Contenido. Aplicaciones Principios Pulso eco y transmision Equipo Transductores Instrumentos Standards Presentación de la data Ventajas y desventajas

Transcripción

1 Ultrasonic Testing

2 Introducción Esta presentacion es una introducción a la técnica de UT. El ultrasonido utiliza ondas de alta frecuencia para inspeccionar materiales y efectuar mediciones. La inspección Ultrasónica puede ser aplicada a una amplia gama de materiales y gometrias. Soldaduras, fundiciones, forjas y compostes. El método permite determinar la presencia de discontinuidades, espesor de revestimientos, propiedades acusticas y elasticas

3 Contenido Aplicaciones Principios Pulso eco y transmision Equipo Transductores Instrumentos Standards Presentación de la data Ventajas y desventajas

4 Principos Básicos El sonido es producido por un cuerpo que vibra y se desplaza de acuerdo con las propiedades de una onda. La perturbacion produce el movimiento de las particulas del material. La frecuencia muy por encima del rango audible.

5 Principos Básicos (cont.) La LONGITUD DE ONDA (λ) es la distancia entre dos puntos de la misma fase. El tiempo requerido para que la particula efectue una oscilacion completa es el PERIODO. λ = c/f La inspección con UT utiliza diferentes modos de vibración. Los más comunes son: L, T, R

6 Principos Básicos (cont.) Las ondas ultrasonicas son similares a las ondas de luz. Pueden ser reflejadas refractadas, enfocadas. La reflexión y la refracción ocurren cuando la onda incide en una superficie con diferente impedancia acustica. En los solidos ocurren cambios de modo de propagación cuando la onda incide a un ángulo diferente a 90 grados. La refleccion del ultrasonido en las discontinuidades y la aplicacion de principios geometricos, permiten su correcta ubicación. A elevadas frecuencias, la velocidad de propagación es constante para cada modo de vibración..

7 Generación del ultrasonido Un elemento piezoelectrico convierte la energia mecanica en electrica y viceversa.. El transductor puede transmitir y recibir.

8 Principios de Inspeccón con UT El ultrasonido suele modelarse como lineas rectas que se propagan en el interior del material hasta que encuentran un reflector. Cuando la onda interactua con una superficie, parte se refracta y parte se refleja. La cantidad de energía transmitida o reflejada puede correlacionarse con las dimensiones del defecto. El equipo registra el tiempo de vuelo, este dato en conjunto con la disposición geométrica del sistema permite obtener información sobre la distancia a la que se encuentra el defecto.

9 Técnicas UT método muy versatil, muchas aplicaciones, Existen tres tipos principales Pulso eco y Transmisión Haz normal y haz angular (Indica con que angulo incide el UT en el material) Contacto o Inmersión (Relacionado con el método de acoplamiento)

10 Pulse-Eco El transductor envia un pulso ultrasonico y se capturan y analizan los ecos provenientes de la superficie posterior o discontinuidades. La cantidad de energía reflejada (Amplitud) es graficada en funcion del tiempo. Esto da información sobre la ubicación y dimensión del defecto. initial pulse back surface echo crack echo crack plate UT Instrument Screen

11 Test Techniques Pulse-Echo (cont.) Pantalla del equipo donde se observa el eco de fondo (superficie posterior). Eco del reflector La técnica permite dimensionar y ubicar los reflectores.

12 Transmisión Dos transductores son colocados en lados opuestos del material. Un transductor transmite y el otro recibe. En este caso las discontinuidades opacan o atenuan la señal. Esto disminuye la amplitud de la señal. Es un método ideal para analizar discontiuidades que no son buenos reflectoras, no se puede obtener información sobre la posición del defecto. T T 1 R R

13 Transmisión Imagen en el equipo del bloque en zona SIN discontinuidad Pérdida de amplitud de la señal por presencia de discontiuidad.

14 Incidencia Normal y Angular La inspección con haz angular introduce una perturbacion normal a la superficie de acoplamiento. Incidencia a 90 grados. La inspección con haz angular introduce una perturbación con un ángulo de incidencia inferior a 90 grados. La seleccion de la técnica depende de dos consideraciones: - La orientación del defecto. - Condiciones superficiales de aoplamiento, restricciones.

