Campo cercano

El día de hoy explicaremos ¿Qué es el campo cercano y campo lejano en un Transductor de Ultrasonido UT?

Al aplicar una señal eléctrica a un transductor vibra generando ondas ultrasónicas debido al material piezoeléctrico contenido en su interior pero no vibra en forma uniforme, lo hace emitiendo pequeñas ondas en la misma dirección, pero ligeramente fuera de fase con respecto a las demás dando como resultado muchas ondas que interactúan entre sí.

Este efecto se puede observar cuando se avienta una piedra al agua y al caer se generan muchas ondas pequeñas que conforme van avanzando en el agua se combinan hasta generar ondas uniformes.

Cuando las ondas interactúan varían irregularmente presentando máximos y mínimos.

En el campo cercano se pueden detectar discontinuidades, medir espesores o conocer la profundidad a la que se encuentra una discontinuidad, pero debido a las variaciones esta zona no es recomendada para hacer una evaluación en amplitud y en algunas ocasiones se utiliza una CURVA DAC. 

Después del campo cercano tenemos el campo lejano en donde se presentan variaciones proporcionales en los ecos y la perdida de amplitud será uniforme es decir que tenemos una señal más estable.

ilustración campo cercano y campo lejano de un transductor ultrasónico

En el campo lejano, el haz se propaga siguiendo un patrón que se origina en el centro del transductor. El cambio entre el campo cercano y el campo lejano se puede visualizar en el barrido A que hemos hecho con ayuda de nuestro equipo Wave de Sonatest 

La  distancia del campo cercano,  puede calcularse de forma teórica por la siguiente formula:

D2f/4v

Donde:

N= Es la Longitud del campo cercano

D= es el Diámetro del transductor  

F= es la Frecuencia que estamos utilizando en el transductor

V= velocidad de la onda ultrasónica dentro del material

Por ejemplo:

Si tenemos un bloque de acero 4140 que tiene una velocidad ultrasónica de 0.232 pulg/useg con 3 pulgadas de espesor y barrenos laterales a diferentes profundidades.

Y queremos inspeccionar con transductores de 5Mhz a diferentes diámetros

Al sustituir en la formula con 5Mhz y 1/4 de pulgada de diámetro nos da como resultado un campo cercano de 0.330 pulgadas

Si cambiamos por un transductor con la misma frecuencia y aumentamos el diámetro a ½ pulgada el campo cercano aumenta a 1.34 pulgadas

Y con un transductor de 1 pulgada aumenta a 5.38 pulgadas

Utilizando un diámetro de ¼ de pulgada se aprecia que la longitud del campo cercano es menor a la profundidad de nuestro primer barreno, lo que nos permite  evaluarlo, en cambio conforme va aumentando el diámetro, aumenta la longitud  del campo cercano, lo que provoca que las indicaciones que estén más cerca de la superficie de contacto queden dentro del campo cercano y las amplitudes en los ecos no sean proporcionales lo que significa que las evaluaciones  en amplitud en esa zona no son recomendables.

Ahora bien, si variamos la frecuencia y fijamos el diámetro del transductor

Al sustituir en la formula con 1/2 pulgada de diámetro y 2.25 MHz nos da como resultado un campo cercano de 0.606 pulgadas

Si cambiamos por un transductor con el mismo diámetro y una frecuencia de 5mhz   el campo cercano aumenta a 1.34 pulgadas

Y con un transductor de 7.5 MHz aumenta a 2.02 pulgadas

En conclusión, podemos decir que cuando aumenta la frecuencia o diámetro del nuestro transductor, de igual manera aumenta la longitud de nuestro campo cercano, haciendo más difícil la evaluación de las discontinuidades que se encuentren más cerca de la superficie de contacto entre el transductor y nuestra pieza de inspección.

En algunas aplicaciones de ultrasonido se utilizan transductores con línea de retardo para materiales con espesores pequeños y que el campo cercano quede dentro del material de la línea de retardo y no afecte en la medición.

Con esto demostramos que al variar el diámetro o la frecuencia de nuestro transductor la longitud del campo cercano puede modificarse de acuerdo a nuestra aplicación.

Industrias: Automotriz, Aeroespacial, Energética.

Partes Típicas: Estructura, hélices y aspas, Paneles, Cuadros.

Métodos de inspección: Arreglo de fases, Escaneo lineal (L-scan), Automático o manual, Inmersión.

Paquete recomendable

• Rsflite/veo+/prisma
• UTmap/UTstudio+
• WP2 2.25 hasta 10MHz

Los compuestos han sido usados cada vez más remplazando los materiales tradicionales de construcción. Entre una serie de ventajas los compuestos proveen una alta resistencia con un peso bajo y resistencia a la corrosión, aunque la evaluación de calidad de éstos compuestos es un reto. Adoptar técnicas reconocidas de ultrasónico para mejorar la inspección de componentes compuestos puede proporcionar fiabilidad y resultados repetibles en exámenes en línea como de mantenimiento.

Una inspección con escáner linear (Cero grados) es altamente recomendada. Los componentes son anisotrópicos , lo que significa que tienen diferentes propiedades cuando de distintos ejes por lo que la velocidad de las ondas transversales varían con el ángulo del haz, haciendo un escáner angular inapropiado.

Características de los defectos:
Los defectos puedo originarse por un manejo inadecuado o abuso, pero también se pueden crear involuntariamente por el tiempo de producción. La falta de detección puede conducir a una vida de la pieza mucho más corta y posibles fallas de servicio.

Defectos de fabricación:

• Inserción de materiales desconocidos entre las capas
• Mala unión (Falta de adherencia)
• Capas sobrepuestas
• Porosidad
• Separación (Causada por la manipulación humana o de maquina)

A través de la inspección:
Éste enfoque está ampliamente extendido para la evaluación de panales, éstas estructuras pueden ser inspeccionadas con dos transductores secos apartados uno de otro, con esto podemos detectar falta de unión en el núcleo del panel.

Pulso eco

Por otra parte es posible inspeccionar el panal mismo usando una bajo frecuencia y ancho de banda con Sonatest Prisma, d-70, MS-700.(<1MHz). La función Dryscab verifica si la unión del panal es homogénea.

¿Amplitud base o tiempo de viaje base?
El C-Scan puede mostrar la información grabada de acuerdo al tiempo de viaje o la amplitud de señal. Para inspecciones de compuestos ambos datos son muy importantes porque indican diferentes zona del defecto. LA compuerta de posicionamiento de amplitud base frecuentemente monitorea el eco de pared posterior. Ésta información es muy sensible a variaciones en el acoplamiento, falta de uniones, porosidad y cualquier cosa que afecta la intensidad de la señal de cualquier manera… La compuerta de posicionamiento del C-Scan para tiempo de viaje puede ser posicionado entre el eco de pared posterior y el eco de disparo. Ésta vista es generalmente menos sensible que la vista previamente, aunque ésta mantiene la información de profundidad del defecto.

Amplitud C-Scan en materiales compuestos

Profundidad con C-Scan en materiales compuestos

Dimensionamiento de los defectos
Sonatest desarrolló una indicación de dimensionamiento única y automatizada, la cual permite al inspector encontrar de manera rápida y dimensionar sin esfuerzo la forma de la indicación. El algoritmo basado en la zona del defecto tiene criterios editables sobre la amplitud o el tiempo de viaje. El algoritmo permite una retroalimentación visual del área defectuosa mientras se envía la información dimensional sobre el defecto como profundidad, ancho, largo y área global.

dimensiones del defecto

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