IMPORTANCIA DEL GATE SECUNDARIO (GATE B) EN EL ENSAYO DE DETECCIÓN DE DISCONTINUIDADES POR ULTRASONIDO INDUSTRIAL CONVENCIONAL A CORDONES DE SOLDADURA

IMPORTANCIA DEL GATE SECUNDARIO (GATE B) EN EL ENSAYO DE DETECCIÓN DE DISCONTINUIDADES POR ULTRASONIDO INDUSTRIAL CONVENCIONAL A CORDONES DE SOLDADURA.

RESUMEN

Dentro de las inspecciones de soldaduras por ultrasonido industrial con transductores que emiten ondas transversales, se puede utilizar una herramienta importante que los equipos de ultrasonidos los tienen, el “GATE B”. Todos los que han manejado un equipo de ultrasonido siempre han utilizado el “gate A” para poder obtener la posición cuantitativa de la discontinuidad de la muestra ya sea para calibrar un equipo o en la misma inspección.

El “GATE B” es tan importante como el “gate A” debido a que muestra una aproximación de la posición, en forma cualitativa, de una discontinuidad en la soldadura y así descartar indicaciones generadas por otros motivos, como la geometría de la soldadura, agilizando la inspección.

Para poder ubicar el GATE B en la pantalla se debe calcular el tamaño de una pierna del recorrido del haz “leg”, el inicio del Gate B, debe estar a una distancia de “leg” desde “0” y el ancho debe ser también el valor “leg”. Estos pasos deben ser realizados posterior a la construcción de la curva DAC si el procedimiento te lo pide.

En la figura Nº 1, nos muestra la sección de la inspección de la soldadura mostrando la posición del transductor y el recorrido del haz. Al estar el transductor en el punto 4 el haz realiza un recorrido completo del V-PATH (dos “leg”) para enfocarse en detectar alguna indicación cerca a la cara de la soldadura. Al estar el transductor en el punto 3 el haz recorre la mitad del V-PATH (un “leg”) para detectar algún defecto cerca a la raíz de la soldadura.

En la figura Nº 2, nos muestra, el gate A de color celeste, el GATE B de color fucsia, las zonas A, B y C, las distancias horizontales de cada zona, identificadas “leg”, el punto 1 y el punto 2.

Para una breve descripción de las zonas delimitadas en la pantalla, podemos suponer la aparición de una indicación en cada uno de las zonas:

• Zona A: Nos muestra que la indicación se encuentra en la primera pierna, lo cual podría estar en el metal base o zona ZAC del lado del área de barrido. La indicación, en esta zona, tiene una alta intensidad de energía debido a su poco recorrido en el material. El punto 1 nos aproxima a la raíz de la soldadura, se debe tener cuidado con las indicaciones falsas debido a la geometría de la soldadura.

• Zona B: Zona de gran importancia, donde la indicación está dentro o próximo a la soldadura. En general, la intensidad de la indicación es media, ideal para una buena interpretación de esta. El punto 2 nos aproxima a la cara de la soldadura, donde también se debe tener cuidado con las indicaciones generadas por la geometría de la soldadura. 
• Zona C: Nos muestra que la indicación se encuentra en la tercera pierna (leg 3), lo cual podría estar en el metal base o zona ZAC del otro lado del área de barrido. La intensidad de la indicación es baja por el largo recorrido del haz.

VERIFICACION DE ANGULO DE REFRACCIÓN Y ANGULO DE DIVERGENCIA DE TRANSDUCTORES DE ULTRASONIDO

VERIFICACIÓN DE ÁNGULO DE REFRACCIÓN Y ÁNGULO DE DIVERGENCIA EN TRANSDUCTORES DE ULTRASONIDO

 OBJETIVO

Establecer los pasos a seguir en la verificación de ángulo de refracción y ángulo de divergencia de transductores  angulares, mediante la determinación del perfil del haz, marcados en el bloque A5 (I.O.W) y transferido a una representación gráfica según BRITISH STANDARD UNIT UT4 – EQUIPMENT.

ALCANCE

Este instructivo es aplicable a transductores angulares más comunes (45º, 60º, 70º y 80º).

Figura 1, tipos de transductores que pueden ser verificados.