15 Contacto Vs Inmersión Para poder introducir el UT es necesario colocar un medio que permita su paso entre el transductor y la pieza, este producto se conoce como acoplante. En la tecnica por contacto se requiere la aplicacion de agua, aceite, glicerina, etc como acoplante. En la técnica por inmersión, tanto la pieza como el transductor son introducidos en un fluido. La técnica ofrece varias venajas, entre ellas mantener un acoplamiento consistente. Con la técnica de inmersión en modo pulso eco, se observa el eco de refleccion en la superficie frontal de la pieza además de los otros ecos. 1 2 IP FWE 1 BWE IP FWE 2 BWE DE IP = Initial Pulse FWE = Front Wall Echo DE = Defect Echo BWE = Back Wall Echo Defect

16 Aplicaciones Algunas de las aplicaciones: Detectar defectos (grietas, inclusiones, porosidad, etc.) Medición de pérdida de espesor Dterminar integridad de uniones en adhesivos y soldaduras tipo brazing. Estimación del contenido de espacios vacios en materiales plásticos composites Medición del espesor de capas endurecidas en aceros. Estimation del tamaño de grano en materiales

17 Medición de Espesores Medicion de espesores. Metodo rutinario en refineria para evaluar la velocidad de corrosion. Tuberías, recipientes a presión, tanques.

18 Detección de Defectos- Delaminaciones Presencia de laminaciones Signal showing multiple back surface echoes in an unflawed area. Additional echoes indicate delaminations in the member.

19 Inspección de Soldaduras Uno de los métodos más utilizados para inspeccionar soldaduras Las juntas a topes requieren haz angular.

20 Equipos Gran variedad de equipos. Seleccionar el màs apropiado. El equipo ultrasónico esta compuesto por tres elementos básicos: - Equipo - Transductores - Bloques de calibración

21 Transductores Gran variedad de transductores. Clasificación general: - Contacto o immersion - Mono o duales - Haz angular o normal Frecuencia, Ancho de banda tamaño, enfoque.

22 Transductores de Contacto Soportan uso riguroso. La capa de acoplamiento es gruesa y muy resistente.

23 Transductores de Contacto (cont.) Los transductores duales poseen dos cristales piezoelectricos. Uno transmite y el otro recibe. Este tipo de arreglo aumenta marcadamente la resolucion superficial ya que el receptor no necesita tiempo de espera para recibir. Los transductores duales son generalmente usados en medición de espesores.

24 Transductores de Contacto (cont.) Para mejorar la resolucion cerca de la superficie de un transductor monoelemento, se puede utilizar una zapata de retardo.. La linea de retardo le da tiempo al piezoelectrico a que se frene. Los transductores de contacto generalmente pueden ser protegidos mediante colocacion de membranas para protegerlos de la fricción. Aplicaciones mas utilizadas incluyen medición de espesores y evaluación a altas temperaturas.

25 Transductores Angulares (cont.) Incorporan zapatas que permiten incidencia angular. Ley de Snell para calcular la incidencia Las zapatas pueden ser fijas o removibles. El uso más generalizado es la inspección de soldaduras.

26 Transductores de Inmersión Diseñados para ser sumergidos total o parcialmente en agua. (cont.) Comunmente vienen con lentes acusticos para enfoque cilíndrico o esférico. R=F(n-1)/n n = C1/C2

27 Instrumentation La instrumentacion ultrasonica es muy variada. Cada usuario define el equipo que necesita segun sus necesidades. Existen muchas clasificaciones para los equipos de ultrasonido: portable or stationary, contact or immersion, manual or automated. Hay otras clasificaciones mas especificas. Medicion de Espesores, UT Medico, Phased Arrays, Pulso Eco Angular

28 Instrumentation (cont.) Medidores de espesores generalmente ofrecen una salida numerica. Son generalmente utilizados para evaluar el progreso de corrosion. En los ultimos años, se está exigiendo el uso de medidores de espesor con presentacion A-Scan. La razon: la presencia de laminaciones.

29 Instrumentation (cont.) Defectoscopios para detectar discont. Evaluar diferentes caracteriticas del material. Analogicos - digitales. Se puede controlar la presentacion de pentalla y poseen Ventanas electronicas.

30 Instrumentation (cont.) Existen instrumentos Industriales y de laboratorio que permiten control de mayor numero de variables Suelen ser unidades modulares. Menor portabilidad.

31 Instrumentation (cont.) Sistemas Inmersion -> Creacion de imagenes Tanque + Equipo UT+ Sistema x,y,z,theta+ software de control. La presion acustica es medida en cada punto de la malla establecida. Las imagenes son graficadas convirtiendo los valores numericos a todos de gris. MATLAB htofd matrix

32 Images of a Quarter Produced With an Ultrasonic Immersion Scanning System Imagen acustica en escala de grises de la superficie frontal de una moneda. Imagen en escala de grises del eco de fondo de la moneda.

