Diapositivas apuntes cuestiones de ensayos no destructivos

Fundamentos de Ensayos No Destructivos -
Tema 1 - Fundamentos Generales
1
Fundamentos de
Ensayos No Destructivos

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Temario
•Tema 1: Fundamentos generales de los Ensayos No Destructivos
•Tema 2: Ultrasonidos
•Tema 3: Líquidos penetrantes
•Tema 4: Partículas magnéticas
•Tema 5: Corrientes inducidas
•Tema 6: Radiología

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Fundamentos Generales de los
TEMA 1

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Definición
• Experimento: consiste en la observación de
un fenómeno provocado.
• Un Ensayo es un Experimento tecnológico
• Tipos de Ensayos:
•Funcionales
•Destructivos
•No destructivos

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Ensayos Funcionales
• Repetición indefinida de
las condiciones operativas
• Operación con requisitos
superiores a los de servicio
• Fallo catastrófico para
estudio de efectos
Ensayos Destructivos
• Requiere la destrucción o
el deterioro de la muestra
• Empleados en control de
calidad estadístico

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• La muestra no sufre deterioro.
• Se estudian las propiedades significativas tecnológicamente
• Técnicas y Fundamentos de END
• Características
•Densidad
•Conductividad Térmica
•Absorbancia Electromagnética
•Índice de Refracción
•Estructura cristalina
•Inspección del 100% de la producción
•Nivel de CALIDAD uniforme
•Asegura calidad funcional de sistemas y elementos
•Prevención de accidentes laborales
•Beneficios económicos
•Directos - Disminución de
costes de producción, aumento de
la producción
•Indirectos - Ayuda a mejora de
Diseño y control de Procesos

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Clasificación de END según Fundamentos
•Ondas Electromagnéticas
•Ondas elásticas o acústicas
•Emisión de partículas subatómicas
•Otros: Capilaridad, absorción, estanqueidad

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9

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Planteamiento inicial de los END en la industria:
CONTROL DE CALIDAD PRODUCCIÓN
Enfrentado a
Actualmente: FABRICACIÓN INTEGRADA
(Producción asume CONTROL DE CALIDAD)
END en aumento debido a la automatización de la producción
Los END en la industria

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Historia de los END
Primer END registrado: comprobación de Arquímedes sobre la
composición de la corona del rey de Siracusa
Los fundamentos de los END eran todos conocidos en el
siglo XIX:
•Corrientes eléctricas: Faraday (1831)
•Magnetismo: Faraday (1839)
•Electromagnetismo: Maxwell (1864)
•Corrientes inducidas: Hughes (1879)
•Rayos X: Röntgen (1895)
•Radiactividad: Becquerel (1896)

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•Gran demanda
•Métodos empíricos
•No existen normativas
•Detección de discontinuidades
•Técnicas no automáticas
•Diseños basados en ‘Vida Segura’
Etapa cuantitativa: 1970 actualidad
Etapa cualitativa: SGM 1970
Contexto histórico:
•Electrónica en sus inicios
•No existe la informática
•Crisis energética de los 70
•Diseños basados en ‘Análisis de tolerancia al daño’
Cambios debidos a:
Solución:
•Conocer el estado individual de cada pieza
•Evaluación del efecto de una grieta

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Ejemplos de utilización de END:
Examen de la Sabana Santa de Turín
Examen de obras de arte
Tuberías de plantas químicas
Vasos de presión
Defectos en fuselajes y motores de aeronaves
Sistemas aerospaciales
No industriales
Industriales
Industria aeroespacial: introduce requisitos nuevos para los ensayos. Los
materiales no admiten contaminación alguna → es imprescindible utilizar
métodos de ensayo sin contacto

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Sabana santa
Analizada por:
Fotografía UV, visual e IR (imágenes)
Microscopía visual y electrónica
Radiografía
Gammagrafía
Espectroscopía de fluorescencia de
Rayos X

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La inspección mediante END
Etapas
•Elección del método y la técnica apropiadas
•Obtención de los resultados de medida
•Evaluación de los resultados
•Aplicación de los Criterios de aceptación o rechazo

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Elección del método y la técnica apropiada
Características de las muestras Limitaciones de los métodos
•Naturaleza del material
•Estado estructural
•Tamaño
•Forma
•Conocimiento previo
•Heterogeneidades
•Características a determinar
•Dimensión a medir
•Interpretación
•Geometría
•Naturaleza del material
•Campo de observación
•Velocidad de aplicación
•Sensibilidad
Aumento de sensibilidad ⇒ aumento de costes

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Obtención de resultados de medida
Los métodos de END obtienen características del material por procedimientos
indirectos, a partir de otra propiedad de la muestra.
•Técnica radiográfica. Por medio de la imagen resultante de la
iluminación del objeto con una fuente de radiación se obtiene la
indicación de una hetereogeneidad.
•Con la utilización de ultrasonidos la indicación directa se recibe en
una pantalla de rayos catódicos.
•Métodos Visuales: por percepción visual (aumentada en función del
método empleado) se obtiene la indicación del defecto.

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Evaluación de resultados
Correlación de resultados obtenidos y las propiedades de la heterogeneidad
Es preciso realizar END precisos antes de automatizar un proceso industrial
de producción con END
La responsabilidad de la evaluación corresponde al experto de END
Criterios de aceptación o rechazo
El siguiente paso es decidir si la heterogeneidad detectada en la pieza o el
conjunto afecta seriamente o no a su utilización.
Responsabilidad de:
Diseñadores
Responsable de ensayos o pruebas
Expertos en fiabilidad
Expertos en ciencia de materiales que determinan el nivel de calidad

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Los END en el proceso de Producción
•Método de examen adecuado a cada fase de producción
•Criterio de aceptación
DEFINEN
Defecto más probable
Grietas en inclusiones o insertos
Rechupes
Cavidades
Porosidades
Defectos en soldaduras
Pliegues
Defectos de pegado
+
Fase de la producción
Materia prima
Elementos manufacturados
Componentes

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Primeros clientes de END: aquellos sectores donde la calidad prima sobre
los costes:
•Industria aeronáutica y aeroespacial
•Plantas de energía nuclear
•Industria química
Hoy en día se introduce en
otros sectores:
•Automóvil: revisión de soldaduras y piezas
con geometría irregular
•Productos laminados
•Cordones de soldadura y depósitos
Principal dificultad para la implantación: factores económicos

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Calidad: definición desde el punto de vista industrial.
Conjunto ponderado de características funcioneles, cada una en su
grado respectivo, que definen el comportamiento del producto en
relación con la finalidad para la que fue proyectado.

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Curva económica de la calidad
La zona comprendida entre ambas
curvas es la correspondiente a la
zona de beneficios
Diseñador: alta Q
Fabricante: baja Q

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Balance económico
-[disminución costes producción (1)] + [costes END (2) ]
(1):
•Ahorro de fabricación con materias primas defectuosas
•Aumento de la producción
(2): •Mano de obra
•Materiales gastos generales (agua,electricidad, instalaciones,
amortización de equipos,...)
(2): Depende de:
•Cantidad de piezas
•Automatización
•Sensibilidad y tolerancia
•% Defectos
•Cualificación del personal

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END aplicados a componentes o conjuntos en servicio
Defectos debidos a :
•Utilización
•Transporte
•Almacenamiento
•Grietas
•Delaminaciones
•Desgastes
•Despegados
•Daños accidentales
Intervalos de ensayo: se determinan a partir del defecto máximo no
detectado por los métodos de END previos

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Fiabilidad de los END
Fiabilidad de una inspección: Medida cuantitativa de la eficiencia del proceso
para detectar defectos de un determinado tipo y tamaño. Tras una inspección
permitirá asegurar que existe una probabilidad determinada de que la pieza está
libre de defectos de un determinado tipo y tamaño.
Capacidad de inspección:
•Tamaño máximo aceptable, establecido en el diseño
•La forma, dimensiones y tipo de la pieza y del
defecto fijan el método de END idóneo
Factor de seguridad: Es la diferencia entre el tamaño crítico de fractura y el
menor tamaño de defecto que se puede detectar
Detectabilidad: Probabilidad de detección, es la probabilidad de que un operador
entrenado, utilizando un procedimiento de inspección dado, detecte un defecto que
existe realmente

TEMA 1 – FUNDAMENTOS
GENERALES DE ENSAYOS
NO DESTRUCTIVOS
"Ensayo no destructivo basado en la transmisión
de las ondas acústicas de alta frecuencia en los materiales."
1.1. Introducción 1
1.1.1. Conceptos básicos: Experimento y Ensayo 1
1.1.2. Tipos de ensayos 1
1.2. Los Ensayos No Destructivos 3
1.2.1. Características fundamentales de un Ensayo No Destructivo 3
1.2.2. Clasificación de los Ensayos No Destructivos 5
1.2.3. Los Ensayos No Destructivos en la Industria 6
1.2.4. Antecedentes históricos de los Ensayos No Destructivos 7
1.2.5. Etapas en la vida de los Ensayos No Destructivos 8
1.2.6. Ejemplos de utilización de Ensayos No Destructivos 10
1.3. Inspección mediante Ensayos No Destructivos 9
1.3.1. Elección de método y técnica operatoria idóneos 3
1.3.2. Obtención de resultados de medida 5
1.3.3. Evaluación de los resultados 6
1.3.4. Criterios de aceptación o rechazo 7
1.4. Los Ensayos No Destructivos como parte inseparable del proceso de Producción 9

Tema I Fundamentos Generales de Ensayos No Destructivos
Fundamentos de Ensayos No Destructivos Jaime Martínez Verdú
1
1.1. Introducción.
1.1.1. Conceptos básicos: Experimento y Ensayo.
Primeramente, definiremos el concepto de experimento que consiste en la
observación de un fenómeno provocado. Mediante el experimento se verifica el
comportamiento de la Naturaleza en condiciones controladas con el fin de descubrir
regularidades que puedan ser descritas lógicamente y enunciadas como leyes. Un
experimento lo llevamos a cabo cuando, por ejemplo, decidimos cronometrar el tiempo
que tarda un amigo nuestro en recorrer 100 m corriendo o, también, efectuamos un
experimento cuando deseamos comprobar si una determinada reacción química es
exotérmica o endotérmica tocando el vaso de precipitados donde se produce esa
reacción. Ambos son ejemplos de experimentos puesto que todos consisten en observar
el comportamiento de un fenómeno que hemos originado nosotros mismos.
De esta manera, un ensayo es un experimento tecnológico, es decir, se trata de
un experimento donde nosotros provocamos un fenómeno (por ejemplo, verter un
líquido fluorescente en una pieza, golpear una copa,…) para observar cómo sucede
dicho experimento con la intención de deducir propiedades de la pieza. En realidad, un
ensayo es algo más que un simple experimento pues la información obtenida podemos
emplearla a posteriori.
1.1.2. Tipos de ensayos.
Los ensayos que estudiaremos en esta asignatura van a ser fundamentalmente
aquellos ensayos que no deterioren ni interfieran en las propiedades o características del
espécimen que se desea inspeccionar. Estos, conocidos como Ensayos No Destructivos,
no son los únicos métodos de inspección que se pueden llevar a cabo actualmente sino
que podemos destacar dos grupos más de pruebas:
Funcionales: En este tipo de exámenes, se observan las piezas o réplicas en sus
situaciones de trabajo para verificar, así, si soportan las condiciones impuestas por su
labor. Las características más importantes de este tipo de ensayos son las siguientes:
1. Repetición indefinida de las condiciones operativas. Para comprobar el correcto
funcionamiento de la pieza hasta situaciones finales, se suele optar por fatigar la
pieza en su situación de trabajo observando, así, el comportamiento de la misma
hasta producir el fallo, en cuyo caso resulta destructivo. De esta manera,
conseguimos hacernos una idea de la capacidad y resistencia que tiene la pieza;
por ejemplo, comprimir y traccionar una probeta para analizar su elasticidad.
2. Operación con requisitos superiores a los de servicio. Otra característica muy
importante de este tipo de ensayos es que generalmente se somete a la pieza a
solicitaciones más severas que las que podría sufrir la misma en condiciones
nominales de servicio sin intenciones de propiciar el fallo y con el propósito de
verificar si su diseño es el correcto, la calidad de los materiales adecuada y el
montaje idóneo; por ejemplo, someter a un depósito a una presión en exceso de
modo que aseguramos que el sistema esté listo incluso para el peor caso.
3. Fallo catastrófico para estudio de efectos. En ocasiones, se decide analizar el
comportamiento de la muestra ante situaciones de fallo catastrófico, por
ejemplo, situaciones de choque, de fallo eléctrico, inmersión por lluvia,…

