Detectores de defectos por ultrasonidos (UT)

Los detectores de defectos por ultrasonidos (UT) son instrumentos de ensayos no destructivos (END) dedicados a detectar grietas, faltas de fusión, inclusiones, porosidad y defectos internos en soldaduras, piezas de fundición, forjados, laminados y otros productos metálicos. Emplean impulsos ultrasónicos (frecuencias de 0,5 a 15 MHz) que se propagan por el material; las reflexiones procedentes de las discontinuidades internas las recoge el mismo palpador o un segundo palpador y se analizan para determinar la posición, el tamaño y el tipo del defecto. Se utilizan en la recepción de construcciones soldadas (puentes, recipientes a presión, gasoductos), en los controles de recepción de forjados y piezas fundidas, en las inspecciones periódicas de instalaciones industriales y en la cualificación del personal de END.

El principio UT

El principio se basa en la propagación de ondas elásticas de alta frecuencia (ultrasonidos) por el material. Un palpador piezoeléctrico (por lo general PZT) genera impulsos ultrasónicos muy breves (décimas de µs) que entran en el material a través de un acoplante (gel, agua o aceite, para garantizar la transmisión acústica entre palpador y pieza). Las ondas se propagan a una velocidad conocida (por ejemplo 5920 m/s para ondas longitudinales en el acero) y se reflejan en cada discontinuidad interna (grietas, inclusiones) o en la superficie opuesta. El mismo palpador (en modo pulso-eco) o un segundo palpador (modo pitch-catch) detecta las reflexiones, y la electrónica analiza las señales en el dominio del tiempo (A-scan).

Tipos de detector de defectos

Los detectores de defectos modernos son instrumentos portátiles compactos con A-scan en tiempo real, puertas para la detección automática de ecos de defecto, calibración de la linealidad vertical (amplitud) y horizontal (tiempo/distancia), funciones DAC (Distance Amplitude Correction) para evaluar defectos situados a distintas distancias del palpador, TVG (Time Varied Gain) para compensar la atenuación del material y funciones AVG/DGS para el dimensionado de defectos. Los modelos más avanzados incorporan Phased Array UT (palpadores multielemento y barrido electrónico del haz), TOFD (Time-Of-Flight Diffraction), así como B-scan y C-scan para la cartografía de los defectos.

Palpadores y sondas

Los palpadores UT se diferencian por: la frecuencia (de 0,5 a 1 MHz para piezas gruesas y atenuantes como las fundiciones; de 2 a 5 MHz para aplicaciones estándar sobre acero; de 10 a 15 MHz para mediciones de alta precisión sobre materiales delgados); la geometría (contacto directo – monocristal, doble elemento, twin-line; angulares – 45°, 60°, 70° para la inspección de soldaduras; de inmersión); las dimensiones (de pocos mm a decenas de mm de diámetro); el modo de acoplamiento (contacto con acoplante; inmersión en agua; air-coupled para aplicaciones especiales). La elección del palpador depende del material, del espesor, del tipo de defectos esperados y de la técnica de inspección.

Aplicaciones

Las aplicaciones industriales son variadas: inspección de soldaduras (búsqueda de grietas, faltas de fusión, inclusiones de escoria y porosidad – conforme a normas sectoriales como la EN 17640 para UT en soldaduras); recepción de forjados y piezas fundidas (tratamiento de porosidades centrales y segregaciones); inspecciones en servicio de tuberías, recipientes a presión y depósitos (para localizar grietas por fatiga y corrosión localizada); inspección de ruedas y ejes ferroviarios para prevenir fallos catastróficos; inspecciones aeronáuticas (ensayo de componentes estructurales de aleación ligera); I&D en el ámbito de los materiales.

Normas de referencia

Las normas principales son: ISO 9712 (cualificación del personal de END, niveles 1-2-3); ISO 17640 (UT de soldaduras); ASTM E164 (UT por contacto); EN 12668 (caracterización de equipos UT); EN 583 (partes 1-6, procedimiento de ensayo UT). Las cualificaciones de personal específicas para aplicaciones aeroespaciales siguen la NAS 410. La calibración de los equipos UT se realiza con bloques de referencia V1 (para la linealidad y la calibración básica) y V2 (para aplicaciones de ángulo pequeño). Los palpadores se verifican con bloques dedicados para la amplitud, la frecuencia y la anchura del impulso.

Criterios de elección

La selección del detector de defectos depende de: la aplicación (UT simple, Phased Array o TOFD); el rango de espesores y los materiales que se van a inspeccionar; la portabilidad (equipos compactos para el servicio en obra, equipos de sobremesa para el laboratorio); la visualización (solo A-scan o también B/C-scan e imágenes 3D); el cumplimiento de normas sectoriales (aeroespacial, energía, nuclear); el software de análisis y de generación de informes ASNT/EN 17637; el servicio de asistencia y de cualificación de los equipos.