UT-modulo 1. Historia.rev.02

CURSO DE ULTRASONIDOMODULO 12008

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INTRODUCCION

Principios básicos de ensayo por ultrasonido

La prueba de ultrasonido (UT) emplea energía de alta frecuencia para desarrollar las inspecciones y mediciones de espesores. La inspección de Ultrasonido puede usarse para evaluar/detectar defectos, medidas dimensionales, características del material y mucha más. Para ilustrar el principio de inspección se utilizará una configuración típica de pulso-eco como se ilustra a continuación.

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PRINCIPIOS BÁSICOS DE ENSAYO POR ULTRASONIDO

Un sistema típico de ultrasonido comprende varias partes tales como el pulsador/receptor, un transductor y dispositivos de visualización. El pulsador/receptor es un dispositivo electrónico que puede producir un pulso eléctrico de alto voltaje. Conducido por el pulsador, el transductor genera una frecuencia de ultrasonido de alta energía. El sonido se introduce y propaga a través de los materiales en forma de ondas. Cuando se presenta una discontinuidad (tal como una fisura) en la trayectoria de la onda esta se reflejara a la superficie.

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El transductor transforma la señal acústica a una señal eléctrica y la visualiza en una pantalla. El tiempo de recorrido de la señal puede ser relacionado directamente con la distancia que la señal recorre. Con esta señal, se obtiene información acerca de la ubicación del objeto reflector, tamaño, orientación y otras características que algunas veces puede ser percibidos.

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La información anterior proporciona una introducción simplificada del método de END por Ultrasonido. Sin embargo, para desarrollar adecuadamente un ensayo por ultrasonido es necesario profundizar más. Las siguientes diapositivas presentan información sobre la ciencia que envuelve la inspección por ultrasonido, el equipo empleado y las técnicas necesarias para realizarlas.

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VENTAJAS DE LA PRUEBA DE ULTRASONIDO

Ventajas Es sensible para las discontinuidades superficiales y sub

superficiales. La penetración es superior a otros END para detectar y medir

defectos. La técnica pulso-eco solo requiere el acceso por un solo lado. Es mas precisa en determinar la posición reflejada así como el

tamaño y la forma. Requiere una mínima preparación en la pieza. El equipo de ultrasonido provee resultados instantemente. Con sistemas automáticos se pueden producir imágenes

detalladas. Puede usarse además como medidor de espesores aparte de

detectar defectos.

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DESVENTAJAS DE LA PRUEBA DE ULTRASONIDO

Limitaciones La superficie debe estar limpia para transmitir la onda ultrasónica. El entrenamiento es más extenso a comparación de otros END. Se requiere un medio acoplante para transmitir el ultrasonido

entre el transductor y la pieza de prueba Los materiales rugosos, irregulares, pequeños o muy delgados

como no homogéneos son muy difícil de inspeccionar. El acero fundido y otros materiales de grano grueso son difíciles

de inspeccionar debido principalmente al bajo sonido de transmisión y a una alta señal de ruido.

Los defectos lineales paralelos al haz de sonido pueden no ser detectados.

Se requieren normas como referencia para la calibración de equipos y la determinación de los defectos.

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HISTORIA DEL ULTRASONIDO

A inicios de la Segunda Guerra Mundial, el sonar, una técnica de enviar ondas de sonido a través del agua y analizando el eco de retorno de los objetos sumergidos, uno podía detectarlos, inspirados en los trabajos de los investigadores de ultrasonido en el campo medico. En 1929 y 1935, Sokolov estudió las ventajas de las ondas sonoras para detectar objetos metálicos. Mulhauser, en 1931 obtuvo una patente usando ondas sonoras, utilizaba dos transductores para detectar defectos en sólidos.

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Firestone (1940) y Simons (1945) desarrollo el ensayo de ultrasonido pulsado utilizando la técnica pulso-eco. Al poco tiempo de terminada la II Guerra Mundial, investigadores en Japón empezaron a explorar las propiedades del ultrasonido en el diagnostico medico. El primer instrumento de ultrasonido empleo una presentación A-Scan sobre la pantalla de un osciloscopio. Después fue seguido por la presentación B-Scan en dos dimensiones con una escala gris. los trabajos en ultrasonido dentro del Japón fue relativamente desconocido en los Estados Unidos y Europa hasta 1950.

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Entonces los investigadores presentaron sus descubrimientos a la comunidad internacional sobre la utilización del ultrasonido para detectar tumores, cáncer de mama y cálculos biliares. Japón fue también el primer país en utilizar el ultrasonido Doppler, una aplicación de ultrasonido que detecta objetos internos en movimiento tal como la corriente sanguínea a través del corazón para investigación cardiovascular.