2
Figura 1.1. Ensayo
de tracción
Un ejemplo notorio de los ensayos funcionales es el de las
técnicas espaciales donde el espécimen es sometido a condiciones
operatorias un número concreto de veces. Dicho número de horas de
prueba es superior al tiempo que va a estar en órbita. De este modo, se
consigue "sobredimensionar" la calidad que deseamos para dicha
pieza.
Otro ejemplo común es el del caso de la aviónica donde, al
transcurrir ciertas horas de vuelo, es preciso realizar ensayos
funcionales y, a la vez, que no deterioren la pieza para verificar si son
válidos o rechazarla cambiándola por otra nueva.
Figura 1.2. Ensayo ante fallo catastrófico y estudio del efecto sobre los "Dummies".
Destructivos: Por otra parte, este tipo de ensayos requerirán para su realización
la destrucción, o al menos, el deterioro significativo de la muestra que, en general,
queda inutilizada pues ésta debe someterse a las necesidades del ensayo. Vienen
marcados por ser un tipo de ensayos donde las propiedades de la pieza se ven mermadas
debido a que estos ensayos deterioran las piezas llegando incluso a destruirlas. Las
características más importantes de este tipo de ensayos son las dos siguientes:
• Requieren la destrucción o el deterioro de la muestra. Es una característica
diferenciadora con respecto a las anteriores ya que los primeros podrían romper
o no la pieza, pero en este tipo de ensayos, necesariamente la toma de muestra
implica un daño irreparable para el objeto ensayado. Por ejemplo, las cajas
negras que recogen los sucesos que ocurren en un avión son sometidas a ensayos
de impactos ignífugos pero no se emplean los especimenes.
• Empleados en control de calidad estadístico. Estos ensayos, aplicados a un
control de calidad estadístico permiten, sin duda, comprobar, con un cierto
margen de seguridad, el nivel de calidad de una producción, obteniendo en
general datos de una zona local del producto, pero no de todo su volumen, sin
poder asegurar la calidad de todos los elementos de un lote.
En este tipo de ensayos, generalmente se ensayan las partes importantes de la
pieza a estudiar, evitando así estudiar las irrelevantes salvando la destrucción
innecesaria de éstas últimas. Generalmente, los ensayos se realizan con probetas y con
piezas prefabricadas mecánica, térmica y electrónicamente estables.
Una vez realizado el ensayo, la muestra debe eliminarse de la fase de producción
puesto que esta, a pesar de no presentar grietas o defectos superfluos, puede haber
reducido su vida media a causa de haber sido sometida al Ensayo Destructivo.

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1.2. Los Ensayos No Destructivos.
1.2.1. Características fundamentales de un Ensayo No Destructivo.
A diferencia que en los ensayos anteriores, los Ensayos No Destructivos, deben
adaptarse a las exigencias de la muestra con el fin de evitar su deterioro. Para
conseguirlo hay que recurrir a aquellas características del material que sean
significativas tecnológicamente y éstas pueden ser:
• Densidad.
• Conductividad Térmica.
• Absorbancia Electromagnética.
• Índice de Refracción.
• Estructura cristalina.
Como éstas características pueden ser muy variadas, el número de Ensayos No
Destructivos es potencialmente grande y su fundamento diverso. Por lo antes citado,
podemos intuir que estos ensayos se identifican claramente por ser capaces de estudiar
las propiedades que son significativas tecnológicamente hablando, es decir, son capaces
de aportar información de las cualidades de interés tecnológico de la muestra. A
continuación, enumeraremos las características más relevantes que presentan los
Ensayos No Destructivos con respecto a los demás tipos de ensayos:
• Inspección del 100 % de la producción. Con este tipo de pruebas se pueden
llevar a cabo las inspecciones a cualquier pieza de la cadena de producción.
• Nivel de CALIDAD uniforme: Acotando los niveles de aceptación o rechazo
de la elección de la pieza que supera las pruebas o aquella que falla en algún
ensayo. Para ello, se entrena a los operadores de la forma más objetiva
posible a pesar de que, posteriormente, estos aporten subjetividad a las
mediciones. De ahí la existencia de un rango de tolerancias cuyo margen
dependerá del nivel de calidad que se pretenda imponer: severo o rebajado.
• Asegura calidad funcional de sistemas y elementos: Un Ensayo No
Destructivo tiene un papel muy importante en sistemas que sufran un
envejecimiento temporal, puesto que podemos utilizar nuevos ensayos cada
vez que sea necesario y así poder ver la evolución del sistema. Por ejemplo,
imaginemos un oleoducto instalado en el desierto; debido a su localización
sufrirá regularmente calentamientos (diurnos) y enfriamientos (nocturnos).
Podemos realizar ensayos al oleoducto cada cierto tiempo y así analizar
soldaduras y paredes. Con ello, se alarga la vida útil hasta que el oleoducto
presente una cantidad de fallos elevados que no compense su reparación.
• Prevención de accidentes laborales: Realizando ensayos a instalaciones de
trabajo se pueden predecir posibles peligros al encontrar errores y defectos.
• Beneficios económicos:
• Directos - Disminución de costes de producción y un aumento de la
producción. Por ejemplo, podemos descubrir que la materia prima
del proveedor es defectuosa y así evitar llegar al final del proceso de
producción sin darnos cuenta que todos los procesos de fabricación
se han realizado sobre un material defectuoso.
• Indirectos - Ayuda a mejora de Diseño y control de Procesos.

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1.2.2. Clasificación de los Ensayos No Destructivos.

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Método Tipo de discontinuidad Coste del
equipo
Coste de
operación
Observaciones
Visual y Endos cópico Superficial Bajo Bajo Rápido para grandes
observaciones
Líquidos penetrantes Superficial Bajo / Medio Bajo Fácil aplicación. Para
discontinuidades
pequeñas
Partículas magnéticas Superficial y
subsuperficial
Bajo / Medio Bajo Fácil aplicación. Para
discontinuidades
pequeñas
Corrientes inducidas Superficial y
subsuperficial
Medio Medio Discontinuidades
pequeñas. Fácil de
automatizar.
Campos magnéticos Superficial y
subsuperficial
Alto Medio Aplicado sobre
tuberías
ferromagnéticas
instaladas
Ultrasonidos Internas y superficiales Medio Medio / Alto Óptimo en piezas muy
grandes y en laminados
de materiales
compuestos. Fácil de
automatizar.
Microondas Internas y superficiales Medio Medio Aplicado en no
metálicos en vez de
ultrasonidos
Radiografía y
Gammagrafía
Internas y superficiales Alto Alto Piezas finas, gruesas y
materiales compuestos
y de grano basto. Pobre
resolución en grietas.
Neutrografía Internas y superficiales Alto Alto Materiales pesados.
Útil para detección de
corrosión y sellados.
Discriminación
isotópica.
Ensayo de percusión Internas y superficiales Bajo Bajo Grandes
discontinuidades en
uniones adhesivas.
Emisión acústica Todas Muy alto Alto Alerta de posibles
fallos en estructuras
homogéneas
Rayos Infrarrojos Superficial y
subsuperficial
Medio Bajo Uniones soldadas y
adheridas. Detección
de puntos calientes.
Holografía Superficial y
subsuperficial
Alto Medio Faltas de pegado en
componentes
estructurales.
Resonancia magnética
nuclear
Internas Muy alyo Alto Detección de
discontinuidades
internas en materiales
no metálicos.
Tomografía
computarizada
Internas y superficiales Muy alto Alto Defectos en partes
complejas huevas.
1.2.3. Los Ensayos No Destructivos en la Industria.
A lo largo del siglo XX, los Ensayos No Destructivos (en inglés Nondestructive
Testing, NDT) pasaron a ser, de una simple curiosidad de laboratorio, a una herramienta
imprescindible en la industria como medio primordial para determinar el nivel de
calidad alcanzado en sus productos. Recientemente, los nuevos Conceptos de
Fabricación Integrada (del inglés Concepts of Integrated Manufacture, CIM), traen
consigo una concepción de la calidad más universal y, frente a la pasada filosofía
basada en el Control de Calidad como grupo especializado en comprobar si los
encargados de producción están trabajando dentro de especificaciones, es el propio
personal de producción quien se ocupa de ello. La contradicción, tantas veces observada
en el pasado, del enfrentamiento entre los departamentos de Producción y Calidad de
una misma empresa tiende a desaparecer para dar paso a una situación en la que el
compromiso con la Calidad es asumido por todos.

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Aparentemente, los Ensayos No Destructivos deberían haber sufrido algún tipo
de dilución o pérdida de interés en ese desplazamiento hacia este nuevo espacio de la
Calidad, mucho más extenso, abierto y cambiante. Sin embargo, no ha ocurrido así y los
Ensayos No Destructivos han visto reforzado su papel, debido sobre todo a la
importancia creciente de las técnicas automáticas, aunque dentro de una estructura más
vertebrada. Esto representa una contribución decisiva a la estructura de la Calidad ya
que permite pasar de los criterios puramente empíricos a otros más objetivos y
constituye el eslabón que une el diseño y la evaluación.
Figura 1.3. Evolución de los Ensayos No Destructivos antes y después de la Segunda Guerra Mundial.
1.2.4. Antecedentes históricos de los Ensayos No Destructivos.
Cuando Arquímedes resolvió el problema de determinar si los orfebres del Rey
Hieron II de Siracusa habían, o no, sisado oro a la corona con el experimento de medir
su peso dentro y fuera del agua, estaba realizando el primer Ensayo No Destructivo del
que se tiene noticia histórica.
Al igual el Principio de Arquímedes, la mayor parte de los
fenómenos físicos en los que se basan los Ensayos No Destructivos
eran ya bien conocidos en la segunda mitad del siglo XIX. Únicamente
faltaba que la infraestructura tecnológica fuese suficientemente sólida
como para necesitar nuevas herramientas y, al mismo tiempo, hacer
posible su desarrollo. Esto no ocurre hasta casi mediado el siglo XX.
De hecho, es el contexto industrial creado por la Segunda Guerra
Mundial (venció quien consiguió mantener por más tiempo y con más
eficacia su infraestructura productiva) lo que genera el impulso para que los Ensayos No
Destructivos empezaran a ser ampliamente utilizados.
A continuación se ordenan cronológicamente algunos de los descubrimientos o
de los hitos que resaltan dentro de la historia de los Ensayos No Destructivos:
En 1831 se publica el primer trabajo de Michael Faraday que describe sus
experimentos con corrientes eléctricas. Faraday buscaba confirmar por la vía
experimental el paralelismo que él suponía debería existir entre el comportamiento de la
"electricidad de tensión" (estática) y la corriente eléctrica.
Planteamiento inicial de los Ensayos No Destructivos en la industria
CONTROL
DE CALIDAD PRODUCCIÓN
ENFRENTAMIENTO
Actualmente existe una Fabricación Integrada (CIM)
LA PRODUCCIÓN ASUME EL
CONTROL DE CALIDAD
Figura 1.4.
Michael Faraday

