USonidos

Ciencia y Tecnología de los Materiales
PRACTICA 2

ULTRASONIDOS

ENSAYOS NO DESTRUCTIVOS: ULTRASONIDOS

Los ensayos mediante U.S. permiten la medida de espesores reales en servicio,
espesores de películas protectoras, de pinturas, de recubrimientos, así como la
localización y medida de defectos internos (microfisuras, inclusiones, poros, etc.)

LOS OBJETIVOS DE LA PRÁCTICA SON:

Entender laimportancia de los ensayos de ultrasonidos en el estudio de
materiales
Utilizar ensayos de ultrasonidos para la inspección de materiales: control
dimensional, presencia de defectos, etc.
Comparar diferentes métodos de medida y justificar los resultados

FUNDAMENTO TEÓRICO.
Ensayos de Ultrasonidos
Se denominan ultrasonidos (U.S.) a ondas producidas por vibraciones mecánicas
de frecuencia superior a20000 ciclos por segundo = 20 KHz (máxima audible).
Los U.S. más utilizados son de frecuencias comprendidas entre 105 y 107 ciclos por
segundo, y se propagan en línea recta, pudiendo atravesar espesores de acero de varios
metros. Su amortiguación es grande en gases e intermedia en líquidos.
Puesto que el comportamiento y la propagación de los ultrasonidos son de
naturaleza ondulatoria, para que unadiscontinuidad o defecto sea detectable mediante
esta técnica, es necesario que su dimensión en el sentido de propagación de la onda sea
mayor que una semilongitud de onda, pues únicamente en ese caso la onda atravesará con
seguridad el defecto y aparecerá una variación de la intensidad sónica medida. Así pues
el límite de detección de esta técnica depende casi exclusivamente de la frecuencia de
losultrasonidos utilizados.

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ULTRASONIDOS

La velocidad de propagación de los ultrasonidos en diferentes medios viene dada
por la siguiente ecuación:
v = λ · f

Velocidad de propagación del sonido en diferentes medios
Gases

Sólidos

Líquidos

Ensayos de Ultrasonidos
Si observamos la velocidad de propagación del sonido en diferentes medios,recogida
en la tabla de la página siguiente, se extraen dos importantes conclusiones que justifican
la aplicación de las técnicas de ultrasonidos en sólidos:
i) Las longitudes de onda correspondientes a las velocidades en metales son del orden
de milímetros, es decir, del orden de los defectos que deseamos detectar.

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ULTRASONIDOS

ii) La velocidadde propagación depende fuertemente de la naturaleza gaseosa, líquida o
sólida del medio. Así pues, las ondas de ultrasonidos sufrirán cambios bruscos al pasar
de un medio a otro, lo cual aporta otra de las razones de su utilización.
Los ultrasonidos, de forma análoga a como lo hacen las ondas acústicas o luminosas,
sufren fenómenos de reflexión, refracción y difusión, lo cual permite suutilización para
el estudio de materiales.

GENERACIÓN Y DETECCIÓN DE ULTRASONIDOS
Entre los diferentes procedimientos para la generación y detección de ondas de
ultrasonidos, uno de los más habituales y de mayor interés es el método piezoeléctrico.
Se basa en el fenómeno piezoeléctrico que consiste en la generación de cargas
eléctricas por medio de solicitaciones o presiones de naturaleza mecánica. Lopresentan
muchos cristales, como el cuarzo, titanato de bario, sulfato de bario, sulfato de zinc,
turmalina, que son los más comúnmente utilizados.
El fenómeno piezoeléctrico es reversible, es decir, si se aplica una diferencia de
potencial a un cristal piezoeléctrico, este experimenta cambios dimensionales
Así pues, un campo eléctrico variable (alterno) producirá en estos cristales
piezoeléctricosvibraciones mecánicas variables, que con la frecuencia apropiada (105-107
Hz), generan las ondas de ultrasonidos. Igualmente, en sentido inverso, los ultrasonidos
se traducirán en estos cristales en un campo eléctrico variable, permitiendo su
detección.

Los cristales se tallan y cortan según su eje óptico en forma de paralelepípedo
que se montan entre dos armaduras eléctricas que se someten a...