TEORIA

 

DEFINICION Y NATURALEZA DE LAS ONDAS ULTRASONICAS

  SON ONDAS MECÁNICAS VIBRATORIAS O SEA PARA QUE SEA PROPAGUE EL ULTRASONIDO, SE REQUIERE QUE LAS PARTÍCULAS DEL MEDIO YA SEA LIQUIDO, AIRE O SÓLIDO OSCILAN ALREDEDOR DE SUS POSICIONES DE EQUILIBRIO.

DIFERENCIA ENTRE SONIDO Y ULTRASONIDO

  SON DE LA MISMA NATURALEZA, LO QUE LAS DIFERENCIA ES SU FRECUENCIA ASÍ:

- ONDAS SÓNICAS: FRECUENCIA ENTRE 16 Y 20000 CICLOS POR SEGUNDOS.

- ONDAS ULTRASÓNICAS: FRECUENCIAS MUCHO MAYORES DE 20000 CICLOS POR SEGUNDOS.

PARA MATERIALES METÁLICOS: SE OPERA ENTRE 1 Y 5 MHZ PERO SE PUEDEN TRABAJAR CON FRECUENCIAS MUCHO MAYORES.

PARA MATERIALES NO METÁLICOS: EJ: CERÁMICOS, TRABAJAN CON FRECUENCIAS MENORES DE 1MHZ (¼, ½ MHZ).

TIPOS DE ONDAS ULTRASONICAS

 
 

  • O.L: ONDA LONGITUDINAL :SE PROPAGA EN TRES MEDIOS.

  • O.T: ONDATRANSVERSAL: SE PROPAGA EN SÓLIDOS ÚNICAMENTE.

  • O.R: ONDA RAYLEIGH: SE PROPAGA EN SÓLIDOS ÚNICAMENTE.

 

VELOCIDAD DE LAS ONDAS ULTRASONICAS

 

LA VELOCIDAD PARA CADA MATERIAL ES UNA CONSTANTE.

V = L F

EJEMPLO: VL » 5925 M/SEG. (ACERO).
 
VT = APROXIMADAMENTE LA MITAD DE AL VL = 3230 M/SEG.

VL =   ((E (1-G )/(R (1-2G )(1+G )))1/2

VT =   (E/(R 2(1+G ))1/2

E: LIMITE DE ELASTICIDAD

R: DENSIDAD DEL MATERIAL.

G : RELACIÓN DE POISSON.

G = ET /EL

SE CONCLUYE QUE:

VT » VL/2     VR » 0.9 VT

VT / VL=  ((1-2G)/2(1-G))1/2

VR / VT = (0.87 + 1.12G)/(1-G)

 
 

IMPEDANCIA ACUSTICA

 

Z = RV

RESISTENCIA DEL MEDIO A LA VIBRACIÓN ACÚSTICA DE LAS PARTÍCULAS.

Z:  INDEPENDENCIA ACÚSTICA.

R: DENSIDAD DEL MATERIAL.

V: VELOCIDAD DE LA ONDA.

Z: ES LO QUE NOS VA A DETERMINAR QUE PORCENTAJE DE INTENSIDAD ULTRASÓNICA DE REFLEJA Y CUAL SE TRANSMITE
    AL SEGUNDO MEDIO.

 
 

GENERACION DE ONDAS ULTRASONICAS

  PARA GENERAR EXISTEN VARIOS MÉTODOS. PARA EL ULTRASONIDO SE HACE USO DE CRISTALES PIEZOELÉCTRICOS O DE MATERIALES CERÁMICOS FERROELÉCTRICOS.

PIEZOELECTRICIDAD: PROPIEDAD DE ALGUNOS CRISTALES COMO EL CUARZO DE CONVERTIR ENERGÍA ELÉCTRICA EN ENERGÍA MECÁNICA VIBRATORIA Y VICEVERSA. CUARZO PARA ALTAS FRECUENCIAS, MAYORES DE 10 MHZ.

FERROELECTRICIDAD: PROPIEDAD DE ALGUNOS MATERIALES CERÁMICOS PREVIAMENTE POLARIZADOS DE COMPORTARSE COMO LOS CRISTALES PIEZOELÉCTRICOS. EJ: TITANATO DE BARIO, SULFATO DE LITIO.

 
 

FORMA Y CARACTERISTICA DEL HAZ

 

 

 N = D2/4L = D2F/4V

SEN G = 1.22 V/F D

D: DIÁMETRO DEL CRISTAL.

V: VELOCIDAD.

F: FRECUENCIA.

L: LONGITUD DE ONDA.

