Los medidores de espesor ultrasónicos de calidad pueden ofrecer mediciones de alta precisión en metales, plásticos y otros materiales. Sin embargo, varios factores relacionados con el material de ensayo, el equipamiento, la geometría de la pieza y la habilidad más el cuidado del usuario pueden afectar el grado de precisión en una aplicación. Siga su lectura para conocer los factores que pueden afectar los resultados de los ensayos ultrasónicos.

Factores relacionados con el material

Las propiedades físicas del material de ensayo son factores que afectan el rango y la precisión de medición de un medidor de espesores ultrasónico. Estos factores pueden ser tanto acústicos como geométricos.

1. Propiedades acústicas del material bajo ensayo

Ciertos materiales de ingeniería presentan condiciones diversas que pueden limitar la precisión y el rango de las mediciones de espesor por ultrasonido.

• Dispersión acústica: En el acero inoxidable fundido, hierro fundido, fibra de vidrio y materiales compuestos, la energía acústica se dispersará desde los límites de los granos individuales que poseen las piezas fundidas, o desde los límites entre las fibras y la matriz en la fibra de vidrio o el compuesto. La porosidad de cualquier material produce el mismo efecto. Asegúrese de determinar la sensibilidad del medidor para evitar la detección de estos ecos de dispersión parásitos. Esta compensación puede limitar la capacidad de detección de un retorno de eco válido desde la pared de fondo del material, lo que restringe el rango de medición.
• Atenuación o absorción acústica: En muchos polímeros, como en los plásticos de baja densidad y en la mayoría de los tipos de caucho, la energía acústica se atenúa de forma muy rápida en las frecuencias utilizadas para la medición ultrasónica. Por lo general, esta atenuación incrementa con la temperatura. El espesor máximo, que puede ser medido en estos materiales, es frecuentemente limitado por la atenuación.
• Variaciones de velocidad: La medición de un espesor por ultrasonido será precisa sólo si la velocidad acústica del material equivale a la calibración del instrumento. Algunos materiales presentan variaciones importantes en la velocidad acústica de punto a punto. Esto se produce en algunos metales de fundición, debido a los cambios en la estructura del grano por los índices de enfriamiento variado, y a la anisotropía de la velocidad acústica relativa a su estructura. La fibra de vidrio muestra variaciones de velocidad localizadas debido a los cambios en la resina/fibra. Muchos plásticos y cauchos muestran un cambio rápido en la velocidad acústica con la temperatura, lo que requiere que los operadores ejecuten la calibración de la velocidad a la misma temperatura que la medición.
• Inversión o distorsión de fase: La fase o polaridad de un eco de retorno está determinada por la impedancia acústica relativa (densidad x velocidad) de los materiales representando los límites. El medidor ultrasónico asume una situación normal en la que la pieza bajo ensayo contiene aire o líquido. Esto es debido a que ambos elementos cuentan con una impedancia acústica más baja que los metales, la cerámica o los plásticos. Sin embargo, en algunos casos especializados —tales como la medición de vidrio o aislantes de plástico sobre metal, o revestimientos de cobre sobre acero—, esta relación de impedancia es invertida y el eco aparece en sentido contrario. Para mantener la precisión en esta situación, asegúrese de seleccionar la polaridad de detección de eco adecuada. Una situación aún más compleja puede producirse en el caso de materiales anisotrópicos o heterogéneos, tales como las fundiciones de metales de grano grueso o ciertos compuestos, ya que las condiciones de dichos metales generan múltiples trayectorias de sonido dentro del área del haz. En estos casos, la distorsión de fase puede crear un eco que no es ni positivo ni negativo. En estos casos, lleve a cabo pruebas con detenimiento a partir de estándares de referencia para determinar los efectos sobre la precisión de la medición.

2. Propiedades físicas del material de ensayo

El tamaño, la forma y el acabado de la superficie de la pieza bajo ensayo también deben considerarse para establecer los límites del rango y la precisión de la medición.

