Autores: Mejías K. León D. Pérez L. Torres V / Unidad de Ensayos no Destructivos, Análisis de Fallas y Corrosión de Materiales. Centro de Tecnología de los Materiales – FIIIDT
Los ensayos no destructivos, END (NDT en inglés), constituyen un campo que se desarrolla con gran rapidez en la ingeniería y forman parte importante de las herramientas utilizadas para el mantenimiento y la integridad en las industrias que desean mantenerse en la vanguardia del mercado ofreciendo calidad en sus productos. Las crecientes exigencias frente al cumplimiento de estándares en los diversos procesos de producción, ha dado como resultado el desarrollo de tecnologías cuyo objetivo es el de inspeccionar los diferentes equipos y/o productos, garantizando una correcta conformación y calidad. En este contexto, existen diversas técnicas de ensayos no destructivos, siendo el ultrasonido una de las más versátiles y ampliamente demandadas en todo tipo industrias.
BREVE RESEÑA HISTORICA
El ultrasonido no es un invento, sino un evento físico natural que puede ser provocado por el hombre. Las aplicaciones que hoy tiene, no son más que el resultado de la suma de varios experimentos llevados a cabo a lo largo de la historia.
En la primera mitad del siglo XIX (1803-1899), el físico y matemático austriaco Christian Andreas Doppler dio a conocer su trabajo sobre el «Efecto Doppler»[1]. el cual consistía en observar ciertas propiedades de la luz en movimiento, que eran aplicables a las ondas del Ultrasonido. En 1924 el científico ruso S. Y. Sokolov consideró conveniente registrar las discontinuidades, a partir de una técnica basada en la interpretación de la caída de intensidad acústica en un material, al aplicarle sonido por medio de una fuente de energía sónica constante.
No fue sino hasta 1930 cuando se reconoció el uso de la energía ultrasónica en END y como consecuencia de esto, los investigadores soviéticos y alemanes se dedicaron al desarrollo del método de Inspección Ultrasónica. No obstante, faltaba que la tecnología empleada evolucionara ya que los aparatos de ultrasonido presentaban problemas en su manejo y en su capacidad para emitir y recibir las ondas ultrasónicas. Adicionalmente, las superficies frontal y posterior del material a ser ensayado tenían que ser accesibles para colocar en ellas los transmisores de emisión y recepción. Diez años después, el Dr. Floyd A. Firestone [2] desarrolló el primer detector de discontinuidades del tipo conocido como pulso-eco, con el que se requería acceso a la muestra por un solo lado, debido a que el sistema maneja energía reflejada y no la pérdida de energía transmitida, como se había usado hasta entonces.
Inherente al desarrollo de la técnica y la ciencia, los equipos ultrasónicos evolucionaron para responder a los nuevos desafíos de la industria, en específico al control de calidad de materiales, como inspección para detectar discontinuidades en forjas, inspección de juntas soldadas, controlar discontinuidades en materia prima y medición de espesores, entre muchas otras aplicaciones.
PRINCIPIOS DEL MÉTODO
El sonido está conformado por un conjunto de ondas mecánicas longitudinales producidas por la vibración de los objetos y propagadas a través de un medio elástico. Las ondas del sonido oscilan a una frecuencia específica, esto es, número de vibraciones o ciclos por segundo. En este sentido el oído humano percibe frecuencias desde los 16 ciclos por segundos (16 Hz) hasta aproximadamente 20000 ciclos por segundo (20 KHz), este rango es el conocido como la región audible del sonido, por debajo de este rango, es decir desde 1 Hz hasta 16Hz es conocido como el infrasonido, y por encima desde este valor, desde los 20 KHz, comienza el rango del ultrasonido.
Empleando rangos específicos de frecuencias, comúnmente entre 500000 y 15000000 ciclos por segundo (500 KHz a 15 MHz), el método de ultrasonido industrial se basa en la medición de la propagación de estas ondas ultrasónicas en el medio que se quiere analizar. Haciendo uso de sofisticados equipos electrónicos, se emiten pulsos eléctricos los cuales son trasmitidos a transductores que los transforman en ondas mecánicas, las cuales son introducidas en el material a evaluar, una vez dentro de este se propagan, se reflejan, difractan y atenúan y la información obtenida acerca del comportamiento de la onda dentro del material es la utilizada para la detección de discontinuidades o determinación de propiedades físicas.
APLICACIONES
El hecho de que la inspección ultrasónica se base en un fenómeno mecánico, permite adaptarse para determinar la estructura de los materiales de ingeniería de manera íntegra; se utiliza en el control de calidad e inspección de materiales en diferentes áreas de la industria. Entre sus aplicaciones más importantes tenemos:
Detección y caracterización de discontinuidades superficiales, subsuperficiales e internos en piezas o materiales.
- Mediciones de espesores.
- Medidas de películas protectoras
- Mapeos de corrosión.
- Evaluación de Soldaduras
- Determinación de cambios de las propiedades físicas, dureza, módulo de elasticidad, densidad, homogeneidad, estructura y grano del material.
VENTAJAS Y DESVENTAJAS DEL ULTRASONIDO
Ventajas
- Un gran poder de penetración, lo que permite la medición de grandes espesores.
- Gran sensibilidad, lo que facilita la inspección de discontinuidades extremadamente pequeñas.
- Se necesita una sola superficie de acceso.
- No existe peligro en la utilización del equipo.
- Los equipos son portátiles.
- Los equipos actuales proporcionan la posibilidad de almacenar información en memoria, la cual puede ser procesada digitalmente por una computadora para caracterizar la información almacenada.
Desventajas
- Se requiere de técnicos experimentados para la interpretación de los resultados
- La inspección se torna difícil en superficies rugosas e irregulares; en piezas pequeñas y muy delgadas.
- Se necesita material acoplante.
- Se requieren patrones de referencia, para la calibración de los equipos y caracterización de discontinuidades.
Referencia Bibliográfica
- Ortega, Dulia; Seguel, Solange (2004). Historia del Ultrasonido: El Caso Chileno. doi:10.4067/S0717-93082004000200008. Consultado el 9 de septiembre de 2016.
- [PDF] Ensayo de ultrasonidos – Free Download PDF». nanopdf.com (en inglés).
- Martinez Rodriguez, Jairo Alejandro; Vitola Oyaga, Jaime; Sandoval Cantor, Susana del Pilar (21 de septiembre de 2006). «Fundamentos teórico-prácticos del ultrasonido». 30 de abril de 2007.
Contactos: karlamejiasb@gmail.com; torrespvictorj@gmail.com