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.
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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).
Tipologías de detectores 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.
Transductores y palpadores
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 selección
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.
Profundización: detección de defectos por ultrasonidos – detectores de defectos ↑ arriba
La detección de defectos por ultrasonidos localiza y dimensiona los defectos internos de un material — grietas, inclusiones, faltas de fusión en las soldaduras — de forma no destructiva, aprovechando la reflexión de los ultrasonidos en las discontinuidades.
- Ensayo no destructivo: defectos internos sin dañar la pieza
- Visualización A-Scan: amplitud del eco en función del recorrido
- Palpadores de haz angular: inspección de soldaduras y uniones
- Kits de dimensionamiento: DAC, AWS, TCG, DGS
- Detección: Z-Cross, Flank y Peak
- Sectores: soldaduras, forjados, fundiciones, aeroespacial
- También medidor de espesor: medición de espesor integrada
Un defecto interno (grieta, porosidad, inclusión, laminación) constituye una discontinuidad acústica: cuando el impulso ultrasónico lo encuentra, parte de la energía se refleja y regresa al palpador. Analizando la amplitud y la posición de este eco es posible detectar, localizar y dimensionar el defecto.
El detector de defectos (flaw detector) muestra la señal como traza A-Scan: el eje horizontal representa el recorrido (la profundidad) y el vertical la amplitud del eco. El operador interpreta la traza para distinguir los ecos de los defectos de los ecos geométricos.
Cómo se detecta un defecto
El flaw detector genera impulsos de alta tensión y visualiza sus ecos con una elevada frecuencia de actualización. Con palpadores de haz angular, el haz entra en el material con un ángulo conocido: es la configuración típica para inspeccionar las soldaduras, donde los defectos (falta de fusión, grietas, inclusiones de escoria) se encuentran a lo largo del cordón y no son alcanzables con un haz recto.
La función trigonométrica (TRIG) calcula automáticamente el recorrido del haz, la profundidad y la distancia en superficie del reflector, teniendo en cuenta también la corrección para superficies curvas. Los modos de detección Z-Cross, Flank y Peak definen cómo el equipo engancha el eco para medir su posición y su amplitud.
Dimensionar los defectos: DAC, AWS, TCG, DGS
Detectar un defecto no basta: hay que dimensionarlo para decidir si es aceptable según las especificaciones. Los flaw detectors integran los principales kits normativos:
- DAC (Distance Amplitude Correction): curva de referencia construida sobre taladros de referencia, que compensa la atenuación con la distancia.
- AWS: dimensionamiento de los defectos en las soldaduras según la práctica de la American Welding Society.
- TCG (Time Corrected Gain): ganancia que varía con el tiempo para uniformar la respuesta a distintas profundidades.
- DGS/AVG: evaluación del defecto respecto a un reflector equivalente calculado.
La amplitud del eco puede expresarse en %DAC, en dB o en %FSH, según el criterio adoptado.
Flaw detector y medidor de espesor en un solo equipo
Muchos equipos modernos son híbridos: además de la detección de defectos ofrecen una medición de espesor avanzada (Pulse-Echo, medición a través del revestimiento, compensación de temperatura). Con un solo dispositivo es posible tanto la búsqueda de defectos como el control del espesor residual, reduciendo el equipamiento que hay que llevar a campo.
Campos de aplicación
La detección de defectos UT se emplea en el control de las soldaduras de estructuras y recipientes a presión, en la inspección de forjados y fundiciones, en la búsqueda de grietas por fatiga en ejes y componentes, y en los controles de recepción de semielaborados. Es una técnica reconocida por las principales normas de ensayos no destructivos y requiere operadores cualificados (p. ej. niveles UT según la ISO 9712).
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