• Rugosidad superficial de la pieza bajo ensayo: La mejor precisión de medición se obtiene cuando las superficies tanto frontal como de fondo de la pieza bajo ensayo son lisas. Si la superficie es rugosa, el espesor mínimo medido incrementará debido a la reverberación del sonido que se produce en el espesor incrementado formado por la capa del acoplante. Un acoplamiento ineficiente puede reducir amplitud en el eco. Además, si la superficie frontal o de fondo de la pieza es rugosa, es posible que haya distorsión en el eco de retorno debido a las múltiples trayectorias acústicas ligeramente diferentes que capta la sonda, lo que resulta en imprecisiones de medición.
• En el caso de las mediciones de corrosión, el descascarillado o desprendimiento de capas de óxido, orín o suciedad en la superficie externa de la pieza bajo ensayo puede interferir en la transmisión de la energía acústica durante el acoplamiento de sonda con la pieza bajo ensayo. Por esta razón, limpie cualquier residuo suelto de la muestra con un cepillo de alambres o una lima antes de medir. Por lo general, es posible llevar a cabo mediciones de corrosión a través de capas delgadas de óxido siempre que el óxido sea suave y esté bien adherido al metal de abajo. Tenga en cuenta que algunas superficies muy ásperas o corroídas pueden requerir un limado o lijado para asegurar un acoplamiento acústico adecuado. Puede que también se deba decapar la pintura si esta última presenta signos de desprendimiento a partir del metal.
• Curvatura de la pieza bajo ensayo: Es un problema relacionado con la alineación de la sonda y la pieza bajo ensayo. Al medir superficies curvas, es importante colocar la sonda alrededor de la línea central de la pieza y mantenerla lo más firme posible sobre la superficie. Puede que un soporte en V con resortes sea útil para mantener el alineamiento. Generalmente, a medida que el radio de la curvatura disminuye, el tamaño de la sonda debe reducirse y el alineamiento de la sonda deviene más crítico de forma progresiva. Para radios muy pequeños, se requiere un enfoque de inmersión con una sonda focalizada. En algunos casos, es útil emplear la representación A-scan para favorecer una mejor alineación. En superficies curvas, es importante usar sólo el acoplante requerido para obtener una lectura. El exceso de acoplante formará un friso entre la sonda y la superficie bajo ensayo donde el sonido reverberará y podría crear señales falsas que pueden desencadenar lecturas falsas.
• Conicidad o excentricidad: Si la superficie de contacto y las superficies de fondo de la pieza bajo ensayo presentan conicidad, excentricidad, inclinación o desalineación entre sí, la amplitud del eco de retorno disminuirá y podría distorsionarse debido a la variación en la trayectoria acústica a lo largo del ancho del haz, lo que reduciría la precisión de la medición. Normalmente, el espesor medido representará un promedio integral cercano de los espesores cambiantes en el diámetro del haz. En casos de una desalineación significativa, la medición es imposible, ya que el haz reflejado formará una trayectoria en V lejos de la sonda y la recepción no puede darse. Este efecto aumenta a medida que aumenta el espesor del material.

Factores relacionados con el operador

Calibración: La precisión de cualquier medición ultrasónica será equivalente a la precisión y el cuidado que se tomen durante la calibración. Asegúrese de llevar a cabo las calibraciones de velocidad y compensación cero descritas en la Sección 4 cuando se cambie el material bajo ensayo o la sonda (transductor). Asimismo, se recomiendan verificaciones periódicas con muestras de espesor conocido para verificar que el medidor esté funcionando correctamente.

• Alineación del haz: Mantenga siempre la sonda plana cuando ejecute un ensayo sobre superficies planas y normales al radio de curvatura si se trata de superficies curvas. Cuando se ejecutan ensayos sobre superficies curvas, siempre centre la sonda en la curva. Una desalineación puede causar distorsión en el eco, lo que afectará negativamente la precisión.
• Técnica de acoplamiento: En las mediciones del Modo 1 con las sondas de contacto, el espesor de la capa de acoplamiento es parte de la medición y se equilibra a través del cálculo de la compensación de cero. Para lograr una máxima precisión, la técnica de acoplamiento debe ser uniforme. A fin de lograr mediciones uniformes, agregue sólo el acoplante necesario para lograr una lectura estable y coloque la sonda con una presión uniforme. Durante la operación, será posible discernir el grado de presión (de moderada a firme) que genera lecturas repetidas. Además, evite rasguños o fricción con la sondas sobre las superficies rugosas. Generalmente, las sondas de diámetro pequeño —a diferencia de aquellas de mayor diámetro—, requieren menos presión durante el acoplamiento para retirar el exceso de acoplante. En todos los modos, la inclinación de la sonda genera distorsión en los ecos y lecturas inexactas.
• Para medir la corrosión en tuberías y tubos de diámetro pequeño, sujete la sonda de modo que el material representando el límite acústico visible por la parte frontal de la sonda se encuentre alineado de forma perpendicular al eje central de la tubería, como se muestra a continuación.

Factores relacionados con el equipamiento

Si bien los factores de diseño del instrumento, como la frecuencia del muestreo digital, establecen también los límites de rango y precisión para un medidor ultrasónico, en última instancia, el rango y la precisión en una aplicación se determinan por la combinación del medidor, la sonda y la configuración, así como por otros factores relacionados con el material. Para obtener información sobre los materiales típicos y los rangos de espesor que pueden medirse con los medidores ultrasónicos, las sondas específicas y las apropiadas configuraciones, visite la Sección 9.0 de Apéndices: Tablas sobre el rango de las sondas.

Tenga en cuenta que los medidores de precisión que emplean sondas monoelemento suelen presentar una mayor e inherente precisión que los medidores de corrosión que utilizan sondas duales.

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