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Su pregunta era:
"Si un cuerpo cargado es capaz de inducir carga en otro próximo,
¿por qué la corriente eléctrica no causa otra corriente de la misma
naturaleza en los conductores vecinos?"
En 1839 Michael Faraday publica su obra "Experimental Research in
Electricity" que se considera un clásico de las ciencias físicas y muestra la audacia y el
ingenio con que investigaba su autor y la manera clara y cuidadosa con que reconocía la
evidencia. Los experimentos que allí se describen permitieron a Faraday sacar a la luz
cada uno de los aspectos esenciales de la producción de efectos eléctricos por la acción
magnética. Demostró que las corrientes se inducen, en efecto, en otros conductores
próximos, pero no por la acción de una corriente estacionaria o constante, sino por
corrientes variables.
En 1864 James Clerck Maxwell presenta su teoría del
electromagnetismo con las ecuaciones que llevan su nombre y que
explican los experimentos de Faraday y la generación de corrientes
inducidas. Ésta fue una prueba que le permitió a Maxwell predecir,
con 24 años de antelación, la existencia de ondas electromagnéticas
y que fue demostrada experimentalmente por Hertz en 1888.
En 1879 David Edward Hughes realiza experimentos que prueban las grandes
posibilidades de aplicación de las corrientes inducidas. Inventor del teletipo y del
micrófono, Hughes fue capaz de distinguir diferentes metales y aleaciones entre sí
utilizando bobinas diferenciales y un equipamiento extremadamente
sencillo e ingenioso. Resulta particularmente acertada su observación
sobre la excesiva sensibilidad del fenómeno de la inducción
electromagnética, que respondía a variables tan dispares como la
naturaleza del material conductor y la "respiración" con la proximidad de
las bobinas.
Este es precisamente el origen de las dificultades encontradas en el desarrollo de
estos métodos que, si bien las investigaciones y los primeros ensayos experimentales
precedieron a los de otras técnicas de Ensayos No Destructivos, no se consiguieron
alcanzar cotas significativas de aplicación industrial hasta bien entrados los años 50 del
siglo XX.
En 1895 Wilhelm Conrad Rötgen descubre los rayos X. Cuando trabajaba sobre
la extensión del espectro radiante emitido por un tubo de rayos catódicos, observó que
la fluorescencia inducida en una pantalla de platinocianuro de bario se producía incluso
cuando el tubo estaba recubierto por papel negro. Unos días más tarde, el 20 de
Noviembre de 1895, Rötgen realiza la primera radiografía de la historia. Se trataba de la
mano de su esposa, Berta Ludwing. Pronto se empieza a aplicar la nueva técnica a la
resolución de problemas industriales, pero el manejo de los tubos de gas residual, única
fuente de radiación conocida en la época, era muy engorroso y su uso quedó limitado al
campo médico.
Figura 1.5.
James Clerck Maxwell

8
En 1896 Henry Becquerel descubre accidentalmente la
radioactividad natural en el curso sugerido por H. Poincaré, sobre la
posible relación entre los Rayos X y los fenómenos de fluorescencia.
A continuación presentamos una tabla resumen donde vienen
representados los avances respecto a las técnicas relacionadas con los
Ensayos No Destructivos:
Hallazgo Descubridor Año del descubrimiento
Corrientes eléctricas Michael Faraday 1831
Magnetismo Michael Faraday 1839
Electromagnetismo James Clerck Maxwell 1864
Corrientes inducidas David Edward Hughes 1879
Rayos X Wilhelm Conrad Rötgen 1895
Radiactividad Henry Becquerel 1896
1.2.5. Etapas en la vida de los Ensayos No Destructivos.
Etapa Cualitativa.
Se extiende, para la mayoría de los métodos, desde la Segunda Guerra Mundial
hasta mediados de la década de los años 70. La gran demanda de productos industriales
generada por la guerra impulsa el desarrollo de aplicación de nuevas herramientas de
control; pero los criterios de aceptación son puramente empíricos y no se dispone de un
cuerpo de normas que aporte la estructura necesaria.
A los Ensayos No Destructivos se les exige sobre todo detectar discontinuidades.
Se desarrollan numerosas técnicas de ensayo aplicables a casi cualquier problema. La
práctica totalidad de los ensayos se hace a mano; los automatismos se reservan a casos
relativamente sencillos y se aplican técnicas de evaluación del tipo pasa - no pasa. El
contexto industrial de la época se caracteriza porque:
− Se trabaja con materiales y procesos de fabricación tradicionales.
− La energía es barata.
− El ahorro de peso estructural no es un requisito fundamental.
− En diseño se utilizan coeficientes de seguridad altos: vida segura.
− Se acepta la idea de cero defectos como objetivo de la inspección.
− En componentes críticos se aplica el rechazo estadístico.
− La electrónica está en sus albores y la informática aún no ha llegado.
Etapa cuantitativa.
A finales de los años 1960 y comienzos de los años 1970, se sucedieron una
serie de fallos en aviones, tanto durante la realización de ensayos estructurales como
durante la vida en servicio. Algunos de estos fallos fueron atribuidos a defectos o
grietas, bien inherentes al material o bien introducidos durante el proceso de fabricación
y/o montaje final de la estructura. La presencia de estos defectos no había sido tenida en
cuenta durante el diseño que estaba basado en un análisis de fatiga a "vida segura".
También a esta época corresponde el desarrollo de la energía eléctrica de origen
nuclear que implicó la construcción de numerosas centrales en diferentes países,

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habiéndose de afrontar unas exigencias de calidad, hasta entonces desconocidas, que
garantizasen la vida segura de los elementos activos de los circuitos primarios así como
de los propios reactores.
Las predicciones de vida media se basan en datos de ensayos a fatiga de
materiales sin defectos y en análisis de fatiga convencionales. A estos valores se
aplicaba un factor de seguridad para tener en cuenta la calidad inicial, las condiciones
ambientales, las variaciones en las propiedades del material y otros factores no tenidos
en cuenta. Sin embargo, este análisis convencional de vida segura a fatiga no tiene en
cuenta adecuadamente la presencia y el crecimiento de los defectos propios del material.
Con el fin de garantizar la seguridad de las estructuras de los aviones, a partir de
mediados de los años 1970 se adopta el diseño a tolerancia al daño para reemplazar el
diseño convencional a fatiga. Se conoce como tolerancia al daño, la capacidad de una
estructura para mantener una resistencia residual adecuada aun cuando ésta se encuentre
dañada.
El diseño a tolerancia al daño supone que las grietas o defectos están
inicialmente presentes en la estructura y que, por tanto, ésta debe ser diseñada de forma
que estos defectos no crezcan hasta un tamaño crítico que puedan causar el fallo
catastrófico de la estructura en un periodo de tiempo determinado. Por tanto, para
conseguirlo, será preciso llevar a cabo un análisis de tolerancia al daño lo más exacto
posible.
Comienza pues a mediados de los años 1970 la etapa cuantitativa de los Ensayos
No Destructivos que se transforman en Evaluación No Destructiva, con la adición a
veces, de Cuantitativa.
Los nuevos criterios, unidos a la crisis energética ocurrida en los años 1970, que
trae como consecuencia el encarecimiento brusco de los precios de las primeras
materias así como el del coste de su transformación, obliga a extraer cada pieza toda su
vida útil, de manera que solamente se retire una pieza del servicio si se demuestra la
presencia en ella de grietas, cuyo tamaño sea igual o superior al tamaño crítico que
podrían provocar la rotura frágil instantánea.
El conservadurismo inherente al rechazo por motivos meramente estadísticos, de
componentes que han venido prestando servicio satisfactoriamente, se convierte en
intolerable derroche en épocas de escasez de energía y de primeras materias.
Si el rechazo se produce por razones estadísticas basadas en el comportamiento
medio a fatiga, se demuestra que el 50% de las piezas se retiran del servicio antes de
haber cumplido la cuarta parte de su potencial. Este exceso de vida, que se desperdicia
en la concepción clásica del mantenimiento, es susceptible de ser aprovechado sólo si se
dan las siguientes circunstancias:
1. Se conoce el estado individual de cada pieza. Con ello, se exige disponer
de técnicas adecuadas de Ensayos No Destructivos que no se limiten únicamente a
detectar la presencia de una grieta sino que, además, están en condiciones de
aportar datos cuantitativos de la misma, esto es, dimensiones y situación.
2. Se dispone de herramientas para evaluar el efecto de una grieta. Una

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vez detectada e identificada una grieta, la Mecánica de Fractura, podremos evaluar
el efecto de la grieta mediante la determinación de la intensidad máxima de los
esfuerzos en la punta de la grieta y su comparación con la resistencia del material.
Aún sin terminar la Etapa Cuantitativa de los resultados de los Ensayos No
Destructivos, nuevas exigencias, procedentes esta vez del campo astronáutico, plantean
exigencias no imaginables hace pocos años.
En efecto, los materiales empleados en esta rama muy especializada de la
Ingeniería, no sólo han de poseer niveles de calidad muy altos sino que, además, los
ensayos que requieran su verificación deben ser tales que no produzcan contaminación
alguna. Tal severa exigencia elimina numerosas técnicas tradicionales e incluso algún
método. Así ocurre, por ejemplo, con los métodos de Inspección por Líquidos
Penetrantes, Partículas Magnéticas o Ultrasonidos por contacto. De hecho, sólo la
Inspección Visual o la Radiología cumplen tales exigencias y, bajo ciertas condiciones
operatorias, Inspección por Corrientes Inducidas, por referirnos sólo a los métodos
convencionales. Estimulados por esta necesidad, algunos métodos han debido
desarrollar técnicas específicas muy sofisticadas que permiten sustituir el contacto físico
por el óptico. Así, por ejemplo, es posible estimular la generación de ultrasonidos en un
material mediante "impacto" de láser y "leer" por este mismo medio las finas
vibraciones así generadas.
1.2.6. Ejemplos de utilización de Ensayos No Destructivos.
El Santo Sudario (NO INDUSTRIAL).
Es una sábana de lino, de 4,36 m de largo y
1,10 m de ancho. Sobre ella se ven enseguida, además
de las dos líneas oscuras y de los triángulos blancos,
signos de quemaduras (un incendio en 1532), las huellas
de una imagen - frontal y dorsal - de un hombre muerto
por crucifixión.
Muy interesante es, también, el problema
histórico de la sábana santa que sigue siendo, como lo
definió Giovanni Paolo II, una "provocación para la
inteligencia".
Desde 1578 la Sábana Santa está conservada en
la Catedral de Turín, cuando llegó de Chambéry,
antigua capital del Ducado de Saboya. Desde la mitad
del siglo XIV hay testimonios históricos de la Sábana
Santa seguros y sin más interrupciones: en aquella
época el Lienzo es presente en Lirey (Francia); una
posible historia precedente vio la Sábana Santa en
Oriente (Edesa, Costantinopla), de donde habría sido
transportada en Europa durante las Cruzadas.

