US - soldas austeniticas

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<p>Una Empresa del grupo SmithKline Verificación por ultrasonidos de soldaduras austenticas Ing. Dipl. H. W. Corsepius El autor es Jefe del Dpto. de la firma GMBH, Colonia SD 227</p><p>Indice Página Introducción 5 La anisotropía elástica 6 Aceros transformables y aceros no susceptible de transformación 8 Afinamiento de grano mediante transformación del material 10 ¿Cuándo hay que contar con una dispersión del sonido? 15 Intento con mayores longitudes de onda 17 Intento con técnica de emisor receptor 22 Relación señal-ruído 27 Mejor relación señal-ruído, utilizando la onda longitudinal 37 A simple vista inevitable: el palpador angular emiso receptor de ondas longitudinales 42 Señales parásitas 44 Palpadores altamente amortigüados 47 Filosofia de soldaduras 55 Estructura alineada 55 Zona de transición impenetrable 58 Reflector inapropiado de réferencia 60 Ajuste en 2 operaciones 63 Localización con onda longitudinal emitida inclinadamente 65 Evaluación de las amplitudes de ecos 67 Resumen 69 3</p><p>Verificación por ultrasonidos de soldaduras austeníticas Introducción: Aún hoy en día el operario versado de ultrasonidos no puede evitar una sensación desagradable al hablarse de material austenítico: Piensa en una elevada atenuación del sonido, en unión de una dispersión extraordinariamente notable del sonido, y frecuente- mente se acuerda de un número considerable de intentos en vano de verificar este material por ultrasonidos. Si se habla, incluso, de la verificación por ultrasonidos de soldaduras austeníticas, el operario está tentado de señalar inmediatamente otro procedimiento no destructivo de control, ya que muchas veces y durante largos años la estructura de la soldadura austenítica parecia representar un obstaculo impenetrable para cualquier impulso ultra- sónico. Entretanto, esta situación ha cambiado totalmente. Por cierto, sigue habiendo soldaduras austeníticas imposibles de verificar, pero también hay ya muchos cordones austeníticos que han podido controlarse por ultrasonidos. Más de uno se ha visto obligado a sustituir su recelo inicial por un sano optimismo, simplemente porque su experiencia diaria le ha demostrado que la técnica de los equipos y de los palpa- dores ha progresado enormemente, lo que hace que, no raras veces, se oponen unas ideas anticuadas a la solución de un problema, a simple vista bastante 5</p><p>La anisotropía elástica no es ningún mal de fondo Si los cristales tienen disposición irregular (figura 3), entonces el impulso ultrasónico, Si un material cristalino tiene propiedades elásticas practicamente constantes, indepen- durante su paso por el material, frecuentemente encuentra propiedades elásticas distintas dientemente del sentido desde el cual se presenta desde fuera un efecto mecánico, en los bordes de entonces se dice que este material es isótropo>>, y se habla de una redu- cida del material. Esta reducida se debe a que las propiedades elásticas de los dependen del sentido de llegada del esfuerzo exterior. Fig. 3: Estructura anisótropa irregular con mala trans- parencia para el sonido. El resultado es una dispersión notable del sonido en la mayoria de los bordes de los granos. Esta dispersión puedes ser tan notable que hay que hablar de impene- trables a los Ahora bien, el grado de la elástica por solo no es ninguna medida para la transparencia de un material para los ultrasonidos. Fig. 1: Existe otra característica del material, que juega un papel de igual importancia: el tamaño Pequeña dispersion en los bordes del grano, medio del grano (figura 4). a causa de una anisotropía, reducida del material. (Figura 1): Si un impulso ultrasónico llega a la interfase entre 2 cristales, entonces suele G atravesar casi totalmente dicha zona. Unicamente una pequeña proporción del sonido queda reflejada en la interfase. Todos los de son ampliamente trans- parentes al sonido: el impulso ultrasónico apenas sufre dispersión en los bordes de los granos, y apenas sufre una atenuación por dispersión. Fig. 4: Tamaño medio del grano de una estructura Los materiales con anisotropía elástica reducida suelen ser transparentes al sonido y, por cristalina. regla general, pueden verificarse perfectamente por ultrasonidos. Si las propiedades elásticas de los cristales dependen del sentido de llegada del esfuerzo, entonces no es insignificante la unión entre ellos. En el momento de alcanzar los cristales en un material elásticamente anisótropo un deter- minado tamaño, entonces la dispersión del sonido es tan grande que pone en duda la Si todos los cristales están alineados (figura 2), entonces puede contarse, por lo menos, verificación ultrasónica del correspondiente material. en un sentido con una buena transparencia del material (textura del material). Se puede afirmar que la anisotropía elástica de un material cristalino suele ser la causa fundamental de las dificultades para el control ultrasónico, pero ella sola no puede ser M responsable exlusiva de estas dificultades. En la tabla siguiente constan los metales mas conocidos en orden de aumento de su elástica. Fig. 2: Anisotropia elástica en aumento Estructura anisótropa alineada con buena trans- parencia para el sonido, en una determinada dirección W Mg. Al-Cu. Al. Fe. Cu. Pb. Estructura a Estructura B 6 7</p><p>De esta tabla podemos observar que el acero pertenece a los materiales con considerable solamente se podia observar la así llamada (fig. 6), luego se puede observar una anisotropia elástica. En la verificación por ultrasonidos de objetos de acero, nos encontramos por este motivo con el peligro latente de encontrar dificultades debidas a la dispersión del sonido. Fig. 6: Tamaño de grano é imagen de la El factor decisivo en ello es el tamaño medio del grano. pantalla antes de efectuar el normlizado Aceros transformables y aceros no susceptibles de transformación Es conocido que se pueden modificar y mejorar las propiedades de muchas clases de acero, por medio del correspondiente tratamiento térmico. Si uno se fija en el diagrama de hierro-carbono (figura 5), entonces tal tratamiento térmico, por regla general, consiste en llevar el acero á una temperatura ligeramente por encima de la línea G/S, para enfriarlo a continuación uniformemente (normalizado). La mejora así conseguida, especialmente importante par la verificación por ultrasonidos, es el afina- miento del grano. o 2 4 6 8 10 °C 1200 1147 sucesión de ecos de fondo con, apenas, un poco de (fig. 7). austenita 1000 Fig. 7: (fase solida) Tamaño de grano é imagen de la pantalla después del normalizado. 911 G 800 austenita ferrita + cementita + austenita S secundaria 723 perlita eutectoide Fig. 5: + cementita + ferrita secundaria Extracto del diagrama 600 hierro-carbono. o 2 4 6 8 1 10 contenido (o/o en peso) Hay aceros que antes de tal tramiento termico no han podido verificarse por ultrasonidos, y después del tratamiento térmico han podido controlarse perfectamente. La explicación es sencilla: el afinamiento del grano reduce la dispersión del sonido en los bordes del grano, de forma tan decisiva que ahí dónde antes en la pantalla del equipo de ultrasonidos 8 9</p><p>La posibilidad de transformación del acero es, por tanto, frecuentemente una premisa Lo mismo puede decirse también del material en uniones soldadas. Sobre todo los importante para poder realizar la verificación por ultrasonidos. cordones gruesos tienen una estructura gruesa (fig. 9), a causa de la gran aportación de Por regla general, incluso los aceros altamente aleados son susceptibles de trans- calor durante el proceso de soldeo. formación y, dado el caso, han de hacerse transparentes para la verificación por ultra- sonidos a través de un afinamiento de grano. Algunos aceros ferríticos y la mayoría de los aceros constituyen la excepción de la regla. Mediante los tratamientos térmicos habituales no puede conseguirse en ellos ningún afinamiento de su grano. El porqué de ello consta en el diagrama (fig. Fig. 9: Estructura transformable antes de efectuar Fig. 8: 6 el normalizado. Ampliación de la zona 6 colada mediante niquel como elemento de aleación. 1500 r + colada 1100 r Esta estructura basta puede afinarse considerablemente mediante un tratamiento térmico apropiado (fig. 10). 700 Fig. 10: Estructura transformable de la soldadura, 300 después del normalizado. 0 20 40 60 80 100 Fe Gehalt in Gew.