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Los pioneros del ultrasonido que trabajaron en los Estados Unidos contribuyeron en muchas innovaciones y descubrimientos importantes en el campo durante las siguientes décadas. Los investigadores aprendieron a usar el ultrasonido para detectar cáncer potencial y visualizar tumores en seres vivos. Imagen en tiempo real, otras herramientas de diagnósticos significativas para físicos presentado en imágenes de ultrasonido directamente sobre sistema de pantalla CRT del escaneado.

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La introducción del Espectro Doppler y más tarde el Doppler a color representado por flujo sanguíneo en varios colores para indicar la velocidad del flujo y dirección.

En los EEUU también produjeron los primeros escáneres de contacto para uso clínico, la segunda generación de equipo B-Scan y el prototipo para el primer brazo articulado para el escáner con imágenes 2-D.

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INICIOS DE LOS ENSAYOS NO DESTRUCTIVOS (END)

Los END se han utilizado por muchas décadas, con un rápido desarrollo inicial en la instrumentación básica dado por los avances que ocurrieron en la segunda Guerra Mundial y en el subsecuente beneficio en la defensa. Durante los primeros días, el propósito inicial fue detectar defectos. Como parte de un diseño de vida segura, y era deseable que una estructura no desarrollase defectos durante su vida util, pues con tales defectos seria una causa para la parada de servicio del componente.

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En respuesta a estas necesidades se desarrollo técnicas sofisticadas utilizando corrientes Eddy, Rayos X, tintes penetrantes, partículas magnéticas y otras formas. En los inicios de 1970 dos eventos produjeron un cambio mayor. La continuidad en la mejora de la tecnología, en particular su capacidad para detectar defectos pequeños, que llevan a una situación insatisfactoria donde piezas y mas piezas son rechazadas, pero igualmente la posibilidad de falla no ha cambiado.

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Sin embargo la disciplina de la mecánica de falla aparece dando la posibilidad de predecir a uno, las fisuras de un tamaño que generaría una falla bajo una carga particular siempre y cuando la propiedad del material y su fragilidad son conocidas. Otras leyes fueron desarrolladas para predecir la tasa de crecimiento de la fisura bajo cargas cíclicas (fatiga). Con la ventaja de estas herramientas es posible aceptar estructuras que contenga defectos conociendo el tamaño de estos. Esta forma básica de nueva filosofía se conoce cmo Diseño de Falla Segura o Deterioro tolerable.

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Los componentes que tienen fallas conocidas pueden seguir en servicio tanto tiempo como se determine el grado de peligrosidad que podría producir el defecto. Un nuevo desafío se presentaba para la comunidad de Ensayos No destructivos. Detectar los defectos no lo era todo. Una necesidad también era obtener información cuantitativa acerca del tamaño de la falla para poder analizar la fractura o falla a generarse y hacer las estimaciones sobre su vida útil.

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Esto involucro principalmente a la industria nuclear, el cual ha permitido la creación un gran número de programas de investigación alrededor de todo el mundo y en la creación de una nueva disciplina en la Evaluación cuantitativa de ensayos No destructivos de emergencia (QNDE).

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SITUACIÓN ACTUAL DEL ULTRASONIDO La Prueba por Ultrasonido (UT) se ha practicado por

décadas. El desarrollo inicial en la instrumentación se produjo principalmente por los avances en la tecnología de 1950 y que continua hasta nuestros días, apoyado principalmente por la computadora que a la vez con la reducción en el tamaño de las piezas y la mayor potencia ha propiciado todo esto.

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SITUACIÓN ACTUAL DEL ULTRASONIDO

Los equipos de medición es un ejemplo de los instrumentos que se han ido reduciendo, y ofreciendo una mayor eficiencia como en el tiempo de ejecución de la tarea y en la elaboración de los reportes (empleo de memorias). Es posible almacenar hasta unas 54, 000 mediciones de espesor antes de ser descargado a una computadora.

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Otros pueden capturar la grafica de la onda que se muestra en la pantalla e imprimirla, esto permite al operario analizar la forma de la onda. Este desarrollo ha permitido analizar a fondo ondas reflejadas de una superficie que contiene huecos o erosiones como las que se encuentran en la superficie interior de una tubería proporcionando las mediciones de campo más consistentes y exactas.

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Algunos equipos de ultrasonido tienen incorporado una función trigonométrica que permite ubicar con mayor rapidez y exactitud las discontinuidades cuando la onda en la inspección no es continua. Las partes que utilizaban los tubos catódicos han sido reemplazadas por LED o pantallas LCD.

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Estas pantallas son extremadamente versátiles para distintas condiciones de iluminación. Una abundante o poca iluminación son condiciones que encuentran los operarios, pero estas pantallas pueden ajustar la nitidez, contraste y algunos otros equipos proporcionan una pantalla a color.