11
En 1453 fue cedida a los Saboyas y siguió a la familia real cuando trasladó la
capital en Piamonte. Desde 1694 está guardada (a parte breves interrupciones) en la
maravillosa capilla que Guarino Gaurini construyó entre la Catedral y Palacio Real.
Desde 1983 la Sábana Santa es propiedad de la Santa Sede, dejada en herencia
por Humberto II de Saboya al Papa.
En los últimos cuatro siglos la Sábana Santa ha sido expuesta varias veces; la
ostensión más reciente es de 1978, para los 400 años del traslado A Turín.
La Sábana Santa empezó a "sorprender" hace un siglo cuando, por primera vez,
fue fotografiada por Secondo Pia, en 1898: el negativo de la fotografía mostró en detalle
y con una evidencia mucho mayor que el "positivo", todos los "signos" que la Sábana
Santa guardaba.
Los conocimientos científicos con respecto a la Sábana Santa hoy acumulan los
resultados de casi un siglo de laboratorio, de documentos, de escritos de vario espesor
científico y de varia utilidad que tienen el objetivo de llegar a entender la real entidad de
este santo lienzo, y que constituyen la "Sindonología" (porque en italiano la Sábana
Santa se llama Síndone), ciencia autónoma. Los temas científicos de discusión van de la
biología a la física, de la medicina legal a la arqueología, de la informática al cálculo de
las probabilidades.
¿Como se formó la imagen de la Sábana? La ciencia no ha dado todavía
explicaciones plausibles. Los resultados de las investigaciones efectuadas en este siglo
son los siguientes:
• La imagen no es una pintura y ha sido dejada por el cadáver de un hombre
fustigado y crucificado. La elaboración del ordenador ha revelado que ella
posee propiedades tridimensionales, que no pertenecen ni a las pinturas ni a
las normales fotografías;
• Sobre el Lienzo se hallaron polenes de flores que han ofrecido fuertes
indicios de una presencia de la Sábana Santa no sólo en Europa, sino
también en el cercano Levante;
• Los análisis de las huellas de sangre han indicado la presencia de sangre
humana, del tipo AB. Sobre la Sábana no hay huellas de pigmentos
colorantes;
• En 1988 ha sido efectuada, sobre un fragmento de la Sábana Santa, la
"prueba de datación" con el método del Carbono 14: los resultados dieron al
tejido una datación entre el 1260 y el 1390 d.C. Estos resultados son hoy
mismo objeto de discusión al interior de la misma comunidad científica;
estudios experimentales más recientes han abierto otra vez el problema.
Las Meninas de Velázquez (NO INDUSTRIAL).
El cuadro de Las Meninas sufrió algunas modificaciones durante su elaboración,
como es habitual en el proceso creador de cualquier pintor en muchas de sus obras, para
adaptarse a las circunstancias históricas a la vez que se corregían algunos aspectos
concretos.

12
Entre las principales modificaciones podemos citar una de carácter estructural
como fue el descenso de la línea de separación del techo con las paredes del fondo para
disminuir éstas y aumentar la superficie representada del techo.
Otras correcciones las encontramos en los propios personajes; entre ellas que
tenemos la modificación del espejo en el que inicialmente sólo aparecía representado el
rey y después se incluye la reina; el cambio de postura y de aspecto del pintor girando
hacia la parte izquierda; la variación en el gesto de la mano de la Infanta que
inicialmente parecía rechazar el agua que se le ofrece dirigiendo la mano hacia arriba en
vez de acercarla a la jarra.
Finalmente, algunos años después de acabado el cuadro se añade la cruz de la
Orden de Santiago en el pecho del pintor como señal de su ascenso social.
Estos cambios son los más llamativos y visibles a través del propio cuadro tras
su limpieza, tanto como por las radiografías que se vienen realizando desde 1960, las de
1984 o los estudios más actuales. Aún así hay críticos y estudiosos que creen ver otras
figuras en el lienzo, luego eliminadas, y otros detalles como una gran cortina al fondo
en el lado derecho o anillos en la mano de Mari Bárbola que no son visibles en el lienzo
en su estado actual.
En la radiografía del cuadro podemos observar algunos de esos aspectos en los
que difiere la obra en sus primeras fases de realización y en su forma definitiva. Estos
aspectos se enmarcan con una línea más oscura. La línea en blanco indica la separación
entre paredes y techo en la versión final.
Tuberías de plantes químicas (INDUSTRIAL).
Vasos de presión (INDUSTRIAL).
Defectos en fuselajes y motores de aeronaves (INDUSTRIAL).
Sistemas aeroespaciales (INDUSTRIAL).

13
1.3. Inspección mediante Ensayos No Destructivos.
Las etapas básicas de la inspección de un material estructural, mediante métodos
de Ensayos No Destructivos, por lo que respecta a problemas de defectología,
caracterización y metrología, pueden concretarse en las cuatro siguientes:
a) Elección de método y técnica operatoria idóneos.
b) Obtención de resultados de medida.
c) Evaluación de los resultados.
d) Criterios de aceptación o rechazo.
1.3.1. Elección de método y técnica operatoria idóneos.
En la elección del método y técnica operatoria idóneos de inspección, hay que
tener presente la naturaleza del material, su estado estructural (procesos de elaboración
a los que ha sido sometido), el tamaño y forma del producto, así como tener
conocimiento sobre el tipo de heterogeneidades que se pretenden detectar o la
característica del material a determinar o de la dimensión a medir.
Además, hay que tener muy claro que todos los métodos presentan limitaciones
de interpretación, limitaciones debidas a la geometría y a la naturaleza del material, así
como limitaciones en el campo de observación y en la velocidad de aplicación que
permite el ensayo.
Por otra parte, cada método posee una sensibilidad limitada, la cual podrá ser
adecuada para el examen de un tipo de material con una condición de empleo o de
servicio. Teniendo en cuenta que el aumento en la sensibilidad trae consigo, entre otros
inconvenientes, el aumento del coste del ensayo, es preciso, para especificar los límites
de sensibilidad y tolerancias requeridos en el ensayo, que esté definido claramente el
nivel de calidad o límites de aceptación requeridos en el producto. Sin ese requisito no
es posible elegir racionalmente un Ensayo No Destructivo.
1.3.2. Obtención de resultados de medida.
Los Ensayos No Destructivos siguen procedimientos indirectos, es decir, que
determinan la característica buscada en el producto a través de cualquier otra propiedad
relacionada con ella. Así, por ejemplo,
El método radiográfico facilita
una indicación que es una imagen de las
heterogeneidades que están presentes en
el material.
La inspección por ultrasonidos
aporta una indicación en una pantalla de
rayos catódicos.
El examen mediante partículas
magnéticas o por líquidos penetrantes,
ofrece una indicación que es una
ampliación de la heterogeneidad según
una sección por la superficie de
observación.
Los métodos magnéticos y
eléctricos miden una variación en las
propiedades físicas del material, dando
una indicación, según el sistema
representativo de cada ensayo, de la que
se deducirán variaciones en
composición, tratamientos térmicos,
espesores, presencia de
heterogeneidades, etc.

14
En la detección de heterogeneidades mediante Ensayos No Destructivos, las
limitaciones en la obtención de una indicación propia vienen supeditadas a su
naturaleza, a su morfología, a su situación, a su orientación y a su tamaño. Así, a título
de ejemplo, para la obtención de una indicación propia de una grieta las circunstancias
óptimas se presentarán cuando sea paralela al haz de radiación X o gamma,
perpendicular al haz de ondas ultrasónicas, perpendicular a las líneas de campo
magnético y a la superficie de observación y próxima a ella, o que aflore a la superficie,
en el caso del ensayo por líquidos penetrantes.
Por tanto, es preciso tener conocimiento sobre las características de los
productos así como sobre las características de las probables heterogeneidades que
puedan estar presentes y sobre los tipos de heterogeneidades que se pueden detectar
mediante diferentes técnicas operatorias que permite cada método.
1.3.3. Evaluación de los resultados.
La evaluación consiste en hallar la correlación entre la indicación observada con,
por ejemplo, la propia naturaleza, morfología, situación, orientación y tamaño de la
heterogeneidad; es decir, la evaluación es el dictamen sobre qué es lo que da motivo a
una indicación.
Para una correcta evaluación, será aconsejable recurrir, en las primeras fases de
la puesta a punto del método, a los Ensayos No Destructivos que sean precisos, con el
fin de asegurar la validez del ensayo (es esencial realizar Ensayos No Destructivos
precisos antes de automatizar un proceso industrial de producción con Ensayos No
Destructivos). En algunos casos, bastará la experiencia y pericia del operador.
La evaluación es, pues, una función de primordial importancia y su
responsabilidad recae de lleno en el experto en los métodos de Ensayos No
Destructivos.
1.3.4. Criterios de aceptación o rechazo.
Una vez obtenida y evaluada una indicación, se debe decidir sobre cuándo una
heterogeneidad o característica del material, incluyendo entre ellas su espesor actual,
afecta a su empleo.
Así como se vio que la evaluación era una función propia de los expertos en las
técnicas de Ensayos No Destructivos, los criterios de aceptación o rechazo son
responsabilidad de un equipo humano constituido, esencialmente, por:
− Diseñadores.
− Personal responsable de ensayos o pruebas del producto.
− Expertos en fiabilidad.
− Expertos en ciencia de materiales que determinan el nivel de calidad.
Este equipo analizará los datos relativos a cargas en servicio y condiciones de
funcionamiento, determinará con la ayuda de dichos datos las secciones o zonas críticas
de la pieza o del componente estructural y fijará, teniendo en cuenta los ensayos de
tenacidad de fractura, el nivel de calidad, es decir, los criterios de aceptación o

15
rechazo requeridos. De hecho, los ingenieros, están muy interesados en conocer la
contestación a las siguientes preguntas:
¿Puede un proceso de inspección mediante Ensayos No Destructivos garantizar
que, mediante el mismo, se detectarán todos los defectos mayores de un determinado
tamaño crítico?
¿Cuál es el tamaño del mayor defecto que puede no detectarse durante la
inspección?
Teniendo en cuenta que el tamaño de la grieta observada se utiliza en los
cálculos para determinar la velocidad de crecimiento de la misma, cuanto menor sea el
tamaño de la grieta existente en el componente, siempre que se pueda detectar mediante
Ensayos No Destructivos, mayor será la vida remanente del componente considerado.
De lo anterior se deduce el establecimiento que los criterios de aceptación o
rechazo deben ser obra de un equipo formado por el diseñador del componente, un
experto en materiales y otro en técnicas de Ensayos No Destructivos.
Desgraciadamente, existe la costumbre demasiado frecuente, de asignar a los
expertos en las técnicas de Ensayos No Destructivos o de hacer recaer en la persona de
un inspector todas esas funciones. En estos casos el inspector basa sus decisiones en su
propia experiencia sobre el comportamiento de piezas similares bajo iguales
condiciones de servicio. Pero puede ser muy peligroso si extrapola sus conclusiones
para condiciones de servicio nuevas y completamente diferentes. En caso de duda el
inspector tiende a ser muy precavido y ello supone grandes pérdidas económicas en el
sector industrial y también en el de servicios.
Figura 1.6. La evaluación de discontinuidades detectadas mediante Ensayos No Destructivos.
INDICACIÓN
INTERPRETACIÓN
FALSA NO RELEVANTE
RELEVANTE
EVALUACIÓN
ACEPTAR RECHAZAR

16
1.4. Los Ensayos No Destructivos como parte inseparable del proceso de producción.

