o progresivos de la característica que se mide. - Cuando existe más de una indicación, éstas son relativamente fáciles de separar (interpretación sencilla). - Puede detectar la longitud real de una discontinuidad. Las principales limitaciones de este tipo de arreglo son: - Son muy sensibles a cambios de temperatura (térmicamente son inestables). - Registran cualquier variación de la distancia entre la bobina y la pieza (falsas indicaciones) Las sondas diferenciales consisten en dos o más bobinas conectadas entre sí, pero con diferente dirección de enrollamiento. Este arreglo se pude dividir en dos grupos. a) Bobinas diferenciales autorreferidas: Este tipo de arreglo cuenta con una bobina que es la que realiza las mediciones y en un punto cercano (normalmente dentro del cuerpo del porta bobina) existe una segunda bobina 52

53 con un núcleo (de ferrita o zirconio) y con el cual se balancea el equipo cuando se calibra el sistema. b) Bobinas diferenciales con referencia externa: Este arreglo tiene dos variantes. En el primer caso se coloca la bobina de referencia en el material que se desea inspeccionar; es decir, las bobinas se encuentran separadas físicamente. En el segundo arreglo, las bobinas de medición y referencia se colocan sobre el mismo objeto. Este arreglo tiene la ventaja que se reducen los efectos de variaciones por cambios de separación o por características de la pieza que se está inspeccionando. Las ventajas de las bobinas diferenciales son: - Se reducen las indicaciones falsas provenientes de las variables no estudiadas. - Se mejora la calidad de la indicación lograda. Las limitaciones de las bobinas diferenciales son: - Sólo se conoce el fin o el principio de una discontinuidad longitudinal. - Se reduce la sensibilidad de la inspección. Adicionalmente, las bobinas sirvan para inspeccionar; - Superficies exteriores, que pueden tener la forma de un lapicero o de un transductor. - Superficies interiore y/o exteriores de partes tubulares con la forma de una bobina envolvente, en la que el núcleo es la pieza sujeta a inspección. - Superficies exteriores e/o interiores de partes tubulares con la forma de una bobina en forma de cápsula y el material sujeto a inspección está en la parte exterior. Frecuencia de Prueba: La siguiente variable a controlar, una vez seleccionada la bobina, es la selección e la frecuencia de inspección. Esta normalmente será referida al valor de una penetración normal (standard depth penetration) del 53

54 material; al tipo de discontinuidad que se espera localizar y a la profundidad a la que se encuentra. Tipo de Calibración que se desea efectuar y selección del Patrón de Calibración o de Referencia: Los Instrumentos de pantalla osciloscópica pueden calibrarse para detectar fracturas superficiales como las que se muestran en la figura 8 o bien de cambios de conductividad eléctrica, como los mostrados en la figura 9. FIGURA No. 8 Indicaciones de Fracturas FIGURA No. 9 Indicaciones de conductividad En términos generales, la pantalla de rayos catódicos muestra cómo la corriente de Eddy es afectada por la pieza. Si existe una fractura o una costura en la pieza, la corriente de Eddy se reduce. Esto es, las discontinuidades alteran el patrón observado en la pantalla. Existe la presentación por medio de escalas analógicas, en las que una aguja indica el valor de la lectura en una escala calibrada previamente; y también a través de pantallas digitales, en las que se lee un valor, que posteriormente se correlaciona con la variable a medir. Interpretación de las indicaciones: En este último paso se debe ser cuidadoso en la interpretación de los resultados, bien sean por observación en pantalla o por lectura, ya que un cambio en las propiedades del material también afecta las lecturas y por este motivo la interpretación la debe realizar un Inspector con amplia experiencia en este tipo de trabajos. 54

55 Ventajas del Electromagnetismo - Detecta y generalmente evalúa discontinuidades subsuperficiales en casi cualquier conductor eléctrico. - En muchos casos, la inspección por Electromagnetismo puede ser completamente automatizada. - Puesto que no requiere contacto directo, puede emplearse a altas velocidades para la inspección continua a bajo costo. - Con esta técnica es posible clasificar y diferenciar materiales de aleaciones, tratamientos térmicos o estructura metalúrgica distintos, siempre y cuando presenten una diferencia significativa de conductividad. - Es excelente para la inspección de productos tubulares, de preferencia fabricados con materiales no ferromagnéticos, como son los empleados en algunos tipos de intercambiadores de calor, condensadores o sistemas de aire acondicionado. Limitaciones del Electromagnetismo - Debe eliminarse de la superficie cualquier tipo de contaminación o suciedad que sea magnética o eléctricamente conductora. - Generalmente la bobina de prueba debe diseñarse en especial para una pieza específica. - La profundidad de la inspección esta limitada a aproximadamente 6mm de penetración y depende de la frecuencia elegida para excitar el campo electromagnético y el tipo de material que se esté inspeccionando. - Se requiere de gran entrenamiento para calibrar y operar adecuadamente el equipo de prueba. - La señal es sensible a las diferencias en composición y estructura del material, lo que enmascara pequeños defectos o proporciona indicaciones falsas. 55

56 Resumen Las técnicas de Inspección Superficial sirven para comprobar la integridad superficial de un material y detectar discontinuidades que están en la superficie o abiertas a ésta y a profundidades menores de 3mm. Existen otras técnicas de Inspección Superficial, pero las más empleadas son: Inspección Visual (VT), Líquidos Penetrantes (PT), Partículas Magnéticas (MT) y Electromagnetismo o Corrientes de Eddy (ET). Cada método tiene variantes y particularidades que les permiten versatilidad en cuanto a su aplicación específica. Debido a que los campos de acción de cada técnica son particulares y por tanto sus respectivos universos de trabajo, se recomienda combinarlas y, en caso necesario, complementarlas con algún método de Inspección Volumétrica compatible, para obtener resultados más confiables. La Inspección Visual es el método de END más económico que existe; pero depende en gran medida de la experiencia por parte del Inspector y de la información con que se cuente acerca del material a examinar, para realizar una evaluación correcta. La Inspección Visual consiste en la observación directa del material a examinar; o bien, utilizando instrumentos como las lentes de aumento o lupas, sistemas de interferencia cromática o luz polarizada y endoscopios. Son tres las formas de Inspección Visual: Los Líquidos Penetrantes se utilizan para detectar discontinuidades que afloran a la superficie. Existen 18 variantes de inspección por PT. 56

57 Su principio se basa en aplicar un líquido coloreado o fluorescente sobre la superficie a examinar, que penetra en las discontinuidades del material. Posteriormente se remueve el exceso de penetrante y se aplica una sustancia que absorbe el líquido que ha penetrado en las discontinuidades y que la hace obvias. Según el tipo de discontinuidad que se pretende detectar y evaluar es el tipo de penetrante y revelador que son seleccionados para las pruebas. Las Partículas Magnéticas detectan discontinuidades superficiales y subsuperficiales en materiales ferromagnéticos. Existen 32 posibilidades distintas de examen por Partículas Magnéticas. Es un sistema más rápido que los PT y consiste en aplicar una sustancia ferromagnética en polvo (partículas magnéticas) sobre un material que ha sido magnetizado. Las zonas donde existe una discontinuidad en el material provocan distorsiones del campo magnético o de los polos magnéticos. Esas distorsiones atraen a las partículas magnéticas y de este modo se crean las indicaciones virtuales de las discontinuidades, que posteriormente podrán interpretarse. Al igual que los PT, existen Partículas Magnéticas visibles con luz ultravioleta, según las necesidades de examinación. El Electromagnetismo, también conocido como Corrientes de Eddy, es principalmente aplicable a materiales no ferromagnéticos y se basa en el fenómeno de la inducción electromagnética. Funciona a partir de un generador de corriente alterna, que se conecta a una bobina de prueba para crear un campo magnético primario. Éste a su vez induce una corriente eléctrica en el material sujeto a inspección y esto provoca un campo magnético secundario, proporcional al primero, pero de signo contrario. En el momento en que la corriente de la bobina se vuelva cero, el campo magnético secundario inducirá una nueva corriente eléctrica en la bobina. Este efecto se repetirá cuantas veces la corriente cambie de fase (al pasar de positivo a negativo y viceversa). 57

58 Las variaciones de la conductividad eléctrica causan modificaciones en la corriente inducida del material sujeto a inspección; lo que ocasionará que varíe su campo magnético inducido, hecho que será detectado por la variación del voltaje que fluye en la bobina. 58

59 CAPITULO III TÉCNICAS DE INSPECCIÓN VOLUMÉTRICA Son aquellas con las que se comprueba la integridad de un material en su espesor y se detectan discontinuidades internas que no son visibles en la superficie de la pieza. Este tipo de inspección se realiza por medio de cualquiera de los siguientes ensayos: RADIOGRAFÍA INDUSTRIAL (RT). ULTRASONIDO INDUSTRIAL (UT). RADIOGRAFÍA NEUTRÓNICA (NT). EMISIÓN ACÚSTICA (AET). Por regla general estos métodos deben considerarse como complementarios entre sí, ya que cada uno es especialmente sensible para apreciar un tipo determinado de indicaciones; por lo que la combinación correcta de las técnicas arriba mencionadas permitirá detectar y evaluar correctamente las indicaciones que pudieran encontrarse en el interior de un material. A continuación serán descritos los métodos de Inspección Volumétrica que se utilizan con más frecuencia, por tal razón no se analizará la Radiografía Neutrónica, pues esta técnica aun no se ha desarrollado en Latinoamérica de forma importante. RADIOGRAFÍA INDUSTRIAL El caso de la Radiografía Industrial (RT), como prueba no destructiva, es muy interesante; pues permite asegurar la integridad y confiabilidad de un 59

60 producto; además, proporciona información para el desarrollo de mejores técnicas de producción y para el perfeccionamiento de un producto en particular. La Inspección por RT se define como un procedimiento de inspección no destructivo de tipo físico, diseñado para detectar discontinuidades macroscópicas y variaciones en la estructura interna o configuración física de un material. En la figura 11 se muestra una imagen del arreglo radiográfico empleado con mayor frecuencia. FIGURA Nº. 11 Arreglo radiográfico convencional. Al aplicar RT, normalmente se obtiene una imagen de la estructura interna de una pieza o componente, debido a que este método emplea radiación de alta energía, que es capaz de penetrar materiales sólidos, por lo que el propósito principal de este tipo de inspección es la obtención de registros permanentes para el estudio y evaluación de discontinuidades presentes en dicho material. Por lo 60

61 anterior, esta prueba es utilizada para detectar discontinuidades internas en una amplia variedad de materiales. Dentro de los END, la Radiografía Industrial es uno de los métodos más antiguos y de mayor uso en la industria. Debido a esto, continuamente se realizan nuevos avances que modifican las técnicas radiográficas aplicadas al estudio no sólo de materiales, sino también de partes y componentes; todo con el fin de hacer más confiables los resultados durante la aplicación de la técnica. El principio físico en el que se basa esta técnica es la interacción entre la materia y la radiación electromagnética, siendo esta última de una longitud de onda muy corta y de alta energía. Durante la exposición radiográfica, la energía de los rayos x o Gamma es absorbida o atenuada al atravesar un material. Esta atenuación es proporcional a la densidad, espesor y configuración del material inspeccionado. La radiación ionizante que logra traspasar el objeto puede ser registrada por medio de la impresión en una placa o papel fotosensible, que posteriormente se somete a un proceso de revelado para obtener la imagen del área inspeccionada; o bien, por medio de una pantalla fluorescente o un tubo de video, para después analizar su imagen en una pantalla de televisión o grabarla en una cinta de video. En términos generales, es un proceso similar a la fotografía, con la diferencia principal de que la radiografía emplea rayos x o rayos Gamma y no energía luminosa. Los rayos x fueron descubiertos en 1895 por el físico alemán Roentgen (premio Nobel 1901), quien les dio tal nombre debido a que en ese entonces se ignoraba todo sobre su naturaleza. 61

62 Roentgen tuvo la suficiente visión para darse cuenta de que la radiografía se podía emplear con fines industriales o de investigación y se puede afirmar que él fue el primer radiólogo industrial, puesto que realizó investigaciones sobre el comportamiento de ciertos materiales y de armamentos de reciente creación. Por otra parte, durante ese mismo año, el físico francés Henri Becquerel estudiaba la fluorescencia de los compuestos de uranio; y al realizar varios experimentos colocando cristales de sulfato de potasio uranio sobre una placa fotográfica envuelta con papel negro, observó que al exponerlos a la luz solar, la parte de la placa que se encontraba en contacto con los cristales se oscurecía. Como consecuencia de estos experimentos, Becquerel formuló su primera hipótesis, donde consideró que el oscurecimiento de la película fotográfica se debía a que la iluminación o la luz solar producían alguna fluorescencia en los compuestos de uranio. Para demostrar su teoría, Becquerel expuso una película envuelta en papel negro a los rayos solares y observó que ésta no se había oscurecido, por lo que creyó que era debido a que la envoltura de papel negro no permitía el paso de la luz. Sin embargo, una casualidad lo llevó a la conclusión de que el uranio emitía rayos en forma espontánea, sin necesidad del estímulo de la luz exterior. A este fenómeno de emisión espontánea de radiación le dio el nombre de radioactividad. Ante estos hechos, Becquerel llegó a otra hipótesis para establecer que la presencia de radioactividad en algunos minerales de uranio indicaba la existencia de una sustancia aun más radioactiva que éste; por lo que encargó a Pierre y Marie Curie la identificación y separación de dicha sustancia. 62

63 Los esposos Curie efectuaron la separación química y el análisis de minerales de uranio, logrando aislar en 1898 un nuevo elemento radioactivo: el polonio, nombre dado en honor al país natal de Marie. En 1902, los esposos Curie lograron aislar del mineral pechblenda (de uranio) una pequeña cantidad de otro elemento nuevo, el cual era veces más radioactivo que el uranio y al que llamaron radio. Marie Curie fue la primera radióloga que empleó radioisótopos para tomar una radiografía médica. Esto lo realizó durante la Primera Guerra Mundial, en el frente de Verdum, demostrando adicionalmente la ventaja de que este tipo de radiografía no necesitaba de energía eléctrica para su realización. En la actualidad, dentro del campo de la industria existen dos técnicas comúnmente empleadas para la inspección radiográfica: Radiografía con rayos x y Radiografía con rayos gamma. La principal diferencia entre estas dos técnicas es el origen de la radiación electromagnética; ya que, mientras los rayos x son generados por un alto potencial eléctrico, los rayos gamma se producen por desintegración atómica espontánea de un radioisótopo. Los rayos son generados por dispositivos electrónicos y los rayos gamma por fuentes radioactivas naturales o por isótopos radiactivos artificiales producidos para fines específicos de Radiografía Industrial, tales como: iridio 192, cobalto 60, cesio 137 y tulio 170. La fuente de rayos X es el ánodo en un tubo eléctrico de alto voltaje. Cuando se prende, el haz de electrones generado en el cátodo impacta sobre el ánodo y esto provoca la emisión de los rayos X en todas direcciones; la capa de blindaje alrededor del tubo absorbe los rayos X, excepto aquellos que escapan a 63

64 través de un orificio o ventana que existe para tal fin. Los rayos que pasan se emplean para producir la radiografía. Cuando se apaga la máquina de rayos X, la radiación cesa y la pieza inspeccionada no conserva radioactividad. Un radioisótopo, como por ejemplo el cobalto 60 o el iridio 192, emiten radiación constante por lo que se emplean contenedores especiales o cámaras para almacenar y controlarlos dentro de una cápsula, que es una pequeña píldora que se conecta al final del cable de control. Cuando la cápsula está en el contenedor, la mayoría de los rayos gamma son absorbidos por el blindaje. Cuando la fuente se sacada del contenedor por medio del cable de control, la radiación del radioisótopo se dispersa en todas las direcciones y es empleada para crear una radiografía. Aunque existen arreglos especiales, diseñados para casos determinados, el equipo que se emplea con más frecuencia para la inspección radiográfica es el siguiente: a) Fuente de radiación (rayos X o rayos gamma). b) Controles de la fuente. c) Película radiográfica. d) Pantallas intensificadoras. e) Indicadores de calidad de la imagen. f) Accesorios. Requisitos y Secuencia de la Inspección por Radiografía Industrial El procedimiento que normalmente se sigue para obtener una radiografía se describe de la siguiente forma: Inicialmente, deben conocerse algunas características del material que se va a examinar, como son: tipo de metal, su configuración, es espesor de la pared 64

65 a ser radiografiada, etc.. Todo ello con el fin de seleccionar el radioisótopo o el kilovoltaje más adecuado. Una vez establecida la fuente de radiación, se deben calcular las distancias entre ésta, el objeto y a película, para así poder obtener la nitidez deseada. Igualmente, se selecciona la película con ciertas características que permitan una exposición en un tiempo razonable y una calidad de imagen óptima. Esta se coloca dentro de un porta película que sirve como protección para evitar que la luz dañe la emulsión fotográfica, y que además contiene las pantallas intensificadores que sirven para reducir el tiempo de exposición, mejorando con esto la calidad de la imagen. Este último proceso se efectúa en el laboratorio. Una vez realizado lo anterior, se procede a poner en práctica las medidas de seguridad radiológica en la zona en la que se va a efectuar la radiografía, con el fin de evitar una sobredosis al personal que pueda estar laborando cerca de la zona de inspección. La aplicación del proceso radiográfico implica observar todas las medidas de seguridad obligatorias que eviten dosis de radiación innecesarias al operario; ya que si bien es indudable el valor que como método de Inspección representa, también es innegable el riesgo al que está expuesto todo ser humano debido a la utilización de radiaciones ionizantes, motivo por el cual ningún tipo de protección ni medida de seguridad serán excesivos. Mantenerse a una distancia prudente de la fuente es el mejor camino para evitar la exposición. La segunda medida es usar una protección (plomo, acero, concreto) entre el individuo y la fuente. El tiempo es también un factor importante. Cuanto menos tiempo se encuentre expuesto a la radiación, menor será la dosis de ésta que reciba. 65

66 A continuación, se hace el arreglo para colocar la fuente a la distancia calculada con respecto al objeto y se coloca la película radiográfica del otro lado de éste para registrar la radiación que logre atravesar al material sujeto a inspección. Esta radiación provoca la impresión de la película radiográfica, que corresponde al negativo de una fotografía. Entre mayor sea la cantidad de radiación que incida sobre la película, más se ennegrecerá ésta. Con el objeto de determinar la sensibilidad y la calidad de una radiografía, se emplean indicadores de calidad de imagen, mal llamados penetrámetros. Al realizar la inspección, los indicadores de calidad de imagen se eligen normalmente de manera que el espesor de éstos represente aproximadamente el 2% del espesor de la parte a inspeccionar y, siempre que sea humanamente posible, se colocarán del lado de la fuente de radiación. La exposición se realiza, bien sea sacando la cápsula que contiene al radioisótopo o encendiendo al aparato de rayos X; esto se lleva a cabo durante el tiempo previamente calculado para realizar la exposición. Una vez terminada la exposición, se recupera la cápsula o se apaga el equipo de rayos X y la película se lleva a revelar. Como ya se mencionó, el proceso de revelado se verifica en el laboratorio de revelado, también conocido como cuarto oscuro. El revelado es una de las parte más críticas de la Radiografía Industrial y consiste en convertir la imagen virtual, producida por el paso de la radiación a través de la película, en una imagen real por medio de una serie de reacciones químicas. El revelado se efectúa en varios pasos: revelado, baño ácido o de parada, baño de fijado y lavado final. Al terminar el revelado, se seca la película y se procede a la interpretación de la imagen obtenida; siendo primero evaluada para comprobar si reúne los requisitos de calidad indicados por el procedimiento de inspección. 66

67 Las radiografías, para ser confiables, necesitan cumplir con ciertos requisitos (fijados por las normas correspondientes), tales como densidad radiográfica y calidad de imagen. La densidad radiográfica de una película en su grado de ennegrecimiento ; es decir, la cantidad de luz que puede pasar de un lado a otro de ésta. Para que una película pueda interpretarse confiablemente, debe tener una densidad entre 2 y 4, dependiendo del tipo de fuente empleada. Si se comprueba que la imagen es satisfactoria, entonces se interpreta para conocer qué tipo de indicaciones están presentes; las cuales posteriormente serán evaluadas para conocer su nivel de severidad y su posible efecto en el material que se inspecciona. Aplicaciones Las propiedades particulares de la radiografía facilitan su aplicación a nivel industrial, médico y de investigación; pues adicionalmente de que la energía de la radiación puede ser absorbida por la materia, también puede hacer fluorescer ciertas sustancias; siendo por todo esto que la técnica tiene diversas aplicaciones en diferentes ramas. En primer lugar, están las aplicaciones en las que se emplea la energía radiante y su efecto sobre la materia, como es el caso de las aplicaciones físicas (efectos de fluorescencia) médicas (destrucción de ciertas células) y biológicas (mutaciones o aplicaciones de esterilización biológica). En segundo lugar, deben mencionarse las aplicaciones en las cuales se emplean los efectos físicos, como son la difracción (determinación de estructuras cristalográficas), fluorescencia (determinación de composición química) y la ionización (detección de la radiación), etc.. 67

68 En tercer lugar, se tienen las aplicaciones en las que se mide la atenuación de la radiación, como es el caso de la medición de espesores en proceso de alta temperatura; la medición de niveles de fluidos; la determinación de densidades en procesos de producción continua y la Radiografía Industrial. Finalmente, resta aclarar que la corta longitud de onda de la radiación que emplea la radiografía le permite penetrar materiales sólidos, que absorben o reflejan la visible; lo que da lugar al uso de esta técnica en el control de calidad de productos soldados, fundiciones, forjas, etc: para la detección de defectos internos macroscópicos tales como grietas, socavados, penetración incompleta en la raíz, falta de fusión, etc.. Ventajas de la Radiografía Industrial - Es un excelente medio de registro de inspección - Su uso se extiende a diversos materiales - Se obtiene una imagen visual del interior del material - Se obtiene un registro permanente de la inspección - Descubre los errores de fabricación y ayuda a establecer las acciones correctivas. Limitaciones de la Radiografía Industrial - No es recomendable utilizarla en piezas de geometría complicada - No debe emplearse cuando la orientación de la radiación sobre el objeto sea inoperante, ya que no es posible obtener una definición correcta. - La pieza de inspección debe tener acceso al menos por dos lados - Su empleo requiere el cumplimiento de estrictas medidas de seguridad. - Requiere personal altamente capacitado, calificado y con experiencia. 68

69 - Requiere de instalaciones especiales como son: el área de exposición, equipo de seguridad y un cuarto oscuro para el proceso de revelado. - Las discontinuidades de tipo laminar no pueden ser detectadas por este método. UTRASONIDO INDUSTRIAL Este sistema de inspección tiene sus orígenes en los ensayos de percusión, en los cuales los materiales eran golpeados con un martillo y se escuchaba cuidadosamente el sonido que la pieza examinada emitía. La desventaja de estos ensayos es que solo permitían detectar defectos de una magnitud tal que ocasionarán un cambio en el tono del sonido que emitía el material sujeto a prueba y por este motivo eran poco confiables en la inspección preventiva. La examinación por Ultrasonido Industrial (UT) se define como un procedimiento de inspección no destructiva de tipo mecánico, que se base en la impedancia acústica, la que se manifiesta como el producto de la velocidad máxima de propagación del sonido entre la densidad de un material. La historia del Ultrasonido Industrial como disciplina científica pertenece al siglo XX. En 1924, el Dr. Sokolov desarrollo las primeras técnicas de inspección empleando ondas ultrasónicas. Los experimentos iniciales se basaron en la medición de la pérdida de la intensidad de la energía acústica al viajar en un material. Para tal procedimiento se requería del empleo de un emisor y un receptor de la onda ultrasónica. Posteriormente, durante la Segunda Guerra Mundial, los ingenieros alemanes y soviéticos se dedicaron a desarrollar equipos de inspección ultrasónica para aplicaciones militares. En ese entonces la técnica seguía 69