-% Una soldadura intransformable, en cambio, no variará (fig. 11). a) b) Sobre todo los elementos de niquel y manganeso como componentes de aleación amplian la zona de los cristales de tal forma hacia temperaturas más bajas, que incluso a tempe- ratura ambiente queda una estructura de cristales Si existe, por una estructura basta en el material, entonces ya no es posible cambiarla a través de variaciones de tempe- ratura. Un material que antes no ha podido verificarse, támpoco podrá comprobarse después. Fig. 11: Afinamiento de grano mediante transformación del material. Formación del grano basto b) después del tratamiento térmico de una soldadura La mayoria de los materiales que han de resistir elevadas solicitaciones se someten a un austeníticia a). tratamiento térmico. 10 11</p><p>Estas circunstancias han conducido a la afirmación global: soldaduras austeníticas no pueden verificarse por También la estructura soldada frecuentemente queda sometida a una fuerte deformación, por ejemplo, durante la reducción por estirado de tubos con soldadura longitudinal (fig. 14). Esta afirmación, muchas veces, ha conducido a la suposición de que el material austenítico no puede verificarse de ninguna forma ó solamente con dificultades. Ambas afirmaciones no son correctas ní lo han sido nunca. Incluso, las soldaduras austeníticas frecuentemente tienen una estructura de grano fino, bien porque durante el proceso de soldeo no se ha aportado mucho calor, ó bien porque sé ha procurado una rapida disipación del calor aportado (fig. 12). b) Fig. 12: Fig. 14: Cordón austenítico estrecho Afinamiento del grano del cordón de un tubo con soldadura longitudinal a), con estructura fina. después de la reducción por estarido y tratamiento térmico b). El material austenítico sometido a fuerte deformación ya no tiene la estructura basta del material austenítico fundido, ya que bien durante la transformación (forja, laminación, prensado, estirado) se forma una estructura de re-cristalización, ó porque luego se efectua un normalizado de recristalización (fig. 13). a) b) c) La soldadura de grano fino puede verificarse de la misma forma que el material laminado. Esto ha conducido a que tales soldaduras ya no se verifican individualmente como se hacia en los tubos de oleoductos (fig. 15). Fig. 13: Fig. 15: Estructura fina en material austenítico, después de la transformación en frio, y a Verificación individual por ultrasonidos de la soldadura en tubos con cordón continuación del normalizado de longitudinal. a) pequeño grado de transformación b) grado medio de transformación c) elevado grado de transformación 12 13</p><p>Tal verificación se hace dentro del marco de un control automático del tubo, tal y como ¿Cuando hay que contar con una dispersión de los ultrasonidos? suele ser normal en tubos sin costura. La experiencia ha demostrado que la dispersión de los ultrasonidos en los bordes de los granos de materiales cristalinos depende, por una parfe, del grado de la anisotropía elástica de la estructura, y por otra, de la longitud 2 de la onda ultrasónica utilizada (fig. 18). Fig. 16: Verificación automática en técnica de inmer- sión de tubos ticos con soldadura longitudinal, reducidos por estirado (principio de rotación). Fig. 18: Ondulaciones ultrasónicas con distinta longitud de onda Ahora bien, hay que afirmar también que, incluso, en la estructura de material austenítico sometido a fuerte deformación y tratamiento térmico, pueden producirse irregularidades (fig. 17), que pueden conducir un aumento local de la dispersión de los ultrasonidos. La longitud de onda es el resultado de la siguiente fórmula: = C = velocidad de propagación del sonido. f = frecuencia de ensayo De momento, partimos de la suposición de que queremos verificar una soldadura auste- nítica de la misma forma que una Fig. 17: P Estructura irregular incluso en el grano de recristalización. a) sin transformar b) grado medio de a) transformación b) c) elevado grado de c) Fig. 19: Método normal de verificación de una soldadura con palpa- dor angular de ondas transversales. 14 15</p><p>Para este control trabajando con palpadores angulares de ondas transversales (fig. 19) se Ahora bien, en soldaduras austeníticas no raras se presentan diámetros medios de grano tiene en cuenta la velocidad de propagación del sonido para ondas transversales en acero, de 0,5 mm. 2 mm. 21). es decir, = mt/seg. La frecuencia de los palpadores angulares standard es de 2 ó 4 MHz. De ello resultan Fig. 21: las siguientes longitudes de onda: El tamaño medio del grano en soldaduras mm/s 1,615 mm. austeníticas puede alcanzar varios mm. 2.5mm 25mm = 0,807 mm. 0,8 mm En materiales de notable anisotropía ya se nota una dispersión del sonido al alcanzar el tamaño medio del grano un valor de aprox. 0,1 2. Ya existe, muchas veces, una dispersión molesta de los ultrasonidos al alcanzar el tamaño medio del grano 0,2 Es obvio, por tanto, que no se puede recomendar de forma general la verificación por Un diámetro del grano de 0,5 puede causar ya indicaciones tan notables que ya no ultrasonidos de soldaduras austeníticas con palpadores angulares standard. pueden localizarse las pequeñas discontinuidades (fig. 20). Intentos con mayores longitudes de ondas Si no existe la posibilidad de influir en el tamaño del grano, ó si hay factores económicos Fig. 20: opuestos á ello, entonces se trata de desistir de un control con los palpadores angulares No se observa ningún eco claramente reconocible de la discontinuidad, al existir habituales de ondas transversales de 4 ó 2 MHz., y buscar otras alternativas. En este caso, un diámetro medio del grano de se recomienda proceder consecuentemente con el fín de llegar á un resultado con el menor esfuerzo. Cuanto menor es el diámetro medio del grano, menor es la dispersión de los ultrasonidos. Si relacionamos esto con la longitud de onda 2 se está tentado elegir la mayor longitud de onda. De la formula se vé que la longitud de onda 2 es inversamente proporcional a la frecuencia En su consecuencia, la dispersión debería disminuir al utilizar menores frecuencias de control. Aparte de los angulares de ondas de 4 MHz. y 2 MHz. existen o 2 4 6 8 10 también cabezales con frecuencia de verificación de 1 MHz. (fig. 22). En su consecuencia, y utilizando palpadores de ondas transversales de 2 MHz., ya no sería Fig. 22: factible el control de soldaduras austeníticas con diámetro medio del grano de 0,8 mm. Palpador angular de ondas transversales Trabajando con palpadores de ondas transversales de 4 MHz. ya tendríamos que fracasar, WB 45 N-1 al haber un diámetro medio del grano de 0,4 á 0,5 mm. (frecuencia de verificación 1 MHz.) Si se fija el tamaño medio del grano aún admisible en 0,2 con miras a una buena detecta- bilidad de defectos, entonces para el control con impulsos ultrasónicos de ondas trans- versales de 2 MHz. resulta un diámetro medio admisible del grano de d = 0,4 mm., y para la verificación con impulsos ultrasónicos de ondas transversales de 4 MHz. un diámetro medio admisible del grano de = 0,2 mm. 17 16</p><p>Es cuestión de probar este palpador antes de buscar la solución en los Caso de no esconderse los ecos de la discontinuidades en los ecos molestos, quedaría angulares de ondas Existen varias razones para proceder así: la onda garantizada la detectabilidad de las discontinuidades que buscamos en todo el espesor del transversal nos permitiría utilizar la técnica habitual de verificación de soldaduras para cordón (fig. 25). controlar los cordones austeníticos (fig. 23). Fig. 25: Verificación de todo el grosor del cordón al debidamente el palpador. P P/2 Fig. 23: Movimiento habitual del palpador entre medio salto y un salto entero Hay otra ventaja que se impone con miras al palpador angular de ondas transversales de 1 MHz.: (P/2 y P) del centro del Su haz de dispersión relativamente grande localizaría, las discontinuidades pequeñas mal orientadas (fig. 26): incluso al tener cierta superficie plana reflejan los ultra- sonidos con haz ancho hacia el palpador. Resultaría una buena detectabilidad de defectos, tanto al emitir el haz directamente una discontinuidad, como al llegar de forma indirecta después de una ó varias reflexiones del impulso ultrasónico en los límites de la pieza. Támpoco se produciría un desdoblamiento 4 MHz de la onda. Gracias a la reflexión total de la onda transversal (con ángulos de llegada 1 MHz a) b) mayores de quedaría una energía suficiente incluso después de varias reflexiones. Gracias a la posibilidad de hacer llegar los ultrasonidos de forma indirecta a las disconti- nuidades, por ejemplo á una situada cerca de la superficie, el poder resolutivo en el campo cercano de conjunto de control no juego ningún papel decisivo (fig. 24). Fig. 26: Reflexión de una onda ultrasónica al llegar inclinadamente á un reflector pequeño y plano (discontinuidad): Fig. 24: a) a causa de una fuerte concentración b) a causa de la reflexión y gran disper- Se puede desistir de un buen poder resolutivo en el campo cercano, al hacer llegar del haz no se consigue ningún eco de sión del haz se consigue una buena los ultrasonidos de forma indirecta a las discontinuidades situadas cerca de la la discontinuidad. detectabilidad de defectos. superficie. El por qué de ello se halla en las 2 fórmulas que describen la forma del haz: f E C sen N longitud del campo cercano f = frecuencia de control A = ecos molestos en la zona superficial. E = eco de la discontinuidad. o 2 4 6 8 7 = ángulo de apertura (con referencia a una disminución de la amplitud del eco de 6 dB). 