17
1.5. Factores Económicos.
1.1.1. Calidad: Coste de la Producción VS Valor Comercial del Producto.
Es difícil encontrar una definición de la Calidad, pero industrialmente hablando,
dicho concepto se puede definir como:
Conjunto ponderado de características funcionales, cada una en su grado
respectivo, que definen el comportamiento del producto en relación con la finalidad
para la que fue proyectado.
El gráfico de la figura debido en principio a Leno C. Michelon y generalizado
por Colombier, explica de una forma sencilla el fundamento económico de la Calidad,
relacionando el coste de una producción, en función de su Calidad, con el valor
comercial de esta producción, en función también de esta misma Calidad.
Es evidente que la curva del coste de la producción asciende rápidamente al irse
aproximando al grado de calidad perfecto. También está claro que el valor comercial del
producto se mantiene nulo mientras no se alcanza un grado de calidad mínimo, a partir
del cual asciende con bastante rapidez, aminorándose esta velocidad ascendente cuando
el producto se aproxima a la perfección.
1.1.2. Balance económico de los métodos de Ensayos No Destructivos.
El balance económico de los métodos de Ensayos No Destructivos es una suma
algebraica; en la que un sumando es la disminución lograda en los costes de producción
y el otro sumando es el coste en sí del ensayo.
ENDdeCostesProducciónCostesnDisminucióECONÓMICOBALANCE +−⇒
(Cero defectos)
Grado de calidad
Valoresmonetarios
Valor comercial
del producto
Coste de la
producción
Calidad deseada
por el taller de
producción
Calidad
ideal
Calidad de
diseño
RENDIMIENTO
MÁXIMO

18
La disminución de los costes de producción puede ser debida a una o ambas de
las razones siguientes:
1. Por ahorro del coste de fabricación de materiales defectuosos que serían
rechazados en la inspección final.
2. Por aumento de la producción cuando siguiendo este proceso de
inspecciones previas, el porcentaje de chatarra es reducido al mínimo en
la inspección final.
Los costes de los Ensayos No Destructivos comprenden:
• Mano de obra.
• Materiales de ensayo (película radiográfica, partículas magnéticas, líquidos
penetrantes,…).
• Gastos generales variables (energía eléctrica, agua, repuestos,…).
• Gastos generales fijos (local, amortización de equipos, seguros,…).
Estos costes pueden variar, ampliamente, por alguno o varios de los siguientes
parámetros:
• La cantidad de piezas a inspeccionar.
• La manutención de las partes o elementos a/y desde la unidad de ensayo y
durante el ensayo.
• La automatización del ensayo en sí mismo.
• La sensibilidad requerida del método.
• La tolerancia admitida en la interpretación de los resultados.
• El porcentaje de partes o elementos defectuosos encontrados en el ensayo.
• El nivel o grado de conocimiento requeridos del personal.

19
1.6. Los Ensayos No Destructivos aplicados a componentes o conjuntos en
servicio.

20
1.7. Fiabilidad de los Ensayos No Destructivos.
1.6.1. Fiabilidad de una inspección.
La fiabilidad de un proceso de inspección no destructiva es una medida
cuantitativa de la eficiencia de ese proceso para detectar defectos de un determinado
tipo y tamaño. Al finalizar una inspección, nunca podrá decirse que una determinada
pieza está totalmente libre de defectos simplemente basándose en los resultados de la
inspección. Únicamente se podrá afirmar que existe una cierta probabilidad de que la
pieza está libre de defectos de una determinada clase y tamaño. Cuanto más alto sea el
valor de esta probabilidad, mayor será la fiabilidad de la inspección y mayor será la
fiabilidad general del conjunto que forma parte la pieza inspeccionada.
Durante la inspección no destructiva de un elemento determinado, éste se somete
siempre a algún tipo de agente físico, tal como radiaciones, ultrasonidos, campos
magnéticos o líquidos penetrantes. Observando la respuesta relativa de este agente, se
detectan los defectos y se mide su tamaño. Sin embargo, tal agente no está siempre
directamente relacionado con la severidad relativa del defecto. Además, existen otras
características de la pieza examinada o del procedimiento de inspección que pueden
afectar, además del propio defecto, la respuesta de la pieza inspeccionada al agente
físico utilizado. Este hecho introduce un cierto nivel de incertidumbre que impide
afirmar, tajantemente, que se ha encontrado un defecto y medido su tamaño.
Por otra parte, es preciso tener en cuenta que la inspección no destructiva la
realizan personas y que no existen dos que realicen la misma tarea repetitiva de una
forma idéntica durante todo el tiempo. Esto es aplicable tanto a las tareas de evaluación
de los resultados de la inspección como a la tomad e decisiones basadas en dichas
evaluaciones. Consecuentemente, este hecho introduce una incertidumbre adicional a
las anteriores y da lugar a la naturaleza probabilista de la fiabilidad de la inspección.
1.6.2. Capacidad de inspección.
Los tamaños de defectos máximos aceptables en una pieza dada se determinan,
generalmente, a partir de consideraciones de diseño, eligiéndose el método de Ensayo
No Destructivo a utilizar en función del tamaño, forma y dimensiones de la pieza en
cuestión; de forma que el método elegido posea la resolución suficiente para identificar
tales defectos con una probabilidad de detección aceptablemente alta. Sin embargo, tal
como se ha visto, existe un gran número de factores que influencian la capacidad de
detección de cada uno de los métodos de Ensayos No Destructivos para detectar
defectos; por lo que un defecto de aproximadamente el tamaño máximo aceptable,
tendrá solamente una cierta probabilidad finita de ser encontrado. Por tanto, debe
conocerse y tenerse en cuenta la posibilidad de que un defecto de tamaño superior al
aceptable no sea detectado.
Las consecuencias de este hecho se deben considerar en el diseño; así como, en
el momento de especificar los procedimientos de inspección y los intervalos en que ésta
debe llevarse a cabo. La elección de un método de Ensayo No Destructivo es, como se
ha visto, una decisión comprometida ya que, aún con todos los métodos disponibles, es
difícil determinar el tamaño de los defectos de una forma precisa así como evaluar su
importancia.

21
1.6.3. Factor de seguridad.
El concepto de Mecánica de Fractura del diseño no sólo reconoce la existencia
de defectos en una pieza dada sino que describe cuantitativamente, como ya sabemos, el
efecto de cualquier defecto que exista.
Definiremos el tamaño crítico de factura como el elemento estructural más
crítico, es decir aquel que estará sometido a una mayor concentración de esfuerzos
determinada, tanto por la carga de diseño como por el tamaño del mayor defecto que
puede ser tolerado por el citado elemento estructural. Por lo tanto, el papel de la
inspección no destructiva será garantizar que la estructura, cuando sea puesta en
servicio, está libre de grietas de un tamaño igual o superior al crítico de fractura para las
cargas de diseño. Además, puede ser necesario garantizar que la citada estructura está
también libre de grietas de un tamaño inferior al crítico, cuando dicha estructura esté
sometida a cargas de fatiga.
El hecho de que un elemento esté diseñado con la hipótesis de que ninguna de
las grietas inicialmente presentes en el mismo crecerán hasta alcanzar su tamaño crítico
de rotura, durante su vida en servicio, añade una responsabilidad adicional a los
procesos de inspección. La capacidad de las técnicas de inspección no destructiva de
localizar defectos de varios tamaños (o de no localizarlos), nos lleva directamente a una
evaluación cuantitativa de la fiabilidad en servicio, que es una medida de la calidad del
producto.
A la inspección no destructiva se le exige la capacidad de detectar pequeñas
grietas, así como, la de determinar la fiabilidad práctica a partir de los datos obtenidos
de un proceso de inspección se ha dirigido a detectar defectos de un tipo y tamaño
específicos. Si el diseño es tal que el tamaño crítico de grieta, basado en las cargas de
diseño, es mayor que el defecto más pequeño que pueda ser detectado fiablemente con
un proceso de inspección dado, querrá decir que el proceso de inspección es adecuado.
La diferencia entre el tamaño crítico y el menor tamaño que se puede detectar es el
factor de seguridad.
1.6.4. Concepto de "detectabilidad".
El propósito de un tratamiento estadístico de los datos de la inspección no
destructiva es el desarrollar generalizaciones basadas en datos de muestreos y, de esa
forma, predecir los resultados de inspecciones futuras sobre la base de los análisis de los
registros de inspecciones estadísticas podrían ir más allá del análisis de los datos de
inspección, por lo que se debe tomar una extrema precaución en el desarrollo de las
citadas generalizaciones y se debe evaluar cuidadosamente dónde son razonables,
justificables y aplicables las mismas y dónde sería adecuado adquirir datos adicionales.
Siempre se deberá tener en cuenta que la deducción estadística incluye la probabilidad
de hacer deducciones incorrectas basadas en los datos disponibles que pueden no
coincidir con los límites permisibles.
La probabilidad de detectar un defecto, o "detectabilidad", se define como la
probabilidad de que un operador entrenado, utilizando un procedimiento de inspección
dado, detecte un defecto, siempre que éste exista realmente.

22
Una probabilidad de detección se puede determinar experimentalmente,
observando el número de veces que un determinado proceso de inspección no
destructiva revela defectos en un conjunto de piezas en las que se conoce la existencia
de defectos. Una probabilidad del 95 % implica que de cada 100 piezas defectuosas
inspeccionadas, al menos 95 son identificadas como defectuosas y que no más de cinco
son clasificadas como piezas sanas.

30 INGENIERÍA INDUSTRIAL.
FUNDAMENTOS DE ENSAYOS NO DESTRUCTIVOS
CUESTIONES TEMA 1
1. Expón brevemente la relación entre Calidad Industrial y Ensayos.
2. Explica brevemente las razones industriales que llevaron a pasar de la evaluación cualitativa a la
cuantitativa en END.
3. ¿Cuales son los tres principales tipos de Ensayos industriales? Pon un ejemplo de cada uno de ellos.
4. ¿En que consiste y de quién depende el establecimiento de los criterios de aceptación o rechazo
en el proceso de END?
5. ¿Qué se debe tener en cuenta para definir los métodos de examen más adecuados y los criterios
de aceptación de un END?
6. Define la Calidad desde el punto de vista industrial
7. Explica brevemente como los END pueden contribuir al aumento de la producción.
8. ¿En qué condiciones es rentable industrialmente la implantación de END en un proceso de pro-
ducción?
9. Cuáles son los criterios generales para la elección del método y la técnica apropiada de una ins-
peción de END.
10. ¿Qué se entiende por fiabilidad de los END?
11. ¿Cuales son las diferencias fundamentales entre un ensayo funcional y un ensayo no destructivo?
12. Una de las limitaciones a la hora de elegir el método y la técnica apropiada para aplicar un ensayo
no destructivo es la geometr´ıa de las piezas a ensayar. Pon dos ejemplos donde este factor sea
determinante para dos métodos distintos de END.
1

1. Expón brevemente la relación entre calidad industrial y ensayos.
Entre los Ensayos y la Calidad Industrial existe un fuerte vínculo que las mantiene unidas de modo
que, un proceso industrial de fabricación de una determinada pieza se convierte en más rentable, eficaz y
fiable si sobre él se aplican técnicas de ensayos. Los ensayos aportan información, por ejemplo, sobre el
estado del material pudiendo así realizar ensayos durante cada cambio de fase del proceso desechándolo al
encontrar un defecto o deterioro.