BLOQUES DE PRUEBA

       A5 BLOCK (I.O.W)

Figura 2, bloque  A5 BLOCK (I.O.W)-UT

Figura 3, dimensiones del Bloque  A5 BLOCK (I.OW)-UT

BLOQUE   IIW TIPO  2 (V1/5)-UT  

Figura 4, dimensiones del Bloque  IIW TIPO 2 (V1/5)

TÉCNICA OPERACIONAL DE LA VERIFICACIÓN

CALIBRACIÓN DEL EQUIPO 

Para el inicio de la calibración se deberá seleccionar el transductor a verificar y cable coaxial, luego, introducir al equipo los siguientes valores:

• Ángulo del transductor (opcional)
• Frecuencia del transductor.
• Espesor del material.
• Velocidad de propagación en el material

Con el uso del Bloque patrón IIW tipo 2 (VI /5)  se calibrara el equipo a un rango no menor a 100 mm.

Colocar el transductor sobre el Bloque dirigiendo el haz hacia el radio R1 (100 mm), hasta obtener la máxima intensidad. Con los controles calibrar la longitud de recorrido del haz = 100 mm.

Figura 5, calibración del Equipo de ultrasonido con el Bloque patrón IIW TIPO 2 (V1/5)

VERIFICACIÓN DEL ÁNGULO DE INCIDENCIA Y REFRACCIÓN DEL TRANSDUCTOR

Con el uso del bloque A5 se elige como mínimo tres diferentes agujeros a diferentes profundidades de la superficie del bloque, ej. 12.5 mm, 19 mm, 24 mm y 35 mm.

• Se posiciona el transductor dirigiéndose al agujero (el de menor profundidad) hasta conseguir la máxima intensidad (porcentaje  de ganancia en decibeles de 100%) luego marcar dos puntos (punto A y punto B) en la cara del bloque. Punto A será la proyección de la tangente del agujero a la superficie superior. Punto B la intersección del punto de salida del haz del transductor con la superficie del bloque, como se muestra en la figura 7.

Figura 6, vista  frontal de los agujeros las cuales se deberán de elegir tres de ellos (como mínimo) a diferentes profundidades con relación a la superficie.

Figura 7, posicionamiento en dirección del primer agujero (agujero de menor profundidad)

Figura 8, visualización del 100% de ganancia en dB.

• Medir la distancia entre ambos puntos y transferirlo al gráfico, el eje vertical será la medida de la profundidad y el eje horizontal la longitud del punto A al punto B en escala 1:1 para dar una representación gráfica del haz.

Figura 9, transferencia de las distancias marcadas en el Bloque patrón al gráfico.

Posicionar el transductor hasta conseguir el porcentaje  de ganancia en decibeles de 20% luego marcar en el bloque los punto C y D, como se muestra en la figura 10, medir la distancia y transferirlo al gráfico en escala 1:1 para dar una representación gráfica del haz.

Figura 10,  posicionamiento en dirección del primer agujero para llegar al 20% de ganancia en dB.

Figura 11, visualización del 20% de ganancia en dB.

Figura 12, transferencia de las distancias marcadas en el Bloque al gráfico.

Realizar la misma acción para los siguientes agujeros. Finalizar con un trazado entre las intersecciones del gráfico tomando como referencia la línea central como el haz de mayor intensidad y este dará el ángulo de divergencia del transductor con la vertical. Se trazará las dos líneas restantes en el gráfico las cuales darán el ángulo de divergencia del transductor  al 20 %  o 13.2 dB.

Figura 13, representación gráfica del haz de ultrasonido , indicando el ángulo de divergencia y el ángulo refracción del transductor .

    Siendo:

    -          Ө : ángulo de refracción

    -          γ  : ángulo de divergencia

    NOTA: Los valores obtenidos se compararán con los valores nominales para fines posteriores. 
    VISITAR: www.endecot-ndt.com

ONDAS MECÁNICAS - GENERALIDADES

ULTRASONIDO-ONDAS MECÁNICAS

La técnica de ultrasonido utiliza ondas mecánicas de alta frecuencia, 0.5 MHz hasta 25MHz que son generadas por  una fuente (transductor), que transfiere el movimiento por vibración a las partículas adyacentes del material, y estos a sus otras con la que se repite esta operación a lo largo del material a evaluar hasta llegar a un interfaz  (ejemplo, borde entre el material y discontinuidad) donde la onda se descompone en onda reflejada y transmitida, figura 1. La onda reflejada retorna a la fuente (transductor) y la onda transmitida continúa el viaje hasta desaparecer por la atenuación del material o retornar si se encuentra con un nuevo interfaz. Un ejemplo claro es cuando escuchamos un eco en una cueva, nosotros generamos ondas longitudinales (el  sonido de nuestra voz) estas viajan por el aire, incide con las paredes de la cueva y se genera una onda reflejada (eco) que llega a nuestros oídos (sensor), la cual lo detecta.