70 empleando un emisor y un receptor (técnica de transparencia) en la realización de los ensayos. No fue sino hasta la década de 1940 cuando el Dr. Floyd Firestone logró desarrollar el primer equipo que empleaba un mismo palpador como emisor y receptor, basando su técnica de inspección en la propiedad característica del sonido para reflejarse al alcanzar una interfase acústica. Es así como nace la inspección de pulso eco; esta nueva opción permitió al ultrasonido competir y en muchas ocasiones superar las limitaciones técnicas de la radiografía, ya que se podían inspeccionar piezas de gran espesor o de configuración que sólo permitían el acceso por un lado. El perfeccionamiento del instrumento de inspección por ultrasonido se debe principalmente a los investigadores alemanes Josef y Herbert Krautkramer, quienes desde 1948 se han dedicado a desarrollar y mejorar el equipo de inspección ultrasónica. Los equipos de ultrasonido que empleamos actualmente permiten detectar discontinuidades superficiales, subsuperficiales e internas, dependiendo del tipo de palpador utilizado y de las frecuencias que se seleccionen dentro de un ámbito de 0,25 hasta 25 MHz. Por otra parte, hoy en día contamos con una infinidad de variantes de la inspección ultrasónica; cada una de ellas ha sido especialmente desarrollada para poder detectar un tipo particular de discontinuidad o para inspeccionar diferentes materiales. Requisitos y Secuencia de la Inspección por Ultrasonido Industrial Antes de iniciar una inspección por UT, es necesario definir los siguientes parámetros, a fin de hacer una correcta selección del equipo de trabajo: 70

71 - Cuál es el tipo de discontinuidad que puede encontrarse. - Qué extensión y orientación puede tener en la pieza - Qué tolerancias se pueden aplicar para aceptar o rechazar la indicación. Una vez definidos los puntos anteriores, el siguiente paso es decidir qué equipo de inspección será utilizado. Los equipos que actualmente existen de forma comercial ofrecen una gran variedad de alternativas, por lo que antes de comprar un equipo es conveniente que se analicen todas las posibles alternativas de operación, siendo recomendable escoger un instrumento que cuente con servicio, refacciones y confiabilidad; ya que la inversión inicial puede variar desde un mínimo de $, hasta varios cientos de miles de dólares. En la figura 12 se muestra un equipo completo de inspección ultrasónica por inmersión. FIGURA Nº 12 Equipo de Inspección por Inmersión. Todas las normas establecen los requisitos mínimo que debe cumplir un instrumento de inspección por ultrasonido y son: 71

72 a) La ganancia, que es la capacidad de amplificación del instrumento y que debe ser de por lo menos 60 db (decibeles); esto es, que pueda amplificar las señales del orden de veces como mínimo. Adicionalmente, la ganancia debe estar calibrada en pasos discretos de 2 db. b) La pantalla debe tener una retícula grabada en la pantalla del tubo de rayos catódicos y deberá estar graduada en valores no menores del 2% del total de la escala. c) El ruido del instrumento (señal de fondo) no debe exceder del 20% del total de la escala vertical cuando la ganancia esté al máximo de operación. En el caso de emplear medidores con lecturas digitales o analógicas, la repetitividad del instrumento no deberá ser menor al 5%, Por otra parte, todas las normas exigen que el instrumento de inspección ultrasónica sea revisado y, en caso necesario, recalibrado por un taller de servicio autorizado por el fabricante. Lo cual es de vital importancia si se está trabajando bajo códigos o normas de aceptación internacional como AWS o ANSI/ASME. Con base en lo anterior, antes de adquirir un equipo, es recomendable visitar al proveedor y comprobar que cuenta con la licencia por parte del fabricante para dar el servicio de mantenimiento preventivo y correctivo al equipo. A continuación se debe seleccionar el palpador y el cable coaxial a ser empleado. Los cables son del tipo coaxial para prevenir problemas de interferencia eléctrica y sus conexiones deben ser compatibles con las del instrumento y el palpador a emplear. La longitud del cable afectará la calidad de la inspección, por lo que se debe evitar el empleo de cables más largos de lo recomendado por los fabricantes del equipo. La selección del palpador es uno de los puntos más críticos, ya que de él dependerá en gran medida la calidad de la inspección. Los factores a ser tomados en cuenta para la selección de un palpador son: 72

73 - Número de elementos piezoeléctricos. - El tipo de inspección (contacto, inmersión, alta temperatura). - El diámetro del elemento piezoeléctrico. - La frecuencia de emisión. - En su caso, el ángulo de refracción. - El tipo de banda. - El tipo de protección de antidesgaste Por lo común, las normas establecen las condiciones mínimas que deben cumplir los palpadores. Como la variedad de éstos es muy amplia, es conveniente contar con los catálogos de los fabricantes o consultar al proveedor aprobado respecto a las características de cada unidad antes de efectuar una adquisición. En la figura 13 se muestra la imagen de un palpador convencional. FIGURA Nº 13 Palpador para Ultrasonido Las ondas ultrasónicas son generadas por un cristal o un cerámico piezoeléctrico dentro del palpador; este elemento, que llamaremos transductor, tiene la propiedad de transformar la energía eléctrica en energía mecánica y viceversa. Al ser excitado eléctricamente, y por el efecto piezoeléctrico, el transductor vibra a altas frecuencias (lo que genera ultrasonido); estas vibraciones son transmitidas al material que se desea inspeccionar. Durante el trayecto en el 73

74 material, la intensidad de la energía sónica sufre una atenuación, que es proporcional a la distancia del recorrido. Cuando el haz sónico alcanza la frontera del material, dicho haz es reflejado. Los ecos o reflexiones del sonido son recibidos por otro (o por el mismo) elemento piezoeléctrico y su señal es filtrada e incrementada para ser enviada a un osciloscopio de rayos catódicos, en donde la trayectoria del haz es indicada por las señales de la pantalla; también puede ser transmitida a un sistema gráfico, donde se obtiene un perfil acústico de la pieza; a una pantalla digital, donde se leerá un valor o a una computadora, para el análisis matemático de la información lograda. Es importante apuntar la necesidad de emplear un acoplante (aceite, grasa o glicerina) con objeto de que el sonido pueda transmitirse del transductor a la pieza de trabajo sin que existan grandes pérdidas de energía en la interfase acústica conformada por el espacio de aire entre el metal o el material a examinar y el palpador. El acoplante debe reunir las siguientes características para emplearlo con confianza: ser inherente al material en inspección, de fácil remoción después de terminar la inspección; debe formar una capa homogénea en la superficie de contacto; además, su costo será bajo y fácil de adquirir. Cabe aclarar que algunas normas o códigos son rígidamente específicos en el tipo de acoplante a ser empleado, quedando limitado al empleo de agua, glicerina o gel de celulosa. En cuanto al sonido, una vez que ha sido introducido en el material sujeto a inspección, puede presentar diferentes formas (modos) de conversión (viaje). Así pues, si el palpador está orientado perpendicularmente a la superficie de inspección (superficie de incidencia), el sonido viajará preferentemente de forma comprensiva (se desplazará con una velocidad longitudinal o comprensiva) y será este modo el que se empleará para detectar las indicaciones. 74

75 Si por el contrario el palpador se inclina dentro de ciertos ángulos (entre el primer y segundo ángulo crético de la ley de Snell) sobre la superficie de incidencia, el sonido viajará preferentemente de forma cortante: el sonido se desplazará con una velocidad transversal o cortante. Por último, si el palpador se inclina con una orientación tal que el haz incida con un ángulo igual al segundo ángulo crítico de la Ley de Snell, el haz viajará de forma superficial: el sonido se desplazará con una velocidad superficial. Cada uno de estos modos de propagación tiene aplicaciones muy específicas en la inspección ultrasónica y su selección dependerá de las características de la pieza sujeta a inspección y de las discontinuidades que se quieran detectar. Si el material está libre de indicaciones que pueden ser detectadas, la señal será constante en cuanto a su intensidad y posición; pero si hay un cambio en las propiedades acústicas del material o una discontinuidad que refleje, atenúe o disperse el haz de ultrasonido, la señal se modificará y se podrá observar una disminución en la amplitud de la señal de la pared posterior o la aparición de indicaciones antes de lo esperado. La interpretación de estos cambios en las señales debe ser realizada por personal que ha sido capacitado, calificado y que cuente con la experiencia necesaria en la inspección a realizar, ya que de ello depende que los resultados sean confiables, reproducibles y repetitivos. Aplicaciones El Ultrasonido Industrial es un ensayo no destructivo ampliamente difundido en la evaluación de materiales metálicos y no metálicos. 75

76 Es frecuente su empleo para la medición de espesores, detección de zonas de corrosión, detección de defectos en piezas que han sido fundidas y forjadas, laminadas o soldadas; en las aplicaciones de nuevos materiales como son los metalcerámicos y los materiales compuestos, ha tenido una gran aceptación, por lo sencillo y fácil de aplicar como método de inspección para el control de calidad de materiales, bien en el estudio de defectos (internos, subsuperficiales y superficiales) y en la toma de mediciones como: medición de espesores (recipientes de acero, capa de grasa en animales, etc.), medición de dureza, determinación del nivel de líquido, etc,. Ventajas del Ultrasonido Industrial - Se puede aplicar este técnica en una gran gama e materiales y a un gran número e productos conformados como: chapas, ejes, vías, tubos, varillas, etc., y a procesos de fabricación tales como: soldadura, fundición. Laminación, forja, mecanizado, etc.. - Es aplicable a otras tales como: la Medicina, Navegación, Pesca, Comunicación, entre otras. - Permite detectar discontinuidades tanto superficiales, subsuperficiales e internas. - Puede aumentarse la sensibilidad del equipo al realizar un cambio conveniente de palpador. - Los equipos pueden ser portátiles y adaptables a un gran número de condiciones. Limitaciones del Ultrasonido Industrial - El equipo y los accesorios son costosos. 76

77 - Deben emplearse vario tipos de palpadores a fin de determinar todas las discontinuidades presentes en la pieza, preferiblemente cuando e trata de piezas que o han sido ensayadas anteriormente. - El personal destinado a realizar los ensayos debe poseer una amplia experiencia y calificación en el manejo de la técnica y los equipos. EMISIÓN ACÚSTICA La Emisión Acústica (AET) ha tomado un gran impulso en los últimos años por ser capaz de determinar las condiciones generales de equipos y materiales en servicio. El principio de la Emisión Acústica (AET) es la detección de ondas elásticas que se crean de forma espontánea en aquellos puntos del material que se está deformando de manera elástica o plástica, al ser sometido a un esfuerzo (carga estática o dinámica), o por esfuerzos residuales que están presentes en el material. Las deformaciones del tipo cortante o que produzcan deslizamiento de los planos cristalinos son las fuentes principales de la emisión acústica. En el caso de los metales, la emisión detecta la acumulación de los deslizamientos y dislocaciones intercristalinas, que en caso de continuar el esfuerzo darán inicio a una fractura. Es conveniente mencionar que cuando un material está sano, la emisión más intensa se produce en la porción elástica de la curva de esfuerzo deformación, alcanzando su máximo en el punto del límite elástico; a partir del cual la emisión decrece abruptamente. La posible causa de este comportamiento es el efecto que puede tener sobre la movilidad de los planos de dislocación el 77

78 endurecimiento por deformación que presenta el material al ser sometido a tensión. Sin embargo, cuando el material presenta una discontinuidad y ésta se propaga, se tiene una emisión constante que se va incrementando hasta que el material falla por fractura. Tal vez uno de los inconvenientes que presenta esta técnica de inspección es que la emisión continua es un proceso irreversible (efecto Kaiser); esto quiere decir que una vez que el material ha sido sometido a esfuerzo hasta un valor determinado, y después e reduce el esfuerzo, cuando se vuelva a someter a tensión el material, la emisión se iniciará sino hasta que se exceda el valor máximo del primer esfuerzo. La emisión acústica se presenta como pulsos definidos que se propagan en el material de forma radical a la velocidad del sonido. Los pulsos se caracterizan por tener la forma de un tren de ondas atenuadas y con una amplia variedad de frecuencias que pueden variar desde la región audible, hasta varios megahertz. La duración del pulso es muy corta, del orden de nenosegundos a milisegundos, por lo que su detección debe efectuarse por medios electrónicos; aunque la señal producida es también muy débil, del orden de unos cuantos electrón-voltio. Requisitos y Secuencias de la Inspección por Emisión Acústica Para obtener la inspección con AET, lo primero que se debe realizar es la selección de las frecuencias de rastreo y éstas dependerán del origen de la onda y el tipo de discontinuidad que se desea detectar. El siguiente paso es la selección de los puntos en los cuales e deben localizar los transductores; ya que la determinación de la ubicación de los defectos es por medio de triangulación, en función del tiempo que tarda la señal en ser recibida por los distintos elementos. 78

79 Una vez que el equipo está dispuesto y se han calibrado los instrumentos, se inicia la prueba aplicando un esfuerzo mecánico a una velocidad conocida y las señales que emita el componente se registran y graban por medio de computadoras, las cuales analizan la cantidad de eventos que se detectan por unidad de tiempo, la intensidad de las emisiones y el tiempo que tardan las señales en ser registradas por los diferentes transductores. El último paso y el más crítico es analizar el tipo de emisor que ha generado la emisión acústica, a fin de saber si es tan sólo una deformación elástica o de relajación; o bien, si se trata de una fractura que está desarrollándose durante la deformación del material. Aplicaciones La Emisión Acústica es una de las nuevas técnicas que ha tenido un gran desarrollo, especialmente con la aceptación del empleo de computadoras para el proceso de datos como medio de interpretación de los resultado. Se emplea en el estudio de estructuras sujetas a esfuerzos cíclicos, como es el caso de las estructuras aeronáuticas, los recipientes a presión y edificios o puentes. Otra aplicación es la evaluación del comportamiento de nuevos materiales, como es el caso de los tejidos a base Keblar; de la fibras de elementos cerámicos y los materiales compuestos a base e cerámicos y metales y de plásticos reforzados con fibras. Ventajas de la Emisión Acústica - Permitir detectar un defecto o fractura durante su desarrollo, aun antes de que sea posible detectarla por algún otro tipo de ensayo no destructivo. 79

80 - Permite tener un patrón del comportamiento de la estructura sujeta a prueba, la cual puede ser tomada como referencia para evaluar su comportamiento después de haber estado en servicio y conocer si ha subido algún daño o debilitamiento. Limitaciones de la Emisión Acústica - La interpretación de los resultados; ya que para una evaluación completa en campo se requiere de procesadores que tengan alta velocidad y gran capacidad de memoria y almacenamiento; motivo por el cual un trabajo de inspección por AET puede realizarse rápidamente pero a un costo relativamente elevado. - El personal que realiza este tipo de pruebas debe tener una gran capacidad y experiencia en la interpretación de señales y en la disposición de los transductores de inspección; quien se especializa en esta técnica requiere de por lo menos un año de trabajo previo antes de ser calificado como Nivel 1 y necesita casi dos años para poder ser calificado como nivel II. Resumen Las técnicas de Inspección Volumétrica sirven para detectar las discontinuidades en el interior de los materiales y para evaluar la severidad de éstas. La Inspección Volumétrica se realiza a partir de cuatro técnicas: Radiografía Industrial (RT), Ultrasonido Industrial (UT), Radiografía Neutrónica (NT) y Emisión Acústica (AET). 80

81 La Radiografía Industrial es un método físico de inspección. Se basa en la interacción entre la materia y la radiación electromagnética. Cuando un cuerpo es expuesto a la energía de los rayos X o gamma, éste los absorbe de forma proporcional a su densidad, espesor y configuración. La radiación que logra atravesar el material examinado se registra en una placa sensible a dicha energía. Posteriormente la placa se revela y así se obtiene la imagen del área inspeccionada, en la que las indicaciones de una discontinuidad aparecerán en un tono gris o negro distinto al de las porciones de material homogéneo y saludable porque al no haber material que atravesar o tener éste otra composición, será distinta la cantidad de energía ionizante que atraviese esa parte de la pieza y se imprima en la placa fotosensible. El Ultrasonido Industrial es un proceso de tipo mecánico, basado en la impedancia acústica; que se obtiene al conocer el producto de la velocidad máxima de propagación de una onda sonora específica entre la densidad de un material. Se emplea un instrumento electrónico que genera una onda ultrasónica a través de un cristal o un cerámico piezoeléctrico y que tiene la propiedad de transformar la energía eléctrica en energía mecánica (ondas sonoras) y viceversa. Los sólidos tienen la capacidad de transmitir en su interior esta onda, que retoma a la superficie de origen cuando ha llegado a la frontera del material en examen, pues ésta lo refleja. Si el haz ultrasónico durante su trayecto es interrumpido por una discontinuidad, la señal que la onda transmite a una pantalla d rayos catódicos u otro medio de registro se modifica y de esa señal se obtiene la indicación virtual cuantificable de un defecto dentro de la pieza en inspección. La Emisión Acústica es un método de inspección de carácter mecánico y se base en la emisión de pulsos definidos que se propagan en el material de forma radial a la velocidad del sonido. Con lo anterior se detectan y miden, a través de instrumentos de AET, las ondas elásticas que se crean en forma espontánea en los puntos de un material que se somete a esfuerzo físico y al que se deforma de 81

82 manera plástica. El valor de dichas ondas es la representación de la posible discontinuidad que se pretende detectar. 82

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104 CALIBRACIÓN DE LOS SISTEMAS ULTRASONICOS Para la ejecución de la calibración de los sistemas ultrasónicos, se utilizan bloques o trozos metálicos con discontinuidades artificiales, que son usados para dos propósitos. Uno de los cuales se refiere a la determinación de las características de operación del instrumento y del palpador, la otra a establecer y reproducir los ecos de indicación de respuesta del instrumento durante los ensayos en piezas o muestras. Cuando los bloques son utilizados para determinar las características de operación de un equipo ultrasónico, o para establecer una reproducción de las condiciones de ensayo, son llamados Bloques de Calibración. Cuando éstos son usados para comparar la altura de un eco de discontinuidad o la ubicación de la discontinuidad en la pieza de ensayo, con respecto a una discontinuidad artificial creada en el bloque especial, son llamados Bloques de Referencia. En algunos casos, los mismos bloques pueden ser usados para propósitos específicos de calibración o como referencia BLOQUES NORMALIZADOS DE REFERENCIA. En el ensayo de ultrasonido, todas las indicaciones de discontinuidades son comparadas con las recibidas de un bloque normalizado de referencia. Estos son utilizados para estandarizar los equipos ultrasónicos en ensayos a piezas en general. La estandarización se realiza por dos razones, que son: - Chequear que el conjunto equipo-palpador trabaje como se requiere, y - Seleccionar el nivel de sensibilidad o ganancia requerida para detectar las discontinuidades según sus dimensiones en la pieza de ensayo. 104

105 La evaluación de las discontinuidades se efectúa por comparación de sus indicaciones con las recibidas de una discontinuidad artificial de dimensiones conocidas, a la misma profundidad y en un bloque normalizado de referencia del mismo material. La razón por la cual los bloques estándares son hechos del mismo material es porque es necesario reproducir las mismas condiciones de atenuación del sonido, tamaño de grano, tratamiento térmico, configuración, y características generales presentes en el material de la pieza de ensayo. Entre los bloques normalizados de referencia más comúnmente usados, se encuentran cuatro tipos, que son: - Alcoa serie A, que es un sete de bloques área-amplitud; - Alcoa serie B, sete de bloques distancia-amplitud, también son conocidos como Hitt; - Serie ASTM E-127 (American Society for Testing Materials), set de bloques area-amplitud y distancia amplitud; - Bloques I.I.W. (International Institute of Welding), Bloque V-1, Bloque V-2 y Bloque de Calibración en Resolución. Por último, existen algunos otros bloques, conocidos como bloques especiales, que son diseñados para el estudio y la calibración de os equipos y sistemas, según la aplicación específica Set de Bloques ALCOA Serie A. El set de bloques Alcoa serie A, set de bloques de calibración áreaamplitud, consta de ocho bloques de superficie cuadrada de lado igual a 1 15/16 105

106 pulgadas y con una longitud de 3 ¾ pulgadas. A ¾ de pulgada de profundidad, desde la superficie posterior, se encuentra una superficie de fondo plano FBH (flat bottom hole), taladro enel centro del bloque. Los diámetros de los agujeros de fondo plano van desde 1/64 de pulgadas, en el bloque Nº 1, hasta 1/8 de pulgadas (8/64 de pulgada), en el Nº 8,. El set de bloques Alcoa serie A, está fabricado en base a barras forjadas de aluminio de aleación ligera, 7075-T6 (ver Figura 6.1). Nº del Bloque del FBH 1 1/64 2 1/32 3 3/64 4 1/16 5 5/64 6 3/32 7 7/64 8 1/8 Figura 6.1.Set de bloques Alcoa serie A. En la Figura 6.1 vemos, tanto la forma como las dimensiones de los bloques Alcoa la serie A, sete de bloques de calibración área-amplitud. Su aplicación está basada en que la amplitud del eco de indicación de un agujero de fondeo plano FBH, en la zona de campo lejano del haz de un palpador, es proporcional al área del mismo. Entonces, éstos bloques son usados para relacionar la amplitud de la señal con el área de la discontinuidad, asumiendo siempre que no existan pérdidas a causada por rugosidad superficial Seta de Bloques ALCOA Seria B. El set de bloques Alcoa serie B, a Hitt, set de bloques de calibración distancia-amplitud, consta de diecinueve bloques de 2 pulgadas de diámetro, con 106

107 agujeros cilíndricos de fondo plano, todos del mismo diámetro. Sin embargo, pueden ser obtenidos en el mercado, tres juegos con tres diámetros de agujeros de fondo plano diferentes 13/64 de pulgada, desde la superficie posterior. Las distancias, desde la superficie superior o de prueba del bloque hasta los agujeros de fondo plano, varían desde 1/16 de pulgada, hasta 5 ¾ pulgadas (ver Figura 6.2). En la Figura 6.2 se muestra un juego de bloques de la serie Alcoa B, set de bloques de calibración distancia-amplitud. Por teoría de la onda ultrasónica podemos saber que la disminución de la amplitud del eco, para una superficie de agujero de fondo plano, utilizando un palpador con cristal circular, es proporcional a 1/ (distancia) 2. La serie de bloque B puede ser usada para chequear las características en distancia-amplitud de un material. Al igual que el set de bloques Alcoa serie A, están fabricados en base a barras forjadas de aluminio de aleación ligera, 7075-T6. DIMENSIÓN A 1/16 1 ¾ 1/8 2 1/4 1/4 2 ¾ 3/8 3 1/4 ½ 3 ¾ 5/8 4 1/4 ¾ 4 ¾ 7/8 5 1/4 1 5 ¾ 1 ¼ del FBH 3/64 1/8 5/64 Figura 6.2. Set de bloques Alcoa serie B. Cada bloque se encuentra identificado por un código numérico que consta de cinco dígitos. El primer dígito identifica el diámetro del agujero de fondo plano, y los cuatro dígitos restantes se refieren a la distancia existente desde la superficie de prueba hasta el agujero de fondo plano. Por ejemplo: un bloque Alcoa serie B identificado con el código , tiene un diámetro de agujero de fondo plano de 107

