9.5 Ensayos de alta temperatura
Si bien la mayor parte de detecciones de defectos por ultrasonido se llevan a cabo bajo temperaturas ambiente normales, algunas situaciones implican piezas de ensayo calientes, como en las industrias de procesos en las que los tanques o tuberías de metal caliente deben ser monitorizados en línea continua. Las sondas de ultrasonido convencional pueden tolerar temperaturas de hasta 50 °C o 125 °F aproximadamente. Con temperaturas más altas, pueden eventualmente sufrir daños permanentes debido a desprendimientos internos causados por la dilatación térmica. Por lo tanto, si el material bajo ensayo presenta una temperatura de aproximadamente 50 °C o 125 °F, es necesario emplear una sonda para alta temperatura y técnicas analíticas especiales.
Sondas y suelas (zapatas)
En relación con el ensayo por haz recto, las sondas duales para altas temperaturas son usadas de forma más frecuente en las aplicaciones de control de corrosión. Las sondas duales para altas temperaturas también pueden ser utilizadas en varios casos que implican la inspección por haz recto en láminas y barras y para identificar defectos de laminación en tanques y tuberías. Ya sea para piezas pequeñas o delgadas, también hay disponible sondas con líneas de retardo para altas temperaturas.
Para los ensayos por haz angular, las suelas (zapatas) para altas temperaturas están disponibles. Estas últimas son usadas con sondas estándar para proporcionar aislamiento térmico. Es importante mencionar que en el caso de cualquier suela para altas temperaturas, la velocidad acústica del material de la suela disminuirá si la temperatura de la pieza se eleva; lo que conlleva a que el ángulo de refracción aumente (en metales) mientras la suela se calienta. Si esto plantea un problema en un ensayo determinado, el ángulo de refracción debe ser verificado según la temperatura de funcionamiento en curso. Por lo general, las variaciones térmicas durante los ensayos dificultan a menudo la determinación precisa del ángulo de refracción real.
Propiedades del material
La velocidad de la propagación acústica cambia en todos los materiales según su temperatura, y también disminuye si la temperatura de dichos materiales incrementa. En el acero, el cambio de la velocidad es de aproximadamente el 1 % en caso de una temperatura comprendida entre los 55 °C o 100 °F. El valor exacto varía dependiendo de la aleación. En plásticos y otros polímeros, este cambio es mucho mayor, y puede aproximarse al 50 % en caso de una temperatura comprendida entre los 55 °C o 100 °F hasta el punto de fusión. Si no dispone de un espectro de temperatura/velocidad para el material inspeccionado, es necesario efectuar una calibración de la velocidad acústica en una muestra de dicho material que presente la temperatura actual de la pieza que será inspeccionada.
La atenuación del sonido en todos los materiales, incrementa de forma similar con la temperatura. En las típicas aleaciones de acero al carbono de grano fino, la atenuación de 5 MHz aumenta la trayectoria acústica en más de 12 dB por cada 100 mm (equivalente a un recorrido de ida y retorno de 50 mm por cada dirección) bajo condiciones de temperatura ambiente o de 500° C (930° F). Debido a este efecto, puede que se requiera aumentar considerablemente el valor de la ganancia en el equipo cuando mide largas trayectorias acústicas bajo condiciones de altas temperaturas. También, puede que se requiera el ajuste de las curvas de corrección entre la distancia y la amplitud (DAC), o de la programación TVG (tiempo variado ganancia) determinada a la temperatura ambiente. El efecto es mucho más pronunciado en el plástico que en metales o cerámica.
El siguiente ejemplo muestra los cambios en la velocidad/tiempo de tránsito y la atenuación cuando se calienta un bloque de acero de 12,5 mm (0,500") a 300° C (570° F). El tiempo de tránsito del impulso aumenta de 4,37 uS a 4,59 uS y se requiere 18,2 dB adicionales de ganancia para igualar la amplitud del eco. El cambio en el tiempo de tránsito representaría un error de medición de aproximadamente +5 % o 0,63 mm (0,025") si el operador no recalibra la velocidad en función de la pieza caliente bajo inspección.
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| Temperatura ambiente, ganancia de 24,5 dB | 300° C, ganancia de 42,7 dB |
Acoplantes
Los acoplantes que son usados normalmente para los ensayos por ultrasonido, como el propilenglicol, la glicerina y los geles ultrasónicos, suelen evaporarse rápidamente al ser aplicados sobre superficies que presentan temperaturas elevadas de hasta 100 ºC o 200 ºF. Por consiguiente, los ensayos por ultrasonido desarrollados bajo condiciones de alta temperatura requieren acoplantes especialmente formulados, que mantengan su estado líquido o pastoso de forma estable sin quemarse o desprender vapores tóxicos. Estos están ampliamente disponibles en varias fuentes.
Ciclo de operación
Todos las sondas y suelas estándar para altas temperaturas están desarrolladas para un ciclo de operación establecido. Ya que, si bien las sondas se dotan de aislamiento térmico, el contacto prolongado con superficies muy calientes causará una acumulación significativa de calor, y eventualmente un daño permanente en la sonda si la temperatura interior pasa un nivel térmico de calor superior. El contacto con la superficie debe ser lo más breve posible y debe seguir un período de enfriamiento al aire. La relación entre el tiempo de contacto y el tiempo de enfriamiento se vuelve más crítica conforme se llega al último nivel del rango de temperatura especificado para una sonda dada. Por lo general, si la carcasa de la sonda se halla demasiado caliente para poder sostenerla cómodamente con los dedos sin guantes, entonces puede que la temperatura interior de la sonda haya alcanzado una temperatura potencialmente perjudicial y deba ser enfriada antes de continuar el ensayo.
Para obtener más información sobre los ensayos por ultrasonidos bajo condiciones de alta temperatura, consulte la sección Ensayos por ultrasonidos bajo condiciones de alta temperatura.