Figura 1: Propagación de una onda al incidir en un interfaz

En la figura 2 muestran las partículas enlazadas de un cuerpo elástico en dos dimensiones, cualquier movimiento en uno de las partículas incita a las partículas vecinas y estas a la vez a sus adyacentes, de esta forma se propagan las  ondas. Ninguna partícula desplaza totalmente a sus vecinos, sólo oscilan en su punto de reposo, como un péndulo de un reloj. 

Figura 2 Enlaces entre partículas en un material isotrópico.

Las ondas mecánicas necesitan un medio para desplazarse, debido a que transfieren movimiento por vibración. Por lo contrario de las ondas electromagnéticas (ondas de radio o teléfono) que no lo necesitan, por lo que pueden viajar por el espacio vacío sin restricciones. Existen  cuatro clases de  ondas mecánicas: longitudinales, transversales,   superficiales o Rayleigh y  Lamb.

En la onda longitudinal el movimiento de las moléculas es en dirección a la propagación de la onda, las moléculas  son empujadas de su estado de reposo,  para luego regresar a su posición original, figura 3. Este movimiento es permanente hasta que la fuente de movimiento (transductor) deje de vibrar o no haya contacto entre el transductor y el material. En los sólidos, líquidos y gases, se presentan este tipo de onda, debido a que en estos medio existe una fuerza que mantiene las partículas juntas para resistir fuerzas externas que tienen a separar a las partículas. Por ejemplo si consideramos una un cilindro de  gas, figura 4,  que está sujeto   a fuerzas de compresión, el gas tiende a comprimirse hasta el punto de no ceder, internamente el medio ejerce una fuerza para contrarrestar a la de compresión. Caso similar se  presenta si existiera una fuerza de tensión. La propiedad que gobierna este fenómeno es  el modulo de elasticidad, conocido como “Modulo de elasticidad de Young”, esta constante te indica que tanto se contrae el  medio. 

Figura 3: Propagación delas partículas sujetas a onda longitudinales.

Figura 4 Cilindro de gas sujeto a esfuerzos de tensión o tracción y compresión.

La onda transversal el movimiento de las moléculas es en dirección perpendicular a la propagación de la onda, las fuerzas perpendiculares a la dirección de la onda son las que desplazan a las partículas figura 5.  Los sólidos, a diferencia los líquidos y gases, aparte del modulo de elasticidad, también tienen rigidez que es la resistencia de las cargas de corte, se le llama “modulo de rigidez”, la cual permite a las partículas   propagarse perpendicularmente a la dirección de la onda. El módulo de rigidez  mide la facilidad o dificultad para deformar por cizalladura (o esfuerzo cortante) al material. En la figura 6 muestra un paralelepípedo  donde se ejerce una fuerza en la parte superior y  se mantiene fija la parte inferior, modulo de rigidez nos indica cuanto  esfuerzo necesita  para deformar al material. Los líquidos y gases no tienen rigidez por lo tanto no existe ondas transversales.

Figura 5: Propagación delas partículas sujetas a onda transversales.

Figura 6 Paralelepípedo solido sujeto a esfuerzos de corte F.

Cuando una onda transversal es configurada para encaminar sobre la superficie de un sólido. El movimiento de la partícula no se desplaza estrictamente en forma perpendicular a la dirección de la onda, si no, en forma elíptica como se muestra en la figura 7. A este tipo de onda se le  llama ondas superficiales o Rayleigh.

Cuando existe un material  con espesores delgados las ondas superficiales tienden a transformarse en ondas Land o guiadas, el espesor para que  aparezca este tipo de onda es aproximadamente la longitud de onda. Ellos ocurren en dos tipos, la simétrica o extensión y la asimétrica o doblado. Las partículas de las zona media, en el tipo simétrica, es puramente longitudinal y en el tipo asimétrica puramente transversal. El resto de las partículas se mueven  en forma elíptica,  como se observa en la figura 7.

Figura 7 Movimiento de las partículas en ondas de Rayleigh y Lamb.

REFERENCIAS

• J. krautkramer y H. krautkramer,Ultrasonic Testing Of Materials, Segunda Edición, 1969,  NewYork.
• www.gphycics.net