10 D = diámetro efectivo del cristal transductor. C = velocidad de propagación del sonido. 18 19</p><p>Con frecuencias bajas el haz tiene una menor longitud del campo cercano N y ángulo de No sería justo no aquí también brevemente la salida de este dilema (fig. 28.) apertura y relativamente grande. La discontinuidad tocada por los ultrasonidos la refleja como si fuese un emisor ultrasónico con un diámetro del transductor de su menor dimensión. Cuanto menor es la discontinuidad mayor es la dispersión de la onda reflejada y la pro- babilidad de que el palpador reciba una parte de esta onda ultrasónica es muy grande. Se puede contar con una buena <<detectabilidad de defectos>>. En relación con estas afirmaciones se comprende también por qué sub-valorar justamente las discontinuidades planas y grandes (grietas, faltas de fusión, faltas de pene- tración) al no ser tocadas perpendicularmente por los impulsos ultrasónicos (fig. 27). Fig. 28: Detección de defectos mediante verificación en Tandem. Se procura tocar, caso de ser posible, las discontinuidades grandes y planas perpendicu- larmente con el haz ó se realiza el control con 2 palpadores angulares (verificación en Tandem): si se conoce la orientación preferente de las discontinuidades en función de la forma del cordón, del material ó de la técnica de soldeo y si se tienen en cuenta las super- ficies de acoplamiento disponibles y accesibles para los palpadores (fig. 29), Fig. 27: Reflexión desfavorable de los ultrasonidos en discontinuidades grandes y plana, al hacer la verificación con un sólo palpador. La discontinuidad plana y grande como un emisor de ultrasonidos con gran diámetro del transductor. El haz reflejado tiene un campo cercano largo y un pequeño ángulo de apertura. El peligro es grande de que una onda reflejada con haz muy centrado no alcance el palpador. Incluso la detectabilidad de discontinuidades grandes, frecuente- mente deja mucho que desear. Fig. 29: Las posiciones de los palpadores ván en función de la profundidad del defecto. entonces se pueden determinar con rapidez las posiciones de los palpadores y los ángulos del palpador emisor y receptor, para una segura detección de las discontinui- dades. Volvemos al palpador angular de ondas transversales de 1 MHz.: en vista de las muchas propriedades positivas de la onda transversal de baja frecuencia, y de las propriedades francamente buenas de los palpadores angulares de 1 MHz. de la serie (palpadores WB N-1 de la firma KRAUTKRÄMER GMBH, Colonia), se comprende que siempre de nuevo se intente verificar también las soldaduras austeníticas con tales cabezales. 20 21</p><p>A pesar de ello, hay que desaconsejar su utilización: En tales casos, uno necesita un lo más estrecho posible para poder alcanzar defini- La dispersión del sonido, a pesar de la baja frecuencia de control, es muchas veces tan damente y sin molestias la zona en la cual han de esperarse las discontinuidades (por fuerte que no se consigue la detectabilidad deseada de defectos. Los ecos de baja ejemplo, la zona central de un cordón) (fig. 32). frecuencia por naturaleza son anchos y presentan altos y bajos, lo que hace que incluso, bajo condiciones favorables, se producen unas imágenes en la pantalla. Finalmente, hay que contar con que suelen presentarse, preferente- mente, en los impulsos de ondas transversales de baja frecuencia y duración relativa- mente larga más adelante bajo <<indicaciones Intento con técnica SE (emisor-receptor) Un haz ancho, tal y como resulta con las bajas frecuencias de control, puede tener también un efecto desfavorable. Si uno se imagina unas piezas pequeñas y delgadas se vé que un haz de gran dispersión llega pronto a los límites de la pieza, ó a escalones, ranuras ó taladros que puedan presentar los objetos á inspeccionar (fig. 30). Fig. 32: / Haz estrecho que evita que se formen ecos molestos. Tal haz estrecho puede tener también efectos favorables, con miras a la verificación de Fig. 30: soldaduras austeníticas (fig. 33): Ecos molestos del sobre-espesor del cordón, causados por un haz ancho. Esto puede conducir ecos molestos, que incluso pueden superponerse a los ecos de las discontinuidades, para dificultar incluso impedir la <<detectabilidad de defectos>> (fig. 31). a) Fig. 33: Reducida dispersión por el haz Fig. 31: estrecho (a causa de un número Ecos molestos por los b) reducido de límites de dispersión de sobre-espesores del cordón (fig. 30). 2 4 6 8 10 los granos). 22 23</p><p>Desde hace tiempo existen palpadores angulares SE (emisor-receptor que emiten ondas El número de límites de grano que caen dentro del haz es relativamente pequeño y, por lo transversales y que generan un haz estrecho en forma de manga, en la zona del foco tanto, la onda sufre una dispersión en unos puntos relativamente pequeños, es decir, los (fig. 35). ecos molestos no deberían presentarse en la misma medida que en el caso de un haz ancho (fig. 34). a) Fig. 34: Influencia de la anchura del haz en la detectabilidad de defectos. Fig. 35: a) gran dispersión al verificar con un o 2 4 6 8 10 Forma del haz de un palpador angular SE. b) pequeña dispersión al verificar b) con un haz estrecho. Con estos palpadores debería ser factible crear las condiciones favorables citadas para la verificación de soldaduras austeníticas delgadas. La comparación de las imágenes conseguidas con un palpador standard de 4 MHz., y un 2 4 6 8 10 palpador angular SE de 4 MHz. demuestran que la detectabilidad de defectos efectiva- mente es mejor al trabajar con palpador angular SE (fig. 36). a) b) o 2 4 6 8 10 o 2 4 6 8 10 a) Palpador angular b) Palpador angular SE Fig. 36: Comparación de las imágenes de palpadores de ondas transversales de 4 MHz. 25 24</p><p>Ahora bien, la mejora no es tan notable que se pudiese esperar alcanzar con tales palpa- dores, en todos los casos, la detectabilidad deseada de defectos. Como es lógico, solamente destacarán, caso de lograrse, los de las discon- frente al de fondo>> al hallarse efectivamente las discontinuidades en la zona focal del haz. A continuación de la el haz de un palpador angular SE se abre rapidamente (fig. 37), por lo que apenas hay posibilidad de localizar en esta zona las discontinuidades pequeñas. Fig. 38: Verificación con distintos palpadores angulares SE para conseguir en todo el espesor del cordón la detectabilidad necesaria de La relación Hasta hace pocos años la de aparte del poder resolutivo en el campo cercano y lejano han sido considerados como las propriedades más importantes de un equipo de verificación por ultrasonidos. Fig. 37: Teniendo en cuenta la reserva de amplificación se puede dibujar la ideal de Reducida detectabilidad de detectabilidad de en el diagrama AVG (fig. 39). defectos en la zona divergente del haz de un palpador angular SE. GENERAL DGS-DIAGRAMM DIAGRAMME AVG GÉNÉRAL 10 100 0 ALLGEMEINES 10 AVG-DIAGRAMM 10 En su consecuencia, si se quiere abarcar todo el espesor del cordón con la manga focal de Vr 20 20 un palpador angular SE, muchas veces no sería suficiente para ello un sólo palpador de este tipo (fig. 38): no raras veces han de utilizarse 3 y más palpadores angulares SE con 30 30 distintos ángulos de entrada. 