Ensayos No Destructivos - Tema
2 - Ultrasonidos
1
ULTRASONIDOS
TEMA 2

2 - Ultrasonidos
2
•Introducción
•Ondas sonoras en medios materiales
•Emisores y receptores de ondas sonoras
•Sistemas Pulso-Eco
•Calibración de equipos
•Sensibilidad de detección
•Aplicaciones
4Reflexión y refracción
4Atenuación
4Acoplantes

2 - Ultrasonidos
3
Ensayo no destructivo basado en la transmisión de las ondas
acústicas de alta frecuencia en los materiales
Ultrasonidos: ondas acústicas con frecuencias
superiores a las audibles
Las ondas sonoras se propagan en medios materiales por las vibraciones de
los átomos y moléculas presentes, viajando con una velocidad que depende
de las propiedades mecánicas del medio
ULTRASONIDOS*

2 - Ultrasonidos
4
Ejemplos históricos de utilización de ondas sonoras como*
sistema de detección y control de calidad
•resonancia de las tazas de porcelana
•copas de cristal
•ruedas de trenes
•Propagación de ondas sonoras en el medio líquido: el
hidrófono de Leonardo da Vinci para detectar barcos a
largas distancias (no es direccional)

2 - Ultrasonidos
5
Direccionalidad de las ondas sonoras*
Se utilizan fuentes de sonido con haces estrechos que exploran el sólido, a
modo de un escáner
Para ello se utilizan ondas de sonido con pequeñas longitudes de onda
(frecuencias altas), con un diámetro de oscilador mucho mayor que la
longitud de onda del sonido
Dirección de la onda de sonido radiada por un oscilador

2 - Ultrasonidos
6
Ultrasonidos en END*
•Utilizan ondas sonoras con frecuencias sobre el rango audible, por
encima de los 20 kHz.
•En general se utilizan frecuencias comprendidas entre 1 y 25 MHz.
•Dichas ondas se propagan por los medios materiales a estudiar, dentro
de los cuales sufren fenómenos de refracción, reflexión y atenuación
•La detección de defectos se realiza a partir de refracciones,
reflexiones y atenuaciones anómalas en el interior del material, entre
la señal emitida (superficie de entrada) y la detectada (superficie de
salida, o su eco)

2 - Ultrasonidos
7
Aplicaciones de los US
•Detección de heterogeneidades: poros, grietas, fracturas, defectos en
soldaduras
•Medida de espesores: control de corrosión en paredes de tuberías y
contenedores sujetos a procesos químicos con cambios de espesor en
sus paredes
•Determinación de propiedades físicas y estructurales de los materiales.
Utilizados para determinar diferentes tratamientos térmicos,
granularidad, módulos de elasticidad (Young)

2 - Ultrasonidos
8
Ventajas de los US*
Alto poder de penetración. Aporta información de todo el volumen de
la muestra
Puede examinar piezas de acero de hasta 500 mm
Ejes de hasta 6 metros de longitud
Alta sensibilidad. Posibilidad de detección de defectos de muy
pequeño tamaño. (Dependiendo de la calidad del material: buena
detección en material de grano fino con buen acabado superficial, mala
en material en estado bruto de moldeo)
Determinación precisa de la posición, tamaño, orientación, forma y
naturaleza de los defectos

2 - Ultrasonidos
9
Resultado en tiempo real. Es posible la automatización de la
exploración y la evaluación automática
Documentación y almacenamiento de datos del ensayo con fácil
procesado digital
•Equipos portátiles
•No hay riesgos para el operador
•Versatilidad en los equipos de medida
Es suficiente el acceso por una única superficie de la muestra *
Nivel de llenado de vasijas cerradas o la determinación
de espesores de tubos o paredes de tanques

2 - Ultrasonidos
10
Ondas sonoras: se propagan en los medios materiales bajo la forma de
presiones locales, o presiones sonoras P, sobre el valor de la presión
atmosférica.
El exceso de presión provoca un desplazamiento de las partículas que
componen el medio con una velocidad Q. Las partículas pueden ser
átomos, moléculas, o agrupaciones de átomos ó moléculas. Las ondas
sonoras no se propagan en el vacío.
Propagación de ondas sonoras*

2 - Ultrasonidos
11
Impedancia Acústica*
Se define la Impedancia Acústica Z de un medio material como el
cociente entre el exceso de presión y la velocidad de desplazamiento
que provoca en las partículas del medio
Z
Q
P
=
Z: Impedancia específica de un medio, caracteriza el comportamiento
de las ondas sonoras en él.
Se puede demostrar que , donde ρ es la
densidad del medio y V la velocidad de propagación de la onda
VZ ρ=
Unidades: Rayl = kg m-2 s-1

2 - Ultrasonidos
12
Expresión matemática de una onda sonora
( )kxtsinY
x
sinYY −=





−= ×× ϖ00 2
λτ
t
π
λ: longitud de onda
k: numero de onda (2π/λ)
τ: período
ϖ: frecuencia angular (2π/τ)
ν: frecuencia (1/τ)

2 - Ultrasonidos
13
Tipos de ondas (Modos de vibración)
•Ondas longitudinales
•Ondas transversales
•Ondas superficiales
•Ondas de chapa (laminares)
Love
Lamb
•Stonely
•Sezawa
Más utilizadas en END
Ondas transversales
Ondas longitudinales

2 - Ultrasonidos
14
Ondas longitudinales (de dilatación, de compresión, de presión)
Vibración de las partículas: Paralela a la dirección de propagación
Medios materiales: sólidos, líquidos, gases
Velocidad de propagación:
Comentarios: Muy extendidas en END. VBL ~ 1.3 VL
Ondas planas: objetos con tamaño < λ
Ondas bloque: objetos con tamaño >> λ
ρ
EVL =
( )
( )[ ]2σ-1σ1ρ
σ-1E
BL
+×
=V
E: módulo de Young r: densidad
σ: relación de Poisson

2 - Ultrasonidos
15
Ondas transversales (cortantes, de distorsión, shear)
Vibración de las partículas: perpendicular a la dirección de propagación
Medios materiales: sólidos (no se propagan en gases o líquidos, no hay
resistencia a desplazamientos transversales, no hay ligaduras con una
posición cero de equilibrio)
Velocidad de propagación:
Comentarios: VT ~ 0.5 VL
ρ
GVT =
G: Módulo cortante (shear)

2 - Ultrasonidos
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Ondas superficiales (de Rayleigh)
Vibración de las partículas: órbitas elípticas, modos simétricos
Medios materiales: Cualquier superficie.
Eje mayor: perpendicular a la superficie.
Eje menor: paralelo a la dirección de propagación
Comentarios:similares a las olas del mar

2 - Ultrasonidos
17

2 - Ultrasonidos
18

2 - Ultrasonidos
19

2 - Ultrasonidos
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Transmisión y Reflexión de ondas sonoras
Se detectan bordes de discontinuidades internas en el material debido a que
las ondas ultrasónicas sufren un cambio en su propagación.
Este efecto constituye el fundamento de la detección de inhomogeneidades
por ultrasonidos
Ese cambio es producido por reflexiones parciales de la onda acústica.
Parte de la onda es transmitida, y parte reflejada, conservándose la energía
total de la onda incidente
La frontera (borde de la discontinuidad, cambio de medio,...) ha de ser
de mayor tamaño que la longitud de onda de ultrasonido que estemos
empleando

2 - Ultrasonidos
21
Incidencia normal

2 - Ultrasonidos
22
Onda transmitida. Por la conservación de la energía tendremos que la
proporción de la onda transmitida vendrá dada por la expresión
( )2
21
214
1
ZZ
ZZ
RT EE
+
=−=
Onda reflejada. La fracción de energía de la onda reflejada en un
cambio entre 2 medios de impedancia Z1 y Z2 se calcula como
2
12
12










=
+
−
ZZ
ZZ
RE

2 - Ultrasonidos
23
Incidencia oblicua
Esquema simplificado

2 - Ultrasonidos
24
Transmisión y reflexión de grietas en materiales
Transmisión y reflexión de una grieta en aluminio y acero
con relleno se aire y agua, respectivamente

2 - Ultrasonidos
25
Ley de Snell
Relaciona las direcciones de la onda sonoras incidente y de la
transmitido:
2
1
2
1
V
V
=
α
α
sen
sen
α1: ángulo de incidencia
α2 : ángulo transmitido
V1, V2, velocidad de propagación en cada uno de los medios

2 - Ultrasonidos
26
Proporción de energía ultrasónica transmitida entre 2 medios con
diferente impedancia

2 - Ultrasonidos
27
Conversión de tipo de ondas en fronteras entre dos medios
En general, cuando una onda longitudinal alcanza una frontera entre
dos medios de diferente impedancia Z, se refleja una onda
longitudinal, y se transmite parte de la onda incidente, según la ley
de Snell.
Pero parte de la onda longitudinal transfiere energía a una onda
transversal que se refleja hacia el medio 1 y se transmite en el 2

2 - Ultrasonidos
28
Las ondas transversales verifican también la ley de Snell, con las
velocidades de propagación de ondas transversales para cada uno de los
medios:
2
1
T
T
V
V
=
2
1
βsen
βsen
VT: Velocidad de
ondas transversales
Dado que VL > VT , los ángulos de refracción y reflexión de las ondas
transversales será menor que los correspondientes a las longitudinales
En medios líquidos o gases las ondas transversales no se propagan, por
lo que solo tenemos ondas longitudinales
2
1
T
L
V
V
=
2
1
βsen
αsen

2 - Ultrasonidos
29
Angulo Crítico
En cuerpos sólidos, donde se propagan tanto las ondas transversales
como las longitudinales, podemos eliminar la onda longitudinal si se
refracta con un ángulo ≥90º
Es decir:
L2
L1
1c
1c
V
V
αsen
9sen
αsen
==
0
De donde se deduce que si el ángulo de incidencia es igual o mayor al
asen del cociente de las velocidades de los 2 medios la onda
longitudinal se extingue:
Primer ángulo crítico
L2
L1
1c
V
V
asenα = Siempre que VL1<VL2

2 - Ultrasonidos
30
De la misma forma podemos llegar al ángulo crítico correspondiente a
la onda transversal
Segundo ángulo crítico
T2
L1
1c2
V
V
asenα =
Onda transversal pura: ángulo de incidencia entre el 1er y el 2º ángulo
crítico
Onda superficial (de Rayleigh): ángulo de incidencia 2º ángulo crítico
La variación con la frecuencia de las velocidades L y T de propagación
de ondas sonoras en un medio es muy pequeña en el rango utilizado en
END, por lo que los ángulos críticos permanecen constantes

2 - Ultrasonidos
31
Cuña de plexiglás Ensayo de inmersión
Metal 1er ángulo crítico 2º ángulo crítico 1er ángulo crítico 2º ángulo crítico
Acero 27 56 15 27
Acero inox 302 28 59 15 29
Aluminio 2117-T4 25 59 14 29
Berilio 12 18 7 10
Magnesio MIA 27 59 15 29
Titanio 26 59 14 29
Tungsteno 31 68 17 31
Tabla de valores de ángulos críticos

2 - Ultrasonidos
32
Atenuación de ondas
Se produce atenuación de las ondas sonoras por:
•Ensanchamiento del haz
•Dispersión en el material
•Reflexión por cambio de medio
•Atenuación por fricción de la vibración de
las partículas del medio
Expresión de la atenuación (amplitud e intensidad)
x
x eII µ−
= 0
x
x eAA 'µ−
= 0
Ix = Ax
2 ⇒ µ=2µ’
µ', µ: coeficientes de atenuación
de amplitud e intensidad