108 3/64 de pulgada y una distancia desde la superficie hasta el agujero de fondo plano igual a 0,75 ó ¾ de pulgadas Set de Bloques ASTM E-127. El set de bloques ASTM E-127 es una combinación de bloques de calibración área-amplitud y distancia-amplitud. Consta de diez bloques de 2 pulgadas diámetro que tienen, taladro en el centro de un extremo, el orificio de fondo plano a ¾ de pulgada de profundidad desde la superficie posterior. El primer bloque tiene un FBH de 3/64 de pulgada de diámetro, a una distancia de 3 pulgadas de la superficie de prueba. Los siete bloques siguientes tienen un diámetro de agujero de fondo plano de 5/64 de pulgada de diámetro, con distancias de ; 1/8 de pulgada, ¼ de pulgada, ½ de pulgada, ¾ de pulgada, 1 ½ pulgada, 3 pulgada Y 6 pulgada. Los dos bloques restantes tienen un agujero de fondo plano de 1/8 de pulgadas de diámetro, con distancia de 3 pulgadas y 6 pulgadas. Al igual que los sets de bloques de calibración Alcoa series A y B, están fabricados en base a barras forjadas de aluminio de aleación ligera, 7075-T6. El set de bloques de calibración ASTM E-127, también puede ser obtenido en acero o algunas aleaciones férreas (ver Figura 6.3). 108

109 DIMENSION B del FBH 3 3/64 1/8 5/64 1/4 ½ ¾ 1 ½ /8 6 Figura 6.3. Set de bloques ASTM E-127. Los tres bloques con distancia de 3 pulgadas y diámetros de agujero de fondo plano de 3/64 de pulgada, 5/64 de pulgada y 1/8 de pulgada (8/64 de pulgada), conforman un set de bloques área-amplitud. De la misma forma, los dos bloques con distancia de 6 pulgadas y diámetros de agujero de fondo plano de 5/64 de pulgada y 1/8 de pulgada, forman otro set de bloques área-amplitud. Los siete bloques con diámetro de agujero de fondo plano de 5/64 de pulgada forman parte de un set distancia-amplitud. El set de bloques de calibración ASTM E-127 es, simplemente, una mezcla de los bloques de calibración Alcoa series A y B, donde se ha disminuido la cantidad de bloques para simplificar la cantidad de piezas. Sin embargo, su aplicación está restringida debido al mismo factor Bloques de Referencia I.I.W. Los Bloques Normalizados de Referencia I.I.W. (International Institute of Welding) son usados para la calibración tanto en distancia como en sensibilidad, 109

110 según el Código de Soldadura Estructural para Acero (Structural Welding Code- Steel) de la A.W.S. (American Welding Society). Son muy útiles en el chequeo del funcionamiento, tanto de palpadores normales como de palpadores angulares, así como para evaluar la operabilidad de los equipos e instrumentos. El material de fabricación de estos bloques es especificado por el I.I.W., siendo un acero bajo en contenido de carbono y normalizado (tratamiento térmico) con un tamaño de grano según normas Mcquaid Ehn Nº 8. Existen tres tipos de bloques I.I.W. principalmente, que son: Bloque de Referencia I.I.W. V-1, Bloque de Referencia I.I.W. V-2, y Bloque de Referencia I.I.W. para Calibración en Resolución Bloque de Referencia I.I.W. V-1 El Bloque de referencia I.I.W. V-1, es el bloque de calibración por excelencia, utilizado para el ajuste en distancia y sensibilidad de palpadores, tanto normales como angulares. Puede ser obtenido en dos tipos y en Figura 6.4. Bloque I.I.W. V-1, Tipo

111 dimensiones tanto inglesas (pulgadas) como internacionales (Sistema Métrico Decimal). Su versión Tipo 2, donde la única variación es en el radio de una pulgada cercano al punto focal, el cual es sustituido por una ranura a cada lado del espesor en el propio punto focal. En la Figura 6.4 se muestra tanto la forma como las dimensiones del bloque I.I.W. V-1, tipo 1, en pulgadas Bloque de Referencia I.I.W. V-2. Adicionalmente el bloque I.I.W. V-1, existe un bloque normalizado de referencia que se utiliza para la calibración de palpadores angulares, en cuanto a la base de tiempo se refiere, que es también conocido con el nombre de bloque miniatura. Este bloque está basado en los mismos conceptos de diseño que el bloque I.I.W. V-1, pero es mas pequeño y mas liviano. El bloque miniatura, al igual que el bloque I.I.W. V-1, puede ser usado para la calibración de palpadores tanto normales como angulares, de acuerdo a calibración en distancia (ver Figura 6.5). Figura 6.5. Bloque miniatura. 111

112 En la Figura 6.5. se muestra la forma y dimensiones del bloque miniatura. Además, éste bloque puede ser obtenido con espesores de media o una pulgada Bloque de Referencia I.I.W. para Calibración en Resolución. Este bloque es utilizado para la calibración en resolución de palpadores angulares con 45º, 60º y 70º de ángulo de refracción en acero. En la Figura 6.6 se muestra el bloque con su forma, dimensiones y ubicación de los agujeros utilizados para el chequeo. Figura 6.6. Bloque de referencia I.I.W. para calibración en resolución de palpadores angulares Bloques Especiales. La ejecución de los ensayos ultrasónicos, generalmente está definida por códigos o normas que estandarizan, tanto los métodos de calibración como los defectos o el tamaño crítico de efecto a ser ubicado en la pieza de ensayo. Así, la Sociedad Americana de Soldadura (A.W.S. American Welding Society) 112

113 especifica el uso de los bloques I.I.W: V-1 y V-2, para la calibración y ajuste de los equipos ultrasónicos en ensayos a soldaduras Calibración Según A.P.I. 5L. El Instituto Americano del Petróleo (A.P.I. American Petroleum Institute), define una serie de discontinuidades artificiales que deben ser creadas en un bloque del mismo material para elaborar un patrón de referencia. Por ejemplo: l especificación API 5L (especificación para tubería de línea), en su sección 9 (ensayos no destructivos), establece que la calibración de los equipos ultrasónicos debe ser efectuada mediante estándares de referencia fabricados partiendo de trozos del mismo material en los que se crearán discontinuidades artificiales, como las mostradas en la Figura 6.7. Figura 6.7. Discontinuidades ratifícales a crear en un estándar de referencia según API 5L Calibración Según ASME. Por su parte, la Sociedad Americana de Ingeniería Mecánica (ASME American Society for Mechanical Engineer), establece, en el Artículo 4 de a 113

114 Sección V del Código sobre Calderas y Recipientes a Presión (Boiler and Pressure Vessel Code), una serie de factores que deben ser tomados en cuenta al momento de efectuar la calibración de las funciones del instrumento. De la misma forma, establece un bloque básico de calibración con una serie de discontinuidades artificiales (ver Figura 6.8). El espesor T del bloque de calibración va de acuerdo con el espesor del cordón de soldadura a ser inspeccionado, aunque puede obtenerse de acuerdo con la Tabla 6.1, en la que se define tanto el espesor del bloque como el diámetro de los agujeros dependiendo de rangos preestablecidos del espesor t del cordón de soldadura de la pieza bajo ensayo. ESPESOR DE LA SOLDADURA ( t ) ESPESOR DEL BLOQUE DE CALIBRACIÓN ( T ) DIÁMETRO DEL AGUJERO 2 < t 4 3 ó t 3 / 16 4 < t 6 5 ó t 1 / 4 6 < t 8 3 ó t 5 / 16 8 < t 10 3 ó t 3 / 8 10 < t 12 3 ó t 7 / < t 14 3 ó t 1 / 2 t > * *Para cada incremento el espesor t de dos pulgadas, el diámetro del agujero aumentará en 1/16. Tabla 6.1. Valores del espesor T y del diámetro de los agujeros según espesores reales del cordón de soldadura. 114

115 Figura 6.8. Bloque básico de calibración ASME. Es de hacer notar que las tolerancias permitidas en cuanto al diámetro del agujero es ± 1/32, la profundidad de las entalladuras podrá variar entre 10 y 20%, y la desviación en la ubicación del centro de los agujeros a través del espesor será ± 1/8. Sin embargo, el Código ASME permite la utilización de agujeros de calibración con diámetro igual a ¼ para espesores entre ½ y 2, siendo imprescindible la utilización del agujero ubicado en T/2. Para espesores mayores a 2, el diámetro de los agujeros será igual a 3/8, requiriéndose la utilización, en cuanto a la calibración se refiere, de los agujeros ubicados a T/4, T/2 y ¾ T. 115

116 Bloque Escalonado. El bloque escalonado está diseñado para la calibración de palpadores normales, y mas exclusivamente de palpadores Emisor-Receptor, E-R, para la medición de espesores. Su nombre se debe a que su forma es en escalera, tal y como se muestra en la Figura 6.9. Figura 6.9. Bloque escalonado. Los bloques escalonados pueden ser obtenidos con diferentes dimensiones, bien sea en el sistema inglés o en el sistema métrico decimal. Dentro de los mas comunes se encuentran con escalones entra 1 y 8 milímetros (8 escalones en total), y su equivalente en pulgadas; aunque existe una gama de bloques sumamente variada dentro de los cuales siempre hay uno que se ajustará a las necesidades del usuario APLICACIÓN DE LOS BLOQUES NORMALIZADOS DE REFERENCIA. Los bloques normalizado de referencia son utilizados para estandarizar los equipos ultrasónicos en ensayos a piezas en general, la estandarización se realiza por dos razones: la primera, chequear que el conjunto equipo-palpador trabaja como se requiere; la segunda, seleccionar el nivel de sensibilidad o ganancia requerida para detectar las discontinuidades según sus dimensiones en la pieza de ensayo. La evaluación de discontinuidades se efectúa por comparación de sus indicaciones con las recibidas de una discontinuidad artificial de dimensiones conocidas, a la misma profundidad y en un bloque normalizado de referencia del mismo material. 116

117 Aplicación del Set de Bloques ALCOA Serie A. La aplicación del set de bloques ALCOA Serie A, está basada en que la amplitud del eco de indicación de un agujero de fondo plano, en la zona de campo lejano del haz de un palpador, es proporcional al área del agujero. Entonces, estos bloques son usados para relacionar la amplitud de la señal con el área de la discontinuidad, asumiendo siempre que no existan pérdidas causadas por rugosidad superficial. Cuando se detecta una discontinuidad a la misma profundidad que un agujero de fondo plano; suponiendo que la señal de indicción presente una latra en pantalla similar a la producida por el bloque Nº 5. (diámetro del agujero de fondo plano igual a 5/64 de pulgadas); podremos asegurar que el reflector no es menor en dimensión que la superficie de agujero del bloque Nº 5. Sin embargo, el defecto puede ser mucho mayor en tamaño, pero la rugosidad superficial o la orientación de la discontinuidad no permiten que la porción del haz ultrasónico que choca contra la superficie del reflector sea reflejada contra el palpador en su totalidad. Supongamos que para la verificación lineal de un equipo de ultrasonido se ha elegido un palpador que cubre una pulgada de área a una distancia de tres pulgadas desde la cara del mismo en la zona de campo lejano. Si lo colocamos sobre el bloque Nº 8 (diámetro del agujero de fondo plano igual a 1/8 de pulgada), y llevamos el eco proveniente de la superficie del agujero a una altura de pantalla igual al 80%, si manteniendo la calibración del valor de ganancia del equipo ubicamos el palpador en el bloque Nº1 (diámetro del agujero de fondo plano igual a 1/64 de pulgada), veremos que la altura del eco proveniente del agujero ha disminuido proporcionalmente al área del mismo; o sea, de un 80% bajará hasta un 1,25% por lo que el eco no se observará en pantalla. Si tomamos ahora el bloque Nº 4 (diámetro el agujero de fondo plano igual a 1/16 de pulgada), y manteniendo la calibración existente, colocamos el palpador sobre el mismo 117

118 veremos que el eco se presente con altura de 20% de pantalla. Si no es así, deberán ser chequeadas las condiciones de operación del equipo. Cuando se calibra el equipo ultrasónico para que la altura de respuesta del eco sea de un 80% para el bloque Nº 8, para el resto de los bloques la altura deberá ser: Nº 7 de 61,25%, Nº 6 de 45,0 %, Nº 5 de 31,25 %, Nº 4 de 20,0 %, Nº3 de 11,25 %, Nº 2 de 5,0 % y Nº 1 de 1,25%. Si inicialmente fijamos una altura de eco para el bloque Nº 8 de 100 % en pantalla. La altura para el resto de los bloques será: Nº 7 de 76,56 %, Nº 6 de 56,25 %, Nº 5 de 39,06 %, Nº 4 de 25,0%, Nª 3 de 14,06 %, Nº 2 de 6,25 % y Nº 1 de 1,56 %. Esta es una forma de chequear que la relación entre la altura de los ecos en pantalla sea realmente lineal; manteniendo siempre un margen de error, que se encuentra alrededor de un 12,5 % y es aceptado por los códigos y normas aplicables. Además, como se dijo anteriormente la relación de altura puede ser modificada variando la ganancia u operando el control de atenuación o supresión, presentes en los equipos ultrasónicos que disponen del mismo Aplicación del Set de Bloques ALCOA Serie B. La Calibración de los equipos ultrasónicos mediante el set de bloques ALCOA Serie B, o Hitt, se basa en la relación existente entre la distancia y la amplitud, y es un poco mas complicada que la efectuada por medio del set ALCOA Serie A, o set que relaciona el área de la discontinuidad con la amplitud de la señal de respuesta. Previamente, vamos a calibrar el equipo en distancia, tomando en cuenta la máxima longitud del bloque (5-5075). A tal fin, la distancia a medir horizontalmente en la pantalla será igual a seis pulgadas. Dependiendo del palpador y de su zona de campo cercano tendremos, que para algunos bloques, la altura del eco será deficiente de acuerdo con la ganancia previamente fijada, por 118

119 lo que debemos ubicar el bloque que nos resulte en la altura de eco mayor dentro de la zona de campo lejano. El procedimiento es el siguiente: una vez calibrada la pantalla en distancia (por ejemplo, 6 pulgadas), colocaremos el palpador sobre el bloque de menor distancia (1/16 de pulgada) y llevaremos el eco de respuesta a una altura de 80 % de pantalla; luego ubicaremos el palpador sobre el bloque siguiente (1/8 de pulgada), la ganancia o mejor dicho, el nivel de ganancia deberá ser disminuido hasta que la altura del eco en pantalla sea igual al 80 %; ahora usaremos el bloque siguiente (1/4 de pulgada) y así sucesivamente hasta que obtengamos el bloque que resulte en una altura de eco 80%, y que con la misma graduación de ganancia, sea mayor que la respuesta del resto del set de bloques. Si mantenemos la ganancia seleccionada y probamos con todos los bloques, marcando en la pantalla los puntos de máxima altura de todos y cada uno de ellos, lograremos una curva de corrección distancia-amplitud (DAC-distance-amplitude correction), tal y como se observa en la Figura Figura Curva de corrección distancia-amplitud. La curva de corrección distancia-amplitud es utilizada para definir un nivel de aceptación o rechazo, o bien un nivel de referencia, con respecto a la altura de 119

120 los ecos en pantalla, provenientes de reflectores en la pieza de ensayo, según su distancia o su profundidad en las piezas a ensayar Aplicación del Set de Bloques ASTM E-127. El set de bloques ASMT E-127 es una combinación de bloques de calibración área-amplitud y distancia-amplitud. Por ser una mezcla de los sets de bloques de calibración ALCOA Series A y B, su aplicación es similar a la anteriormente expuesta; sin embargo, está restringida debido a la cantidad de bloques que componen el set. Los bloques, en éste set, se encuentran identificados de la misma forma que los bloques de las series Alcoa A y B, o sea, según el diámetro de la superficie del agujero de fondo plano y de la longitud desde la superficie de contacto hasta la reflectora Aplicación de los Bloques de Referencia I.I.W. Como se dijo anteriormente, los bloques normalizados de referencia I.I.W. ( International Institute of Welding), se utilizan tanto para la calibración en distancia como en sensibilidad, según el Código A.W.S. (American Welding Society), en ensayos mediante la técnica de contacto directo Aplicación del Bloque de Referencia I.I.W. V-1. Su aplicación, en cuanto a palpadores normales, se refiere a la calibración en distancia, para lo cual se utilizan los espesores de una y cuatro pulgadas (ver Figura 6.11 en sus posiciones A y B). Además, en la Figura 6.11 posición C, se muestra la forma como puede ser utilizado para chequear el nivel de resolución de los palpadores normales. 120

121 Figura Aplicación del bloque I.I.W. V-1 para calibración de palpadores normales. En la Figura 6.11 podemos observar tres posiciones para palpadores normales (A, B y C). En la posición A, el palpador está dispuesto a medir una distancia de una pulgada; y en la posición B, cuatro pulgadas. De ésta forma, puede ser efectuada la calibración del instrumento para una distancia mínima de cuatro pulgadas, con una distancia de referencia de una pulgada y la distancia máxima (ver Figura 6.12). En la Figura 6.12, se observan tres ecos. El primero corresponde al eco de emisión o inicial, I; el segundo (ver Figura 6.12ª), identificado con la letra A, indica la distancia equivalente a una pulgada. Nótese que entre el eco inicial y el eco A la distancia es la curta parte de la pantalla, así como los subsiguientes rebotes de fondo. Por último se observa el eco correspondiente a la posición B de la Figura 6.11 (identificado con la letra B en la Figura 6.12b), la distancia entre el eco inicial y el eco B abarca toda la pantalla, y es equivalente a cuatro pulgadas. Es importante hacer notar que cuando el palpador está ubicado en la posición A de la Figura 6.11, únicamente se observarán los ecos inicial y A (ver Figura 6.12ª), con los correspondientes segundo, tercero, cuarto, etc, rebotes de fondo; cuando se ubica en la posición B, se obtendrá el eco B y el eco inicial se mantendrá, tal y como se muestra en la Figura 6.12b. 121

122 Figura Ubicación de los ecos de indicación de una y cuatro pulgadas en pantalla. Una vez efectuada la calibración anterior podremos chequear el nivel de resolución del palpador ubicándolo en la posición C de la Figura 6.11, donde mediremos tres distancias a la vez (3.39 pulgadas, 3.64 pulgadas y 4 pulgadas; o 85 milímetros, 91 milímetros y 100 milímetros), cercanas y escalonadas. Para efectuar el chequeo de resolución, el eco del primer rebote obtenido en la posición A (Figura 6.12ª - eco A) debe ser llevado a una altura de pantalla entre el 50 y 75%, así obtendremos el nivel de referencia. Manteniendo el nivel de ganancia (nivel de referencia) obtenido se procederá al chequeo de resolución. Recordemos que en el CAPITULO 2, Apartado 2.5 Características de los Palpadores, y Apartado Resolución, se expuso que la resolución es la habilidad que presentan los palpadores para identificar y separar las señales de indicación de varios reflectores diferentes y cercanos, en lo que a profundidad se refiere. En la figura 6.13 se muestran los ecos de indicación obtenidos mediante un palpador normal, ubicado en la posición C (chequeo de resolución) de la Figura En el CAPITULO 5, Apartado : Sistema de Ganancia, se muestra el efecto producido por los controles de amplificación contra resolución (ver Figura 122

123 5.15); donde, operando éste control puede mejorarse la resolución de un sistema de ensayo. Figura Ubicación de los ecos de indicación durante el chequeo de la resolución de un palpador normal. Para la calibración y el chequeo de la condiciones de operabilidad de los palpadores angulares, se pueden utilizas tanto el bloque I.I.W. V-1 como el bloque miniatura. En cuanto al bloque I.I.W. V-1, éste puede ser usado para obtener: (1) el punto real de salida del haz ultrasónico; (2) el ángulo real del haz ultrasónico del palpador; y (3) la calibración en amplitud o sensibilidad. El chequeo del punto y del ángulo real de salida del haz ultrasónico, se efectúan toda vez que la zapata plástica desgaste debido al roce superficial con las piezas de ensayo, o cuando el palpador no ha sido utilizado aún. En la Figura 6.14 se muestran las diferentes posiciones de ubicación de los palpadores en el bloque I.I.W. V

124 Figura calibración de palpadores angulares mediante el bloque I I W. El punto real de salida del haz ultrasónico se obtiene colocando el palpador sobre el punto focal ubicado en el bloque I.I.W. V-1 (ver Figura 6.4). Si calibramos el conjunto palpador-equipo a una distancia de cuatro pulgadas en pantalla, por ejemplo, y colocamos el palpador en la posición D de la Figura 6.14, obtendremos un eco de reflexión de pared posterior con el radio de cuatro pulgadas. Al desplazar el palpador sobre la superficie del bloque con un movimiento atrás y adelante, veremos que el eco aumentará y disminuirá su amplitud con el desplazamiento, debemos ubicar el punto en el cual el eco presente su mayor amplitud para así determinar el punto de salida de haz ultrasónico. Adicionalmente, el radio de cuatro pulgadas, utilizado anteriormente para determinar el punto real de salida del haz, puede ser utilizado para calibrar el sistema ultrasónico en cuanto a distancia se refiere. Una vez ubicado el punto real de salida del haz ultrasónico, podemos proceder a determinar el ángulo real del haz ultrasónico del palpador. Si observamos el bloque I.I.W. V-1, presentado en la Figura 6.4, veremos que 124

125 posee indicaciones según el ángulo de cada palpador en sus costados. En la Figura 6.14 se indican dos posiciones C y F, estas posiciones corresponden a las zonas donde se encuentran indicados los ángulos, y las reflexiones respectivas se producirán desde el orificio de diámetro iguala dos pulgadas que posee en su interior un relleno de plástico (plexiglás) a manera de interfase; la posición E para palpadores con ángulo de incidencia entre 40 y 60 grados, y la posición F entre 60 y 70 grados. Al igual que en el caso anterior; si desplazamos el palpador sobre la superficie del bloque observaremos que la amplitud de la indicación varía con el desplazamiento, al obtener el punto de amplitud máxima obtendremos, automáticamente, el valor del ángulo del haz ultrasónico del palpador. La calibración en amplitud o sensibilidad se obtiene clocando el palpador angular en la posición G de la Figura El palpador debe ser desplazado atrás y adelante hasta obtener la respuesta de máxima amplitud desde el orificio de diámetro pulgadas (1,5 milímetros). Una vez obtenida la máxima respuesta se ajusta la ganancia para así determinar el nivel de referencia del sistema. La sensibilidad debe ser ajustada con una altura de pantalla de 80 %, el valor de la ganancia será el nivel de referencia. La evaluación de las indicaciones según el Código A.W.S. (American Welding Society), está referida a las diferencias algebraicas existentes entre los niveles de ganancia de: nivel de indicación, nivel de referencia y factor de atenuación, de la siguiente forma: d = a b c (6.1) Donde: d : Grado de indicación. a : Nivel de indicación. b : Nivel de referencia. c : Factor de atenuación. 125

126 El nivel de indicación es el valor de la ganancia de detección de la discontinuidad. Esto significa que cuando detectamos una disacontinuidad y llevamos su altura máxima de eco a un 80% de la pantalla, el valor de la ganancia será el nivel de indicación. El factor de atenuación se calcula en base a la distancia angular, o la distancia recorrida por el haz ultrasónico desde el palpador hasta la discontinuidad, en pulgadas; según la siguiente ecuación: c = 2 (h 1) (6.2) Donde: c : Factor de atenuación. h : Distancia angular, en pulgadas. El grado de indicación d, obtenido de la ecuación 6.1 será comparado con las tablas de aceptación o rechazo, y clasificado según sea el caso Aplicación de Bloque de Referencia I. I. W. V-2. En la Figura 6.5 se presentó un bloque miniatura. Este bloque presenta la ventaja de ser mas liviano y de menor volumen que el bloque I. I. W. V-1, pero aunque los códigos aplicables no admiten su sustitución, cumple las mismas funciones en cuanto al chequeo del funcionamiento de palpadores angulares, tales como: determinación del punto real de salida del haz, determinación del ángulo real de incidencia del haz y calibración en amplitud o sensibilidad. En éste caso, la determinación del ángulo real de incidencia se realiza utilizando el orificio de 126