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Los transductores pueden ser programados con una determinada configuración. El operador solo tiene que colocar el transductor en contacto con el equipo y automáticamente ajustara el rango, la frecuencia, la amplificación y otras variables. Junto con las computadoras, la robótica ha contribuido al adelanto de las inspecciones ultrasónicas. En los inicios, la ventaja de una plataforma inmóvil era reconocida y utilizada en la industria. Estos sistemas fueron desarrollados por un número de compañías.

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Los sistemas automatizados produjeron un sistema conocido como el Ultragraph 1020A. Este sistema consistía en un tanque de inmersión, un puente, y un sistema de grabación para un listado de la exploración. El resultado fue el C-Scan que proporciona un panorama o una vista superior del componente. La exploración de los componentes era considerablemente más rápida que una exploración manual, y el sistema proporcionaba un registro de la inspección. Las limitaciones incluían el tamaño y la forma del componente, así como el costo del sistema.

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Los sistemas por inmersión han avanzado en muchas direcciones desde los años 60. Mientras que no existía la robótica, como lo conocemos ahora, los “tanques de inmersión” proporcionaron una investigación eficaz y desarrollaron otros medios de inspección. La robótica ha permitido hoy que los transductores por inmersión examinen componentes sin la necesidad de sumergirlos en agua. Los sistemas de Squirter o inyectores permiten que el transductor genere una onda sonara se transmita al componente mediante una columna de agua.

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Las computadoras se pueden programar para examinar componentes de grandes y complejas formas, con un o transductores múltiples (duales) que recogen la información. Esta información entonces es recogida por una computadora para la evaluación, la transmisión a un cliente, y finalmente se archivado como una imagen la cual puede mantener su calidad por anos.

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Teorías cuantitativas se han desarrollado para describir la interacción de la acústica con con los defectos desconocidos. Los modelos que incorporaban los resultados se han integrado con descripciones del modelo sólido de la geometría de la pieza real para simular inspecciones prácticas. Todas estas herramientas han hecho que los ensayos no destructivos esten a la par con otras disciplinas de la ingeniería. Descripciones cuantitativas del funcionamiento de los NDE, tales como la probabilidad de Localización, se han convertido en una parte integral del riesgo estadístico.

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Los procedimientos de medición se han extendido a otros materiales tales como compuestos, donde la anisotropía y la no homogeneidad tienen factores importantes. Los rápidos avances en las capacidades de numeración y el computar han cambiado totalmente las caras de muchos instrumentos y el tipo de algoritmos que se utilizan en el proceso de los datos que procesan. Los sistemas de alta resolución de proyección de imagen y las múltiples modalidades de medición para identificar un defecto se han desarrollado.

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El interés está aumentando no sólo en la ubicación y las formas de los defectos, sino tambien en analizar los materiales donde ocurren. Ahora las metas se extienden a determinar las características microestructurales fundamentales tales como tamaño de grano, porosidad, y textura (orientación preferida del grano), a las características del material relacionadas con los mecanismos falla como la fatiga, la tracción, y dureza de la fractura. A medida que la tecnología continúa avanzando, los usos del ultrasonido avanzan. Los sistemas de alta resolución de proyección de imagen en el laboratorio serán hoy herramientas del técnico del mañana.

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Mirando al futuro, se nuevos campos de desarrollo en los NDE. La industrias de defensa y de energía atómica han desempeñado un papel importante en la aparición de los NDE. La competencia global a crecido conduciendo cambios dramáticos en el desarrollo de producto y ciclos de negocio. Al mismo tiempo el paso de los anos exige un sistema de supervisión a todos los componentes que adornan nuestro modo de vida.

FUTURO DE LA PRUEBA DE ULTRASONIDO

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Entre los nuevos usos de los NDE dado por estos cambios está el creciente énfasis en el uso de NDE para mejorar la productividad de los procesos de fabricación. La Ensayos no destructivos cuantitativos (QNDE) dado los aumentos en la cantidad de información sobre los modos de fallo y la velocidad con los cuales la información se puede obtener y facilita el desarrollo de las medidas en línea para el control de proceso.


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Las herramientas avanzadas de simulación que se diseñan para la inspección y su integración en las estrategias cuantitativas para la administración de la vida contribuirán para aumentar el número y los tipos de usos de la ingeniería de NDE. Con crecimiento en los usos de la ingeniería para NDE, habrá una amplia necesidad de la base de conocimiento de los involucrados en la realización de las evaluaciones. Estas herramientas de simulación empleadas en el diseño de inspecciones se puede utilizar para proveer a los estudiantes de una mayor comprensión del comportamiento adecuado en los materiales.

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En el área de NDE, esta tendencia conducirá a un énfasis en los estándares educativos y las simulaciones que se pueden utilizar. Los años que vienen serán emocionantes a medida que los NDE continúe emergiendo como disciplina de la ingeniería.

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