 
 

PALPADORES O TRANSDUCTORES

 

TIPOS:

A. INCIDENCIA NORMAL.

B. INCIDENCIA ANGULAR.

PALPADORES CON:

1. UN SOLO CRISTAL EMISOR Y RECEPTOR.

2. DOBLE CRISTAL, UNO EMISOR Y OTRO RECEPTOR.

3. MÚLTIPLES CRISTALES PARA APLICACIONES ESPECIALES.

 
 

AGENTES ACOPLANTES

ES UN MEDIO FLUIDO QUE PERMITE QUE EL ULTRASONIDO PASE DEL PALPADOR AL MATERIAL DE ENSAYO.

LOS MEDIOS DE ACOPLE PUEDEN SER: GRASA, ACEITE, VASELINA, AGUA.

A MAYOR RUGOSIDAD MAYOR VISCOSIDAD DEL ACOPLANTE.

 

PROPAGACION DE ONDAS ULTRASONICAS

 

INCIDENCIA NORMAL

 

 

II = IR + IT  .    II  INTENSIDAD INCIDENTE

II/II  = IR /II  + IT/II .    IR  INTENSIDAD REFLEJADA .   IT INTENSIDAD TRANSMITIDA

1 = R + T

R =  IR /II   = (Z2  - Z1)2/(Z2   + Z1)2

T = IT/II  = 4Z1Z2/(Z2  - Z1)2
 
 

INCIDENCIA OBLICUA

 

   
 

BL= A : NO HAY CAMBIO DE MODO.

BL ¹ A : HAY CAMBIO DE MODO.

A A GL: NO HAY CAMBIO DE MODO.

A ¹ GL: NO HAY CAMBIO DE MODO.

NO SE PUEDE TRABAJAR CON DOS ONDAS TRANSMITIDAS, YA QUE DA LUGAR A PROBLEMAS DE INTERPRETACIÓN, ENTONCES APARECEN:

PRIMER ÁNGULO CRITICO: VALOR POR EL CUAL A  A’  PARA EL CUAL EL VALOR GL = 90°.

   

 
 

SEGUNDO ÁNGULO CRITICO: VALOR POR EL CUAL A  A’’ PARA EL CUAL EL VALOR GT = 90°. EN LA PRACTICA, LOS PALPADORES DEBEN POSEER UN ÁNGULO DE INCIDENCIA A TAL QUE A’ > A > A’’ .
                                       
 

 
 
 

TECNICAS DE ENSAYO

 

- TRANSMISIÓN.

- RESONANCIA.

- PULSO - ECO.
 
 

  TRANSMISION

   
 

VENTAJA: 

PUEDE DETECTAR DISCONTINUIDADES MUY CERCANAS A LA SUPERFICIE.

DESVENTAJAS:

NO UBICA LA DISCONTINUIDAD.

REQUIERE ACCESO A LAS DOS SUPERFICIES.

RESONANCIA:

SE CONSIGUE DE QUE HAYA RESONANCIA ENTRE UN MATERIAL Y EL PALPADOR. EL PALPADOR ES DE FRECUENCIA VARIABLE, LA CUAL SE VARIA HASTA HALLAR LA DE RESONANCIA. ES UTILIZADO PARA LA DETECCIÓN DE DISCONTINUIDADES EXTERNAS DEL MATERIAL, TAMBIÉN PARA LA MEDICIÓN DE ESPESORES.
 
 

PULSO -  ECO

 
 

 

SE EMITEN PULSOS DE ULTRASONIDO Y SE ESPERAN REFLEXIONES LAS CUALES PUEDEN PROCEDER DE SUPERFICIES POSTERIORES (PALPADORES NORMALES) O DE DISCONTINUIDADES, POR LO TANTO EN UN OSCILOSCOPIO MEDIANTE EL PRINCIPIO PIEZOELÉCTRICO APARECEN ECOS DE FONDO PARA CADA REFLEXIÓN.
 

 VENTAJAS:

REQUIERE ACCESO A UNA SUPERFICIE ÚNICAMENTE

UBICA LA DISCONTINUIDAD.

DESVENTAJA:

NO DETECTA DISCONTINUIDADES MUY CERCANAS A LA SUPERFICIE.

 

APLICACIONES

- MEDICIÓN DE ESPESORES. 
- DETECCIÓN DE FALLAS:
   1. EXAMEN DE PIEZAS FUNDIDAS.
   2. EXAMEN DE PIEZAS FORJADAS.
   3. EXAMEN DE SOLDADURAS.
   4. CARACTERIZACIÓN DE MATERIALES.
 
 

VENTAJAS DEL ENSAYO ULTRASONICO

 

1. MAYOR PODER DE PENETRACIÓN.

2. ACCESO A UNA SUPERFICIE.

3. AUSENCIA DEL PELIGRO PARA EL OPERARIO.

4. PORTÁTIL .

 

DESVENTAJAS

TIENE PROBLEMAS CON PIEZAS DE GEOMETRÍA COMPLICADA.