127 diámetro 0.06 pulgadas. En la Figura 6.15 se presentan las posiciones de los palpadores según su función en un bloque miniatura. Figura Calibración de palpadores angulares mediante el bloque miniatura. Para la determinación del punto real de salida del haz, similarmente al bloque I. I. W. V-1, se coloca el palpador en la posición D; mientras que tanto para la determinación del ángulo de incidencia como para la calibración en sensibilidad se utilizan las posiciones E y F, la posición E para palpadores con ángulo entre 45 y 60 grados, y la F para palpadores con ángulo mayor a 60 grados. La calibración en distancia puede ser realizada con el bloque miniatura a un mínimo de dos pulgadas en pantalla. Si colocamos el palpador en la posición D y ubicamos el eco de indicación al final de la pantalla (2 pulgadas), luego con el palpador invertido (midiendo hacia el radio de 1 pulgada) ubicamos el eco de respuesta en el centro de la pantalla. Así, operando los controles de desplazamiento y dilatación de la imagen en pantalla e invirtiendo el palpador hacia los radios de 1 y 2 pulgadas, llegará el momento en el cual se obtendrán los ecos en las posiciones deseadas. 127

128 En la Figura 6.16 se muestra la ubicación de los ecos al calibrar el equipo a una distancia de cuatro pulgadas y ubicando el palpador en la posición señalada. Nótese que el eco señalado con el número 1 corresponde a la respuesta obtenida de la superficie con radio de una pulgada; sin embargo, por efecto de la interfase ubicada entre bloque y palpador, parte de la onda ultrasónica continuará su recorrido hasta la superficie ubicada a dos pulgadas de radio, será reflejada en (2) y retornará a la interfase palpador-bloque, pero por la diferencia existente entre os ángulos de la onda y del palpador no será detectada. Igualmente por efecto de la interfase, parte de la onda viajará hacia el radio de una pulgada, será reflejada en 1 y detectada por el palpador. El eco de indicación correspondiente es el señalado con el número 2, ubicado a cuatro pulgadas del eco inicial. Figura Calibración en distancia a cuatro pulgadas para palpadores angulares con el bloque miniatura. Si ahora calibramos el equipo a una distancia igual a cinco pulgadas y ubicamos el palpador tal y como se observa en la Figura 6.17, obtendremos de la misma forma los ecos correspondientes a las distancias de dos y cinco 128

129 Figura Calibración en distancia a cinco Pulgadas para palpadores angulares Con el bloque miniatura. Pulgada (ecos 1 y 2). Cuando la calibración es mayor a cinco pulgadas, por cálculo matemático se puede obtener la posición correspondiente en pantalla de acuerdo a la distancia. En éste caso, los ecos se obtendrán a dos, cinco, ocho, once, etc, pulgadas de distancia en la pantalla del equipo ultrasónico; mientras que en el caso anterior, los ecos de indicación se observarán a una, cuatro, siete, diez, etc, pulgadas de distancia en pantalla Aplicación del Bloque de Referencia I. I. W. para Calibración en Resolución. El bloque de referencia I.I.W. para calibración de palpadores angulares se utiliza con el fin de chequear la resolución o el nivel de resolución de los palpadores angulares. En éste caso, se presentan tres superficies curvas (agujeros cilíndricos pasantes) a distancias diferentes pero cercanas. El objetivo es que los ecos de indicación de las tres superficies sean claros y separados y así, resolver cada eco con respecto al siguiente. Cuando hablamos de la aplicación del bloque de referencia I.I.W. V-1, para palpadores normales (ver Figura 6.11 posición C), se dijo que un palpador con 129

130 buena resolución debe presentar un oscilograma como el mostrado en la Figura 6.13, correspondiente a la posición C de la Figura En el presente caso ocurre exactamente lo mismo, la calidad del oscilograma debe ser similar para considerar que el palpador, angular en este caso, posee un buen nivel de resolución Aplicación de los bloques especiales. Entre los bloques especiales, anteriormente descritos, se consideran: A.P.I. (American Petroleum Institute), A.S.M.E. (American Society for Mechanical Engineer) y el Bloque Escalonado Aplicación según A.P.I. 5L. Según el Instituto Americano del Petróleo (API American Petroleum Institute), en su Especificación API 5L, el bloque de referencia debe presentar entalladuras tanto en la superficie superior como en la inferior, o agujeros pasantes tal y como se muestra en la Figura 6.6. Las entalladuras deben ser paralelas al eje de la soldadura, y estarán separadas la distancia suficiente como para producir señales fácilmente distinguibles entre sí. Los agujeros pasantes deben ser perforados, a través de la pared, perpendicularmente a la superficie. Los criterios de aceptación o rechazo nos remiten a la comparación de la altura de los ecos en pantalla, entre las indicaciones provenientes de las discontinuidades creadas en el bloque de referencia y las ubicadas en la pieza de ensayo, según la siguiente tabla: 130

131 PROCESO DE TIPO DE EFECTO SOLDADURA ENTALLA AGUJERO LIMITE DE ACEPTACIÓN SOLDADURA N5 1,60 mm 100% POR ARCO SUMERGIDO OTRA 3,20 mm 33% SOLDADURA N10 V 3,20 mm 100% RESISTENCIA ELECTRICA B - P % Tabla 6.2. Criterios de aceptación o rechazo Según la especificación API 5L. Los tipos de defectos se refieren a los presentados en la Figura 6.7; y los límites de aceptación corresponden al porcentaje de altura de los ecos provenientes de la pieza de ensayo respecto de los obtenidos del patrón de referencia. Por ejemplo, si en juntas realizadas mediante el proceso de arco sumergido calibramos con un agujero pasante de diámetro 1,60 mm y ubicamos el eco de respuesta a un 80 % de altura de pantalla, cualquier indicación proveniente de la pieza de ensayo que sobrepase éste valor será rechazada (mayor que el 100 %) Aplicación del Bloque de Calibración A.S.M.E. La Sociedad Americana de Ingeniería Mecánica (ASME American Society for Mechanical Engineer) en los Artículos 4 y 5 de la Sección V Examinación No Destructiva (Section V Nondestructiva Examination) del Código de Calderas y Recipientes a Presión (Boiler and Pressure Vessel Code), define el uso de las curvas de corrección distancia-amplitud (DAC Distance-Amplitude Correction) creadas a partir de señales de indicación provenientes de los agujeros ubicados a ¼, ½ y ¾ del espesor del bloque presentado en la Figura 6.8. La calibración del sistema se realiza obteniendo señales de indicación de todos y cada uno de los agujeros para el recorrido total del haz ultrasónico en su 131

132 zona de interés. Así, se obtendrán ecos de indicación de: ¼ T, ½ T, ¾ T, 5/4 T, 3/2 T Y 7/4 T, para crear la curva DAC (100 % DAC). El procedimiento de obtención de la curva DAC, es el siguiente: - Dependiendo del espesor de la pieza a ensayar, se debe calibrar la distancia de recorrido en pantalla. La calibración se hará mediante la siguiente ecuación: 2 e h = (6.3) cosα Donde: h : Distancia angular. e : Espesor de la pieza. α : Angulo del palpador. Aplicado ésta ecuación, obtendremos la distancia de recorrido del haz ultrasónico para un paso completo. - Se debe obtener, ahora, el eco de indicación de cualquiera de los agujeros, que resulte en la mayor altura de pantalla y lo ubicaremos a un 80 %. Trazaremos el punto en la pantalla. - Al obtener la altura de ecos de los restantes agujeros se deben trazar en pantalla sin modificar el nivel de ganancia obtenida 80% en el paso anterior. - Dibujar en la pantalla la curva que una que una los puntos obtenidos y trazados anteriormente. Esta curva es la 100% DAC (ver Figura 6.18). 132

133 - Siguiendo el procedimiento anterior, trazar sobre la pantalla una curva que represente una disminución del 50% (6 db) respecto de la curva 100% DAC. Esta curva se denomina 50% DAC (ver Figura 6.18). Los criterios de aceptación o rechazo están referidos a discontinuidades cuyos ecos de indicación superen, en altura, la curva 50% DAC y estén por debajo de la curva 100% DAC; o superen también la curva 100% DAC. Sin embargo, depende de las dimensiones y del tipo de pieza sometida a examinación. Figura Realización de las curvas de corrección distancia-amplitud 50 y 100 % DAC. 133

134 Aplicación de Bloque Escalonado. Los palpadores E - R, cuando son utilizados con equipos de presentación A scan (ver CAPITULO 5 Apartado 5.2.1), son calibrados utilizando patrones que presenten, como mínimo, dos espesores diferentes entre los cuales se encontrará el rango de espesores a medir (ver Figura 7.1). Sin embargo, se encuentran en el mercado patrones de calibración escalonados, los cuales presentan escalones con diversas medidas destinados a la calibración (ver Figura 6.19). Fig Calibración de palpadores E R para medición de espesores. La calibración de palpadores E R para medición de espesores se realiza de la siguiente forma: 134

135 - Seleccionar el rango de distancia profundidad a medir (en la Figura 6.19, el rango seleccionado es de 10 milímetros); - Colóquese el palpador en la posición (a) (3 milímetros) y ubíquese el eco en la posición deseada; - Colóquese el palpador en la posición (b) (6 milímetros) y ubíquese el eco en su posición en pantalla. Los pasos (2 y 3) deben ser efectuados cuantas veces sea necesario hasta que ambos ecos estén en su posición correspondiente. En éste momento, el sistema equipo-palpador estará listo para medir con precisión espesores dentro del rango seleccionado (3 a 6 mm) RELACION ENTRE LA ALTURA DE INDICACIONES. Cuando operamos el control de ganancia de un equipo ultrasónico, observamos que la altura de los ecos de indicación varia de acuerdo con la cantidad de decibeles. Esta variación puede ser calculada algebraicamente, de manera que podemos conocer con exactitud la cantidad de decibeles que deberán ser aumentados o disminuidos para llevar la altura de un eco a mayor o menor posición. Hasta llevar la altura de un eco a mayor o menor posición. Esta relación nos indica que un decibel es igual a veinte veces el logaritmo decimal de la relación de altura del 0 los ecos de indicación. Esta relación queda definida por la ecuación: H Log H 2 δ 20 (6.4) H = 1 Donde: δh : Valor en db de la diferencia de altura entre dos ecos. H 2 : Altura final de la indicación o del segundo eco. H 1 : Altura inicial de la indicación o altura del primer eco. 135

136 Es posible formular ésta ecuación en función de la diferencia de altura de los ecos de indicación, de la siguiente forma: H H 2 1 = δ ( 10 H )20 De la misma forma, existen ciertas ecuaciones que definen la relación existente entre la altura de los ecos de indicación con la diferencia en distancia o tamaño del reflector Relación Entre Altura de Indicación y Distancia de Pared Posterior. La relación existente entre la variación de la altura de los ecos de indicación y la variación de la distancia del palpador a la pared posterior es inversamente proporcional, ya que a menor distancia mayor altura de eco, manteniendo siempre el mismo nivel de ganancia. Esta relación queda definida por la ecuación: H 2 s = 1 (6.6) H 1 s 2 Donde: H 2 = Altura del eco de indicación correspondiente a la distancia s 2. H 1 = Altura del eco de indicación correspondiente a la distancia s 1. S 2 = Distancia de recorrido del haz ultrasónico correspondiente al eco H 2. S 1 = Distancia de recorrido del haz ultrasónico correspondiente al eco H

137 Relaciones Entre Altura de Indicación y Agujero Cilíndrico Transversal. Existen dos ecuaciones que relacionan la variación de la altura de los ecos de indicación con los agujeros cilíndricos transversales (TCH Transverse Cilindrical Hole). La primera, relaciona la variación de la altura de los ecos de indicación con la variación de la distancia de recorrido del haz ultrasónico a través del material hasta el agujero cilíndrico transversal, la ecuación es la siguiente: H H 2 1 s = s 1 2 1,5 (6.7) La segunda, relaciona la variación de la altura de los ecos de indicación con la variación del diámetro del agujero cilíndrico transversal, manteniendo la distancia de recorrido constante. Esta relación queda definida por la ecuación: H H 2 1 D = D 2 1 0,5 Donde: D 2 : Diámetro del TCH correspondiente al eco de indicación H 2. D 1 : Diámetro del TCH correspondiente al eco de indicación H Relaciones Entre Altura de Indicación y Agujero de Fondo Plano. Existen dos ecuaciones que relacionan la variación de la altura de los ecos de indicación con los agujeros de fondo plano (FBH Flat Bottom Hole). La primera, relaciona la variación de la altura de los ecos de indicación con la 137

138 variación de la distancia de recorrido del haz ultrasónico a través del material hasta el agujero de fondo plano, de la siguiente manera: La segunda, relaciona la variación de la altura de los ecos de indicación con la variación del diámetro del agujero de fondo plano, manteniendo la distancia de recorrido constante. Esta relación queda definida por la ecuación Relación Entre las Superficies Reflectoras de TCH con FBH. Cuando procedemos a calibrar los sistemas ultrasónicos, a menudo es necesario realizar patrones de calibración que presenten agujeros de fondo plano como requisito para la comparación de los ecos de respuesta de la pieza de ensayo. Resulta difícil la realización de éste tipo de superficies reflectoras, sobre todo cuando éstos deben ser mecanizados sin las maquinarias adecuadas y en cortos períodos de tiempo. Sin embargo, teniendo la posibilidad de sustituir las superficies reflectoras de fondo plano (FBH) por superficies reflectoras cilíndricas (TCH), las cuales son mas fáciles de mecanizar, podemos obtener resultados similares. La siguiente ecuación demuestra que es posible sustituir los agujeros de fondo plano por 138

139 agujeros cilíndricos transversales, ubicados a la misma distancia, tomando en cuenta tanto la longitud de onda como la distancia de recorrido del haz ultrasónico. Es importante hacer notar que ésta ecuación es válida únicamente en la zona de campo lejano del haz, así: FBH = 2 λ TCH s π (6.11) Donde: FBH : Diámetro del orificio de fondo plano. λ : Longitud de onda. TCH : Diámetro del agujero cilíndrico transversal. S : Distancia de recorrido del haz ultrasónico. 139

140 TIPOLOGÍA DE LAS INDICACIONES ULTRASÓNICAS. A lo largo de la exposición realizada sobre las técnicas operatorias, aplicadas primordialmente a la detección de discontinuidades en los materiales, no se ha tomado en cuenta el problema de la interpretación de las indicaciones que aparecen en pantalla. Producida la indicación, mediante la técnica operatoria adecuada, es preciso interpretarla. La interpretación consiste en hallar la correlación entre la indicación observada con la propia naturaleza, morfología, orientación, posición y tamaño de la discontinuidad; es decir, la interpretación es el dictamen sobre que es lo que da motivo a una indicación. Sin embargo, se debe ser cuidadoso, pues, algunas veces los ecos observados en pantalla no corresponden a discontinuidades presentes en la pieza de ensayo. La interpretación es, pues, una función de importancia primordial y su responsabilidad recae de lleno en el experto en los ensayos no destructivos por ultrasonido (ver Introducción Apartado i.4, Niveles I y II). En los ensayos por el método de pulso-eco con representación de las indicaciones en la pantalla tipo A-scan, hay que resaltar la dificultad que supone la interpretación adecuada de éstas indicaciones, ya que son originadas por reflectores de características, en principio, desconocidas. La única información de que se dispone para su identificación es precisamente la indicación de su eco en pantalla, la cual se deberá analizar cuidadosamente en todos sus parámetros, entre los que cabe destacar: - Distancia de la indicación al origen de la pantalla, - Altura de la indicación, - Forma de la indicación, - Cambio que experimenta al mover el palpador, y - Variación que sufre con la frecuencia de ensayo. 140

141 De los resultados de éste análisis, se deberán extraer conclusiones acerca de la naturaleza, morfología, orientación, posición y tamaño de la discontinuidad que ha dado lugar al eco. La indicación del eco de una discontinuidad es, pues, una imagen abstracta de la misma. Indudablemente, nada ayudará tanto al interesado como su propia experiencia en la resolución de problemas reales y prácticos mediante ensayos por ultrasonido, y sus conocimientos sobre la tecnología de lo materiales y sobre los procesos o las condiciones de servicio a que ha sido sometida la muestra de ensayo, es decir, sobre el historial de la misma. Antes de continuar, es importante aclarar conceptos acerca de las indicaciones que pueden presentarse durante la ejecución de los ensayos ultrasónicos, así como los diferentes tipos de discontinuidades DIFERENCIA ENTRE REFLECTOR, DISCONTINUIDAD Y DEFECTO. Generalmente se hable de defecto, entendiendo por esto todo eco de indicación que aparece entre el eco de emisión y el de fondo; ésta argumentación es totalmente incorrecta. Lo correcto es hablar de reflectores, entendiéndose por éste término, todo lo que origina un eco de indicación, es decir, una reflexión del sonido; según ésta definición, tanto puede ser un reflector una pared de fondo como un cambio de sección, una perforación o una grieta que pueda presentar la pieza bajo ensayo; en fin, cualquier superficie que origine un eco. Dentro de éstos casos, existen los reflectores propios de la pieza, es decir, los que por disposición constructiva o por geometría de la pieza, originan 141

142 reflexiones del sonido. Estos reflectores, no pueden ser llamados defectos, ya que son propios de la pieza, o sea, superficies límites. A todo eco de indicación o reflexión del sonido producido por cualquier otra causa que no sean las anteriores, se les debe tratar como discontinuidades, o sea, son reflectores que no son propios de la geometría de la pieza y, por tanto requieren una mayor atención. Una vez detectadas y localizadas las discontinuidades, hay que estudiar su posible origen, y seguidamente ver si ésta discontinuidad pone en peligro la función que ésta pieza o elemento vaya a realizar y, por tanto, la hace inapropiadas; en éste caso si podemos hablar de defectos. La decisión sobre la peligrosidad de una discontinuidad no pude depender del operario del equipo, sino que éste debe disponer de una especificación exacta, en la cual, se le debe informar sobre los criterios de evaluación de tales discontinuidades, de forma que basándose en éstos pueda determinar si la discontinuidad localizada es un defecto. En resumidas cuentas, las discontinuidades son reflectores que pueden ser defectos o no. Los ecos de indicación originados por una pared opuesta, una perforación o cualquier otra característica constructiva de la pieza sometida a verificación, no son discontinuidades Reflectores Pequeños y Grandes. Una vez vista la diferencia entre reflector, discontinuidad y defectos, y ante la importancia que éstos tienen, conviene, además, definirlos de una forma 142

143 cuantitativa, es decir, aparte de señalar su posición, hay que definir también su forma, orientación y tamaño. En cuanto a su tamaño, conviene compararlos con algún valor conocido; éste puede ser en principio la forma o geometría del haz que puede, en todo Fig Comparación entre los ecos de indicación de reflectores pequeños y grandes. momento, ser determinada. Es decir, podemos clasificar las discontinuidades diciendo que son mayores o menores que el haz sonoro, según como se muestra en la Figura 7.1. En la Figura 7.1 se muestra la comparación entre los ecos de indicación de reflectores grandes y pequeños. Nótese, tanto la reducción comparativa entre los ecos de indicación de pared de fondo entre las Figuras 7. la y 7.1b, como su desaparición en la Figura 7.1c. También se puede observar que en la Figura 7.1c se encuentra oculto, al haz ultrasónico, un reflector pequeño. 143

144 La orientación y forma del reflector pueden determinarse por el empleo sucesivo de varios palpadores, con diferentes ángulos de refracción, o con diferentes frecuencias. Mediante el cambio de altura del eco de indicación de un reflector, se puede saber la orientación y forma del mismo, así como su extensión transversal con respecto al eje del haz sonoro. En el caso de reflectores grandes, o sea, reflectores que tengan un tamaño y forma mayor que el haz sonoro, no existe tanta dificultad a la hora de determinar su forma y orientación, así como la evaluación de su tamaño. Sin embargo, en el caso de reflectores pequeños, hay que emplear otro sistema de evaluación. Hay que tener en cuenta que una parte del haz sonoro pasa lateralmente por los reflectores pequeños, por cuyo motivo se obtienen ecos, tanto del reflector como de la pared posterior, en caso de existir. Lógicamente, la profundidad del reflector puede determinarse con el equipo perfectamente ajustado en un campo apropiado. La altura del eco intermedio, o de discontinuidad, nos informará acerca del tamaño del reflector, si se compara dicha altura con la altura del eco de fondo, teniendo en cuenta la relación entre la altura de los ecos y la distancia entre palpador y reflector CLASIFICACIÓN DE LAS DISCONTINUIDADES. Las discontinuidades, de acuerdo a su origen, pueden clasificarse en tres grandes grupos: - Discontinuidades inherentes. - Discontinuidades de proceso o fabricación. - Discontinuidades de servicio Discontinuidades Inherentes. 144

145 Las discontinuidades inherentes son todas aquellas que se originan durante la solidificación del material. Ejemplos de éstas son: rechupes, grietas de solidificación, porosidades, gotas frías, laminaciones, etc. Durante el proceso de fabricación de piezas fundidas pueden ocurrir discontinuidades por interrupción de vaciado, gotas frías, o se pueden observar grietas superficiales o de contracción, vacíos de contracción, agujeros, bolsas de gas, porosidades, inclusiones de escoria o arena, etc Discontinuidades de Proceso o Fabricación. Las discontinuidades ocurridas durante los procesos de fabricación, como su mismo nombre lo indica, son aquellas que se originan durante los procesos de manufactura, tales como: laminación, forja, estrusión, soldadura, tratamientos térmicos, revestimientos metálicos, etc. Durante la laminación de planchas, pueden ocurrir laminaciones por efectos de bolsas de gas aplastadas por el proceso. Además, pueden ocurrir también variaciones de espesor, agujeros, orificios y defectos superficiales. El proceso de forja puede producir, a su vez, una serie de discontinuidades, tales como: pliegues, inclusiones, grietas, fisuras, corte y hendiduras. Durante los procesos de soldadura se pueden crear ciertas discontinuidades. Ejemplos de éstas discontinuidades son: inclusiones de escoria, grietas de contracción, faltas de fusión, porosidades, faltas de penetración, etc. En el Capítulo 8 se ampliará la información acerca de las discontinuidades y la inspección de soldaduras Discontinuidades de Servicio. 145

146 Las discontinuidades de servicio abarcan todas aquellas relacionadas con las condiciones de servicio, tales como: corrosión, erosión, fatiga, etc. La corrosión puede ser definida, en pocas palabras, como el deterioro de un material mediante reacciones químicas o electroquímicas con el ambiente al cual está expuesto. La corrosión puede provocar la disminución desigual del espesor. En los bordes de grano de la estructura metalúrgica, puede ocurrir un fenómeno conocido como corrosión intergranular. También se pueden producir grietas sumamente pequeñas o microgrietas por el fenómeno conocido como corrosión bajo tensión. Por su parte, la erosión se define como la destrucción de materiales por la acción abrasiva de fluidos en movimiento, generalmente acelerada por la presencia de partículas sólidas o materia en suspensión. Su efecto se refleja en una disminución del espesor de la pieza. La fatiga es un fenómeno que origina la fractura de un material sometido a esfuerzos repetidos o fluctuantes, con un valor esfuerzo máximo (esfuerzo de rotura), menor que el límite elástico del material. Las fracturas por fatigas son progresivas, empezando como fisuras diminutas que crecen bajo la acción del esfuerzo fluctuante. La fatiga produce una disminución de las propiedades elásticas del material; por plasticidad, se producirá la fractura final INTERPRETACIÓN DE LAS INDICACIONES. Como se dijo anteriormente, la interpretación de las indicaciones que se presentan en la pantalla de un equipo de ultrasonido, requiere del conocimiento de una serie de factores que permitirán su clasificación Tipos de Discontinuidades. 146

