Medidores de espesor por ultrasonidos

Instrumentos ultrasónicos para mediciones de espesor.

Los medidores de espesor ultrasónicos se utilizan para mida el grosor de los materiales accediendo desde un solo lado de la pared utilizando ondas ultrasónicas.

Cuando se envía una onda ultrasónica a través del material, esta señal es reflejado desde la pared posterior del material y recibido por la sonda de galga de espesores. El retraso entre el envío y la recepción de la señal se puede utilizar para calcular el grosor del material.

Para poder medir el grosor de una pared con un medidor ultrasónico, el material debe ser homogéneo y compacto. Casi todos los metales son adecuados para la medición con un medidor de espesor ultrasónico, así como otros materiales como vidrio, plásticos e incluso algunos tipos de caucho.

El medidor de espesor ultrasónico se utiliza en el mantenimiento preventivo, en el mantenimiento ordinario, durante las pruebas no destructivas o para la aceptación de materiales en la fase de producción.

La elección del medidor ultrasónico debe basarse en la aplicación a abordar. Puede elegir instrumentos con una sonda genérica, apta para muchas aplicaciones, o instrumentos con sondas intercambiables y que se pueden adaptar a aplicaciones específicas (alta temperatura, presencia de pinturas, gran área de medición, materiales particularmente difíciles de medir por medio y bajo densidad).

Medidores de espesor ultrasónicos con pantalla numérica

Medidores de espesor por ultrasonidos con pantalla gráfica.

Medidores de espesor ultrasónicos para uso bajo el agua

PROFUNDIDAD TÉCNICA

Aplicaciones típicas

Las aplicaciones más comunes en las que se utilizan medidores de espesor ultrasónicos son medición del nivel de corrosión en productos metálicos (tanques, cascos de barcos, grúas, pórticos, tuberías, tanques y chapas en general).

El metal corroído no transporta ondas ultrasónicas porque contiene aire.

Usando un medidor de espesor ultrasónico, se puede medir fácilmente el espesor de la parte no corroída del metal.

Esto es particularmente útil cuando la parte posterior del material está fuera del alcance, este es el caso de muchos cascos de barcos, tuberías y tanques.

Otras aplicaciones comunes son medir el grosor de las paredes de botellas de plástico y vidrio, latas de metal o recipientes de plástico. 

Gamas de espesores ultrasónicos

RODER ofrece tres gamas diferentes de herramientas:

• Medidores de espesor ultrasónicos con pantalla numérica (adecuado para aplicaciones de medición de espesor y control de corrosión)

• Medidores de espesor por ultrasonidos con pantalla gráfica. (con funciones A-scan / B-scan y visualización gráfica de la forma de onda de ultrasonido y ecos relativos)

• Medidores de espesor para aplicaciones subacuáticas.

Principio de funcionamiento de medidores de espesor por ultrasonidos

El medidor de espesor ultrasónico es una herramienta utilizada para detectar el espesor de los materiales conductores del ultrasonido de una manera no destructiva. Las primeras aplicaciones datan de los años 60.

Los instrumentos de medición ultrasónica actuales, aunque utilizan sistemas de adquisición más modernos e interfaces visuales más avanzadas y completas, explotan el mismo principio físico que los primeros instrumentos de medición construidos en el siglo pasado.

Los medidores de grosor ultrasónico determinan el grosor de un material a través de una medición precisa del tiempo que toma un pulso ultrasónico, generado por un transductor piezoeléctrico, para cruzar el grosor de un material y regresar a su fuente. El tiempo necesario para el viaje de ida y vuelta de la onda sonora se divide por la mitad y luego se multiplica por la velocidad de propagación del sonido referido a ese material en particular.