40 Independientemente de este coste considerable, el palpador angular SE de ondas 50 50 transversales muchas veces no ha correspondido á las esperanzas que teníamos en él. Al igual que en el palpador angular de ondas transversales de baja frecuencia, muchas 80 veces se produce una detectabilidad insuficiente de defectos a causa de ecos de disper- Fig. 39: 10 sión. Además, se presenta también con frecuencia el fenómeno ya citado de las Detectabilidad ideal de (veáse bajo defectos en el caso de 100 una dispersión A reducida del sonido: detectabilidad por encima de la recta a la distancia 26 27</p><p>Cuanto más elevada es la reserva de amplificación más pequeñas pueden ser las dis- A partir de la ideal de detectabilidad de defectos>> empieza la curva de atenuación continuidades que pueden detectarse en un determinado material, con un determinado del sonido. palpador y un determinado equipo de verificación. Esta era la forma de pensar (fig. 40), y Si se tiene adicionalmente en cuenta la de influencia del impulso de emisión, muchas veces se ha evaluado un equipo de control por ultrasonidos exclusivamente por la entonces queda limitado hacia todos los lados el de disponible en el reserva de amplificación. diagrama AVG (fig. 42). GENERAL DIAGRAMME AVG GENERAL DIAGRAMME AVG DJ 100 ALLGEMEINES AVG 10 AVG -DIAGRAMM ID (KREISSCHEIBE) 20 20 20 30 30 30 40 40 40 50 50 50 60 60 60 70 70 100 0.1 100 Fig. 40: A Mejor detectabilidad de Fig. 42: defectos a causa de Limitación del una mayor curva de de en el dia- amplificación grama AVG. Ahora bien, si existe una dispersión notable del sonido, por ejemplo en los bordes de los Esta forma de ver las cosas tiene su justificación, siempre y cuando que la dispersión de granos de un material cristalino, entonces el gráfico que acabamos de dibujar no es los ultrasonidos no juega ningún papel esencial (fig. 41): suficiente. Ha de ser ampliado por la de dispersión del sonido>> (fig. 43). GENERAL DGS-DIAGRAMM DIAGRAMME AVG GENERAL DGS-DIAGRAMM DIAGRAMME AVG GENERAL 10 01 10 100 ALI ALLGEMEINES AVG 10 AVG-DIAGRAMM 10 (KREISSCHEIBE) 20 20 20 20 30 30 30 Vr Vr 30 40 40 40 50 50 50 60 Fig. 41: 70 A causa de una reducida dispersión del 100 10 100 sonido: verdadera A A detectabilidad de Fig. 43: defectos, al tener en Redución del campo de cuenta la atenuación trabajo, a causa de la del sonido curva de dispersión del (curva de atenuación). sonido 28 29</p><p>No es factible una descripición de validez universal para las señales de dispersión en Si esta curva, incluso, tuviese algo más de pendiente, con esta suposición estaríamos función de la distancia. siempre en el lado seguro, Si consideramos los bordes de los granos distribuidos de forma más ó menos uniforme Ahora surge la duda de dónde ha de dibujarse en el diagrama la curva correspon- como rejilla que atraviesa todo el material (fig. 44), entonces puede permitirse la con- diente a la dispersión del sonido. clusión de que esta rejilla más bien como reflector grande, pero nunca como reflector Para esto, ha de medirse la amplitud máxima de los ecos de dispersión fuera de la zona de individual pequeño. influencia del impulso de emisión, para determinar, por ejemplo, su á una curva definida de referencia (fig. 46). Fig. 44: de los bordes de que origina la dis- persión de los ultrasonidos. 12 dB Fig. 46: Medición de la distancia en dB. entre el eco por dispersión y una curva definida de referencia (en nuestro caso curva de distancia del reflector de fondo plano De acuerdo con ello, la curva de dispersión del sonido se apoya en la orientación de la de 3 mm. de 0). del eco de fondo>>, en el diagrama AVG (fig. 45). Se puede proceder, por ejemplo, a través de la curva de evaluación aquí anotada (en nuestro caso para reflectores de fondo plano de 3 mm. de El eco máximo de dispersión se halla á una distancia con 12 dB. por debajo de la curva de V Fig. 45: Orientación supuesta de la curva de dispersión del sonido el diagrama AVG. a 30 31</p><p>Si se conoce el valor de los ecos por dispersión del sonido á una determinada distancia, Luego pueden determinarse reflectores en forma de disco>> en la zona de influencia entonces existe el correspondiente punto de referencia para la curva de dispersión, y de la dispersión del sonido, cuyos ecos pueden detectarse aún con claridad (fig. 49). podremos dibujar en el diagrama AVG la supuesta curva de dispersión del sonido que, con gran probabilidad, será así (fig. 47). GENERAL DGS-DIAGRAMM DIAGRAMME AVG GÉNÉRAL 100 0 ALLGEMEINES 0 AVG 10 10 (KREISSCHEIBE) 10 20 20 20 30 30 30 Vr 30 12 dB 40 40 in 40 Fig. 49: 50 50 50 50 Curva de distancia de 6 dB. frente a la curva 60 50 de dispersión para 10 70 marcar el límite de Streukurve detectabilidad de ID 100 0.1 100 defectos. A Fig. 47: a Dibujamos la curva de dis- persión del sonido por medio de la diferencia en dB. deter- Si se fija una amplitud de 6 dB. como distancia mínima de los ecos a localizar, frente a minada, frente a la curva de ecos por ó entonces se puede definir tranquilamente esta referencia a la distancia curva de distancia de 6 dB. de la curva de dispersión del sonido como límite de detecta- (veáse fig. 46). bilidad. Ahora se puede observar, en primer lugar, del diagrama AVG la zona dónde la dispersión Un equipo de control capaz de señalar determinadas discontinuidades (caracterizadas por del sonido juega un papel importante (fig. 48). sus reflectores sustitutivos) á determinadas distancias, con una diferencia mínima de 6 dB. de los de discontinuidades> frente a los de tiene una detecta- bilidad suficiente con miras a las discontinuidades características. GENERAL DGS-DIAGRAMM DIAGRAMME AVG GÉNÉRAL 100 D 0 AVG-DIAGRAMM 10 10 (KREISSCHEIBE 20 20 La diferencia en dB., entre el eco de la discontinuidad y el eco por dispersión que se halla 30 3D inmediamente delante, se llama (fig. 50). r 40 40 50 60 TO TO 80 0.1 100 a Fig. 48: S Zona de influencia de la dis- AS persión del sonido: S = distancia max. hasta dónde las indicaciones por Fig. 50: dispersión determinan la S = relación señal-ruído o 2 4 6 8 10 detectabilidad de defectos. 32 33</p><p>Se habla asimismo de la señal-ruído del ya que las señales de los ecos Los ecos por dispersión de los ultrasonidos son la causa principal de las dificultades en la de dispersión se mencionan en la literatura y entre los expertos como originado por verificación por ultrasonidos de las soldaduras austeníticas. Una relación suficiente señal- el Cuanto mayor es la relación señal-ruído bajo condiciones comparables, más ruído es el criterio más importante para la detectabilidad de determinadas discontinuidades adecuado es el correspondiente equipo de verificación para solucionar un problema de en la estructura austenítica de una soldadura. verificación dado (fig. 51). En la práctica se ha visto que relaciones entre señal y ruído de 10, 12, 14 dB. y más son deseables é incluso, en algunos casos, imprescindibles para garantizar la detectabilidad necesaria de defectos (fig. 52): Fig. 51: 3 ecos con distintas relaciones señal-ruído. Fig. 52: Señal de eco con relación señal-ruído de 20 dB. a) o 2 4 6 8 10 o 2 4 6 8 10 Incluso, si muchos ensayos con defectos patrón (por ejemplo, taladros cilíndricos) en b) soldaduras patrón dán una perfecta detectabilidad de los ecos de los taladros con una relación señal-ruído de 6 8 dB. (fig. 53), Fig. 53: o 2 4 6 8 10 Detectabilidad impecable de los ecos de taladros patrón con una relación señal-ruído de 6 8 dB. c) dB 2 4 6 8 10 o 2 4 6 8 10 los controles posteriores bajo condiciones normales prometen poco éxito. 34 35</p><p>La causa se halla en la estructura austenítica no uniforme de la soldadura: las zonas locales También lo hemos hecho porque cualquier ha de recorrer mentalmente de grano basto tapan con sus ecos de dispersión de gran altura los ecos de las discon- estos pensamientos, relacionados con la verificación de soldaduras austeníticas, que tinuidades que pretendemos localizar (fig. 54). forman parte del porque ante el transfondo de la técnica con ondas transversales destacan mejor, y con más claridad, las particularidades de la técnica de control mediante ondas longitudinales que se describe a continuación. Fig. 54: Los ecos de dispersión de gran altura tapan los ecos de las discontinuidades. 