2. PRINCIPIOS BASICOS DE LOS INSTRUMENTOS
3.72. Discontinuidades pequeñas
La determinación del tamaño de defectos pequeños (área del defecto menor que la sección transversal del haz sónico) se puede realizar solamente midiendo el eco de máxima amplitud producido por el defecto. Este método se llama de determinación estática (sin movimiento del palpador) y luego se lo compara con discontinuidades conocidas.
Estas discontinuidades o reflectores pueden ser:
1) Discontinuidades naturales conocidas de idéntica naturaleza y morfología que las estudiadas. Es el caso ideal pero también el más limitado pues se puede aplicar en casos muy particulares como por ejemplo en grandes producciones sistemáticas en donde se puede presentar un tipo determinado de defecto.
2) Discontinuidades artificiales de morfologías "similares" a las esperadas. También difícil de aplicar. Se suele utilizar en casos de estudios cuidadosos de las condiciones de ensayo.
3) Reflectores en forma de disco circular plano. Usualmente se utilizan orificios de fondo plano de distintos diámetros para obtener los resultados como una aproximación que dependerá de cuán alejado estemos de la realidad del defecto en estudio.
En general las discontinuidades naturales tienen superficies rugosas e irregulares lo que dará indicaciones de menor altura que un disco circular con igual superficie de reflexión por lo que el tamaño de una discontinuidad natural pequeña será igual o mayor que la de un disco circular perpendicular al haz sónico presente en la misma muestra y cuyos ecos sean de igual altura. Una técnica muy usada que compara el tamaño de una heterogeneidad con discos circulares planos es la que emplea los Diagramas AVG.
Diagramas AVG
Estos diagramas son una recopilación de respuestas de discontinuidades de referencia de distintos diámetros y a distintas distancias. Intervienen las variables:
A : distancia del palpador a la discontinuidad (ordenada del diagrama ; escala logarítmica). V : ganancia( abcisa en el diagrama; escala decimal e invertida)
G : diámetro de la discontinuidad de referencia o equivalente (curvas del diagrama). La curva que está indicada con ∞(infinito) corresponde a la respuesta de una discontinuidad de tamaño infinito (con respecto al tamaño del diámetro del palpador) y es el eco de fondo de la pieza.
Con estos diagramas lo que se obtiene es que :
La discontinuidad en estudio tiene una respuesta similar a la de un disco circular plano (orificio de fondo plano) de un determinado diámetro.
Existen Diagramas particulares (Fig. 84) para cada palpador en general dados por el fabricante y que son los normalmente usados y un Diagrama general (o normalizado) que es adimensional (Fig. 85).
En el Diagrama general A (adimensional) es la distancia a la discontinuidad dividido el campo cercano del palpador que se utilice; G (adimensional) es el diámetro de los discos planos de referencias dividido por el diámetro del palpador utilizado.
3-Principios básicos de aplicación
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La zona izquierda del diagrama es la región de incertidumbre del campo cercano por lo que no es posible trabajar allí.
Los pasos del procedimiento son los siguientes:
a) Se elige un reflector de referencia. Este puede ser el fondo de la pieza el de la probeta u orificios de fondo plano de un determinado diámetro.
b) Se calibra el equipo con un rango de trabajo de acuerdo a las distancias antes elegidas.
-Se fija con la ganancia la ATP adecuada para el eco de la discontinuidad de referencia y se anota dicho valor.
c) Con la distancia a la discontinuidad de referencia se entra en el diagrama hasta cortar la curva que corresponda a la misma (∞) si la referencia es el fondo de la pieza). Este será el punto que representa su respuesta. Moviéndose sobre la horizontal hasta el eje de ordenadas se lee el valor de la ganancia que corresponde a este punto sobre el diagrama.
d) Con la misma calibración hecha en b) se busca el eco máximo de la discontinuidad en estudio y con la ganancia se lo lleva hasta la misma ATP que fue fijada en b) para la discontinuidad de referencia. Se anota la diferencia de dB.
e) Sobre el diagrama y con la distancia de la discontinuidad real se traza una vertical hasta interceptar a una horizontal que se obtiene de sumar o restar al punto de referencia los dB hallados en d). Este nuevo punto así hallado representa a la discontinuidad real y la curva G que lo intercepte nos dará el diámetro equivalente de un orificio de fondo plano que tendrá una respuesta semejante a la de la discontinuidad real.