El transductor contiene un elemento piezoeléctrico que es excitado por un breve impulso eléctrico para generar un tren de ondas ultrasónicas. Las ondas de sonido se acoplan al material a probar y viajan a través de él hasta que se encuentran con una pared posterior u otro tipo de material (aire, agua, óxido, esmalte, etc.). Los reflejos luego viajan de regreso al transductor que convierte la energía del sonido en energía eléctrica. Básicamente, el transductor intercepta el eco desde el lado opuesto. Normalmente, este intervalo de tiempo es unas pocas millonésimas de segundo. El medidor de espesor ultrasónico se programa con la velocidad del sonido en el material bajo prueba y, por lo tanto, puede calcular el espesor utilizando el informe matemático simple

T = V x (t / 2)

donde

T = espesor de pared

V = la velocidad del sonido en el material de prueba

t = el tiempo de tránsito de la ruta

En algunos casos, se resta un desplazamiento cero para tener en cuenta los retrasos fijos del instrumento y la ruta del sonido (por ejemplo, la distancia entre el traductor ultrasónico y el punto de acoplamiento del material de la sonda).

Es importante tener en cuenta que la velocidad del sonido en el material de prueba es una parte esencial de este cálculo. Los diferentes materiales transmiten ondas sonoras a diferentes velocidades, generalmente más rápido en materiales duros y más lento en materiales blandos. Además, la velocidad del sonido puede cambiar significativamente con la temperatura. Por lo tanto, siempre es necesario calibrar un medidor de espesor ultrasónico para la velocidad del sonido en el material que se va a medir, y la precisión solo puede ser tan buena como esta calibración específica. Esto suele ocurrir con referencia a un objeto de muestra cuyo grosor es conocido y certificado. En el caso de las mediciones de alta temperatura, también es necesario recordar que la velocidad del sonido disminuye con la temperatura, por lo que para una máxima precisión, la medición de referencia debe realizarse a la misma temperatura que la prueba de “campo”.

Las altas frecuencias de oscilación del traductor tienen una longitud de onda más corta, lo que permite la medición de materiales más delgados. Las frecuencias más bajas con una longitud de onda más grande penetran más lejos y se utilizan para probar muestras muy gruesas o materiales que son más difíciles de atravesar, como fibra de vidrio y metales fundidos de grano grueso (por ejemplo, hierro fundido) donde las ondas sonoras tienen un tránsito menos eficiente. La selección de una frecuencia de prueba óptima a menudo implica equilibrar estos dos requisitos (resolución y capacidad de penetración).

Las ondas de sonido en el rango de megahercios no viajan eficientemente a través del aire, por lo que se usa una gota de líquido de acoplamiento entre el transductor y la muestra para obtener una buena transmisión de sonido. Los acopladores comunes son glicerina, propilenglicol, agua, aceite y gel. Solo se necesita una pequeña cantidad, lo suficiente para llenar el espacio extremadamente delgado que se forma entre el transductor y el material a medir.

Ventajas de la medición ultrasónica

Medir en un lado del material

Los medidores de espesor ultrasónicos se usan a menudo en situaciones en las que el operador tiene acceso a un solo lado del material, como en el caso de tuberías o conductos, o en aquellos casos en los que la medición mecánica simple es imposible o poco práctica por otras razones, como el tamaño construcción excesiva, restricciones de acceso o impracticabilidad mecánica (por ejemplo, en el centro de láminas grandes o en bobinas de láminas donde las vueltas se enrollan una encima de la otra). El simple hecho de que las mediciones de espesor con tecnología de ultrasonido se pueden realizar fácil y rápidamente en un lado, sin necesidad de cortar piezas, es una de las principales ventajas de esta tecnología.

Medida no destructiva

No se requiere cortar ni seccionar las piezas, lo que ahorra los costos de chatarra y preparación de la muestra.

Altamente confiable

Los medidores de ultrasonido digital modernos son muy precisos, repetibles y confiables y, en muchos casos, adecuados para su uso incluso por personal no calificado.