33 Calibration Standards Calibracion es un proceso de ajustar variables del equipo n funcion de valores conocidos. Enorme vairedad de bloques de calibracion y de referencia dada la gran cantidad de aplicaciones. Bloques de calibracion del mismo material A continuacion se muestran algunos

34 Calibration Standards (cont.) Bloques escalonados, pueden ser planos o escalonados o con corrosion superficial inducida Bloques de Distancia / Amplitud utilizan agujeros de fondo ALCOA A y ALCOA B ASTM Distance/Area Amplitude NAVSHIPS

35 Calibration Standards (cont.) Bloques para Haz angular Estos bloques estan fabricados con una serie de reflectores, entallas, orificios laterales, etc. IIW DSC DC Rhompas SC ASME Pipe Sec. XI

36 Qualification Standards Bloques para determinar la resolusion del haz etc AWS Resolution DC-dB Accuracy IOW Beam Profile

37 Data Presentation En general se tienen tres formatos basicos de presentacion: A-scan B-scan C-scan

38 Signal Amplitude Signal Amplitude Data Presentation - A-scan A-scan Energia en Funcion del tiempo El tamaño de la discontinuidad es proporcional a la amplitud del defecto. La posicion del reflector se determina por el TOF. Time Time

39 Data Presentation - B-scan B-scan presenta un corte transversal de la pieza. Distancia - Profundidad Solo se observa la posicion del reflector Los defectos pueden ser enmascarados por otros defectos.

40 Data Presentation - C-scan La presentacion C Scan es una vista de planta de la situacion y dimension de los defectos. C-scan producido por sistemas x,y,z, theta. C-Scan es una forma de presentar un conjunto de señales A-Scan. Photo of a Composite Component C-Scan Image of Internal Features

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42 Ventajas Ultrasonic Testing Sensible a pequeñas discontinuidades Mejora el desempeño con la profundidad Acceso por un solo lado Alta precision estimando las dimensiones del reflector Baja preparacion de la superficie Resultados inmediatos. Imagenes detalladas Muchas aplicaciones

43 Limitations of Ultrasonic Testing Surface must be accessible to transmit ultrasound. Skill and training is more extensive than with some other methods. Normally requires a coupling medium to promote transfer of sound energy into test specimen. Materials that are rough, irregular in shape, very small, exceptionally thin or not homogeneous are difficult to inspect. Cast iron and other coarse grained materials are difficult to inspect due to low sound transmission and high signal noise. Linear defects oriented parallel to the sound beam may go undetected. Reference standards are required for both equipment calibration, and characterization of flaws.

44 Glossary of Terms Acoustical properties: ultrasonic material characteristics such as velocity, impedance, and attenuation. ASTM: acronym for American Society for Testing and Materials. This society is extensively involved in establishing standards for materials and the testing of materials. Back reflection: a display signal that corresponds to the far surface of a test specimen, side opposite to transducer when testing with longitudinal waves. Band width: a range of frequencies either transmitted or received, may be narrow or broad range. B-scan: presentation technique displaying data in a crosssectional view.

45 Glossary of Terms Calibration: a sequence of instrument control adjustments/instrument responses using known values to verify instrument operating characteristics. Allows determination of unknown quantities from test materials. CRT: acronym for Cathode Ray Tube. Vacuum tube that utilizes one or more electron guns for generating an image. C-scan: presentation technique that displays specimen data in a plan type view. DAC (Distance Amplitude Correction-curves): a graphical method of allowing for material attenuation. Percentage of DAC is often used as a means of acceptance criteria. Discontinuity: an interruption in the physical structure of a material, examples include fissures, cracks, and porosity.

46 Glossary of Terms IIW: calibration standard meeting the specification of the International Institute of Welding. Longitudinal (Compression) waves: ultrasonic mode of propagation in which the particle vibration is parallel to the direction of propagation. Near Surface Resolution: the ability of an ultrasonic system to display reflectors located close to the entry surface. Pulse-echo: ultrasonic test method that utilizes reflected sound as a means of collecting test data. Rayleigh (Surface) waves: ultrasonic mode of propagation where the sound travels along the surface, particle vibration is elliptical.

47 Glossary of Terms Reflection: the changing in direction of sound waves as they strike a surface. Snell s Law: an equation of ratios used to determine incident or refracted angle of sound, denotes angle/velocity relationship. Sweep display: horizontal line on the lower portion of the display, often called the time base line. Through transmission: test technique in which ultrasound is transmitted from one transducer and received by a separate transducer on the opposite side of the test specimen. Wavelength: the distance that a sound wave travels as it completes one cycle, normally measured in inches or millimeters.

48 For More Information The Collaboration for NDT Education The American Society for Nondestructive Testing