2 - Ultrasonidos
33
El coeficiente de atenuación se descompone en dos términos
µ = µΤ + µS
µΤ: Absorción debida a fricción entre las partículas del material
µS: Absorción debida a dispersión de las ondas sonoras
Mecanismos de atenuación
Mecanismos de absorción en sólidos: dependen de la frecuencia ν de la
onda. La energía sonora se convierte en calor. Despreciable en frecuencias
entre 1 y 10 MHz (END)
Mecanismos de dispersión en sólidos: dependen del tamaño medio de las
partículas (grano) que lo componen, D, y de inhomogeneidades en el
material:
•fases diferentes
•inclusiones
•segregaciones
•microcavidades

2 - Ultrasonidos
34
•Si λ >> D, µS es proporcional a D3ν4
•Si λ ≈ D, µS es proporcional a D ν2
•Si λ ≤ D, µS es proporcional a 1/D
La dispersión en función del tamaño de grano
Anisotropía. En determinados materiales con estructuras ordenadas la
atenuación depende de la dirección de incidencia de la onda. En este
caso hay que tener en cuenta la orientación del emisor y el receptor de
ultrasonidos a la hora de realizar un ensayo

2 - Ultrasonidos
35
Unidades de atenuación: Decibelio y Neper
Decibelio
00 2
11
I
I
xA
A
x
x
e
x
e loglogμNP
−
=
−
=Neper
0
10
0
10
1020
I
I
xA
A
x
xx
loglogμdB
−
=
−
=
Conversión de unidades NP.dB μμ 6868=

2 - Ultrasonidos
36
•Las atenuaciones expresadas en Np o dB son lineales con la distancia, y
por consiguiente aditivas
•Las ondas longitudinales y transversales tienen diferentes
características de atenuación
•La atenuación depende fuertemente de la frecuencia de la onda

2 - Ultrasonidos
37
Acoplantes
Cuando un palpador se coloca junto a una pieza para realizar un
ensayo no destructivo, es preciso garantizar un buen contacto sonoro
entre ambos. Para ello se utiliza un líquido acoplante, cuya misión es
aumentar la transmisión sonora entre el palpador y la pieza e impedir
que entre ambas haya una película de aire.
El aire tiene una impedancia sonora mucho menor que cualquier
líquido o sólido. Líquidos y sólidos tienen impedancias del mismo
orden
Ejemplo:
Acoplante aire - Coeficiente de reflexión aire -acero ≈ 100%
Acoplante agua - Coeficiente de reflexión agua -acero ≈ 88%
La presencia de agua permitirá que un 12% de la energía sonora entre
en la muestra

2 - Ultrasonidos
38
Los acoplantes deben
•Empapar completamente y por igual ambas superficies
•Eliminar todo el aire
•Rellenar todas las irregularidades de ambas superficies para obtener
una superficie suave
•Permitir el movimiento libre del palpador sobre la pieza
•Ser fácil de aplicar, eliminar e inofensivo para las superficies
•La lámina de acoplante debe ser muy delgada, para no alterar la
dirección de las ondas sonoras
En casos excepcionales se utilizan acoplantes especiales
•Superficies verticales o muy rugosas: grasas o aceites pesados
•Si no se pueden utilizar líquidos: materiales gomosos

2 - Ultrasonidos
39
Optimización del acoplante
La energía transmitida entre oscilador y la pieza se puede aumentar si se
elige una lámina con impedancia acústica igual a la media geométrica de
los medios involucrados (palpador y pieza) y con espesor igual a
λ


 −
4
12n n: entero
λ: longitud de onda
Lista de acoplantes e impedancias
Acoplantes Impedancias acústicas
específicas (106 Rayl)
Agua 1.5
Aceite de silicona 1.58
Glicerina (2 partes de agua + 1 glicerina) 2.4
Aceite y grasa denso, gel de petróleo(sup verticales) 3
Perspex, plexiglás, goma delgada 2-3.5
Aire 0.00033
Acero 44.7

2 - Ultrasonidos
40
Forma del pulso y del haz de una onda ultrasónica
Métodos de END por pulsos de eco y por transmisión: pulsos de 1µs
El pulso emitido se compone de un conjunto de frecuencias
superpuestas. La superposición de esas frecuencias componen una
onda única que puede ser rectificada o suavizada antes de emitida
Rectificado
Suavizado
Ondas emitidas
Superposición

2 - Ultrasonidos
41
Geometría del haz
Es variable espacialmente según sea la relación en tamaños entre el área del
oscilador y la longitud de onda que emite, debido a efectos de difracción en
el cristal oscilador.
La característica direccional del haz aumenta según aumenta la relación ∆/λ
(∆: diámetro del oscilador)
Los lóbulos laterales pueden
atenuarse con el empleo de
pulsos muy cortos

2 - Ultrasonidos
42
Campo lejano y campo cercano
La intensidad de la onda sonora emitida por un oscilador no es
uniforme, si no que varía con la distancia, debido a efectos de
difracción del oscilador, que tiene dimensiones finitas
La geometría de un haz de ultrasonidos tiene una forma similar a la
que emite una linterna

2 - Ultrasonidos
43
Campo cercano o de Fresnel
A distancias cortas del emisor existen importantes oscilaciones en
intensidad. Se le denomina zona de Fresnel o de campo cercano.
La longitud del campo cercano N se calcula como:
4V
νΔ
λ
Δ 22
4
==N
El campo cercano es menor cuanto mayor es λ
Campo lejano o de Fraunhofer
El haz tiene una intensidad mucho más uniforme a distancias largas,
campo lejano o de Fraunhofer, en el que la onda se comporta como si
fuera emitida por el centro geométrico del oscilador
La expresión de la anchura angular de la onda viene dado por
Δ
1.22λ
senα =

2 - Ultrasonidos
44
Valores típicos de frecuencias, longitudes de onda, anchura angular,
diámetro de oscilador distancias de campo cercano para muestras de acero
Diámetros de oscilador, ∆
Frecuencia
ν, MHz
Longitud de
onda λ, cm
0.95 cm
α N, cm
1.27 cm
α N, cm
1.9 cm
α N, cm
2.54 cm
α N, cm
1 0.581 48º10´ 0.15 34º 0.27 21º52´ 0.61 16º10´ 1.1
2.25 0.259 19º23´ 0.34 14º25´ 0.61 9º25´ 1.37 7º33´ 2.45
5 0.116 8º34´ 0.77 6º25´ 1.4 4º16´ 3.06 3º10´ 5.5
10 0.058 4º16´ 1.53 3º11´ 2.73 2º8´ 6.13 1º36´ 10.95

2 - Ultrasonidos
45
Osciladores ultrasónicos
Las ondas de ultrasonidos se generan por medio de osciladores en los
que un pulso eléctrico rápido y repentino (tiempo de ataque < 10ns), es
convertido en una vibración mecánica de alta frecuencia en el sólido
Fundamentos físicos de la emisión de ondas ultrasónicas
Efecto piezoeléctrico y ferroeléctrico: Cristales con estructuras
asimétricas sujetos a presión, desplazan cargas eléctricas en caras
opuestas del cristal, mientras cambian sus dimensiones. El efecto
inverso ocurre al aplicar un potencial eléctrico, lo que provoca un
cambio en las dimensiones del cristal. Es el método más utilizado en
END
Materiales: Cristales piezoeléctricos simples, Cerámicas ferroeléctricas
policristalinas, plásticos ferroeléctricos, resinas

2 - Ultrasonidos
46
Efecto de magnetostrición: El material ferromagnético cambia sus
dimensiones con la magnetización (uso muy limitado en END)
Materiales: Ferromagnéticos, Ni
Acústica electromagnética: Corrientes inducidas con radiofrecuencias
en un conductor eléctrico en un campo magnético provocan una
vibración superficial
Materiales: conductores eléctricos
Generación láser: calentamiento localizado por pulsos láser provocan
expansiones y contracciones muy rápidas del material
Material: todos los sólidos y líquidos

2 - Ultrasonidos
47
Osciladores ultrasónicos en END
•Material piezoeléctrico: Cristal de cuarzo α
•Cerámica ferroeléctrica policristalina, PZT5
Se caracterizan por la deformación ε’ producida al aplicársele en
campo eléctrico F, e inversamente, por el campo F generado al aplicar
una tensión mecánica σ’
En ambos casos la relación entre perturbación mecánica y eléctrica es
lineal:
• ε’ = α F
• F = β σ’
α, β constantes piezoeléctricas,
relacionadas por la ley de Hooke:
αβ
1
YoungdeMódulo =E

2 - Ultrasonidos
48
Buen transmisor: α alta
Buen receptor: β alta
Características de los osciladores
Incompatible según la ley de Hooke
Material Tipo α β Z
mV-1 x 10-12 mV-1Pa-1 x 10-3 106 kg/m2 s
Cuarzo α Cristal piezoeléctrico 2.3 58 15.2
simple
Titanato Zirconato Cerámica policristalina 374 15 28-30
de Plomo PZT5 ferroeléctrica
Sulfato de litio Cristal piezoeléctrico 16 175 11.2
simple

2 - Ultrasonidos
49
Amortiguación del cristal
Es la respuesta de resonancia del cristal al aplicarle una corriente
eléctrica
Parámetro importante en un sistema emisor-receptor: la recepción no
se activa hasta que el pulso no ha salido completamente del cristal
Zona muerta: distancia correspondiente al tiempo durante la cual no se
activa la recepción de ondas, y en la cual el equipo no será capaz de
detectar discontinuidades
Ver figura de la diapositiva 43
El pulso de ultrasonidos tiene una duración de 1 µs. Debido a la gran
amplitud del eco procedente de la frontera palpador-pieza, que implica
gran anchura temporal en el detector, los ecos de discontinuidades
recibidos en tiempos incluidos dentro de ese eco se confunden con él.
Este efecto se puede minimizar, siempre que sea posible, con las
siguientes técnicas: uso de pulsos más cortos, cubetas de inmersión,
sistemas retardados, utilización de sistemas duales palpador-receptor

2 - Ultrasonidos
50
Un oscilador consta de un elemento activo (PZT, PMN,...), superficie
de adaptación (protectora del elemento activo), platina trasera de alta
densidad (absorbente de ondas sonoras ) y conexiones eléctricas

2 - Ultrasonidos
51
Ensayos de inmersión
Es el procedimiento ideal para
mantener en todo el ensayo un
buen acoplamiento entre el
palpador y la muestra.
Garantiza un acoplamiento
uniforme en todo el ensayo,
facilita el trabajo con formas
complejas, es apropiado para
exploraciones 2D, aumenta la
detectabilidad de pequeños
defectos.