Se darán a continuación ejemplos de usos de los diagramas AVG:
Ejemplo 1- a : Diagrama particular.
Datos:- Pieza a ensayar: barra de acero forjado de 200 mm de diámetro y 250 mm de longitud. Palpador : Krautkr5amer B2 S-N Serie D
Discontinuidad de referencia: eco de fondo (250 mm) Eco de fondo a 80 % ATP : 26 dB (equipo)
Eco de fondo : 11 dB(diagrama)
Eco del defecto se observa a : 200 mm de profundidad - Eco del defecto llevado a 80% ATP :40 dB (equipo) Diferencia de ganancia (en equipo) : 40-26= + 14 dB e) - En el diagrama : 11 + 14 = 25 dB
Subo con 200 mm (profundidad del defecto) hasta 25 dB dando un defecto equivalente de 8 mm de diámetro.
Ejemplo 1- b: Diagrama particular
Datos:
Pieza a ensayar: barra de acero forjado de 200 mm de diámetro y 250 mm de longitud. Palpador : Krautkrämer B2 S-N Serie D
a) - Discontinuidad de referencia: orificio de ∞ = 8mm - Profundidad : 500 mm
b) - Eco de referencia. a 80 % ATP : 36 dB (equipo) c) - Eco de referencia : 40 dB(diagrama)
d) - Eco del defecto se observa a : 300 mm de profundidad - Eco del defecto llevado a 80% ATP : 46 dB (equipo) - Diferencia de ganancia (en equipo) : 46-36= + 10 dB e) - En el diagrama : 40 + 10 = 50 dB
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- Subo con 300 mm (profundidad del defecto) hasta 50 dB dando un defecto equivalente de 2.8 mm de diámetro (aprox.).
Nota: en el punto d) la diferencia de ganancia (en equipo) podría ser negativa si el eco del defecto sobrepasara el 80% de la ATP . En este caso en el punto e) en el diagrama se deberá restar ( y no sumar) los dB al valor antes obtenido.
Fig. 84: Diagrama particular.
Ejemplo 2: Diagrama general ( o normalizado).
a) - Discontinuidad de referencia: eco de fondo (100 mm) - Campo cercano del palpador utilizado : 10 mm - Diámetro del palpador : 10 mm
10 10 100 tan 1= = = palpador del cercano campo fondo de eco al cia dis A
b) - Eco de fondo a 80 % ATP : 40 dB (equipo) c) - Eco de fondo : 15 dB(diagrama)
d) - Eco del defecto se observa a : 50 mm de profundidad
5 10 50
2= =
A
- Eco del defecto llevado a 80% ATP : 54 dB (equipo) - Diferencia de ganancia (en equipo) : 54-40 = + 14 dB e) - En el diagrama : 15 + 14 = 29 dB
- Subo con 5 (profundidad del defecto) hasta 28 dB dando G = 0.3 El defecto equivalente será:
mm equivale defecto palpador defecto G= →∞ =0.3∗10=3 φ φ
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Fig. 85: Diagrama general.
Método DAC
Descripción de reflectividades:
Para describir reflectores desconocidos de sección menor que la del haz, generalmente se compara la altura del eco que genera éste con el eco de un reflector artificial de forma y tamaño conocido ( eco de referencia).
Para relacionar las alturas de ambos ecos se puede utilizar diferentes formas que se explicarán con el siguiente ejemplo:
1) Descripción de alturas de ecos.: supongamos que se haya colocado el eco de fondo ( Pos. 1) a 80% ATP y que a continuación se haya localizado un defecto que con la misma amplificación alcanza tan solo el 40% ATP (Pos.2)
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Fig. 6.1. : Comparación de reflectividades. La diferencia de reflectividades se puede expresar de tres formas. 1.1 Relación de alturas de ecos (H2 / H1)
5
,
0
2
1
%
80
%
40
1 2=
=
=
H
H
En otras palabras el eco referido tiene la mitad de la altura del eco de referencia. 1.2 Diferencia entre alturas de ecos (∆H) en dB.
Según una convención se define la diferencia entre dos alturas de ecos expresada en dB por el logaritmo de la relación de altura entre ambos multiplicada por 20
1 2
log
.
20
H
H
H
=
∆
en este caso es:
dB
H
6
80
40
log
.