Versátil

Casi todos los materiales de ingeniería comunes se pueden medir con las configuraciones adecuadas: metales, muchos plásticos, compuestos, fibra de vidrio, vidrio, fibra de carbono, cerámica y caucho. 
La mayoría de los medidores de espesor por ultrasonidos pueden preprogramarse con múltiples propósitos de uso

Amplio rango de medición

Los medidores ultrasónicos están disponibles para rangos de medición desde 0,2 mm hasta 500 mm según el material y el tipo de transductor. Se pueden lograr resoluciones de hasta 0,001 mm.

Fácil de usar

La gran mayoría de las aplicaciones que utilizan medidores de espesor ultrasónicos requieren configuraciones simples preprogramadas y solo una pequeña parte de la interacción del operador.

Respuesta inmediata

La medición de ultrasonido generalmente se realiza en solo uno o dos segundos para cada punto de medición y los resultados numéricos se muestran inmediatamente como una lectura digital de la pantalla.

Compatible con el registro de datos y los programas de análisis estadístico.

La mayoría de los medidores de espesor ultrasónicos portátiles modernos ofrecen un registrador de datos local para los datos de medición y cualquier puerto USB o RS232 para transferir las mediciones a una computadora externa para su almacenamiento y análisis posterior.

La elección de sonda e instrumento.

Para cada aplicación de medición ultrasónica, la elección de un instrumento y transductor adecuados es fundamental, en función del tipo de material de prueba, su rango de espesor, el grado de precisión requerido por la medición. También es necesario considerar la geometría de la pieza, la temperatura y cualquier otra circunstancia especial que pueda afectar la configuración de la prueba.

En general, la mejor sonda para cada tipo de medición es la que logra enviar suficiente energía ultrasónica al material, considerando que el instrumento debe recibir un eco de retorno adecuado. Los factores que influyen en la propagación del ultrasonido son múltiples.

Fuerza de la señal de salida

Cuanto más fuerte sea la señal de salida, más fuerte será el eco de retorno para ser detectado y procesado. Este parámetro depende básicamente del tamaño del componente de la sonda que emite el ultrasonido y de la frecuencia de resonancia del transductor.

Una gran superficie de emisión, combinada con una gran superficie de acoplamiento con el material bajo prueba, enviará una mayor cantidad de energía al material que un área de emisión más pequeña.

Absorción y dispersión.

Cuando un ultrasonido pasa a través de un material, parte de la energía emitida es absorbida por el material mismo. Si el material de muestra tiene una estructura granular, la onda ultrasónica sufrirá un efecto de dispersión y atenuación. Ambos fenómenos causan una reducción de la energía ultrasónica y, en consecuencia, la capacidad del instrumento para percibir el eco de retorno. Los ultrasonidos de alta frecuencia sufren más los efectos de dispersión que las ondas de baja frecuencia.   

Temperatura del material

La velocidad de propagación del sonido dentro de un material es inversamente proporcional a su temperatura. Cuando sea necesario medir muestras con una temperatura superficial alta, hasta un máximo de 350 ° C, se deben utilizar sondas diseñadas específicamente para mediciones de alta temperatura. Estas sondas particulares se construyen utilizando procesos y materiales especiales, que les permiten resistir el estrés físico de las altas temperaturas sin sufrir daños.

Sonda / acoplamiento de superficie

Otro parámetro muy importante es el acoplamiento entre la superficie bajo prueba y la punta de la sonda. Una buena adherencia entre las dos superficies asegura que el instrumento funcione de la mejor manera y proporciona una medición confiable y realista. Por esta razón, se recomienda asegurarse antes de cada medición de que la superficie y la sonda estén libres de polvo, residuos y suciedad.

Para garantizar un excelente acoplamiento y eliminar la delgada capa de aire entre la sonda y la superficie, es necesario usar un líquido de acoplamiento.

Tipo de sonda

Todos los transductores que se usan comúnmente con galgas ultrasónicas incorporan un elemento cerámico resonante y difieren en la forma en que este traductor se acopla al material bajo prueba.