147 Las posibilidades de detección de una discontinuidad por ultrasonido, depende de sus propias características, de las del material que las contiene y de los parámetros de ensayo. Analizaremos brevemente éstos factores, recordando algunos conceptos Características de las Discontinuidades. Las discontinuidades vienen definidas, principalmente, por su naturaleza, morfología, orientación, posición y tamaño Naturaleza de las Discontinuidades. La naturaleza de las discontinuidades influye sobre su impedancia acústica. Más que su valor absoluto, interesa su relación con la impedancia acústica del medio que la rodea. Si ambas impedancia son similares, la reflexión en la superficie limite será débil, lo que dará lugar a una menor altura de la indicación del eco o, incluso, a su no aparición Características del palpador. Los palpadores se caracterízan por su frecuencia, diámetro y poder de resolución. El diámetro junto con la frecuencia, determina la longitud del campo cercano y la divergencia del haz (ver capítulo 2, apartado 2.2). Si el campo cercano es largo, el palpador tendrá buena sensibilidad para detectar pequeñas discontinuidades situadas lejos de él. En general, será difícil detectar discontinuidades pequeñas que estén situadas a una distancia superior a tres veces la longitud del campo cercano. 147

148 La posibilidad de emplear palpadores de mayor diámetro o de mayor frecuencia esta limitada, en la practica, por las disponibilidades del mercado, por la superficie útil de apoyo del palpador en las muestras o por el aumento de la atenuación. Así, para muestras de grandes dimensiones, se utilizarán palpadores de gran diámetro, eligiendo los más pequeños y de elevada frecuencia, sólo para ensayos de hasta 100 mm de distancia. El poder de resolución esta muy influido por el tipo de cristal piezoeléctrico y por ciertas características constructivas del palpador, entre las que cabe destacar la amortiguación de la vibración del cristal una vez concluido el impulso eléctrico. Si el cristal esta insuficientemente amortiguado, el poder de resolución disminuye, sobre todo, en distancias cortas, al aumentar la anchura de la señal de emisión Detección e Identificación de una Discontinuidad. Mediante las técnicas operatorias descritas en el capítulo 5, podemos suponer detectada la discontinuidad, que habrá dado lugar a la indicación de su eco en la pantalla. Esa indicación es la única imagen de que se dispone de la discontinuidad y será preciso un cuidadoso análisis de la misma para interpretarla, es decir, tratar de deducir las siguientes características de la discontinuidad: Morfología (plana, cilíndrica, esférica, rugosa, irregular), Orientación (respecto al haz ultrasónico: perpendicular u oblicua), Posición, Tamaño, y Naturaleza (grieta, escoria, poro, cavidad, hoja, etc.) Morfología de la discontinuidad 148

149 La forma del eco de indicación, puede proporcionar alguna información acerca de la morfología de la discontinuidad. Si el eco de la indicación alcanza su altura total en pocos escalones (nodos de alta frecuencia), normalmente, suele proceder de un reflector plano irradiado en dirección próxima a la perpendicular a dicho plano. Por el contrario, si la discontinuidad no es plana o es irregular o, siendo plana y rugosa, no se irradia perpendicularmente, la elevación del eco de indicación puede ser más gradual, resultando, pues, mas ancha. Este mismo tipo de eco de indicación, puede provenir de pequeñas discontinuidades aisladas muy próximas, formando una agrupación de morfología esférica o cilíndrica. Cuando se utilizan palpadores de incidencia normal a la superficie, suele ser difícil la detección de la discontinuidad desde diversos ángulos, por lo que la información acerca de su morfología no será muy completa. Sin embargo, si se utilizan palpadores angulares, es posible, con frecuencia, irradiar la discontinuidad desde diversos puntos o ángulos, lo que permite mayor precisión en la determinación de su morfología. La forma de la curva envolvente de los picos de las indicaciones móviles obtenidas al mover el palpador, puede proporcionar una idea acerca de la morfología del reflector. En ensayos con palpadores angulares, las discontinuidades se pueden clasificar dentro de tres categorías simplesñ Planas, Figura 7.2, Cilíndricas, Figura 7.3, y Esféricas, Figura 7.4. No siempre será posible una clasificación tan simple, ya que las discontinuidades naturales no suelen tener una forma definida, pero se habrá dado un gran paso en la determinación de su morfología si se logra un dictamen de este tipo. 149

150 Otro método que permite determinar la morfología del reflector es su análisis a distintas frecuencias. De ésta la superficie límite será débil, lo que dará lugar a una menor altura de la indicación del eco ó, incluso, a su no aparición Morfología de las Discontinuidades. La configuración geométrica e las discontinuidades es importante, en cuanto afecta a la cantidad de energía reflejada y, en consecuencia, sobre la altura y la forma de la indicación, Así, una discontinuidad de tipo esférico y de superficie rugosa, puede pasar desapercibida (a determinada frecuencia) a causa de la dispersión de energía que provoca Orientación de las Discontinuidades. Deberá ser tal que permita alguna reflexión del haz en la dirección adecuada. La orientación óptima se produce cuando el plano principal de la discontinuidad es perpendicular al eje del haz ultrasónico. Una discontinuidad de morfología plana, con orientación paralela al haz ultrasónico no dará, prácticamente, lugar a un eco Posición de las Discontinuidades. Si la distancia a que se encuentra la discontinuidad es suficientemente grande, su eco pude llegar a confundirse con el ruido de fondo y pasar inadvertida. Evidentemente, a medida que sea mayor su tamaño, mayor será la distancia a que tengas lugar la pérdida de la indicación. Por otra parte, la discontinuidad puede ser o no accesible al haz ultrasónico como consecuencia de la forma de la muestra. 150

151 Tamaño de la Discontinuidades. En general, deberá ser igual o mayor que las semilongitud de onda del haz ultrasónico. Un disco plano, de diámetro igual a la mitad de la longitud de onda, sólo será detectable en condiciones muy favorables, por lo que, en la práctica, ésta dimensión se considera como límite inferior de sensibilidad Características del Material. Las características del material que mas afectan al ensayo por ultrasonido, son su impedancia acústica, su coeficiente de atenuación y el estado superficial de la muestra Impedancia Acústica. Influye, sobre todo, según se ha dicho, su relación con la impedancia acústica de la discontinuidad (ver Capitulo 3, Apartado 3.2) Coeficiente de Atenuación. Los fenómeno de absorción y dispersión de la energía en el seno del material limitarán, por un lado, la distancia que podrá ser alcanzada para un nivel dado de sensibilidad y, por otro, producirán ruido de fondo que, en su caso, podrá enmascarar las indicaciones de los ecos de las pequeñas discontinuidades Estado Superficial. Será deseable que la muestra tenga un acabado fino, a fin de que las pérdidas de energía en la transmisión sean mínimas, pero ésta circunstancia no siempre se presenta en la práctica. Si la superficie posee una rugosidad de media longitud de onda, la penetración de las ondas en el material puede no tener lugar, por lo que deberá amolarse o lijarse la superficie para alcanzar la sensibilidad requerida en el ensayo (ver Capítulo 3, Apartado ). 151

152 Parámetros de Ensayo. En los Capítulos 1 y 2 fue analizada la influencia de la frecuencia y de las características del palpador sobre los parámetros de ensayo: longitud del campo cercano, divergencia del haz, penetración, sensibilidad y poder de resolución Frecuencia. Dada su relación con la longitud de onda, su influencia será decisiva en cuanto a la detectabilidad de discontinuidades pequeñas. Por otra parte, si para alcanzar niveles altos de poder de resolución se utilizan frecuencias de ensayo elevadas, se corre el riesgo de que, al aumentar excesivamente el coeficiente de atenuación, se pierda tanto poder de penetración que el ensayo resulte inviable. (FALTA PAGINA SIGUIENTE) 152

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156 Orientación de la Discontinuidad. Para determinar la orientación de una discontinuidad, respecto del haz ultrasónico o de la superficie de exploración, será preciso examinarla desde tres ángulos distintos, si bien puede bastar con dos en algunos casos. Si se conoce el historial de la muestra y la naturaleza de las discontinuidades que puede presentar, puede ser suficiente la exploración desde un solo ángulo. Concluyendo: como regla general, el eco será máximo cuando el haz ultrasónico sea perpendicular al plano principal de la discontinuidad Posición de la Discontinuidad. La determinación de la posición de una discontinuidad es sencilla en el caso de incidencia normal y algo mas compleja en el caso de incidencia angular. En ambos casos, es necesaria una calibración previa de la base de tiempo del equipo, de manera que permita una lectura rápida de la distancia recorrida por el haz ultrasónico en base al tiempo transcurrido entre el impulso acústico y la reflexión del eco de indicación Incidencia Normal. Si no se presenta reflexiones internas en la muestra debido a su forma compleja, la determinación de la `posición de la discontinuidad es simple, ya que estará situada en el eje del haz (para cerciorarse de esto es suficiente mover el palpador, lentamente y en todas las direcciones posibles, hasta obtener la indicación de máxima amplitud) y a una distancia de la superficie proporcional a aquella a la que se presenta la indicación del eco en la pantalla. La relación de proporcionalidad se fija, en la calibración en distancia del equipo, con una muestra 156

157 de espesor conocido y, a ser posible, de idéntica naturaleza a la muestra objeto bajo ensayo (ver Capítulo 6, Calibración de los Sistemas Ultrasónicos). Si por la forma compleja de la muestra de ensayo se presentan reflexiones internas del haz, lo mas indicado será realizar un dibujo o croquis a escala de la sección recorrida por el haz y, sobre el, reconstruir la trayectoria según las leyes de reflexión, de manera que se pueda llevar la distancia y obtener así la posición de la discontinuidad. En ciertos ensayos, éste trazado puede resultar muy complicado, debido a la aparición de indicaciones de ecos provocados por conversiones o transformaciones de onda (ver Capítulo 3 Apartado 3.3.2, Modos de Conversión) con los consiguientes cambios en la velocidad de propagación Incidencia a Angular. En el caso de incidencia angular, resulta mas compleja la determinación de la posición de las discontinuidades, por lo que se debe hablar de casos específicos. Siendo la inspección de soldaduras una de las aplicaciones mas amplias dentro de las relativas a la detección de discontinuidades, en el Capítulo B se dedica con sumo detenimiento a éste respecto. Así, mas adelante e realizará una descripción amplia sobre la detección y ubicación de las diferencias discontinuidades que pueden presentarse en soldaduras Ondas de Superficie. En éste caso, la localización de la discontinuidad no presentará problemas, ya que siempre estará en la superficie y a una distancia del palpador que se puede leer directamente sobre la pantalla, si previamente ha sido calibrado el equipo mediante discontinuidades artificiales realizadas en piezas patrones. Sin embargo, la rugosidad superficial puede alterar o provocar indicaciones falsas, por lo que se debe tener cuidado. 157

158 Tamaño de la Discontinuidad. La determinación del tamaño de una discontinuidad es, sin duda, el aspecto mas controvertido de la interpretación y el que ha dado lugar a mas trabajos de investigación. Especialmente, cuando se trata de una discontinuidad cuyo tamaño es menor que la sección transversal del haz ultrasónico. Por ésta razón, en el Apartado se analiza extensamente éste problema Naturaleza de la Discontinuidad. Hemos dejado para el final la discusión de la determinación de la naturaleza de una discontinuidad, porque su diagnóstico debe venir informado previamente con los datos obtenidos del ensayo y relativos a la morfología, orientación, posición y tamaño de la discontinuidad. No se podrá asegurar, por ejemplo, que el reflector es una grieta a menos que, previamente, se haya comprobado que su morfología tiende a ser o es plana. Pero, por su naturaleza, las discontinuidades se pueden presentar como un vacío en el material (grietas, rechupes, cavidades, poros, etc.) o como impurezas, esto es, un cuerpo extraño en el material (escoria, inclusiones, segregaciones, etc.). Desde el punto de vista de su detección por ultrasonido recordamos que, aunque sus impedancias acústicas son muy distintas, su diferenciación puede llegar a ser engorrosa. Aquí, una vez mas, son de gran utilidad los conocimientos sobre tecnología de materiales, de sus procesos y el disponer del historial completo de la muestra. 158

159 Aún así, se presentan dificultades a la hora de dictaminar sobre la naturaleza de una discontinuidad dada. Por ejemplo, en una unión soldada puede ser difícil distinguir entre una falta de penetración y una grieta longitudinal en la raíz, o una falta de alineación oculta y una falta de fusión en la raíz. En los casos que se requiera de una interpretación correcta sobre la naturaleza de una discontinuidad, se puede recurrir, si es factible, al empleo de otros ensayos no destructivos que complementen la información obtenida mediante un ensayo por ultrasonido. Si se trata de la puesta a punto de un proceso de inspección de una producción, será aconsejable recurrir a ensayos destructivos sobre muestras preseleccionadas Criterios y técnicas Operatorias para la Determinación del Tamaño de las Discontinuidades. Desde el punto de vista del ensayo por ultrasonido, se establece una primera clasificación del tamaño de las discontinuidades en muy grandes y normales, sobre la base de que sean, respectivamente, mayores o menores que la sección transversal del haz ultrasónico; ya que, según que la discontinuidad pertenezca a uno u otro tipo, la determinación de su tamaño se realiza por diferentes técnicas operatorias Discontinuidades Mayores que la Sección Transversal del Haz Ultrasónico. Se determina su tamaño desplazando el palpador por la superficie de la pieza, de manera que quede trazado el contorno de la proyección de la discontinuidad sobre dicha superficie. 159

160 Esta técnica se suele denominar de exploración dinámica, en contraste con la de exploración estática (sin movimiento del palpador) que se realiza para la determinación del tamaño de discontinuidades que hemos denominado normales, es decir, menores, que la sección transversal del haz ultrasónico. En la Figura 7.5 se representa la variación de las alturas de las indicaciones de los ecos de pared posterior y de la discontinuidad, al mover el palpador desde una Figura 7.5. Variación de las alturas de los ecos de pared posterior y discontinuidad. 160

161 zona sana a otra defectuosa. La indicación de la discontinuidad alcanza una altura máxima, que se mantiene constante si la discontinuidad se irradia perpendicularmente a su plano principal y si presenta además, reflexión especular (ver Figura 7.5ª). Una discontinuidad muy grande de forma arbitraria (grietas oblicuas o cavidades de contracción) se puede explorar de igual manera, siempre que sea posible observar la variación de la altura del eco de indicación de pared posterior que seguirá siendo regular, disminuyendo a la mitad de su valor cuando el eje del haz toca el borde de la discontinuidad (ver Figura 7.5b). El tamaño así obtenido es, sensiblemente, independiente del nivel de sensibilidad del ensayo. Si no es posible disponible disponer de la indicación del eco de pared posterior, una discontinuidad plana y perpendicular al haz ultrasónico, no presentará problemas de determinación de su extensión, ya que será suficiente fijarse en la variación de la altura de su indicación, que se reducirá al 50% de su valor máximo cuando el eje del haz irradie el límite o contorno de la discontinuidad. Sin embargo, en el caso de discontinuidades muy rugosas o que estén orientadas oblicuamente respecto al haz, el tamaño sólo se podrá determinar de manera aproximada. Será preciso elegir un criterio de mínima altura del eco de indicación, que señale donde comienza la discontinuidad, lo cual estará influido por el nivel de ganancia o sensibilidad del ensayo. La técnica de exploración dinámica se aplica, también, en los casos en los que la discontinuidad no intercepta totalmente el haz ultrasónico, pero presenta una dimensión preferente que la hace extenderse fuera de los límites del cono de radiación. Este es el caso de algunos tipos de grietas, inclusiones o cavidades alargadas, cuya longitud se determina moviendo el palpador desde la posición de máxima altura de la indicación hasta que, a ambos lados, se reduzca su amplitud a valores previamente definidos (1/5 de la altura de eco inicial, por ejemplo). 161

162 Discontinuidades Menores que la Sección del Haz Ultrasónico. En éste caso, no se puede realizar la exploración dinámica, y la determinación del tamaño de la discontinuidad se lleva a cabo comparando su eco de indicación con los de otros reflectores ensayados en las mismas condiciones. Estos pueden ser: - Tipo A: discontinuidades naturales conocidas, de idéntica naturaleza y morfología, - Tipo B: discontinuidades artificiales, de morfología similar a la esperada, - Tipo C: reflectores de forma de disco circular plano. Evidentemente, lo ideal sería disponer de probetas de comparación con reflectores del tipo A, pero esto no es siempre posible, por lo que su empleo está limitado a casos muy particulares y sobre los que se tiene mucha experiencia. La comparación con reflectores del tipo B se suele llevar a cabo en los casos en que la forma peculiar de la muestra o la posición particular de sus discontinuidades hace necesario el estudio cuidadoso de las condiciones de ensayo. El tipo C es el mas general y el que permite ser aplicado a mayor número de problemas. A cambio, los resultados que se obtienen se apartan tanto mas de la realidad cuanto mas lejos estén las discontinuidades reales de tener una forma plana circular y orientadas perpendicularmente al haz ultrasónico. Una discontinuidad en un campo ultrasónico se comporta como un oscilador, es decir, puede asimilarse a un nuevo emisor de ondas, por lo que dará 162

163 lugar a fenómenos de difracción, dispersión e interferencia, en función de su tamaño y de la longitud de onda del haz ultrasónico, con sus características direccionales, campo cercano, campo lejano y otras. Por ello, cuando las discontinuidades son menores que la sección del haz ultrasónico, se puede establecer una nueva clasificación de tamaño, en base a su comparación con la longitud de onda: - Discontinuidad muy pequeña, en relación con la longitud de onda, - Discontinuidad pequeña, del mismo orden de tamaño que la longitud de onda, - Discontinuidad grande, en relación con la longitud de onda. El efecto de la relación tamaño de la discontinuidad / longitud de onda (Dd/λ ), sobre la direccionalidad, produce que, para el caso de un reflector perfecto en forma de disco circular plano, perpendicular al haz y ultrasónico, la reflexión sea especular para relaciones de Dd/λ 2, mientras que la reflexión será difusa para relaciones Dd/λ 0,5. En el caso de un reflector perfecto, en forma esférica con una relación Dd / λ 3, la reflexión será difusa, por lo que la altura de su eco de indicación es de solamente 1/50 a 1/60 de la de un disco circular de igual diámetro. En un reflector perfecto de forma cilíndrica, la reflexión es mas débil. La altura de su indicación es del orden de 1/10 de la altura de la indicación de un disco circular de superficie proyectada equivalente. 163

164 La rugosidad de la superficie de éstos reflectores afecta, también, el carácter de la reflexión, de manera que, para rugosidades menores que 1/3 de la longitud de onda, la reflexión será del tipo especular y difusa para rugosidades mayores. La morfología, el tamaño y la rugosidad de una discontinuidad son, pues, magnitudes relativas y función de la longitud de onda. Las discontinuidades naturales pueden ser de morfología muy irregular y compleja, por lo que no será fácil la determinación de su tamaño mediante cálculo. No obstante, en primera aproximación, se pueden asimilar a una discontinuidad en forma de disco circular perpendicular al haz ultrasónico, en cuyo caso los cálculos se simplifican y, en la práctica, se utilizan para éste fin también taladros de fondo plano. Dados que las discontinuidades naturales presentan, además, superficies irregulares y rugosas y que no siempre su superficie reflectante principal es perpendicular al haz ultrasónico, darán lugar, en la práctica, a indicaciones de altura menor que la de un disco circular de igual superficie reflectante perpendicular al haz ultrasónico. Es decir, y esto es lo que se desea resaltar. El tamaño de una discontinuidad natural, menor que la sección del haz ultrasónico, será igual o mayor que el de un disco circular perpendicular al haz ultrasónico, presente en la misma muestra, cuyo eco de cómo resultado una indicación de igual altura. A éste respecto, ya se hizo notar la excepción, poco probable, de que la superficie de la discontinuidad natural forme un espejo cóncavo, en cuyo caso el haz reflejado se focalizará, pudiendo dar lugar a un eco mas fuerte que el correspondiente a una discontinuidad equivalente en forma de disco circular plano. Los estudios y experiencias sobre la determinación del tamaño de una discontinuidad, mediante la comparación de sus ecos de indicación con las 164

165 correspondientes a reflectores en forma de disco circular plano, han dado lugar a dos técnicas distintas, pero que conducen a resultados similares: - Utilización de bloques patrones, con reflectores constituidos por taladros de fondo plano (ver capitulo 6, Calibración de los Sistemas Ultrasónicos), - Empleo de diagramas, obtenidos mediante estudios teórico del comportamiento de un reflector circular plano en el campo ultrasónico. Ambos procedimientos permiten, si son correctamente utilizados, la obtención de resultados reproductibles, evitando errores que podrían introducirse por cambio de operador, modificación o avería del equipo, influencias del clima o la temperatura, etc Guía para la Interpretación. Las siguientes reglas son un compendio de todo lo anteriormente expuesto y pueden ser útiles al operador en el momento de realizar el ensayo: 1. Determinar con la mayor exactitud la posición de la discontinuidad. 2. Si la discontinuidad es mayor que la sección del haz ultrasónico, mover el palpador y determinar la proyección de su contorno sobre la superficie de la pieza. Si se trata de discontinuidades menores que la sección del haz, aplicar alguna de la técnicas descritas. 3. Si la discontinuidad está inclinada, ensayar con varios ángulos de incidencia hasta obtener la indicación máxima, lo que significará que se irradia perpendicularmente. 165

166 4. Si la altura de la indicación permanece relativamente constante al variar el ángulo de incidencia, la discontinuidad puede ser muy pequeña, rugosa o esférica. 5. Si la altura de la indicación decrece rápidamente al variar el ángulo de incidencia, la discontinuidad puede ser relativamente grande y plana. 6. Si la altura de la indicación aumenta al ensayar a frecuencias mas bajas, la discontinuidad es rugosa. 7. Si, por el contrario, la altura de la indicación disminuye al utilizar frecuencias mas bajas, la discontinuidad está probablemente formada por pequeños reflectores discretos Indicaciones Falsas. Se consideran como indicaciones falsas, los ecos de indicación que aparecen en pantalla y que no se deben a discontinuidades propias del material, o a la presencia de reflectores no identificados. Su aparición puede estar motivada a las siguientes causas: - Interferencias eléctricas. - Indicaciones motivadas por el palpador. - Indicaciones originadas por la rugosidad superficial de la pieza. - Indicaciones debidas a reflexiones con conversión de ondas. - Indicaciones debidas a detalles constructivos de la pieza de ensayo. 166

167 - Indicaciones debidas a la estructura del material. - Indicaciones accidentales Interferencias Eléctricas. Debido a que el rango de frecuencia del material está, prácticamente, dentro de la gama de los receptores de radio, se pueden captar interferencias que se manifiestan en la pantalla como una crepitación de la línea base de tiempo o un aumento del nivel de ruido. Estas interferencias pueden originarse por chispas producidas en máquinas o instrumentos eléctricos, tales como: espectrógrafos, equipos de soldadura, hornos eléctricos, etc., conectados o no a la misma red que el equipo de ultrasonido. Este tipo de interferencia, rara vez da lugar a errores en los casos de operación manual. Sin embargo, puede crear problemas en instalaciones automáticas, cuyo monitor no será capaz de distinguir cuando un impulso proviene de una interferencia exterior o cuando corresponde a una discontinuidad real. Para evitarlo, se construyen los monitores de manera que sólo acusan recibo de una señal cuando está dentro de sus límites. De ésta forma, es muy difícil, pero no imposible, registrar un impulso procedente de interferencias, pero, con ello, se limita la velocidad de ejecución del ensayo Indicaciones Motivados por el Palpador. Cuando se trabaja con palpadores angulares, aparecen indicaciones de ecos próximos al eco inicial que provienen de reflexiones internas en la zapata de plástico y que son fácilmente identificables, pues se presentan aún sin apoyar el palpador en la pieza. En la Figura 7.6 se muestra éste efecto. 167