2 4 6 8 10 Este peligro disminuye, lógicamente, al aumentar la relación señal-ruído. Por eso se comprende perfectamente la exigencia de las citadas relaciones señal-ruído para ecos procedentes de defectos patrón. Mejor relación señal-ruído al trabajar con la onda longitudinal Tales resultados no pueden conseguirse, por regla general, con palpadores angulares de El hecho de que el control dé mejor resultado con onda longitudinal, en lugar de la trans- ondas transversales, incluso si usamos palpadores angulares de baja frecuencia ó palpa- versal, se puede observar, por ejemplo, al verificar la soldadura austenítica en un injerto dores angulares SE. Esta opinión la tenemos que defender, a la vista de muchos intentos por medio de un palpador normal (fig. 56). que hemos realizado hasta ahora en soldaduras austeníticas bajo las más diversas condiciones. Por qué hemos discutido a pesar de ello tan a fondo la onda transversal? Fig. 56: Verificación del cordón de un injerto, Lo hemos hecho porque hay excepciones de la regla, que pueden referirse, por ejemplo, mediante palpador normal, a la detección de los defectos de falta de fusión en los flancos ó en la raiz mediante palpa- dores transversales partiendo del material base de grano fino (fig. 55). Fig. 55: Detección de defectos de falta de fusión en los flancos con palpadores angulares de ondas transversales. La relación señal-ruído es notablemente mayor que la alcanzada mediante onda trans- o 2 4 6 8 10 versal. También el palpador SE, en estos casos, obtiene una buena detectabilidad de defectos, a base de un poder resolutivo muy bueno en el campo cercano. Tiene, por tanto, sentido pensar en la utilización de palpadores normales de ondas longitudinales, caso de 36 37</p><p>permitirlo la forma geométrica de la pieza, la forma del cordón y la orientación de los A causa de un desdoblamiento de la onda longitudinal incidente no se puede proceder así, defectos a localizar (fig. 57). sin que se produzca al mismo tiempo una transversal (fig. 59). Fig. 57: Verificación de una soldadura en rincón, mediante palpador normal. T Fig. 59: Desdoblamiento de la onda longitudinal con formación de una onda transversal Lo que queda de la onda longitudinal es lo suficientemente potente para originar, a causa de las discontinuidades pequeñas, unos ecos que destaquen por encima del (fig. 60). Ahora bien, en la mayoría de los casos, no es posible llegar con el haz de un palpador normal a las zonas dónde suelen producirse los defectos. En este caso, se trata de hacer entrar una onda longitudinal inclinadamente en la pieza (fig. 58). Fig. 60: Eco de la onda longitudinal por encima del Fig. 58: Emisión inclinada de la onda longitudinal. o 2 4 6 8 10 Como el impulso de la onda longitudinal es aprox. el doble de rápido que él de la onda transversal, el de la onda longitudinal de la discontinuidad siempre vuelve antes al 38 39</p><p>palpador que el de la onda y, por tanto, ocupa el primer lugar de la La <<relación se hace tan pequeña, que ya no se puede hablar de una buena pantalla (fig. 61). detectabilidad de defectos. No raras desaparece el eco de la discontinuidad totalmente dentro de las señales del ruído. La causa de ello se encuentra en un nuevo desdoblamiento que sufre la onda longitudinal, durante su reflexión en el lado inferior de la chapa (fig. 62). Durante este desdoblamiento la onda transversal quita tanta energía a la Fig. 61: El 1° eco (L) es por regla general el onda longitudinal que ésta ya no tiene fuerza suficiente para hacer destacar sus buenas de la onda propiedades. Por lo tanto, nos vemos obligados a verificar todo el espesor del cordón y las zonas adyacentes con directa de los para detectar posibles discontinuidades y trabajar con emisión inclinada de las ondas longitudinales (fig. 63). Fig. 63: Emisión directa de los ultrasonidos desde los 4 lados. o 2 4 6 8 10 Los ecos que se producen a continuación (eco transversal de la discontinuidad y otros ecos molestos) no nos han de interesar. Lo único que nos interesa es saber si los ecos por dispersión de los ultrasonidos y los ecos molestos que puedan producirse delante del de la onda longitudinal de la discontinuidad, son tan pequeños para no temer una confusión de las distintas señales. Unicamente al una relación lo suficientemente grande entre señal y ruído, no debería haber problema alguno. Esta afirmación es correcta. Ahora bien, el problema consiste en que la onda longitudinal emitida inclinadamente, únicamente dá una buena <<relación mientras sea factible tocar la discontinuidad de forma directa (fig. 58). Si hacemos lo que es habitual en la verificación de soldaduras por ondas transversales, a saber, emitir el sonido indirectamente a la discontinuidad (fig. 62) entonces probable- mente fracasaremos con la onda longitudinal: El proceder así no constituye, por regla general, ningún problema siempre y cuando que el cordón esté accesible desde todos los lados. Si el lado opuesto del cordón no es accesible, entonces únicamente pueden llegarse a las discontinuidades situadas cerca de la superficie, al quitarse el sobre-espesor del cordón (fig. 64). o 2 4 6 8 10 Fig. 62: Fig. 64: Al emitir de forma indirecta los ultrasonidos a la discontinuidad, muchas veces no Accesibilidad de las discontinuidades situadas cerca de la superficie, únicamente se produce ningún eco claramente definido de la onda longitudinal. con el sobre-espesor del cordón quitado. 40 41</p><p>La necesidad de una emisión directa de los ultrasonidos hacia todas las discontinuidades Esto es debido a su de (fig. 67) que contrariamente a lo que ocurre nos exige, por tanto, un trabajo adicional bien durante la verificación ó bien durante la con los angulares de ondas sencillos disminuye más fuerte- producción de los elementos, pero, por otra parte, también crea las posibilidades de mente hacia pequeñas distancias. alcanzar una detectabilidad de defectos relativamente buena. Obviamente inevitable: el angular SE de ondas La emisión directa de los ultrasonidos hacia discontinuidades pequeñas situadas cerca de la superficie, representa una tarea difícil para los palpadores angulares de ondas longitudi- nales, de amortigüamiento normal (fig. 65): B A o 2 4 6 8 10 Fig. 67: Curvas de sensibilidad A = palpador angular SE de ondas longitudinales. Fig. 65: B = palpador angular de ondas longitudinales. Poder resolutivo deficiente en el campo cercano de un palpador angular de ondas longitudinales, de amortigüamiento normal = eco de la discontinuidad Lo anteriormente dicho se refiere no solamente a los ecos molestos que aparecen con menor amplitud, sino también a los ecos de la discontinuidad. Su poder resolutivo en el campo cercano, por regla general no cumple las elevadas exigencias, ní con miras a la detectabilidad de defectos, ní en vista de la evaluación de las No obstante, el éxito obtenido ha confirmado que estabamos en los cierto, y finalmente no amplitudes de los ecos. Por tanto, se ofrecia la solución de detectar estas discontinuidades es de extrañar que se hayan utilizado palpadores angulares SE de ondas longitudinales con los angulares SE de ondas De estos palpadores se podia para la verificación de todo el espesor del cordón y de las zonas de transición (fig. 68). esperar el mismo buen poder resolutivo en el campo cercano que en el caso de los palpa- dores SE normales. La imagen que nos suministra la pantalla de una discontinuidad situada cerca de la superficie (figura 66) presenta un ruído extremadamente reducido. S E o 2 4 6 8 10 Fig. 68. Fig. 66: Distribución de un cordón de gran espesor en 4 zonas de verificación, al utilizar Mejor poder resolutivo en el campo cercano de un palpador angular SE de ondas palpadores angulares SE de ondas longitudinales. longitudinales. 42 43</p><p>La focalización estrecha de los ultrasonidos en la zona focal obliga, sin embargo, a la utilización de varios de estos palpadores con distintas distancias focales para distintas profundidades del Otro inconveniente de los palpadores angulares SE de ondas longitudinales consiste en una variación muy notable de su característica del haz, al adaptarse su suela a piezas curvas (fig. 69): con el fín de conseguir condiciones optimas de verificación en piezas de superficie curva, es imprescindible construir palpadores diseñados especialmente de acuerdo con la geometría del material a controlar. "A" H o 2 4 6 8 10 E Fig. 69: Variación de la curva de sensibilidad al adaptar a distintas curvaturas el palpador angular SE de ondas longitudinales (H = amplitud del eco, E = distancia). o 2 4 6 8 10 o 2 4 6 8 10 Señales fantasma Estas señales son la principal razón de la resignación de muchos operarios y Jefes de Fig. 70: Control de Calidad en el asunto de la >>verificación de soldaduras Después de un ajuste correcto del equipo surgen durante la verificación señales en la pantalla que Ecos de las discontinuidades al emitir el sonido desde las posiciones A y B, é indicaciones fantasma al emitir el sonido desde la posición C. parecen proceder de defectos, pero que realmente no lo son (fig. 70). 