Transductores de contacto: Los transductores de contacto se utilizan en contacto directo con la muestra. Una "placa de desgaste" delgada protege el elemento activo de daños durante el uso normal. Las mediciones con transductores de contacto suelen ser las más sencillas de realizar y suelen ser el primer camino a seguir para la mayoría de las aplicaciones de medición de espesores o corrosión.

Transductores de línea de retardo: Los transductores de línea de retardo incorporan un cilindro de plástico, generalmente de epoxi o sílice fundida, que se utiliza como línea de retardo entre el elemento activo y la pieza de prueba. Una de las principales razones de su uso es para las mediciones de materiales delgados, donde es importante separar el pulso de excitación de los ecos de “fondo”. Además, se puede utilizar una línea de retardo como aislante térmico, protegiendo el elemento transductor sensible al calor del contacto directo con el material caliente. Por último, se pueden dar forma a las líneas de retardo para mejorar el acoplamiento de ultrasonidos en espacios reducidos.

Transductores de inmersión: Los transductores de inmersión utilizan una columna o un baño de agua para acoplarse al material. Se pueden utilizar para mediciones en línea directamente en la línea de producción o para medir productos en movimiento.

Transductores de doble elemento: los transductores de doble elemento, o simplemente "duales", se utilizan principalmente para mediciones realizadas en superficies rugosas o corroídas. Incorporan transmisión y recepción separadas, con dos elementos montados en una línea de retardo con un ángulo pequeño para concentrar la energía del sonido a una distancia precisa debajo de la superficie de una pieza de prueba. Aunque las mediciones con transductores duales a veces son menos precisas que las realizadas con otros tipos de transductores, generalmente proporcionan un rendimiento significativamente mejor en aplicaciones de control de corrosión y donde hay muchas irregularidades en las superficies del material.

Límites de los medidores de espesor ultrasónicos

Una de las principales limitaciones de los medidores de espesor ultrasónicos radica en la incapacidad de medir materiales que no son compactos o no son homogéneos.

La presencia de microburbujas (como por ejemplo en materiales expandidos o en algunos tipos de fundición de fundición) o microdiscontinuidades pueden provocar una atenuación significativa del eco de retorno y, por tanto, la imposibilidad de determinar con precisión la medición. grueso. En algunos casos, el eco de retorno ni siquiera está presente porque está completamente disperso en las "microcavidades" del material.

Además, la medición en materiales no homogéneos (múltiples laminados, aglomerados bituminosos, resinas cargadas con fibras de vidrio, hormigón, madera, granitos), si bien presenta la posibilidad de determinar el tiempo de tránsito del eco ultrasónico, no permite determinar el espesor. del material de manera única debido a la presencia de múltiples materiales que contribuyen de diferentes formas a la propagación del eco.

Uso avanzado de tecnologías de análisis y medición por ultrasonidos.

Algunos tipos de instrumentos de medición por ultrasonidos, en particular los equipados con pantalla gráfica, son capaces de realizar un análisis detallado de la forma de onda del ultrasonido recibido y por lo tanto permiten un mayor control de los parámetros involucrados en la medición del espesor con ultrasonidos (amplificación , ganancia, umbral).

Aquí están los detalles de algunas representaciones gráficas y numéricas de los datos obtenidos por un instrumento con características de análisis avanzadas del ultrasonido recibido.

A-SCAN - Modo RF

El modo RF muestra la forma de onda de manera similar a un osciloscopio. Muestra picos positivos y negativos. El pico (tanto positivo como negativo) seleccionado para la medición se muestra en la parte superior de la pantalla. Este es el modo preferido para la medición precisa de objetos delgados utilizando un transductor de lápiz. Es importante tener en cuenta que la medición debe estar dentro de la pantalla visible para poder ver la forma de onda. Sin embargo, incluso si la forma de onda está fuera de la pantalla visible, aún se puede hacer una medición y verla en modo digital. Si la onda está fuera de la pantalla, puede cambiar el rango manualmente ajustando los valores de retraso y ancho o usar la función Búsqueda automática ubicada en el menú UTIL.