168 Figura 7.6. Efecto producido por la zapata Del palpador en la señal ultrasónica Cerca del eco inicial. Si el cristal piezoeléctrico se daña, se afloja o se separa del amortiguador o de la suela protectora, el eco inicial se ensanchará en la pantalla aumentando la zona muerta. Esta avería se puede traducir, también, en una baja de la sensibilidad o del poder de resolución del palpador, o de ambos. En la Figura 7.7. se muestra tanto la ubicación y amplitud los ecos de un palpador en funcionamiento correcto, como de un palpador dañado. Figura 7.7. Indicaciones motivadas Por el palpador. 168

169 Indicaciones Originadas por la Rugosidad Superficial de la Pieza. Estas indicaciones pueden aparecer debido a la formación de ondas de superficie, aún cuando se emplean palpadores de incidencia normal. Si se utilizan dos palpadores, uno emisor y otro receptor, separados, puede haber transmisión directa de impulsos a través de ondas de superficie. La sindicaciones que se forman en la proximidad del eco inicial, se identifican fácilmente, ya que se alejan del eco inicial cuando se separan los dos palpadores y, además, desaparecen o disminuye su amplitud si se apoya un dedo entre los palpadores. En la Figura 7.8 se observan las indicaciones producidas por ondas de superficie Figura 7.8a. Con el empleo de un medio de acoplamiento adecuado puede lograr su eliminación Figura 7.8b. Incluso con un solo palpador, pueden aparecer indicaciones de ecos perturbadores, debido a la reflexión de ondas de superficie en las aristas o bordes de la pieza de ensayo. También se identifican fácilmente, ya que se desplazan hacia la derecha a medida que se aleja el palpador de la arista, también apoyando un dedo en el espacio comprendido entre el palpador y la arista. Figura 7.8. Indicaciones producidas por ondas de superficie. 169

170 La rugosidad superficial de la pieza puede tener una influencia considerable sobre la apariencia de las señales de respuesta, especialmente cuando la rugosidad regular del mecanizado es del orden de la longitud de onda Indicaciones Debidas a Reflexiones con Conversión de Ondas. En el Capitulo 3 Apartado 3.3.2, vimos como se producen los modos de conversión de ondas ultrasónicas. Cuando una onda ultrasónica incide sobre una superficie limite oblicuamente, se produce, tanto la reflexión como la refracción de la onda. En los casos prácticos, la conversión de las ondas puede dar origen a ecos secundarios por reflexión, tal y como se muestra en las Figuras 7.9 y Afortunadamente, las indicaciones de éste tipo de ecos secundarios aparecen, en éstos ejemplos, detrás de la indicación del primer eco de fondo, con lo que el operador dispone de toda una zona libre de indicaciones ajenas a discontinuidades. Por ésta razón, se suele limitar la zona de ensayo a la comprendida entre el eco de emisión y la indicación del primer eco de fondo. Figura 7.9. Ecos secundarios en el ensayo de un cilindro. 170

171 Figura Ecos secundarios en el ensayo de un redondo. En ocasiones, éste efecto de conversión de ondas con producción de indicaciones secundarias, se puede aprovechar para el ensayo de terminado tipo de muestras. Así, por ejemplo, un redondo de acero, presentará unas señales como las mostradas en la Figura 7.11ª, si el material está libre de discontinuidades en el núcleo. Ahora bien, si se presentan ciertas discontinuidades (ver Figura 7.11b), resultará en la desaparición de los ecos secundarios por el impedimento en la transmisión de las ondas transversales. 171

172 Figura Pérdida de los ecos secundarios por la presencia de discontinuidades en el núcleo Indicaciones Debidas a Detalles Constructivos de la Pieza de Ensayo. Figura Ecos secundarios debidos a detalles constructivos de la pieza de ensayo. 172

173 Estos resultan debidos a chaveteros, flancos, agujeros, huecos internos, etc. En la Figura7.12, se muestran algunos de los casos en que se producen reflexiones por la forma de la pieza. En éstos casos, es preciso estudiar, detenidamente, los planos de diseño de la pieza y, dibujar a escala anotando las posibles trayectorias del haz ultrasónico y recurrir, con frecuencia, al empleo de palpadores angulares, explorando por mas de una cara, duplicando las medidas en puntos simétricos y realizando cuidadosas localizaciones Indicaciones Debidas a la Estructura del Material. Estas indicaciones son motivadas por los fenómenos de dispersión del haz ultrasónico. Se producen, sobre todo, cuando se ensayan materiales con tamaño de grano grueso, porosos, fundiciones, etc, lo que hace que se eleve de tal manera el nivel de ruido que no es posible distinguir pequeñas discontinuidades, perdiéndose, el pode de penetración (ver Figura 7.13a). En ocasiones, dará resultado disminuir la frecuencia (ver Figura 7.13b), o someter el material a tratamiento térmico para afinar el grano. Los cambios locales de estructura (por ejemplo, zonas de crecimiento de grano en algunas uniones soldadas) pueden dar lugar a indicaciones como resultado de la dispersión del haz ultrasónico. Esto, que podría considerarse como una circunstancia desfavorable, se puede aprovechar para detectar cambios Figura Indicaciones debidas a la estructura Interna del material bajo ensayo. 173

174 estructurales que impliquen variaciones significativas de sus características mecánicas Indicaciones Accidentales. La presencia de gotas de aceite o grasa, así como restos de tejidos o suciedad, puede ser causa de la aparición de cos perturbadores, sobre todo cuando se trabaja con palpadores angulares o de onda superficial. 174

175 INTRODUCCIÓN INSPECCION RADIOGRÁFICA. Radiografía es un método de Inspección no Destructivo, utilizado para detectar discontinuidades en materiales y componentes, por medio de las radiaciones electromagnéticas no absorbidas después de atravesar el material, que impresionan una película radiográfica a ser vista en una pantalla fluorescente. Esta técnica se basa en la diferencia de absorción de radiación penetrante de la pieza que se inspeccione. Debido a las diferencia en densidad y variaciones de espesores que pueden existir en la pieza, las distintas porciones de ésta absorberán diferentes cantidades de radiación penetrante. a.- Radiografía Convencional. En la radiografía convencional se bombardea un objeto con un haz de Rayos X o Gamma y la porción de radiación no absorbida por el objeto se hace incidir en una película radiográfica, de modo semejante a la manera en que la luz impresiona a la película fotográfica. Al ser revelada la película se obtiene una imagen de dos dimensiones del objeto. Las variaciones en densidad, espesor y composiciones del objeto inspeccionado causan variaciones en la intensidad de la radiación no absorbida que producirán cambios en la densidad de la película revelada. La evaluación o interpretación de la radiación se basa en la comparación de las diferencias de densidad fotográfica contra características conocidas del objeto mismo o de patrones radiográficos de objetos similares de calidad aceptable. 175

176 b.- Medición de Radiación. Es el proceso mediante el cual se cuantifica la intensidad de la radiación utilizándose instrumentos electrónicos. c.- Fluoroscopia. El proceso radiográfico recibe el nombre de fluoroscopia cuando la inspección contempla la apreciación visual de la imagen radiográfica en una pantalla fluorescente o pantalla intensificadora de imagen, en este caso se observa el positivo. d.- Neutrografía o Radiografía Mediante Neutrones. Este proceso radiográfico utiliza un haz de neutrones en lugar de la radiación electromagnética. e.- Riesgos de Salud. El uso de los Rayos X o rayos Gamma en la inspección no destructiva puede ser nocivo para la salud. Por lo tanto, se hace necesario el control estricto de la exposición del cuerpo humano a las radiaciones. Aunque no todos los órganos son afectados por igual, los que resultan más sensibles a las radiaciones ionizantes son: la sangre, gónadas, la médula ósea, el cristalino, ovarios y otros órganos internos. VENTAJAS. La inspección radiográfica y ultrasónica son los dos métodos no destructivos generalmente utilizados por detectar defectos internos del objeto. La radiografía es más efectiva cuando los defectos no son planos, mientras que el 176

177 ultrasonido es mas efectivo cuando los defectos son planos. En comparación con otros métodos no destructivos, la radiografía ofrece las siguientes ventajas: a) Habilidad para detectar fallos internos. b) Habilidad para detectar variaciones significativas en composición. c) Posibilidad de dejar un registro permanente del ensayo. APLICACIONES. La inspección radiográfica es utilizada en el examen de piezas fundidas o soldadas, especialmente cundo e requiere que los objetos se encuentren libres de defectos internos. La radiografía también se utiliza en piezas forjadas y ensamblajes metálicos. La sensibilidad de la radiografía por Rayos X, fluoroscopia por Rayos X y la Radiografía Gamma para detectar diferente defectos, depende de varios factores, entre otros, del tipo de material, tipo de defectos y forma de la pieza. La radiografía puede utilizarse para inspeccionar la mayoría de los materiales sólidos, con excepción de materiales de muy alta o muy baja densidad. LIMITACIONES. La radiografía al ser comparada con otros métodos de inspección no destructivos presenta las siguientes limitaciones: a.- Costo de Equipos: Al requerir mayor inversión de capital en la instalación de laboratorios radiográficos, fluoroscópicos o equipos de intensificación de imagen. Aunque al utilizarse equipos móviles de rayos X o Rayos Gamma los costos resultan 177

178 relativamente bajos y se requiere de espacio solamente para el procesamiento y evaluación de la película. b.- Consumo de Tiempo. Los costos de operación generalmente son altos al consumirse hasta un 60% del tiempo total en el arreglo de las exposiciones. En la inspección de campo también se consume considerable tiempo. Las fuentes portátiles de Rayos X están limitadas a una capacidad máxima de 300 kv; estas características limitan la inspección en campo a secciones con absorción equivalentes a un máximo de 75 mm. de acero. c.- Discontinuidades no Detectables. Ciertos tipos de discontinuidades son difíciles de detectar por medio de la radiografía. Las grietas o laminaciones no pueden ser detectadas a menos que sean paralelas a la dirección del has de radiación. Las grietas muy cerradas contenidas en los objetos de espesores gruesos, no pueden ser detectadas, aún cuando se encuentren orientados favorablemente. d.- Riesgos de Salud. Son muy conocidos los efectos nocivos de la radiación penetrante en la salud, requiriéndose protección no solamente para los que operan los equipos, sino también para las personas que se encuentren en las cercanías. 178

179 LA INSPECCIÓN RADIAGRÁFICA COMO MÉTODO NO DESTRUCTIVO. Todos los sistemas de ensayos no destructivos poseen como mínimo seis elementos u operaciones que son comunes: a saber: * Un medio prueba. * El objeto ó espécimen. * Un medio de registro. * Amplificación. * Interpretación de los resultados. * Disposición del objeto en base a la interpretación. a.- Medio de Prueba. El medio de prueba puede ser (a) de origen electrónico (Rayos X), (b) de origen natural como un isótopo radioactivo, producido artificialmente (Rayos Gamma), ó (c) radiación de partículas (neutrones). En a y b, se producen radiación electromagnética, de aspecto igual al de la luz visible pero con longitud de onda más corta, que le permite interaccionar con los átomos y penetrar objetos no penetrables por la luz. Estos es lo que da origen al término de Radiación Penetrante. b.- El objeto o Espécimen. En radiografía, los cambios que experimenta el medio de prueba al ser absorbido diferentemente por las distintas porciones del objeto, determina los resultados del ensayo. Por ejemplo, la figura 1, muestra la radiografía de una pieza de acero que posee un vacio interno, producido por un gas. Debido a la reducción que presenta el espesor de acero en el sitio del vacio, pasara mayor 179

180 cantidad de radiación en este que en el acero circundante. La radiación que emerge de la pieza de acero mostrará la película y está mostrará áreas claras y oscuras en la radiografía. c.- Medio de Registro. En la radiografía, el medio de registro provee una imagen visible permanente. El medio comúnmente utilizado en radiografía es la película. Si el medio utilizado es una pantalla fluorescente o amplificadora de imagen, entonces el proceso recibe el nombre de fluoroscopia en vez de radiografía. Si el medio de indicación utilizado es un instrumento medidor de radiación, entonces el proceso se denomina medición de radiación. d.- Amplificación. La mayor amplificación que se hace en radiografía, tiene lugar en el proceso de revelado de la película. Esta amplificación tiene una magnitud de aproximadamente 10 9 veces. También se utilizan pantallas fluorescentes y pantallas de plomo intensificadoras que amplifican la exposición de 2 a 25 veces. En fluoroscopia, la pantalla fluoroscópica es en sí misma un amplificador, los elementos que realizan dicha función poseen circuitos electrónicos internos de amplificación. Es la medición de radiación, el instrumento de registro posee circuitos amplificadores incorporados. e.- Interpretación de los Resultados. En radiografía y prácticamente en todos los otros métodos no destructivos, la interpretación de las indicaciones es el paso más completo del proceso. Esta 180

181 requiere agudeza visual y conocimientos de la técnica para interpretar los resultados e invariablemente depende de la habilidad, criterio y experiencia del interpretador. En el caso de la película radiográfica, la interpretación de la discontinuidad frecuentemente es ayudada por el uso apropiado de radiografías de referencia o de pautas escritas requeridas por el contrato que rige la inspección no destructiva o Normas y Códigos. f.- Disposición del Objeto. A menudo, este es un paso del sistema que se olvida, pero si no se toma una decisión sobre la disposición de la pieza inspeccionada, el ensayo resulta de muy poco valor. La disposición se debe incluir en el informe final de la inspección, que se entrega a los responsables de la manufactura de la pieza. 181

182 ELEMENTOS BÁSICOS DE UN SISTEMA RADIOGRÁFICO 1. Fuente de radiación: 1.1. Generador de Rayos X Isótopo Radioactivo. 2. Material de ensayo u objeto. 3. Película Radiográfica. 4. Cuarto oscuro para revelar las películas. 5. Negatoscopio. 6. Interpretación. 7. Disposición del objeto en base a la interpretación. Fig. 1: Elementos del Sistema Radiográfico. 182

183 TERMINOLOGÍA Y PRINCIPIOS FISICOS RADIACIÓN. El término Radiación es definido como El proceso mediante el cual los átomos y moléculas emiten energía debido a cambios internos. Las partículas subatómicas que viajan a través del espacio a elevadas velocidades, interaccionan con átomos y moléculas que encuentran a su paso, provocando la coalición de partículas que pueden ser absorbidas o por lo menos cambiar su velocidad y/o dirección, lo cual de cómo resultado que se emita energía. Esta energía, por definición es radiación. Las partículas subatómicas más conocidas son las siguientes: a.- Partículas Alfa. Son partículas cargadas positivamente que proceden del núcleo de los átomos (protones). La radiación producida por la interacción de partículas alfa es muy débil y no tiene ningún valor práctico en radiografía. b.- Partículas Beta. Son partículas cargadas negativamente (electrones) que han escapado de las órbitas atómicas de sus núcleos. Producen efectos de radiación de significativa importancia, en su interacción con otros átomos y moléculas. c.- Los neutrones Los neutrones son partículas subatómicas halladas en el núcleo del átomo, no poseen carga pero tienen una masa muy considerable. La interacción de los neutrones con los átomos y moléculas de muchos elementos frecuentemente 183

184 causa la liberación de partículas alfa y beta, así como también radiación Gamma debido a cambios en la estructura atómica, que producen radioactividad. La Radiación Electromagnética. La radiación electromecánica se presenta en forma de ondas de baja energía y longitud pequeña, las cuales no poseen masa o peso, ni son desviadas por campos eléctricos ni magnéticos, la radiación viaja a la velocidad de la luz ( Km/seg). Teóricamente e h descrito a la radiación como pequeños paquetes de energía llamados fotones o quantums. La radiación electromagnética se caracteriza por poseer movimiento de onda, longitud de onda y frecuencia, esta última se define como el número de ondas por unidad de tiempo y longitud de onda es la distancia entre dos puntos iguales sobre las ondas. En toda onda de radiación electromagnética, el producto de su frecuencia por su longitud de onda es constante. Esta constante es la velocidad de la luz. C = f * λ donde f = frecuencia (Hz) λ = longitud de Onda (cm) c = velocidad de la luz (3*10 10 cm/seg) La energía característica de los fotones o quantums depende de la frecuencia o de la longitud de onda de la radiación. E = h f = h c λ donde: E = energía (ev, electrón voltios) h = Constante de Plank (6,63 x Joul. seg) De tal modo, que al disminuir la longitud de onda de la radiación electromagnética, la frecuencia y la energía aumentan, dando como resultado que 184

185 la radiación puede penetrar la materia a mayor profundidad. Los dos tipos de radiación que interesan en radiografía industrial son la Radiación Gamma y los Rayos X. Esta radiación se denomina comúnmente Radiación Penetrante. CARACTERÍSTICAS DE LA ENERGÍA RADIANTE (RAYOS X Y GAMMA). a.- Ambos son electromagnéticos, y su energía es indirectamente proporcional su longitud de onda. b.- No tienen carga eléctrica ni masa. c.- Son penetrantes y absorbidos por la materia. d.- Sufren dispersión. e.- Pueden ionizar la materia. f.- Pueden producir fluorescencia de ciertos materiales. g.- Pueden impresionar una película por ionización. h.- Son invisibles y no pueden ser detectados por ninguno de los sentidos. CARACTERÍSTICAS DE LOS RAYOS X. La radiación producida en el blanco del tubo de Rayos X poseen diferentes longitudes de ondas, las cuales pueden considerarse como espectro continuo, 185

186 análogo a la luz blanca. Las ondas de menor longitud las determinan los electrones que chocan con mayor velocidad y son absorbidos por el blanco. Como la velocidad que se imprime a los electrones está gobernada por el kilovoltaje aplicado entre el ánodo y el cátodo, la radiación X de menor longitud de onda está determinada por el mayor kilovoltaje que posee la máquina. La radiación de mayor longitud de onda producida en el blanco del tubo tiene poco poder de penetración y es absorbida por las paredes del tubo, el medio de enfriamiento alrededor del tubo y por el material de la ventana que posee el tubo. Calidad de la Radiación X. Al incrementar el kilovoltaje (Kv) de un tubo de Rayos X, se aumenta la velocidad de los electrones, los cuales producen unos Rayos X de menor longitud de onda y de mayor penetración. TIPOS DE RAYOS X. a) Rayos X Característicos. Se producen cuando los electrones acelerados interactúan con los electrones orbitales de los átomos del blanco ó ánodo. Estos rayos se producen en pequeña cantidad, son de bajo contenido energético y de longitud de onda específica. Dependen de la característica del material del blanco. 186

187 b) Rayos X Continuos. Se producen cuando los electrones chocan con los núcleos de los átomos del material del blanco ó ánodo. Forman un espectro continuo de longitudes de onda, las cuales constituyen la mayor parte del haz de radiación. Estos no dependen totalmente de la característica de los átomos que perturban. Característica de la calidad de los Rayos X. La radiación obtenida de un tubo de Rayos X, está constituida por los Rayos Característicos y los Rayos Continuos, mencionados anteriormente. La radiación característica es de pequeña cantidad de energía y de una longitud de onda específica determinada por el material del blanco en que se producen. El espectro de radiación continua abarca una amplia banda de longitudes de onda y posee un contenido de energía mayor. Ver. Fig. 2. Los Rayos X continuos son los que se utilizan en radiografía. Como la longitud de onda de cualquier Rayos X está determinada parcialmente con el blanco, originan los rayos, al aumentar el voltaje se producen Rayos X de menor longitud de onda (más energía). La Figura 3 ilustra el efecto que ejerce el voltaje sobre los Rayos X generados. Al aumentar el voltaje aplicado se eleva la intensidad (cantidad de Rayos X); pero de mayor importancia para el radiólogo es el hecho de que se generan Rayos X duros, y los Rayos X blandos. La Figura 4 ilustra el efecto de la corriente del tubo en la intensidad de los Rayos X. Al variar la corriente del tubo varía la intensidad del haz, pero el espectro de longitudes de ondas permanece inalterable. La tabla Nº. 1 presenta las relaciones entre la corriente del tubo y el voltaje aplicado. 187

188 Kv Bajo Kv Alto Interacción con la Materia. Mili amperaje Bajo Rayos X blandos y de baja intensidad Rayos X duros y de baja densidad Tabla Nº 1 Mili amperaje Alto Rayos X blandos y de alta intensidad Rayos X duros y de alta densidad Para apreciar la interacción de los Rayos x con la materia es necesario tomar en cuenta las propiedades de ésta, que influyen en la interacción. La materia está formada por diminuta y numerosas partículas llamadas átomos. Las sustancias compuestas en su totalidad por átomos idénticos se denominan elementos, y las sustancias que contienen dos o más elementos reciben el nombre de compuesto. Las partículas fundamentales que interesan en radiografía se indican a continuación: PARTICULAS FUNDAMETALES PARTICULA DESCRIPCIÓN PROTÓN Es una partícula portadora de una carga eléctrica positiva. Su masa es aproximadamente una unidad de masa atómica. NEUTRÓN Es una partícula eléctricamente neutra, que posee aproximadamente la misma masa del protón. ELECTRÓN Es una partícula que porta una carga eléctrica negativa. Su masa es de 1/1840 de la unidad de masa atómica. POSITRÓN Es una partícula portadora de una unidad de carga eléctrica positiva y posee la misma masa del electrón La unidad de masa atómica es 1/12 de la masa del átomo de carbono 12. Es una unidad escogida arbitrariamente

189 OTRAS DEFINICIONES: NUMERO ATOMICO: Es el número de protones que se encuentran en el núcleo del átomo de un material dado. PESO ATOMICO: Es la suma de protones y neutrones contenido en el núcleo del átomo de un material dado. ISÓTOPO: Es un elemento cuyos átomos han perdido o ganado neutrones, cambiando así sus pesos atómicos. ION: Molécula o átomo que ha ganado o perdido electrones, eliminándose así su neutralidad eléctrica. INTERACCÓN POSIBLE DE UN FOTON CON LA MATERIA 1) Interacción básica con electrones atómicos. 2) Interacción con nucleones. 3) Interacción con los campos electromagnéticos que rodean las partículas. 4) Interacción con los campos mesónicos del núcleo. MECANISMO SEGÚN LOS CUALES OCURREN LAS INTERACCIONES CON LA MATERIA. a) Absorción. b) Difusión coherente. c) Difusión incoherente. De la combinación de estos mecanismos con las interacciones se obtienen los siguientes efectos: (1-A) Efecto de Thompson o Efecto Fotoeléctrico. (1-C) Efecto de Compton. 189

190 (4-A) Producción de pares (e +, e - ). (1-B) Efecto de Rayleingh. (2-b) Efecto Fotoeléctrico Nuclear. El mecanismo de absorción propiamente dicho en radiografía corre a causa de los efectos Fotoeléctricos y Compton, y en menor escala para energía mayores de 1,022 MeV el de producción de pares, por esta razón sólo haremos referencia a los mismos. EFECTO FOTOELECTRONICO O EFECTO DE THOMPSON. Ocurre cuando un fotón de Rayos X ó Gamma de baja energía (0,5 MeV y menores) penetran la materia, transfiriendo por choque inelástico toda su energía a un electrón orbital de un átomo de la materia, produciéndole gran excitación como para desprenderlo de su órbita. Ver Figura 5. EFECTO COMPTON. Ocurre cuando un fotón de mediana energía (0.1 a 3.0 MeV) penetra la materia y le cede parte de su energía a un electrón orbital externo, resultando una partícula en movimiento y un fotón secundario de menor energía y distinta dirección (radiación dispersa). Ver Figura 5. PRODUCCIÓN DE PARES. Ocurre cuando un fotón de radiación electromagnética de alta energía (1.02 MeV y mayor) en el campo nuclear transforma su energía en un par positrónelectrón (e + - e - ). Ver Figura