20
=−
=
∆
lo que indica que el eco comparado tiene una altura 6 dB menor (−) que la del eco de referencia. 1.3 Diferencia de amplificación ( ∆V) en dB
Para determinar la diferencia de amplificación ∆V, se coloca, mediante el mando de amplificación, el eco a evaluar a la misma altura de pantalla, como la del eco de referencia y se comparan los valores. defecto Pared posterior (reflector de referencia) 1 2
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Gk = Amplificación del equipo correspondiente al eco de referencia
Gf= Amplificación del equipo correspondiente al eco a comparar ( o del defecto) a la altura de referencia
∆Vf:= Diferencia de amplificación.
∆Vf:= Gf −Gk
En este caso podría ser Gk = 16 dB y Gf = 22 dB por lo que ∆Vf:= 22 −16 = + 6 dB.
Lo que indica que la amplificación del equipo ha tenido que ser aumentada (+) en 6 dB para que el eco del defecto alcanzara la altura de referencia.
Como se ve, los valores de ∆H y ∆V se diferencian solamente en el signo:
∆H = −∆V
2) Comparación directa de reflectividades- Método DAC ( Distancia – Amplitud – Corrección) Este método se basa en bloques de comparación que deben tener una geometría y ser de un material similar al objeto de ensayo. Estos bloques tienen reflectores artificiales de determinada forma y tamaño ( reflectores de comparación).
De acuerdo a la geometría del objeto de ensayo se hallan determinadas en especificaciones y Códigos las medidas específicas de los bloques de comparación. En la mayoría de los casos se utilizan agujeros transversales como reflectores de comparación.
2.1 Procedimiento según el método DAC. 1) Ajuste el equipo en recorrido o dpa. 2) Construcción de la línea de referencia
Para ello se generan ecos de los reflectores de comparación sin variar la amplificación del equipo, uniendo los picos de los ecos. De esta forma se obtiene la línea de referencia ( Fig. 6.2)
GK
Referencia Comparación
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Fig. 6.2. Curva DAC
A continuación se anota el valor de amplificación del equipo ( Gk) con la que se construyó la línea de referencia.
3) Corrección de transferencia ∆V T
Se puede dar el caso que el objeto de ensayo tenga una superficie de peores condiciones que el bloque de referencia o que su estructura sea diferente. Para compensar estos efectos se realiza una corrección de transferencia.
Para ello hay que determinar previamente las pérdidas de sensibilidad ∆VT al pasar de un cuerpo
al otro.
Determinación de ∆V T
Para ello se generan con dos palpadores del mismo tipo, las indicaciones de transmisión en V, colocándolas a la misma altura de la pantalla ( FIG 6.3)
FIG 6.3 Determinación de ∆VT
Se anotan las dos amplificaciones del equipo GT1 y GT2 a partir de las cuales se determina la
corrección de transferencia: d2 d1 E R E R Bloque de comparación Objeto de GT1 80% ATP GT2
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∆VT = GT1− GT2 Condición: d1 = d2
Esta diferencia contiene las pérdidas ocasionadas por diferencias de superficie y en parte por diferencia de atenuación.
4) Amplificación adicional ∆V T (dB)
Puede darse el caso que se quiera registrar con una mayor sensibilidad (∆V) que la correspondiente al reflector de comparación.
5) Sensibilidad de registro G R (dB)
La sensibilidad de registro se obtiene de las suma:
GR = GK + ∆∆VT + ∆∆V 6) Descripción de reflectores.
Todos los reflectores que llegan a la línea de referencia o la sobrepasan con la amplificación GR
deben registrarse, determinándose la diferencia con respecto a la línea de referencia ∆HF en dB.
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Cuando una pieza deberá ser ensayada ultrasónicamente por ejemplo por seguridad se deberá tener en cuenta esto desde su proyecto.
Tanto en los materiales provistos como en la manufacturación y procesos de maquinado los posibles eventuales defectos y su posicionamiento pueden ser previamente estimados en la mayoría de los casos por lo que deberían ser consideradas áreas adecuadas para el acoplamiento geometrías acústicas simples
para una evaluación fácil de los resultados del ensayo. Ecos causados por la geometría de la pieza o por conversión de ondas pueden ser evitados con geometrías adecuadas. Sin embargo hoy en día, estos requerimientos no son satisfactoriamente considerados haciendo frecuentemente que el ensayo sea dificultoso, caro y hasta imposible de realizar.