44 45</p><p>abrirse el cordón no se vé ningún defecto. Al atacar con ácidos támpoco aparece Estos impulsos cortos reducen la probabilidad de indicaciones fantasma por la inter- ninguna estructura extraordinaria. Cómo se producen entonces tales ecos? ferencia de los ecos de la estructura, de tal forma (fig. 72b), que ya no parecen producirse, desde su utilización interpretaciones erróneas eclatantes causadas por este Al verificar con ondas transversales se presentan con especial frecuencia, y parecen motivo. aconsejar no utilizar, a ser posible, esta clase de ondas para el control de materiales de estructura basta. Pero también la onda longitudinal, al principio, ha dado tales indicaciones fantasma lo que ha puesto a los expertos ante una verdadera incognita. Finalmente, se dió con la razón principal de ello: se trataba de interferencias de los ecos de los límites vecinos de granos, dentro de la estructura austenítica (fig. 71): a) Límites de los granos Eco b) Impulso de ultrasonidos Fig. 71: Efecto amplificador al super- Fig. 72 B: ponerse varios ecos lo sufici- a) impulso de amortigüación normal entememte largos de los b) impulso altamente amortigüado límites de los granos. Si los impulsos de eco son suficientemente largos, entonces pueden sumarse varias amplitudes parciales para formar un eco fantasma. El palpador angular de ondas longitudinales altamente amortigüado, con sus impulsos ultrasónicos cortos, ha confirmado esta suposición y, al mismo tiempo, ha permitido eliminar la causa (fig. 72a). Límites de los granos Palpadores altamente amortigüados Hace ya mucho tiempo que existen palpadores altamente amortigüados (fig. 73). Impulsos de los ecos Impulso de los ultrasonidos Fig. 72A: Fig. 73: Ya no se produce ninguna Modelos conocidos de palpa- superposición (interferencia) dores normales altamente con impulsos lo suficiente- mente cortos. 47 46</p><p>Estos palpadores han sido necesarios para la medición de espesores, de alta precisión, en piezas Durante mucho tiempo no había ninguna demanda para los correspon- dientes palpadores angulares. En el momento de pedirse estos palpadores para solucionar el problema de la verificación de soldaduras austeníticas, los fabricantes, de momento, no a) se hallaban en condiciones de suministrarlos en deseada. Las características A1 decisivas de calidad son las siguientes: un de constantemente A2 alto (fig. 74) y un poder resolutivo muy bueno en el campo cercano. Este último factor vá en función del b) A2 A1 A2 A1 Fig. Factor de amortigüación de un impulso ultrasónico. d c) A1 A2 Cuanto mayor es el cociente formado entre la amplitud de la oscilación más alta de un Fig. 75: Oscilaciones con distinto amortigüamiento: impulso ultrasónico, y la amplitud de la oscilación siguiente A2: )d=4 A1 mayor es también el factor de amortigüamiento y con mayor rapidez disminuye la El dominar ambos factores (factor de amortigüamiento y resolución en el campo cercano) amplitud de oscilación haciéndose el impulso muy corto (fig. 75). ha llevado más de 2 años. Durante este tiempo se han fabricado gran cantidad de diversos que se han utilizado en verificaciones, pero de los cuales ninguno ha satisfecho las elevadas exigencias. Esta puede ser una de las razones por las cuales existen unas afirmaciones tan distintas acerca de la detectabilidad de defectos en soldaduras austeníticas. Entretanto, ya existen buenos tanto en la forma de angulares de ondas como en forma de dores angulares SE de ondas (fig. 76). Fig. 76: Palpadores para material austenítico (palpadores para materiales de grano basto). 48 49</p><p>Acerca de la calidad puede informar, dado el caso, un Certificado de Control del palpador, Durante un cierto tiempo dependiamos de los palpadores angulares SE de ondas longi- que se puede confeccionar individualmente para cada cabezal, bajo pedido del cliente tudinales para la de discontinuidades situadas cerca de la superficie de solda- (fig. 77). duras austeníticas. Entretanto, y utilizando los nuevos palpadores angulares de ondas longitudinales se puede contar con una detectabilidad igualmente buena de tales disconti- nuidades. Como los palpadores angulares de ondas longitudinales no presentan ninguna de tan estrecha como los palpadores angulares SE de ondas longitu- dinales (zona focal), muchas veces es suficiente con un sólo palpador angular de ondas longitudinales, incluso, en espesores de cordón para los cuales antes hacian falta 3 ó 4 palpadores angulares SE de ondas longitudinales (fig. 79). Es perfectamente factible desplazar el palpador angular de ondas longitudinales para emitir el haz hacia las disconti- nuidades tal como estamos acostumbrados a trabajar sobre el cordón, con palpador angular de ondas transversales. Forma del impulso Espectro de frecuencias Fig. 77: Extracto de un Certificado de un palpador. Fig. 79: Es perfectamente factible verificar un Los palpadores angulares de ondas no destacan solamente por cordón muy grueso con un sólo su relación sino también por su excelente sensibilidad para la palpador angular de ondas longitudi- detección de discontinuidades situadas cerca de la superficie (fig. 78). nales. Como es lógico los no suministran resultados optimos en unión de cualquier equipo de control. La mejor relación señal-ruído únicamente se obtiene con el aparato más apropiado (fig. 80): Fig. 80: Fig. 78: o 4 6 Equipo de ultrasonidos USIP-11; 2 8 10 Buen poder resolutivo cercano de los aparato más apropiado para la palpadores angulares de ondas longi- utilización de palpadores para tudinales altamente Eco del taladro. materiales austeníticos. 50 51</p><p>En el equipo debe de lo que llamamos un selectivo>> como occure, La del mencionada en los palpadores puede considerarse, por tanto, por ejemplo, en el equipo de ultrasonidos USIP-11 de la firma KRAUTKRÄMER. En este como frecuencia media dentro de la de (frecuencia media de banda). caso, la limitación de las frecuencias hacia arriba no juega un papel importante como se Para evitar una indeseada del impulso durante su paso por la estructura de había supuesto en un principio. Más bien el efecto principal consiste en la separación de grano basto, hay que escoger una frecuencia media de banda lo suficientemente baja. En las frecuencias bajas. En la verificación con un palpador para materiales austeníticos de las soldaduras austeníticas que han de controlarse en la construcción de elementos de 2 MHz. es muy importante, por ejemplo, la supresión de todas las frecuencias por debajo reactor nuclear, ha resultado favorable una frecuencia media de banda de 2 MHz. y, a de 0,5 MHz. (posición 0,5-2,5 MHz. del mando de frecuencias). veces también, de 4 MHz. Si no existe la posibilidad de determinar mediante ensayos cual es el para materiales más favorable, se recomienda seleccionar el En relación con este asunto es importante saber los para materiales palpador angular de ondas longitudinales grande de 2 MHz., por ejemplo, modelo WRY-45 emiten impulsos ultrasónicos con un espectro de frecuencias relativamente de para espesores iguales ó mayores de 15 mm. (fig. 82). ancho (fig. 81): A a) b) Fig. 81: Fig. 82: Espectro de Palpadores angulares de ondas frecuencias de un pal- 1 2 3 4 5 f longitudinales. pador angular de ondas a) WRY-45 con una frecuencia media longitudinales alta- de banda 2 MHz. mente amortigüado, b) WSY-45 con una frecuencia media con frecuencia media de banda de 4 MHz. de banda de 2 MHz. (A = amplitud de la oscilación). 