2 - Ultrasonidos
52
Sistemas de ensayo pulso - eco
Los procedimientos de ensayo se clasifican según la siguiente lista
•A-scan: detección unidimensional a partir de ecos ultrasónicos
•B-scan: consiste en una serie de A-scan paralelos, y conduce a una
detección bidimensional
•C-scan: consiste en una serie de A-scan paralelos en los que se
restringe el tiempo de detección. Esto equivale a un B-scan en una
cierta profundidad de la muestra. Barriendo los tiempos de detección
se consigue una vista tridimensional.
•M-mode: serie de A-scan en diferentes tiempos. Es un ensayo
dinámico

2 - Ultrasonidos
53
Sistema B - Scan
Sistema automático para la inspección de uniones adhesivas

2 - Ultrasonidos
54
Calibración de equipos
Para relacionar la señal del osciloscopio con la detección de reflectores
o inhomogeneidades en una pieza es precisa la utilización de un objeto
de referencia, denominados bloques o patrones de calibración
Hay diferentes patrones, según sea el tipo de medida a realizar, pero los
más usuales son los siguientes:

2 - Ultrasonidos
55
•Patrón IIW-A2 (International Institute of Welding). Es el de uso más
extendido.Proporciona calibraciones de distancia, sensibilidad,
resolución, localización de punto emisor y receptor, y ángulo de
propagación del sonido en incidencia angular

2 - Ultrasonidos
56
•Patrón angular. Proporciona calibraciones de distancia para
palpadores angulares, localización de punto emisor y receptor, y ángulo
de propagación del sonido en incidencia angular

2 - Ultrasonidos
57
•Patrón de calibración de espesores, para ondas longitudinales en
incidencia normal. Consiste en una escalera calibrada con diferentes
espesores.

2 - Ultrasonidos
58
Resolución
Es la posibilidad del sistema de separar diferentes señales procedentes
de defectos separados por una cierta distancia. Se puede determinar con
la utilización de bloques de calibración
Tamaño de defecto
No hay una relación simple entre el tamaño de un reflector y la señal
que recibe el detector. La amplitud de la señal depende la
microestructura del metal, su tamaño de grano, la distancia y
orientación del reflector, y la diferencia de impedancia. Se suelen
fabricar patrones específicos para una determinada muestra, con
taladros de diferentes diámetros y profundidades del mismo material
que la pieza a ensayar

2 - Ultrasonidos
59
Inspección en metales
•Uniones soldadas, soldaduras de aluminio
•Piezas de fundición
•Hilos, placas delgadas
•Tubos y barras
•Piezas mecanizadas
•Uniones soldadas o pegadas
•Rivetes y agujeros
•Cañerías y cilindros
•Calderas
•Ferrocarriles
•Centrales nucleares
•Crecimiento de grietas
•Tensiones, corrosión
•Soldadura de punto
•Extrusión
•Porosidad
•Microestructura
•Transformación de fase
•Estructuras de nido de abeja
Aplicaciones
Inspección en no metales
•Materiales cerámicos
•Rocas
•Cementos
•Materiales compuestos
•Grafitos y carbones
•Madera, piel
•Materiales viscoelásticos, plásticos, goma
•Fibras delgadas
•Sólidos piezoeléctricos
•Abrasivos, adhesivos
•Sólidos anisótropos
•Superficies, fronteras, sólidos laminados,
recubrimientos, plateados, películas delgadas

TEMA 2 – INSPECCIÓN
POR ULTRASONIDOS
"Ensayo no destructivo basado en la transmisión
de las ondas acústicas de alta frecuencia en los materiales."
2.1. Introducción 1
2.1.1. Antecedentes históricos 1
2.1.2. Ondas ultrasónicas 2
2.2. Descripción del método 3
2.2.1. Principios Físicos 3
2.2.2. Sistema de Inspección 5
2.2.3. Profundidad de Penetración de las Corrientes Inducidas 6
2.2.4. Selección de las Frecuencias de Inspección 7
2.2.5. Bobinas de inspección empleadas en el método de Corrientes inducidas 8
2.3. Aplicaciones 9
2.3.1. Ensayos de grietas y discontinuidades 3
2.3.2. Medidas de grietas y discontinuidades 5
2.3.3. Determinación de espesores de recubrimientos 6
2.3.4. Defectos superficiales: corrosión, daños térmicos, endurecimientos,… 7

Fundamentos de Ensayos No Destructivos Tema 2 - Inspección por Ultrasonidos
Jaime Martínez Verdú
1
2.1. Introducción.
2.1.1. Antecedentes históricos.
Las ondas sonoras viajan a través de un medio material gracias a las vibraciones
presentes en los átomos y moléculas, propagándose con una velocidad cuyo valor
depende del las propiedades mecánicas del medio. En control por ultrasonidos se
emplean haces de ondas acústicas de alta frecuencia que se propagan a través del
material y se reflejan, dispersan y atenúan, haciendo posible la detección de
heterogeneidades, la medida de espesores o la determinación de ciertas propiedades
tecnológicas.
Es muy conocido que el estado de perfección de un sólido puede ser predicho a
través de, por ejemplo:
• La resonancia provocada en tazas de porcelana.
• La resonancia provocada en copas de cristal.
• La reverberación producida por el golpeo a las ruedas de tren.
En este tipo de ensayos, se utilizan ondas sonoras donde la resonancia se
encuentra dentro del rango audible, y esto nos puede dar una buena idea del estado del
espécimen a observar. En los líquidos, el sonido puede recorrer enormes distancias;
Leonardo Da Vinci describió en 1490 un sencillo hidrófono (colocado en lo alto de un
tubo largo situado en el mar) donde, por medio del oído, se conseguía escuchar barcos
localizados a grandes distancias; de
hecho, hoy en día podemos emitir una
serie de pulsos sónicos emitidos cerca de
Perth, Australia, y pueden ser detectados
en Bermuda, Jamaica.
Sin embargo, el método de Da
Vinci no indica la dirección de las ondas
sonoras y, además, las direcciones de las
ondas no son cómodamente obtenibles
mediante métodos sencillos. Por ello son
necesarias técnicas mucho más precisas
para poder localizar los focos emisores de
las ondas sonoras; y esto requiere la
utilización de fuentes de sonido con haces
estrechos que exploran el sólido a modo
de sónar. Para ello, se emplean ondas de
sonido con pequeñas longitudes de onda
(o sea, frecuencias altas), con un diámetro
de oscilador mucho mayor que la longitud
de onda sonora.
Figura 2.1. Dirección de la onda sonora radiada por
un oscilador. El sonido que sale de un transductor
se concentra en una mitad de ángulo α, que viene
determinado por la dirección del primer mínimo
del patrón de la difracción del sonido. Por ejemplo,
en el caso de acero examinado empleando ondas
ultrasónicas de frecuencia de 1 MHz, y usando un
palpador de 3 cm de diámetro dará lugar a un
ángulo divergente de 2α = 14º.α

2
2.1.2. Ondas ultrasónicas.
Cuando surge una perturbación en uno de los límites de un sólido, ésta viaja a
través del medio sólido a causa de las vibraciones que sufren las moléculas, átomos o
partículas presentes (empleando para ello un tiempo finito) en forma de onda sonora.
Estas vibraciones conducen a la propagación de la onda, que viaja a través del
medio con una concreta longitud de onda dentro de un rango de valores que va desde la
longitud de onda más larga de 10.000 m hasta la más corta de 10-5
m. Por ejemplo, las
ondas sonoras emitidas por la hélice de un barco al propulsarse en el agua corresponden
a ondas con longitudes de onda λ's grandes mientras que, en contra punto, las ondas
sonoras con longitudes de onda λ's cortas son manejadas generalmente en aplicaciones
médicas o de investigación industrial.
En la sencilla ilustración se puede observar como al golpear en uno de los
límites de una barra de material da lugar a vibraciones de carácter longitudinal o
transversal; este golpe se traduce en una propagación de dichas ondas, en forma de
pulsos sonoros, a través de la barra de material.
Podemos intuir que la capacidad de propagarse de una onda sonora a través de la
barra o, dicho de otro modo, la habilidad de la barra para vibrar bajo la acción de una
fuerza dependerá de:
1. La fuerza con que golpeemos el martillo.
2. La resistencia a vibrar de los átomos que conforman el sólido cuando se
aplica un esfuerzo.
La segunda variable hace referencia a la
Impedancia Acústica Z (se trata de una relación
causa - efecto) y, en Ensayos No Destructivos,
posibles grietas, discontinuidades o inclusiones
son detectadas estableciéndose una relación
entre éstas y la impedancia acústica Z ya que
cuando se produce un cambio de un medio a
otro se produce refracciones y reflexiones de las
ondas sonoras y, por tanto, varía la impedancia
acústica.
Una conclusión añadida a lo explicado
en el párrafo anterior es que las ondas sonoras
son incapaces de propagarse a través del un
medio vacío pues la existencia de partículas es
esencial para que exista vibración y la
consiguiente propagación de la onda sonora.
Ondas transversales
Ondas longitudinales
Figura 2.2 Vibración transversal y
longitudinal y ondas en una barra. La
capacidad de un sólido para vibrar
bajo la acción de una fuerza aplicada
sobre sí mismo, viene caracterizada
por la Impedancia Acústica Z.

3
2.1.3. El espectro acústico.
Como hemos definido anteriormente, las ondas ultrasónicas son ondas de
idéntica naturaleza (mecánica o elástica) que las ondas sónicas se diferencian de ellas en
que operan a una frecuencia por encima de la audible. En la figura 2.3 se representa el
espectro acústico en el que cabe distinguir las tres bandas siguientes:
Infrasónica: Se extiende por debajo de los 20 Hz y no tiene aplicaciones en
control de materiales estructurales.
Sónica: Es el rango de frecuencias en el cual el oído humano es capaz de percibir
sonido. Varía de unas personas a otras pero, en general, se considera que abarca desde
20 Hz para los sonidos más graves hasta 20 kHz para los más agudos. La capacidad de
percibir un sonido no depende sólo de la frecuencia sino también de la intensidad o
presión acústica. De ahí la limitación por abajo, cuando es insuficiente para excitar el
tímpano, y por arriba cuando la elevada presión llega a producir daños irreversibles en
el aparato auditivo.
Ultrasónica: Se extiende por encima de la frecuencia de 20 kHz. Dentro de esta
banda se pueden diferenciar, a su vez, tres zonas diferentes. Los Ensayos No
Destructivos se llevan a cabo empleando ondas ultrasónicas, esto es, ondas sonoras de
alta frecuencia por encima del rango audible (por encima de los 20 kHz). A las ondas
sonoras con frecuencias por encima de los 20 kHz son denominadas ultrasonidos u
ondas ultrasónicas.
• La del ultrasonido próximo, entre frecuencias entre 20 y 100 kHz,
que es la zona en que operan las técnicas que utilizan elevados
niveles de energía. Los sistemas de limpieza, agitación y, en
general, cavitación trabajan en esta banda.
• La banda utilizada en control de calidad de los materiales, que se
extiende entre 0,2 y 25 MHz, aunque la gran mayoría de los
ensayos se hacen entre 2 y 5 Mhz.
• Las frecuencias por encima de 100 MHz se consideran dentro del
campo de la microscopía acústica, técnica en la que se llegan a
aplicar frecuencias de hasta 1 GHz.
El sonido viaja a diferentes velocidades a través de cualquier medio (es decir, a
través de cualquier medio siempre y cuando haya átomos o moléculas capaces de
vibrar) puesto que la velocidad está íntimamente ligada a las características mecánicas
del medio; por otro lado, tenemos que el sonido varía poco con la frecuencia en la
mayoría de metales. Las longitudes de onda, frecuencias y velocidades de onda usadas
normalmente en los END son las siguientes:
Longitudes de onda: Desde 1 mm hasta 10 mm.
Frecuencias: Desde 100 Hz hasta 15 MHz (muchas aplicaciones usan 10 MHz).
Velocidades acústicas: Desde 1.000 m/s hasta 10.000 m/s.

4
Figura 2.3. Espectro acústico donde las abscisas son frecuencias y las ordenadas longitudes de onda.
104
103
102
101
100
10-1
10-2
10-3
10-4
1 10 100
1kHz 10kHz 100kHz 1MHz 10MHz 100MHz
Área de audición normal
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