191 DISPERSIÓN DE LA RADIACIÓN. Los tres procesos: Efecto Fotoeléctrico, Compton y Producción de Pares, liberan electrones que se desplazan a diferentes velocidades y direcciones. Como los Rayos X se producen por electrones libres que chocan con la materia, se tiene que los Rayos X en si generan radiación X secundaria al penetrar la materia. Estos Rayos X secundarios forman un componente de menor longitud de onda que se conoce con el nombre de Radiación Dispersa. El mayor componente de la dispersión son los Rayos de baja energía representados por fotones debilitados en el Efecto Campton. La radiación Dispersa es uniforme, pero de un bajo nivel energético y de dirección no definida. a) Dispersión Interna. Esta ocurre en el interior de la pieza que se radiografía (Figura 6) y es más o menos uniforme en el espécimen de un solo espesor, pero afecta la definición de la imagen radiográfica. b) Dispersión Lateral. Es producida en las paredes u objetos vecinos al espécimen, o porciones del espécimen, que causan la entrada de los Rayos por los lados del espécimen. (Figura 7). La radiación lateral, al igual que la radiación interna oscurece la imagen radiográfica. c) Dispersión Posterior. 191

192 Es la dispersión de la radiación que ocurre en las superficies u objetos colocados detrás o debajo del espécimen. Esta dispersión también oscurece la imagen de la pieza en la radiografía (ver Figura 8). Fig. 2: Espectro de Rayos X. Fig. 3: Efecto del voltaje sobre la calidad del haz de Rayos X. 192

193 Fig. 4: Efecto de la corriente del tubo de Rayos X. 193

194 Figura

195 FUENTES DE RADIACIÓN. PRODUCCIÓN DE RAYOS X. Los Rayos X son producidos cuando los electrones dotados de velocidades distintas dentro de un tubo vacío, son frenados por la masa del anticátodo. Comúnmente los tubos de Rayos X constan de un filamento (como los de los bombillos eléctricos) que es calentado hasta la incandescencia. Esta parte suministra los electrones y forma el cátodo o electrodo negativo del tubo. El Ánodo o electrodo positivo del tubo, normalmente contiene una pastilla de volframio (tungsteno) incrustada en una masa de cobre que sirve para disipar el calor generado por el choque de los electrones. La aceleración de los electrones se obtiene aplicando un alto voltaje del orden de miles de voltios, entre el cátodo y el ánodo que atrae a los electrones del filamento y los empuja a altas velocidades contra el blanco constituido por el ánodo. La rápida interacción de los electrodos en movimiento con la superficie de la pastilla de volframio del ánodo da como resultado la generación de Rayos X de distintas longitudes de onda. El grado de vacío, el diseño y separación de los electrodos guardan ciertas relaciones, de forma tal que en los tubos corrientes no ocurre flujo de electrones entre el cátodo y el ánodo hasta que el filamento no alcance la incandescencia y el voltaje sea aplicado entre el cátodo y el ánodo. La Figura 9 muestra un diagrama esquemático de las partes esenciales que forma el tubo de Rayos X y su fuente de energía. El Cátodo. El cátodo consiste en un filamento espiral de volframio, el cual es calentado por una corriente de varios amperios que le suministra un transformador de bajo 195

196 voltaje y alto amperaje. Aunque en la Figura 9, un reóstato forma parte del circuito primario para ajustar la corriente que servirá para aumentar o disminuir la temperatura del filamento. El filamento va colocado dentro de la estructura del cátodo conocida como copa focalizadora, cuya función es la de concentrar el haz de los electrones en una pequeña área del blanco del ánodo denominada punto focal. Puesto que el flujo de electrones en un haz constituye una corriente eléctrica, esta flujo se denomina corriente del tubo y se mide en miliamperios ( ma= milésimas de amperio). Al permanecer constantes otras condiciones, la cantidad de Rayos X producida es proporcional a la corriente del tubo. Figura 9: Tubos de Rayos X. Figura 9A : Punto focal real y efectivo. 196

197 Figura 9B: Campo de radiación de 360. En este circuito simplificado de Rayos X, el voltaje alto es suministrado por el transformador de alto voltaje. El primero de este transformador opera básicamente a 110 voltios y comúnmente va conectado a un auto transformador que varía el voltaje del primario. Aunque el primario del transformador de alto voltaje funciona con bajo voltaje, el secundario produce altísimos voltajes hasta de voltios. La mayor parte de la energía que se suministra al tubo es transformada en calor generado en el punto focal, y menos del 1% de la energía se convierte en Rayos X. La alta concentración de calor en un área tan pequeña impone severas condiciones y limitaciones en cuanto a los materiales y diseños a utilizar, en los ánodos. 197

198 El Anticátodo ó Ánodo. Normalmente, el material seleccionado para el blanco es el volframio debido a su alto punto de fusión; aunque también se utilizan otros materiales en aplicaciones especiales. A la vez de depender la eficiencia de la producción de Rayos X del material utilizado como blanco, también es proporcional al número atómico. El elevado número atómico del volframio (74), constituye una segunda ventaja. Prácticamente todos los tubos de Rayos X utilizados en la radiografía industrial, poseen blancos fabricados de volframio. Refrigeración del Ánodo. Puesto que el 99% de la energía suministrada a el tubo de Rayos X, se convierte en calor, entonces se hace necesario enfriar el ánodo de alguna manera. Prácticamente todos los tubos de Rayos X usan ánodos de cobre, por ser un buen conductor y porque extrae el calor del blanco evitando su fusión. La circulación de agua o aceite a través o alrededor de la masa de cobre es un medio efectivo de mover el calor. También se utilizan aletas radiantes sujetas al extremo del ánodo fuera del tubo, pero dentro de la carcaza del tubo para transferir el calor al aceite que rodea el tubo. 198

199 Punto focal del ánodo. Como buena práctica radiográfica se requiere que el punto focal sea lo más pequeño posible para producir una mejor definición de la imagen radiográfica. Sin embargo, como el punto focal concentra una gran cantidad de energía en un área muy pequeña, para evitar el daño del blanco, será necesario concentrar menos energía o utilizar un sistema eficiente de enfriamiento para disipar el calor. Reduciendo el ángulo entre la cara del ánodo y el eje central del tubo (comúnmente unos 20º) se tiene un punto focal efectivo, se hace relativamente pequeño y de forma casi cuadrada (ver Fig. 9A). Los tubos de Rayos X de este tipo producen un cono de radiación que tiene su vértice en el punto focal, estando limitado el diámetro del cono por el diseño de la puerta del tubo de la carcaza. Tubos Panorámicos. También se diseñan tubos para emitir radiación en 360º, que se utilizan en las llamadas radiografías de exposición panorámica. El ánodo de estos tubos es de forma cónica y se encuentra en el centro del tubo. El haz de electrones, perfectamente focalizados, incide sobre la punta del cono. De esta modo, se consigue la casi ortogonalidad del haz de radiación, con respecto al eje del tubo, en un desarrollo de 360º, como se muestra en la Figura 9B. Equipos de Rayos X. Los tubos de Rayos X, constituyen la fuente de Rayos X utilizados en radiografía industrial y se fabrican en una gran cantidad de tamaños, formas y materiales. La escogencia o selección de un tubo de Rayos x dependerá en gran parte del uso que tendrá. La envoltura externa del tubo puede fabricarse de vidrio, metal o cerámica capaz de mantener el vacío interno. Este material absorbe la 199

200 mayor parte de la radiación X de longitud de onda larga, generada en el punto focal, y por ser una característica del tubo se le denomina filtración inherente del tubo de Rayos X. Algunos tubos utilizan berilio en el área de salida de los Rayos X para aumentar la cantidad de filtración inherente y se denominan tubos con ventana berilio. Los generadores de Rayos X también son suministrados en una gran variedad de tamaños, energías de salida y configuraciones, algunos de ellos son diseñados para aplicaciones especiales como de radiografía de oleoductos. En general, los generadores usualmente empleados en radiografía industrial son calificados según el kilovoltaje que producen (o poder de penetración). La clasificación es aproximadamente como sigue: De Bajo Voltaje = Entre 5 kv y 50 kv. Mediano Voltaje = Entre 50 kv y 300 kv. Alto Voltaje = Entre 300 kv kv. Super Voltaje = 1 Mev a 30 Mev. CIRCUITOS DE RAYOS X Circuitos Auto-rectificador. La figura 10 muestra un diagrama muy simplificado de un circuito básico de Rayos X autorectificado. Para conseguir la aceleración de los electrones, es 200

201 preciso crear una diferencia de potencial adecuada entre el filamento y el ánodo. Esto se logra con un transformador de alta tensión. Por otra parte, el filamento debe ser calentado mediante una corriente de escaso voltaje. Sera, por lo tanto, también necesario un transformador de baja tensión. La alimentación del equipo se realiza con corriente alterna y el circuito debe ir dotado de los correspondientes instrumentos que permitan conocer la tensión empleada y la intensidad de corriente que circula por el tubo. Como puede observarse en la Figura 10, la alta tensión aplicada al tubo, en esta circuito, cambia de signo con la variación del sentido de la corriente en la red. Así, si esta trabaja a 50 c/seg, 50 veces en cada segundo, el blanco o ánodo, actuará realmente como cátodo. El circuito de autorectificado de Rayos X, permite que solamente pase la corriente cuando el cátodo (filamento) sea negativo y el ánodo positivo. Esto produce rectificación de media onda, puesto que únicamente usa la mitad de la onda de la corriente alterna para impulsar hacia el ánodo los electrones del filamento. Un inconveniente de este circuito es la necesidad de tener que limitar la cantidad de corriente (Nº de miliamperes), ya que un calentamiento exagerado del ánodo, podría provocar una emisión de electrones en sentido opuesto, lo cuál deterioraría el filamento del cátodo. Estos circuitos autorectificados se emplean con mucha frecuencia, por su sencillez y ligereza, especialmente en equipos portátiles; aún a costa de tener que disminuir rendimientos, al tener que trabajar con intensidades de corrientes bajas y, por ello, adoptar tiempos de exposición demasiados largos. 201

202 Figura 10: Circuito básico de alto voltaje. Circuitos Rectificados. Cuando el peso del equipo no representa un inconveniente y se desea mejorar el rendimiento, se utilizan los circuitos rectificados. Con estos se liberan al tubo de la función rectificadora, por medio de condensadores y válvulas rectificadoras de alta tensión. Con este circuito se logra corriente rectificada de onda completa, lo cual permite duplicar el tiempo de emisión de Rayos X en cada ciclo y también someter el sistema a una diferencia de potencial constante. El circuito básico descrito en la Figura10 es el comúnmente utilizado en equipos de Rayos X de 400 Kv. Entre los tipos de generadores de alto voltaje y supervoltajes están el generador de Van Der Graaf y otros generadores que 202

203 utilizan circuitos muy sofisticados que hacen uso de los avances modernos de las técnicas electrónicas. El propósito de fabricar equipos de grandes voltajes (ejemplo: BETATRON), es el proveer mayor poder de penetración para satisfacer necesidades específicas en el campo de la radiografía. Los equipos de bajo voltaje son utilizados en la radiografía de materiales delgados, plástico y otros materiales que absorben poca radiación. Los equipos de supervoltajes se utilizan para radiografiar elementos de materiales muy gruesos o pesados. Otras consideraciones: Un selector de voltaje que consiste en un transformador con núcleo de hierro con un devanado simple, con una serie de derivaciones en varios puntos del devaneo es conocido como AUTOTRANSFORMADOR. El cambio de la corriente alterna a corriente directa, para satisfacer las necesidades de corriente direccional en una radiografía con Rayos X, puede realizarse por medio de un RECTIFICADOR. Un tubo de Rayos X, que tiene indicado un voltaje de 250 Kvp, puede operarse con un máximo de voltios de voltaje pico o máximo. El hecho que los gases, cuando son bombardeados por la radiación, se ionicen y lleguen a ser conductores eléctricos hacen que se utilicen en los EQUIPOS DE DETECCIÓN DE RADIACIÓN. 203

204 RAYOS GAMMA Los Rayos X y los Rayos Gamma son formas de radiación electromagnética. El origen o fuente de los Rayos X es electrónico, mientras que los Rayos Gamma se originan en la desintegración nuclear de sustancias radioactivas. En los Rayos X, son controlables por el usuario tanto el poder de penetración como la intensidad del haz, pero estos mismos factores no pueden ser controlados polos que utilizan los Rayos Gamma. Algunos Isótopos radioactivos emisores se encuentran en estado natural, como el Radio. Pro otros, como el Cobalto 60, Iridio 192, son producidos artificialmente, estos últimos son ampliamente utilizados en la actualidad. FUENTES DE RAYOS GAMMA UTILIZADAS EN RADIOGRAFIA Las radiografías con Rayos Gamma ofrecen las siguientes ventajas: Simplicidad de los aparatos. Fuentes livianas de radiación. No requiere fuerza eléctrica. Portabilidad conveniente. Estas ventajas son particularmente deseables cuando se radiografía en sitios confinados y todas aquellas aplicaciones en tuberías y ensamblaje en el cual el acceso es limitado. 204

205 Mientras que las máquinas de Rayos X emiten radiación de diferentes longitudes de onda, las fuentes de Rayos Gamma emiten una o contadas longitudes de ondas diferentes. Fuentes Artificiales. Existen dos fuentes de isótopos radioactivas (Radioisótopos) hechos por el hombre. Durante la fusión del Uranio 235 en el reactor nuclear se producen diferentes isótopos utilizables como fuentes de radiación. El Cesio 137, uno de los radioisótopos utilizados en radiografía, es obtenido como sub-producto de la fisión nuclear. El segundo, y más común, medio de producir radioisótopos es mediante el bombardeo de ciertos elementos con neutrones. El núcleo del elemento bombardeado se altera, debido usualmente a la captura de neutrones, y por lo tanto se vuelve inestable o radiactivo. Los radioisótopos utilizados en radiografía industrial que proceden del bombardeo de neutrones son: Cobalto 60, Tulio 170 e Iridio 192. L designación numérica de cada isótopo corresponde a su peso atómico y lo distingue de los otros isótopos del mismo elemento. Los isótopos artificiales emiten Rayos Gamma, partículas alfa, y partículas beta del mismo modo que lo hacen los isótopos naturales. El punto focal se denomina a la porción del ánodo (blanco) donde se generan los Rayos X. En radiografía con Rayos Gamma el punto focal está constituido por el área de superficie que presente el isótopo, en dirección al objeto que se inspecciona. Por este motivo es conveniente que las dimensiones de la fuente Gamma sean lo más pequeña posibles. La mayoría de los isótopos usados en radiografía tienen forma cilíndrica de diámetro y altura aproximadamente iguales. La forma de la fuete permite que ésta sea usada con cualquiera de sus lados dirigidos al espécimen, ya que presenta al misma extensión de superficie en cualquier dirección. Cuando se utilicen fuentes que no sean cilíndricas, será necesario colocar su lado de menor superficie dirigido paralelamente al plano del 205

206 espécimen, cuando la pastilla de la fuente sea rectangular el tamaño de fuente será la diagonal del rectángulo. a) Radio. El radio es un isótopo natural que tiene una vida media de 1620 años. En aplicaciones prácticas se considera que tiene una emisión constante debido a que su desintegración es muy lenta. b) Cobalto 60. El Cobalto 60 es n isótopo creado artificialmente mediante el bombardeo con neutrones al cobalto. Su vida media es de 5.3 años. El rayo primario de la radiación de Cobalto 60 consiste de rayos que poseen de 1.33 a 1.17 Mev, energía similar en contenido ala de una máquina de Rayos X de 2 Mev. El radioisótopo es suministrado en forma de cápsula de diferentes tamaños. Se utiliza en radiografía de acero, cobre, latones y otros metales de mediano peso en espesores comprendidos entre 25 y 180 milímetros. Debido a su alto poder de penetración estos isótopos requieren blindajes muy gruesos, lo cual dificulta su manejo. c) Iridio 192. El Iridio 192, es otro isótopo artificial producido por bombardeo de neutrones, su vida media es de 75 días. Tiene una actividad específica alta y emite Rayos Gamma de 0.13 a 0.60 Mev, comparable a la fuerza de penetración de un quipo de Rayos X de 300 kv. Industrialmente se utiliza para radiografiar acero y metales similares de espesores comprendidos entre 6 y 60 milímetros. Su 206

207 energía de radiación relativamente baja y su elevada actividad específica hacen del Iridio 192 una poderosa fuente de radiación que es fácil de blindar. d) Tulio 170. Se obtiene mediante bombardeo de neutrones, tiene una vida media de 130 días. La desintegración de este isótopo produce 84 y 52 kev de Rayos Gamma, radiación equivalente a un equipo de Rayos X que opere entre 50 y 100 kv. Es el mejor isótopo conocido para radiografiar metales delgados al producir radiografías de buena calidad en especimenes cuyos espesores sean inferior a 12 milímetros. e) Cesio 137. El Cesio 137, es un subproducto de fisión nuclear y su vida media es de 30 años. Emite Rayos Gamma de 0.66 Mev, equivalente en energía a la radiación de un Mev de una máquina de Rayos X. Son utilizados en radiografía de acero con espesores comprendidos entre 25 y 90 milímetros. Su ventaja esta en el bajo decaimiento radiación. El cesio 137 se maneja usualmente en la forma de Cloruro CsCl; un polvo soluble que requiere precauciones especiales de seguridad. Muchas normas establecen la doble encapsulación de este isótopo, construidas de acero inoxidable. Todas las fuentes modernas de Rayos Gamma vienen protegidas de cámaras blindadas y se operan por control remoto en resguardo del operador. Un diagrama de una máquina tipo control remoto para una fuente se presenta en la figura 11, indicada a continuación: 207

208 En la posición (a) la fuente se encuentra dentro de la protección de plomo y, por lo tanto, está segura. La mitad del cable de control se encuentra dentro del tubo guía, la otra, en el tubo de almacenamiento. En la posición (b), la manivela accionada está avanzando en la fuente fura de la protección y se encuentra dentro del cable guía. En la posición (c), ha llegado al final del cable guía, está en el pico de exposición y es esa la posición para la realización de la radiografía. En la tabla 2 se indican los espesores máximos (aproximados) inspeccionados con diferentes fuentes radiográficas. 208

209 TABLA Nº 2 Iridio 192 Cobalto 60 Cesio 137 Tulio 170 Radio 226 Vida Media 75 días 5.3 años 30 años 130 días 1620 años Energía de Mev a 2.20 Máximo espesor de acero o su equivalente 2-1/2 Pulg. (62 mm) 7-1/2 Pulg. (185 mm) 3-1/2 Pulg. (90 mm) 1/2 Pulg. (12 mm) 5.0 Pulg. (125 mm) Tasa de dosis (Emisividad) mr / hr * Cl a 1.0 m msv / hr * GBg a 1.0 m PRINCIPALES ELEMENTOS RADIOACTIVOS UTILIZADOS EN RADIOGRAFÍA 209

210 Unidades de la Radiación de Alta Energía. La radiación de alta energía, producida por voltajes altos o súper voltajes de Rayos X o por Rayos Gamma, se especifica frecuentemente en términos de la energía de los quantums individuales, en vez de longitud de onda o kilovoltaje. La unidad de energía utilizada es el electrón voltio (ev) una cantidad de energía igual a la energía cinética del electrón que se mueve a través de una diferencia de potencial de un voltio. Pero comúnmente se utilizan múltiplos más convenientes tales como kilo electrón voltios (Kev) que representan 1000 ev, y el millón de electrón voltios (Mev), de de ev. La longitud de onda (capacidad de penetración) de los Rayos Gamma está determinada solamente por la fuente radiactiva, y no puede ser ajustada. La intensidad de la radiación de los Rayos Gamma también está determinada por el tamaño y la edad de la fuente radiactiva y no puede ser cambiada. a. Intensidad de la Radiación. La intensidad de la radiación depende de la actividad del material radiactivo y está directamente relacionada con el número de átomos que se desintegran en un segundo, es decir la velocidad de desintegración de la fuentes en ese momento. El curie (Ci) es la unidad de la actividad radiactiva. Cómo cada fotón gamma procede de la desintegración de un núcleo, es posible definir el Ci en función del número teórico de núcleos que se desintegran en 1 gramo de radio. 1 Curie = 3,7 x desintegración/segundo (Bg). La actividad, en un tiempo dado t, de un elemento radiactivo viene dada por: A = A e 0 Ln2 t T 210

211 Donde : Ao = Actividad Inicial. T = Tiempo de vida media. t = Tiempo transcurrido. b) Actividad Específica. La Actividad Específica es la actividad de una fuente radiactiva en Curies por gramo o Curies por centímetro cúbico e indica el grado de concentración de la misma. c) Vida Media. Debido a que la intensidad de la radiación Gamma está relacionada con la desintegración de los átomos de la fuente radiactiva, la misma no puede ser ajustada, ni tampoco es de valor constante. Las fuentes de Rayos Gamma pierden gradualmente su actividad con el tiempo, y la tarea de decaimiento está determinada por el tipo de material radiactivo de la fuente. La Vida Media de una fuente radiactiva es el tiempo requerido para que la intensidad o actividad de la fuente radiactiva, disminuya hasta la mitad de su valor original. En la Tabla Nº 2 se indican los valores de vida media de las fuentes de rayos gamma comúnmente utilizados en Radiografía Industrial. d) Construcción. Una fuente de radiación contiene algunos miligramos o gramos de material radioisótopo, dentro de una cápsula de protección. En la Figura 12 se muestra un 211

212 esquema de una fuente de radiación Gamma de uso industrial. El material radiactivo en forma de pastilla se encuentra dentro de un cápsula de acero cerrada por soldadura. Está cápsula retiene y protege al material, lleva la identificación correspondiente y posee una prolongación o lengüeta que permite su fijación al dispositivo de manejo. La pastilla de material radiactivo es usualmente un cilindro sólido de metal puro (caso del Ir-192 y Co-60) o cerámico (caso de Cs-137 y Tm-170), cuyo diámetro y altura son iguales. Su tamaño puede variar de 0.5 x 0.5 mm hasta 6 x 6 mm. En el caso de Cs-137 la pastilla radiactiva es usualmente una esfera. e) Cámara de Almacenamiento. Las regulaciones oficiales establecen que las fuentes deben estar Selladas. Esto significa que las fuentes se depositan en cámaras hechas de plomo, uranio decaído u otro material protector. Cuando no se encuentren en uso, dichas cámaras están provistas de dispositivos que permiten realizar la exposición cuando sea requerido. Existen dos tipos básicos de cámaras, uno retiene en forma permanente la fuente en su interior y para hacer la exposición se abre un 212

213 diafragma colimador del haz que restringe el ángulo sólido de exposición a un valor determinado. Otro tipo dispone de un mecanismo que permite conducir la fuente, por control remoto, desde el blindaje hasta el extremo de un tubo flexible que se posiciona en el lugar adecuado para hacer la exposición. CALCULOS DE EXPOSICIÓN, PELÍCULAS RADIOGRÁFICAS Y PROCESAMIENTO. PRINCIPIO GEOMÉTRICO DE LAS EXPOSICIONES Los elementos materiales que básicamente se requieren para producir una radiografía son los siguientes: - Una Fuente Radiográfica. - Un Objeto a ser radiografiado. - Una Película radiográfica La Figura 13 representa un diagrama de exposición radiográfica en el cual se muestran las relaciones geométricas entre la fuente de radiación, el espécimen y la película radiográfica tanto para Rayos X como para Rayos Gamma. La imagen sufre agrandamiento o deformación debido a la proyección del objeto que no se encuentra en contacto con la película, cuando el plano de la película no es paralela al plano del objeto, el haz de radiación no es perpendicular al haz de radiación ó el tamaño de la fuente o punto focal es muy grande. 213