La siguiente es una lista de las características visibles en la pantalla: 

A) Estabilidad del indicador de lectura. : indica la estabilidad del eco de retorno en una escala del 1 al 6; la barra que se muestra en la imagen anterior indica la señal de repetibilidad. Si el instrumento muestra una lectura de memoria, el indicador de repetibilidad será reemplazado por el texto MEM

B) Indicador de nivel de batería : el símbolo de batería completamente coloreado significa que la batería está completamente cargada. Nota: en la imagen de arriba la batería está al 50%

C) Lectura de espesor : lectura de grosor digital (en pulgadas o milímetros)

D) Indicador de detección : la línea punteada vertical muestra el punto de detección de cruce por cero en la forma de onda donde se obtuvo la medición. Tenga en cuenta que la lectura de espesor digital es la misma que la ubicación del indicador de rumbo de acuerdo con los valores F que se muestran en la imagen

E) Señal de eco : Representación gráfica de la forma de onda del eco dibujada en el eje Y con referencia a la amplitud y en el eje X con referencia al tiempo.

F) Etiquetas de medida : Las etiquetas de medición se calculan en función del conjunto de retardo (lado izquierdo de la pantalla) y del conjunto de parámetros Ancho (valor de ancho para cada marca de referencia)

G) Unidad de medida : Muestra la unidad de medida actual.

H) Menú caliente: Cada ubicación que se muestra debajo de la forma de onda se denomina "menú activo". Estas ubicaciones permiten una vista rápida de todos los parámetros importantes del instrumento.

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A-SCAN - Modo rectificado

El modo A-Scan ajustado muestra la mitad de la forma de onda. Los picos positivos y negativos se muestran en función de la polaridad seleccionada. Esta es la mejor vista de visualización para aplicaciones de detección de errores. Es importante tener en cuenta que la medición debe estar dentro de la pantalla visible para poder ver la forma de onda. Sin embargo, incluso si la forma de onda está fuera de la pantalla visible, aún se puede hacer una medición y verla en modo digital. Si la onda está fuera de la pantalla, puede cambiar el rango manualmente ajustando los valores de retraso y ancho o usar la función Búsqueda automática ubicada en el menú UTIL.

La siguiente es una lista de las características visibles en la pantalla: 

A) Estabilidad del indicador de lectura: indica la estabilidad del eco de retorno en una escala de 1 a 6; la barra que se muestra en la imagen de arriba indica la señal de repetibilidad. Si el PVX muestra una lectura de la memoria, el indicador de repetibilidad será reemplazado por el texto MEM

B) Indicador de nivel de batería: el símbolo de batería completamente coloreado significa que la batería está completamente cargada. Nota: en la imagen de arriba la batería está al 50%

C) Lectura de espesor: lectura digital del espesor (en pulgadas o milímetros)

D) Indicador de rumbo: la línea punteada vertical muestra el punto de detección de cruce por cero en la forma de onda donde se obtuvo la medición. Tenga en cuenta que la lectura de espesor digital es la misma que la ubicación del indicador de rumbo según los valores F que se muestran en la imagen

E) Señal de eco: Representación gráfica de la forma de onda del eco dibujada en el eje Y con referencia a la amplitud y en el eje X con referencia al tiempo.

F) Etiquetas de medida : Las etiquetas de medición se calculan en función del conjunto de retardo (lado izquierdo de la pantalla) y del conjunto de parámetros Ancho (valor de ancho para cada marca de referencia)

G) Unidad de medida : Muestra la unidad de medida actual.

H) Menú caliente: Cada ubicación que se muestra debajo de la forma de onda se denomina "menú activo". Estas ubicaciones permiten una vista rápida de todos los parámetros importantes del instrumento.