53 52</p><p>Para menores espesores de pared es más apropiado el WSY-45. Filosofia de soldaduras No cabe duda de que es un atrevimiento hablar como especialista de ultrasonidos con conocimientos insuficientes metalúrgicos, y de técnicas de soldeo sobre cordones austeníticos. Ahora bien, casi todos los operarios que han de verificar las solda- duras austeníticas se encuentran ante un dilema semejante: han de hacerse una idea de las particularidades de la estructura austenítica de la soldadura, desde el punto de vista del impulso ultrasónico. Tal identificación con el impulso ultrasónico y sus ecos es, sin embargo, necesaria y puede presuponerse en los buenos operarios de ultrasonidos. El punto de partida para tales consideraciones filosóficas son de tipo metalúrgico y de técnica de soldeo, tal y como pueden observarse en la literatura correspondiente y como pueden ser explicados por los conocedores de la materia respectiva. Algunos hechos notables ya se han mencionado: anisotrópia elástica, estructura no susceptible de transformación, afinamiento de grano a lo sumo por deformación del material y normaliza- 15 ción de re-cristalización. A estos hechos ya mencionados se sumarán aún otros. Simultánemente existen las experiencias en el control que se han hecho en muchos sitios, 2 4 6 8 10 y que han conducido a una serie de interpretaciones. Se trata, por tanto, de incluir en nuestra experiencia estas reflexiones. Durante estas reflexiones también pueden destacar todavía algunas ideas propias. Como es lógico, el mayor peso lo tienen las experiencias a las cuales uno tiene acceso directo. De todo esto resulta una idea concreta, que puede ser muy subjetiva, incompleta y sencilla, pero permite un avance sistemático y no excluye támpoco correciones fundamentales. 30 2 4 6 8 10 Estructura alineada Es un hecho de que precisamente las soldaduras austeníticas tienen una dirección preferida para el crecimiento del grano (fig. 84). 60 o 2 4 6 8 10 Fig. 84: Fig. 83: Dirección preferente claramente Ecos de discontinuidades naturales situadas en soldaduras austeníticas de muy observable de los cristales en una soldadura variado espesor, localizadas y evaluadas con un sólo palpador el WRY-45. austenítica. 54 55</p><p>La dirección depende de la clase y sentido de la aportación del calor, pero incluso existe Las mediciciones de la atenuación del sonido en distintas direcciones, con referencia a la en soldaduras de varias pasadas (fig. 85). orientación preferencial de los cristales, han dado unos coeficientes muy diferentes de atenuación del sonido (fig. 87). d Fig. 85: En soldaduras de varias pasadas existen cristales con dirección preferente, que pasan incluso en parte de una pasada a la siguiente. 90 180 270 360 Además, parece confirmarse que tal alineación es más notable en las soldaduras total- mente austeníticas, y menos en las de estructura austenítica ferrítica. y al haber depósitos ferríticos se observa una orientación preferente de los cristales Fig. 87: (fig. 86). Valores muy bajos de atenuación del sonido al emitir el haz bajo determinados ángulos frente a la orientación preferente de la estructura. Lo que antecede es comprensible, pero resulta contradictorio otras afirmaciones, según las cuales suele haber siempre unas atenuaciones notables de los ultrasonidos en las soldaduras austeníticas (fig. 88). Fig. 86: También en la estructura austenítica ferrítica d se observa una orientación preferente (en color negro los granos de ferrita) dB/m 0.4 0.2 Fig. 88: Valores para la atenuación de 0.5 5.0 f (MHz) los ultrasonidos medidos sin indicación del sentido de emisión en soldaduras austeníticas. 56 57</p><p>Una amplia serie de mediciones propias hechas por la firma en existen también materiales (incluso podría ser el mayor número de casos) en que se colaboración con la Vereinigte Österreichische Eisen- und Stahlwerken han encuentra entre ambas zonas una zona de grano basto pronunciado (fig. 91). confirmado que la atenuación de los ultrasonidos y, en consecuencia, la dispersión de los ultrasonidos, ván en función del sentido de emisión del haz. La menor atenuación de los ultrasonidos (dispersión de los ultrasonidos) se ha medido bajo un ángulo de emisión del haz de 45° con referencia a la orientación preferente de los cristales (fig. 89). Fig. 91: Zonas de grano basto entre la soldadura y el material base. 45° Fig. 89: La menor atenuación de los ultrasonidos se ha medido bajo 45° con referencia a la orientación preferente de los cristales de la soldadura austenítica. Diversos controles de soldaduras austeníticas han confirmado entretanto que, al tener en A esta zona se atribuye, a veces, una atenuación muy elevada de los ultrasonidos y, desde cuenta el sentido de emisión del haz de 45° (frente a la orientación preferente de la luego, siempre una atenuación mayor (dispersión del sonido). Estas zonas pueden estructura), apenas se produce una dispersión en el cordón mayor que la del material base. reconocerse a través del siguiente hecho: las señales de defectos patrón practicados en la zona de transición, no destacan frente al ruído. La razón de esta bien Condición imprescindible para ello es que se trabaje con palpadores angulares de ondas puede ser un mayor ruído ó bien una desviación del haz en el defecto patrón (fig. 92): longitudinales altamente y que existan las condiciones favorables en cuanto al equipo utilizado según lo mencionado anteriormente. Fig. 92: Refracción y desdoblamiento del haz originados por unos bordes irregu- Zona de transición impenetrable? lares. A causa de ello, parece produ- cirse una detectabilidad de Hay informes que vén en la zona de transición entre la soldadura y el material base la razón defectos, y una mayor atenuación del propiamente dicha para las dificultades en la verificación por ultrasonidos. Aparte de los sonido en la zona de transición. casos en que ambas estructuras se hallan, la una al lado de la otra (fig. 90), Cambio directo soldadura/material base. 58 59</p><p>Si se quiere simular un defecto exterior se suelen practicar las ranuras Tal refracción del haz podría producirse con los bordes muy irregulares en los límites entre rectangulares (fig. 95). el material aportado y el material base. La verificación de soldaduras austeníticas con bordes regulares (fig. 93) no muestra, por regla general, un fenómeno extraordinario causado por la zona de transición. Fig. 95: Fig. 93: Ranura rectangular Apenas se producen dificultades en para simular los la detección de los defectos patrón defectos superficiales. al existir bordes regulares. Se sabe que esta ranura refleja practicamente sin pérdidas la onda transversal a su punto de partida (efecto de espejo) (fig. 96). iReflector de referencia inapropiado! Si se desea comprobar la detectabilidad de defectos de un equipo de verificación se suelen utilizar frecuentemente piezas patrón semejantes al material a controlar realmente, provistas de Los taladros cilíndricos (fig. 94) son los Fig. 96: preferidos por conseguirse de forma muy sencilla. Reflexión de la onda transversal en una ranura rectangular. Fig. 94: El taladro cilíndrico, el reflector de referencia más corriente. 60 61</p><p>Si se utiliza, en cambio, tal ranura para comprobar la detectabilidad de defectos de un Muchas veces uno se orienta por medio de un eco relativamente alto, que desde luego, no palpador angular de ondas longitudinales en la zona cercana a la superficie, entonces el suele venir de la ranura. La busqueda de otros defectos patrón, por ejemplo taladros resultado frecuentemente es muy pobre (fig. 97). Durante la reflexión doble de la onda cilíndricos, ha de Se recomienda por tanto desistir de la ranura como longitudinal en las caras de la ranura se produce 2 veces el desdoblamiento de una onda reflector de referencia, mientras que se trabaje con ondas longitudinales de incidencia inclinada. transversal. A causa de ello, la onda longitudinal pierde casi toda su energía, por lo que en vano se busca un eco de gran altura de la ranura. T = onda transversal. Fig. 97: L = onda longitudinal Reflexión de una onda longitudinal en una ranura rectangular: fuerte debilita- miento a causa del desdoblamiento de la onda y producción de ondas Ajuste en 2 operaciones transversales. El comportamiento deficiente de reflexión de la ranura, al recibir las ondas longitudinales hace inapropiado el patrón 1, según para el ajuste de campos con palpadores angulares de ondas longitudinales (fig. 99): Si no se considera el comportamiento diferente de reflexión de la ranura en ondas trans- versales y ondas longitudinales, entonces por pura lógica, pero equivocadamente, se considera como mala ó insuficiente la detectabilidad de defectos de un angular para materiales en la zona de la raiz de un cordón austenítico. Por el motivo citado, una ranura no es apropiada como reflector de referencia para fijar de forma rápida en la pantalla los límites de de salida del (fig. 98). Fig. 99: No se obtiene ningún 2° eco aprovechable procedente del patrón 1. ¿Eco de la ranura causado por la onda longitudinal? Apenas podría contarse con un 2° eco de la onda longitudinal procedente de 200 mm. de distancia. Incluso, al utilizar el patrón 2, según DIN-54.122 támpoco podrá conseguirse una sucesión aceptable de ecos al trabajar con onda longitudinal de incidencia inclinada (fig. 100). 