214 En la figura 14 se muestra la calidad de la imagen radiográfica, cuando está afectada la distancia fuente-película. En la figura 15 se muestra la distorsión de la imagen radiográfica ocasionada por: (a) Tamaño de la Fuente y (b) cuando el haz de radiación no es normal al plano del espécimen. Los factores geométricos están relacionados mediante la penumbra geométrica o indefinición radiográfica (Ug), la cual podemos expresar como: Ug F T =, D T = t si DOP = 0, t = Espesor del espécimen. Siendo F : El tamaño de la fuente (Rayos Gamma) o Tamaño Focal (Rayos X) T: La distancia Objeto-Película. D: Distancia Fuente-Película (DFP) Figura 13: Factores geométricos 214

215 Figura 14: Penumbra geométrica efecto de la DFP. 215

216 Figura 15A Figura 15B. Densidad Radiográfica se define como el grado de oscurecimiento de la película radiográfica, y se expresa como: I D = Log I 0 Donde D es la densidad de la película, I 0 es la intensidad de la luz incidente, e I la intensidad de la luz transmitida. SELECCIÓN DE LA PELÍCULA. La selección de la película está determinada por la necesidad de obtener una radiografía de un contraste y definición específicos. El contraste de la película, la velocidad y la granulación están Inter.-relacionados. Las películas rápidas son de granos gruesos y pobre resolución, mientras que las películas lentas con de grano fino y buena resolución. Por lo tanto, aunque resulta económicamente 216

217 ventajoso al hacer exposiciones cortas, el uso de las películas rápidas está limitado por la granulación que puede ser tolerada en la radiografía. Los fabricantes de películas la ofrecen de diferentes características, cada una diseñada para un propósito específico. PROCESAMIENTO DE PELÍCULAS Una vez realizada la exposición radiográfica se requiere procesar la película para hacer visible la imagen latente creada por la radiación. a.- Precauciones en el procesamiento. Para obtener resultados satisfactorios, deben cumplirse las siguientes precauciones durante el procesamiento de la película: 1. Mantener las concentraciones químicas, temperatura y tiempo de procesamiento dentro de los límites establecidos. 2. Evitar la contaminación de las soluciones utilizando tanques, agitadores, colgadores, etc. fabricados de material resistente a los reactivos, como acero inoxidable. 3. Los cuartos oscuros deben estar provistos de lámparas de seguridad y filtros para evitar el velado de películas. 4. Es necesario mantener una buena limpieza para evitar vetas y manchas en las radiografías. b.- Procesamiento en Tanques. Es un proceso manual que se efectúa dentro de recipientes con relativos y agua de lavado. Antes de comenzar el revelado, la película se saca de las fundas en que fueron expuestas y se colocan cuidadosamente en los colgadores. 217

218 Toda la operación se realiza dentro de un cuarto oscuro para evitar el velado de las películas. Principales etapas en el procesamiento de películas. - Revelado. - Baño - Fijado. - Lavado final. - Agente humectante secado. REVELADO. Es el proceso químico de reducir los cristales de plata de las áreas expuestas de la emulsión de la película, a plata metálica. El revelador es una solución alcalina y agua, la cantidad de cristales de bromuro de plata reducidos a plata metálica es una función de: TIEMPO - CONCENTRACIÓN QUÍMICA - TEMPERATURA. 5 MINUTOS A 68 º F (21 º C) - Se debe agitar la película mientras se revela. - A medida que aumenta la temperatura el tiempo de revelado disminuye. BAÑO DE PARADA: Neutraliza el revelador remanente sobre la película. 218

219 Es una mezcla de ácido acético y agua. Después del revelado, se sumerge la película en el baño de parada durante 1 minuto a 68 º F si no se dispone de un baño de parada, también se puede emplear agua no contaminada por espacio de 2 minutos antes del fijado. FIJADO. Disuelve y remueve los cristales de plata de la superficie de la película que no fue expuesta sin afectar la zona expuesta. El fijador también endurece la emulsión y deja la plata reducida como una imagen permanente. Los fijadores son soluciones de ácido sulfúrico en baja concentración, mezclado con agua. Nuevamente se debe agitar la película. LAVADO: Las películas se deben lavar completamente para eliminarles el fijador que quede en la emulsión. Se puede utilizar un tanque con agua en circulación de forma tal que la película esté constantemente en contacto con agua en movimiento. AGENTE DE MOJADO. Hace que el agua se escurra uniformemente de la película, evitando posibles marcas de gotas de agua. 219

220 SECADO: Se realiza colocando la película revelada en una corriente de aire caliente. Aprox. 25 minutos a 120 º F. PROCESO AUTOMATICO. 1. Soluciones químicas especiales. 2. Agitación constante de la película. 3. Soluciones a altas temperaturas. Resultados defectuosos y sus posibles causas. Antes de atribuir una diferencia local de ennegrecimientos de la imagen radiográfica a una falta de homogeneidad del objeto examinado, se debe tener la certeza de no hallarse en presencia de un defecto producido por un error de manipulación o de tratamiento de película. Es pues importante poder identificar estos defectos en la radiografía. Así mismo, es interesante poder determinar su naturaleza para poder eliminar la causa antes o durante el tratamiento de las siguientes películas. 220

221 Figura 24: Protección contra la radiación. 221

222 TÉCNICAS RADIOGRÁFICAS CONVENCIONALES. Una radiografía de buena calidad presentará un mínimo de distorsión, buena definición, alto contraste y adecuada densidad cuando la exposición sea debidamente controlada. El radiólogo para producir radiografía de calidad solamente necesita seguir los procedimientos establecidos. El radiólogo que posea un conocimiento y comprensión de los procesos radiográficos y la habilidad para utilizar las cartas y ábacos disponibles, puede establecer procedimientos efectivos para radiografiar diferentes especimenes. El procesamiento de la partícula constituye una parte esencial de la buena práctica radiográfica. Podría utilizarse la mejor técnica de exposición, pero si la película no es revelada adecuadamente, la radiografía resultaría inútil. Las técnicas de exposición dadas a continuación son efectivas solo si el procesamiento de la película es adecuado. a) Selección de Equipos. La selección del equipo para un ensayo particular consiste de varias decisiones relacionadas entre si. (1) Selección de la radiografía como método de ensayo. (2) Selección de la radiografía por Rayos X o Rayos Gamma. (3) Selección de un equipo específico de Rayos X ó Gamma. Debido a su flexibilidad, facilidad de operación y un menor riesgo de la salud, se prefiere la radiografía con Rayos X a la de Rayos Gamma. La radiografía con Rayos Gamma es preferible cuando la aplicación industrial incluye: 222

223 - Necesidad de radiación de alta energía. - Confinamiento del área donde se realizará la exposición. - Inspección de campo en área donde no se dispone de fuerza eléctrica. b) Equipos Auxiliares. Para tomar una radiografía se requiere solamente de: una fuente de radiación, un espécimen y una película. Pero, cando se requiere una radiografía de suficiente calidad y utilidad se requieren equipos y accesorios adicionales. Estos accesorios que facilitan el trabajo del radiólogo son: - Diafragmas, colimadores y conos. - Filtros. - Pantallas. - Material de enmascaramiento. - Penetrámetros (ICI). - Láminas de suplementos (Shims). - Fundas o chasis. - Dispositivos de medición lineal y angular. - Indicadores de identificación y posición. - Material de blindaje. - Densitómetro. - Gráficas de exposición para Rayos X y Rayos Gamma. - Gráficas de decaimiento de isótopo. - Gráficas característica de la película (gráfica H & D) - Tabla de factores radiográficos equivalentes. 223

224 Diafragmas, Colimadores y Conos: Son accesorios instalados en el tubo de Rayos X o en la cámara de Rayos Gamma para reducir el área de radiación (Fig. 25) y sirven para disminuirla radiación dispersa. Filtros: Están constituidos por metales o aleaciones de número atómico alto como el plomo, latón, cobre y acero y que absorben la radiación blanda del haz y sus funciones son: 1.- Reducir el contraste subjetivo permitiendo el registro de un amplio rango de espesores con una sola exposición y eliminar la radiación dispersa causada por la radicación blanda (Fig. 25). No existen tablas para la selección del espesor del filtro, sin embargo al radiografiar el acero se obtiene buen resultado utilizando filtros de plomos con espesor igual al 3% del máximo espesor del espécimen. Pantallas: La película para producir una imagen, por medio del efecto fotoeléctrico observe menos del 1% de la energía de la radiación X ó Gamma que recibe. Para mejorar la absorción de ésta energía por la película se utilizan dos tipos de pantallas radiográficas: fluorescente y de plomo. a) Pantallas Fluorescentes: Consisten de materiales fluorescentes pulverizados, comúnmente de tungstanato de calcio adherido a la pared plástica. Se usan en pares con la película entre ellas en íntimo contacto dentro de la funda o chasis de exposición, como la luz emitida es difusa, disminuyen la definición de la imagen radiográfica pero, mejora el tiempo de exposición. 224

225 Figura 25: Diafragmas, colimadores y filtros. Las pantallas fluorescentes tienen un alto factor de intensificación, el cual permite reducir el tiempo de exposición hasta en una magnitud del 95%, está es la única ventaja de utilizar la pantalla fluorescente. Debido a la disminución de la definición de la imagen que producen, las pantallas fluorescentes solo se utilizan en aplicaciones especiales. 225

226 El factor de intensificación viene definido como la razón entre el tiempo de exposición sin pantalla y el tiempo de exposición con pantalla. b) Pantallas de Plomo: Son construidas de aleación de plomo y antimonio, la cual resulta más fuerte y resistente al desgaste que la del plomo puro. Son utilizadas en pares y se colocan con la película entre ellas, en íntimo contacto con el plomo dentro de la funda o chasis de exposición. Varían de acuerdo al espesor del espécimen y la energía de radiación. En la mayoría de las aplicaciones la pantalla frontal y posterior son de 0,005 y 0,010 pulgadas respectivamente. Estas son muy eficientes por su habilidad para absorber la radiación dispersa (Radiación Blanda), en adición al incremento del efecto fotoeléctrico que ejercen sobre la película. El aumento del efecto fotográfico es el resultado de la liberación de los electrones de los átomos de plomo cuando reciben la acción de la radiación. El factor de intensificación de la pantalla de plomo es inferior al de la pantalla fluorescente. Sin embargo debido a su capacidad de reducir el efecto de radiación difusa mejorando el contraste y la definición de la imagen radiográfica son ampliamente utilizadas en las radiografías con Rayos Gamma. Las pantallas de plomo deben estar libres de polvo, grasa y sucio, porque estos materiales pueden absorber los electrones emitidos por las pantallas, los cuales son requeridos para la acción intensificadora. Material de Enmascaramiento: Enmascaramiento es la acción de cubrir o rodear parte del espécimen con material muy absorbente de radiación durante la exposición. Reducen la exposición de las áreas cubiertas del espécimen evitando la dispersión. Los materiales comúnmente utilizados son: plomos, arcillas de bario 226

227 y bolillas metálicas (Fig. 26). El principal propósito del enmascaramiento es reducir la radiación dispersa. Figura 26: Enmascaramientos. Parámetros o indicadores de Calidad de Imagen (ICI). Prácticamente toda la radiografía que requieran su interpretación contiene la imagen de un penetrámetro como indicación que la técnica radiográfica utilizada 227

228 es adecuada. El parámetro determina el nivel de calidad (sensibilidad), pero no es utilizado para determinar tamaño de indicaciones o establecer criterios de aceptación de las mismas. El penetrámetro debe fabricarse del mismo material del espécimen; su forma geométrica sencilla contiene pequeños dispositivos tales como agujero o alambres, cuyas dimensiones guardan cierta relación con el espesor del espécimen. La imagen del penetrámetro en la radiografía constituye una evidencia permanente de que el examen radiográfico fue conducido en condiciones adecuadas. Esto es una característica única de la radiografía como ensayo no destructivo. En Norteamérica, el penetrámetro mas utilizado es el de tipo placa (penetrámetro standard) formado por un rectángulo metálico que posee tres agujeros pasantes cuyos diámetros están relacionados con el espesor del penetrámetro. Otros penetrámetros similares que difieren del tipo ASTM son requeridos por los diferentes Códigos y Especificaciones. Por ejemplo API-1104, AFNOR, DIN, etc. Las Figuras 27a y 27b muestra diferentes versiones de penetrámetros. 1.- El espesor (T) del penetrámetro estándar es el 2% del espesor denotado por el número que identifica el penetrámetro (Nº I.) y los diámetros de los agujeros son 1 x T (1T), 2 x T (2T) y 4 x T (4T). El penetrámetro espesor de 0.015, tiene por número de identificación 15 y los diámetros de los agujeros aparecen indicados en la Figura 27.b. Los diámetros de los penetrámetros estándar (ASTM) aparecen en la Tabla 9 y en los niveles de sensibilidad se muestran en la Tabla Prácticamente en todos los casos, el penetrámetro va colocado del lado que presenta el espécimen a la fuente de radiación. Esta es la posición geométrica más desfavorable. Sin embargo, en algunas ocasiones esta posición no es 228

229 práctica. Como por ejemplo al radiografiar soldaduras de unión entre tubos estando la fuente dentro del tubo y la película en la superficie externa. En estos casos es aceptable el uso de penetrámetro del tipo Lado-película que es equivalente al penetrámetro normalmente utilizado del lado de la fuente. Figura 27.A: Penetrámetros. 229

230 NOTAS: 1. El diámetro de cada agujero puede ser de 1/16 (1.6 mm). 2. Los agujeros deben ser redondos y perforados perpendicular a la superficie. 3. Los agujeros deben estar libres de rebabas, pero los bordes no deben ser biselados. 4. Cada parámetro debe tener su número de identificación. D = Diámetro del agujero esencial del penetrámetro. T = Espesor del penetrámetro en milésimas de pulgadas. En este caso T = Figura 27.B: Penetrámetro Estándar API-5L 230

231 SENSIBILIDAD NIVEL DE AGUJERO T ( % ) CALIDAD ESENCIAL T 1%E 1T T 1%E 2T T 2%E 1T T 2%E 2T T 2%E 4T T 4%E 2T T : Espesor del penetrámetro. Ing. Nelson López. E: Espesor del espécimen. TABLA 10: NIVELES DE SENSIBILIDAD 231

232 TABLA Nº 9: SELECCIÓNDEL PENETRAMETRO SEGÚN ASME V. ESPESOR DE PARED SIMPLE DEL MATERIAL (Pulgadas) HASTA HASTA HASTA HASTA HASTA HASTA HASTA HASTA HASTA Nº DE IDENTIF. LADO FUENTE AGUJERO ESENCIAL PENETRÁMETRO DIÁMETRO DE ALAMBRE ( ) Nº DE IDENTIF. LADO PELÍCULA AGUJERO ESENCIAL DIÁMETRO DE ALAMBRE ( ) 12 2T II. 2T T T T T T T T T T T T T T T T T

233 Láminas de Suplemento o Shim. Estas piezas son láminas delgadas, fabricadas de material idéntico al del espécimen y se utilizan en radiografías de soldaduras para complementar el espesor base con el resalte del cordón de soldadura. Se colocan debajo del penetrámetro y en la practica se utilizan láminas de ancho y longitud mayores a las del penetrámetro. Fundas o Chasis. Son estuches que resguardan la película de la acción de la luz y la protegen de daños. Se fabrican de una variedad de materiales cómo vinil, tela y goma. Deben ser flexibles para adaptarse al contorno del espécimen de manera que la distancia entre éste y la película sea mínima. Dispositivos de Medición Lineal y Angular. Los dispositivos corrientes de medición como cintas métricas y transportadores son necesarios para determinar con cierta exactitud la distancia fuente-objeto ó fuente-película. Indicadores de Identificación y Posición. Para ser posible la correcta interpretación de la radiografía, el espécimen y la placa deben de estar identificados de tal modo que el espécimen, su orientación y posición de los defectos puedan ser fácilmente identificables. Esto se realiza 233

234 utilizando números y letras de plomos que se colocan sobre el espécimen o sobre la película antes de la exposición y que luego aparecen en la radiografía. Equipos de Blindaje de Área. La radiación dispersa puede controlarse instalando blindajes para proteger los lados de la pieza. En las instalaciones permanentes se utilizan blindajes en las salas o compartimientos. Cuando la radiografía se toma en áreas exteriores se colocan pantallas de plomo para absorber la radiación dispersa. Desintómetro. Es un instrumento utilizado para medir la densidad de la placa radiográfica, existen dos tipos de desintómetro: visual y electrónico. Su principal característica es la preescisión y consistencia. Gráficas (Ábacos) de Exposición para Rayos X. Estas gráficas relacionan es espesor del espécimen, el kilovoltaje y la exposición requerida. Son aplicables bajo ciertas condiciones tales como: máquinas de Rayos X, distancia fuente-película, tipo de película, condiciones de revelado y densidad de la película. En la Figura 16 se muestra la gráfica de exposición en Miliamperaje por segundo vs. Espesor del acero, para máquina de Rayos X de 80 a 270 Kv. Gráficas de Exposición para Rayos Gamma. 234

235 La Figura 28 muestra una gráfica típica para exposición con Rayos Gamma, las variables que intervienen en la misma son: actividad de las fuentes y distancia fuente-película, las cuales están relacionadas para cada una de las diferentes velocidades de películas. Estas gráficas normalmente son suministradas por el fabricante de película y son muy precisas cuando se utilizan correctamente las condiciones de revelado de la película. El factor de exposición mostrado en la Figura es la representación logarítmica del grupo de valores derivados de la división del producto de la actividad de la fuente y el tiempo entre la distancia fuente-película elevado al cuadrado. Los factores de corrección de la densidad fueron obtenidos de las curvas características de la película. Gráficas de Decaimiento. Estas gráficas son suministradas por el fabricante del isótopo y permiten determinar la actividad de la fuente en una determinada fecha. Gráficas Características de la Película. Estas curvas se utilizan tal como la suministra el fabricante de la película sin tener que efectuar ningún cambio. Las mismas fueron explicadas en capítulos anteriores. Factor de Equivalencia Radiográfica. 235

236 La mayor información sobre las fuentes de radiación esta expresada en términos de los espesores de aluminio y acero (ver Tabla 2). En la Tabla 3 se muestran los factores de equivalencia radiográfica para otros metales. Para obtener el espesor de un material dado, se multiplica el espesor des espécimen por el factor de equivalencia. 236

237 Figura 28: Gráfica de exposición para Rayos Gamma. 237

238 INTRODUCCION CORRIENTES INDUCIDAS Breve introducción histórica. Dentro del área de los Ensayos No Destructivos, la técnica conocida como Corrientes inducidas, destaca por el amplio rango de aplicaciones que van desde la simple detección y localización de discontinuidades (Defectologia) hasta la determinación de características físicas de los materiales tales como medición de espesores de recubrimientos, determinación de Conductividad Eléctrica y permeabilidad magnética, diferenciación de materiales en base a su composición, dureza, microestructura, tratamientos térmicos, perfilometria, determinación de propiedades geométricas etc. La técnica de Corrientes Inducidas (también conocida como Corrientes de Foucault, Corrientes de Eddy, Corrientes Parásitas entre otros) se fundamenta en el fenómeno de inducción Electromagnética, descubierto por Michael Faraday en Faraday [1] demostró que al pasar una corriente eléctrica cuyas características dependen del tiempo, a través de una espira (alambre enrollado) Esta era capaz de producir (inducir) una corriente eléctrica en otra espira adyacente. En James C, Maxwell propuso sus famosas ecuaciones para describir el comportamiento de los campos electromagnéticos, proporcionando con esto la fundamentacion teórica del método [ 1] En 1.879, D.E Hughes desarrollo un sistema para aplicación de las Corrientes Inducidas, con el cual consiguió detectar diferencia en las medidas de Conductividad Eléctrica y Permeabilidad Magnética en función de la temperatura para diferentes materiales. En 1.926, H.E Kranz de la firma Western Electric, desarrollo un equipo para aplicación de Corrientes Inducidas, con la finalidad de medir espesores de pared para materiales que eran conductores eléctricos. En la década de los 30 fueron desarrollados sistemas para detección de discontinuidades en línea de producción de tubería con costura, la cual es una de las aplicaciones más importantes de la Corrientes Inducidas. 238

239 Durante los anos 40 Frederich Foerster desarrollo los primeros equipos comerciales de Corrientes Inducidas. Luego en la década de los 50 introdujo el concepto de Análisis por Diagrama de Impedancia el cual ha sido vital en los posteriores desarrollos y aplicaciones de la técnica, entre otras cosas permitió discriminar el efecto de los diferentes parámetros y propiedades que afectan a las corrientes, aunque de una manera empírica. A partir de este momento puede decirse que el rango de aplicaciones de la técnica de Corrientes Inducidas, se ha ampliado para ir desde el monitoreo y control de procesos de fabricación, hasta la evaluación de componentes en servicio como es el caso de la industria aeronáutica Principios Físicos del método. La técnica de inspección por Corrientes Inducidas, es similar a la de Calentamiento por Inducción utilizada en procesos de soldadura por calentamiento inductivo. Ambas técnicas dependen del principio de inducción electromagnética para la creación de las corrientes eléctricas (inducidas) en una pieza que se encuentra colocada dentro o en las proximidades de una bobina de inducción. El calentamiento producido es una consecuencia del fenómeno de conversión de energía eléctrica en calor (Efecto Joule P = I 2 x R) sufrido por dichas corrientes inducidas. Este proceso depende de la forma en la cual varia la corriente eléctrica que circula por la bobina, en general se aplica una corriente alterna (AC) cuya frecuencia (f) puede ser ajustada, pero en este caso su valor es condicionado por una propiedad de los materiales conductores de la electricidad, la cual se conoce como Efecto Piel Por otra parte, existen diferencias entre ambas técnicas, entre las mas importantes se encuentran los niveles de potencia utilizados; en el caso del calentamiento por inducción, los niveles que se aplican son mayores que los empleados en corrientes inducidas, otra diferencia consiste en las bobinas 239

240 utilizadas; En el caso del calentamiento por inducción normalmente se usa una sola bobina (actúa como primario) mientras que en el caso de las corrientes inducidas, el sistema esta compuesto por una bobina primaria y una secundaria. En la técnica de inspección por corrientes inducidas, la pieza o componente a ser inspeccionado, se coloca dentro de una bobina (o en contacto con ella) por la cual circula una corriente alterna (AC) que recibe el nombre de corriente de excitación (Ver figura # 1) Como una consecuencia de lo anterior, se produce en las proximidades de la bobina un Campo Electromagnético llamado Campo Primario (H p ) el cual produce el flujo de corrientes inducidas sobre la pieza inspeccionada. Estas corrientes inducidas a su vez producen un segundo campo electromagnético llamado Campo Secundario (H s ) cuya principal característica es la de tener un sentido opuesto al primario (Ley de Lenz) Estos campos se combinan para producir un campo electromagnético resultante (H p H s ) Las variaciones en las propiedades del material que esta siendo ensayado, tales como composición química, dureza, espesores de recubrimientos, tratamientos térmicos, presencia de discontinuidades, variaciones de geometría y dimensiones entre otros, producen variaciones en el flujo de las corrientes inducidas, esto a su vez produce variaciones en el campo secundario (H s ) y a través de este en el campo resultante (H p H s ) Este campo resultante actúa sobre la bobina inductora, produciendo variaciones en el voltaje alterno que se le aplica y en su impedancia eléctrica. Estas variaciones pueden ser detectadas y procesadas, para ser representadas en algún dispositivo de medición analógico o digital, tubo de rayos catódicos o un registrador grafico. 240

241 Figura # 1.- PRINCIPIOS FISICOS DE LA TECNICA. La figura # 2, muestra la distorsión producida en el flujo de las corrientes inducidas en la superficie de una pieza plana y en una barra debido a la presencia de discontinuidades. FIGURA # 2.- DISTORSION EN EL FLUJO DE CORRIENTES INDUCIDAS POR LA PRESENCIA DE DISCONTINUIDADES 241

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