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ESCANEO B

El modo B-Scan muestra una vista transversal de la sección del material a medir. Esta vista se usa comúnmente para visualizar el contorno inferior o ciego de la superficie del material. Es muy similar al buscador de peces. Si se localiza un defecto durante un escaneo, el B-Scan dibujará el defecto en la pantalla. El rectángulo (E) representa la sección transversal del material. Notará que el grosor total del material será de .500 "y el rango de visualización de 0.00" a 1.00 "respectivamente. Las imágenes se muestran a una velocidad de 15 segundos por pantalla de derecha a izquierda. Tenga en cuenta también que en el punto J el espesor tiene una caída repentina.

Es importante establecer el rango de medición en la pantalla para que se pueda ver el grosor máximo del material. 

La siguiente es una lista de las características visibles en la pantalla: 

A) Estabilidad del indicador de lectura. : indica la estabilidad del eco de retorno en una escala de 1 a 6; la barra que se muestra en la imagen de arriba indica la señal de repetibilidad. Si el PVX muestra una lectura de la memoria, el indicador de repetibilidad será reemplazado por el texto MEM

B) Indicador de nivel de batería : el símbolo de batería completamente coloreado significa que la batería está completamente cargada. Nota: en la imagen de arriba la batería está al 50%

C) Lectura de espesor : lectura de grosor digital (en pulgadas o milímetros)

D) Área de visualización B-SCAN: Esta es el área donde se muestra el escaneo B-scan

E) B-scan chart : Área de visualización del gráfico B-scan El escaneo B-scan se muestra de derecha a izquierda a una velocidad de 15 segundos por escaneo.

F) Etiquetas de medida : Las etiquetas de medición se calculan en función del conjunto de retardo (lado izquierdo de la pantalla) y del conjunto de parámetros Ancho (valor de ancho para cada marca de referencia)

G) Unidad de medida : Muestra la unidad de medida actual.

H) Menú caliente: Cada ubicación que se muestra debajo de la forma de onda se denomina "menú activo". Estas ubicaciones permiten una vista rápida de todos los parámetros importantes del instrumento.

 I) Barra de escaneo: La barra de escaneo representa gráficamente el valor de espesor medido y representado en el gráfico de escaneo B. Es muy útil para encontrar defectos con escaneos directos en el material.

J) El plato de acompañamiento: La vista B-scan le permite ver el perfil del material desde el lado opuesto al lado de medición.

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DÍGITOS

La pantalla DIGIT le permite ver el valor de grosor actual utilizando caracteres grandes y fácilmente visibles. La barra de escaneo se ha agregado para permitir al operador detectar defectos e irregularidades durante las operaciones de escaneo.

Esta es la lista de características de la pantalla en función de dígitos.

A) Estabilidad del indicador de lectura. : indica la estabilidad del eco de retorno en una escala de 1 a 6; la barra que se muestra en la imagen de arriba indica la señal de repetibilidad. Si el PVX muestra una lectura de la memoria, el indicador de repetibilidad será reemplazado por el texto MEM

B) Indicador de nivel de batería : el símbolo de batería completamente coloreado significa que la batería está completamente cargada. Nota: en la imagen de arriba la batería está al 50%

C) Lectura de espesor : lectura de grosor digital (en pulgadas o milímetros)

D) DIGITOS área de visualización: Esta es el área donde se muestra el grosor

F) Etiquetas de medida : Las etiquetas de medición se calculan en función del conjunto de retardo (lado izquierdo de la pantalla) y del conjunto de parámetros Ancho (valor de ancho para cada marca de referencia)

G) Barra de escaneo : La barra de exploración corresponde directamente al valor de espesor. Esta pantalla se utiliza ampliamente para escanear material con la función B-SCAN. Es muy fácil observar la presencia de defectos usando la barra de escaneo.
H) Menú caliente: Cada ubicación que se muestra debajo de la forma de onda se denomina "menú activo". Estas ubicaciones permiten una vista rápida de todos los parámetros importantes del instrumento.