2 4 6 8 10 Fig. 98: Fig. 100: Ranura rectangular: no es un L No se consigue ninguna sucesión reflector recomendable de referencia T aprovechable de ecos procedentes para la onda longitudinal de incidencia del patrón 2. 62 63</p><p>Como la velocidad de propagación de la onda longitudinal es siempre la misma, indepen- Para conseguir esto es suficiente situar el primer eco de la onda longitudinal, procedente del palpador que la haya generado, se puede efectuar el ajuste de los campos de 25 mm. con la división 5 de la escala, usando el mando punto 0. Los ecos que se pro- por medio de un palpador normal (fig. 101): ducen a continuación. del 1° eco de la onda longitudinal no nos interesan. Al hacer el ajuste en campos mayores se procede de forma analóga, aprovechando el eco del radio del patrón 1. El ajuste de campos con el palpador angular SE de ondas longitudinales tiene lugar de la misma forma. o 2 4 6 8 10 Fig. 101: Pre-ajuste por medio del patrón 1 en el campo de 50 mm. de acero. Si queremos efectuar, por ejemplo, el ajuste en un campo de 50 mm. se coloca un palpador normal con buen poder resolutivo en la pieza patrón 1 tumbada (grosor 25 mm). A continu- ación, se hace coincidir el 1° eco con la división 5 y el 2° eco con la división 10 de la escala. Con esto se tiene la seguridad de que en la escala total queda reproducido un campo de 50 mm. Lo único que ahora nos hace falta es el ajuste correcto del punto 0, teniendo en cuenta el recorrido previo del palpador angular de ondas longitudinales escogido. Este ajuste se hace utilizando el palpador angular de ondas longitudinales, en unión del patrón 2 (fig. 102): Localización de defectos, utilizando onda longitudinal de incidencia inclinada Aparte de la necesidad de emitir el haz directamente a las discontinuidades a localizar, la localización, trabajando con onda longitudinal de incidencia inclinada, suele ser igual de fácil que en el caso de la onda transversal (fig. 103). a a' S o 2 4 6 8 10 Fig. 103: Ajuste y localización en distancias Fig. 102: Ajuste del punto 0 utilizando el palpador angular de ondas longitudinales y el del recorrido del sonido S, distancias de proyección a ó distancias acorta- patrón 2. das de proyección 64 65</p><p>Según el ajuste que se haya realizado, la distancia observada en la escala de la pantalla, en Lógicamente la profundidad a causa de emitir el haz directamente a las discontinui- recorridos del sonido (s), distancias de proyección (a) ó distancias acortadas de proyec- dades, se encuentra al principio de la escaláry la profundidad = espesor del cordón en el ción (a') conducen a la discontinuidad ó al punto en la superficie debajo del cual se valor correspondiente de la escala. Uno no debe dejarse confundir por ecos situados a encuentra la discontinuidad. Adicionalmente, se puede dibujar en la pantalla una escala de del 1° eco en la pantalla, incluso al tener mayor amplitud que éste (fig. 105). espesores ó, en su lugar, los límites del cordón (fig. 104). a a) 2 4 6 8 10 2 4 6 8 10 d Fig. 105: b) Unicamente el 1° eco cuenta, los siguientes no deben considerarse. Fig. 104: a) límites del cordón dibujados para estimar la profundidad de la discon- Unicamente el 1° eco es, con gran probabilidad, un eco de la onda longitudinal y procede, tinuidad. 2 4 6 8 10 b) profundidad de la discontinuidad caso de emitirse directamente el haz, de la discontinuidad. Los ecos que se producen a continuación no pueden atribuirse, por regla general, a reflectores definidos y, por tanto, no han de considerarse. o d Las impreciones de localización a causa de distintas velocidades de propagación dentro y fuera del cordón, apenas suelen tener importancia. Evaluación de las amplitudes de los ecos Hasta ahora la evaluación de las amplitudes de los ecos de discontinuidades localizadas se ha realizado, exclusivamente, por el método de piezas de referencia. Como pieza de referencia suele servir un objeto semejante a la pieza a verificar, que promete tener no solamente la misma forma y calidad superficial, sino también la misma estructura dentro y fuera del cordón. Como reflectores de referencia suelen praciticarse taladros cilíndricos a lo largo de un flanco del Sirven para marcar en la pantalla del equipo de ultra- sonidos 2 curvas de evaluación (fig. 106). 66 67</p><p>Una de estas curvas de evaluación se produce emitiendo el haz directamente a los Resumen: taladros, pasando por el material base (fig. 106a). La otra curva se produce asimismo Las soldaduras austeníticas, por regla general, no pueden verificarse con ondas trans- mediante emisión directa del haz, pero pasando éste por la estructura del cordón versales, independientemente de la frecuencia utilizada. Bien no es suficiente la relación (fig. 106b). señal-ruído, ó bien se producen Se exceptuan de esto los defectos que se encuentran juntamente en el límite del material base (defectos en la raiz, defectos en los flancos). Muchas veces es posible una verificación de soldaduras austeníticas con impulsos cortos de onda longitudinal, generados por palpadores de alto amortigüamiento. Ahora bien, solo a) se consigue una buena detectabilidad de defectos al emitir el haz directamente a las discontinuidades. En espesores por encima de 15 mm. se recomiendan los palpadores especiales de 2 MHz., y en grosores por debajo de 15 mm. los cabezales especiales de 4 MHz. Para mayores espesores ó piezas fundidas soldadas existen palpadores especiales de 1 MHz. ó de 0,5 MHz. Los palpadores de un sólo cristal, por regla general, permiten el control con b) o 2 4 6 8 10 menor coste en comparación con los palpadores SE. Los resultados óptimos se alcanzan utilizando un equipo apropiado con amplificación selectiva (por ejemplo, USIP-11). La mejor detectabilidad de defectos se consigue frecuentemente al emitir el haz bajo 45°, frente a la orientación preferente de la estructura de la soldadura. Fig. 106: Parece que la zona de transición de grano basto no disminuye notablemente la detecta- Las curvas de evaluación notablemente diferentes nos obligan a verificar el bilidad de defectos. Ahora bien, parece que la forma del borde de la soldadura tiene su ángulo de entrada y procurar que los bordes del cordón tengan regularidad. importancia: un borde irregular conduce muchas veces a la dispersión del sonido y a una mala detectabilidad de defectos. De esta forma puede efectuarse la evaluación, teniendo debidamente en cuenta la Las ranuras en absóluto son apropiadas como reflectores patrón para ondas longitudinales de incidencia inclinada. posición que ocupa la discontinuidad. También puede observarse claramente la influencia de la estructura sobre la amplitud de los ecos. Aquí podemos añadir lo que se ha dicho ya bajo y impene- El ajuste de campos debería realizarse en 2 operaciones, con ayuda de un palpador normal. trable de si ambas curvas de evaluación quedan tan separadas como ocurre en la fig. 106 habiéndose cumplido las premisas ya mencionadas con miras al palpador y al equipo de verificación, entonces ó bien no se ha elegido de forma optima el ángulo de Las curvas de evaluación se determinan aún hoy en día de forma empírica. refracción (45° frente a la orientación preferente de la estructura) ó existen interferencias (refracción del haz), a causa de bordes desiguales del Observación adicional: Después de excluirse las posibles causas de esta distinta se deberían de Cabe la posibilidad de una evaluación según el método Los ensayos hechos hasta hacer otras reflexiones ó se deberían de tener en cuenta las condiciones existentes. ahora han dado resultados positivos. Las experiencias, sobre todo las hechas últimamente, demuestran cada vez con mayor claridad que hay cada vez menos soldaduras austeníticas no verificables, y que muchas de las ya no se presentan al tener debidamente en cuenta las más importantes. 68 69</p><p>Doy mis más expresivas gracias al Sr. Dr. Frielinghaus, que ha contribuido esencialmente a esta obra, facilitan- do informaciones y correcciones. H.W. Corsepius</p>