PROCEDIMIENTO DE EXAMEN NO DESTRUCTIVO DE UNA PROBETA QUE PRESENTA AL MENOS UNA ZONA MATERIAL ACÚSTICAMENTE ANISÓTROPA.

Procedimiento de examen no destructivo de una probeta que presenta al menos una zona de material acústicamente anisótropa. Campo técnico La invención se refiere a un procedimiento de examen no destructivo, por medio de ultrasonidos, de una probeta que presenta al menos una zona de material acústicamente anisótropa. Estado de la técnica Se conocen suficientemente procedimientos de ensayo no destructivo por ultrasonidos en probetas que consisten en materiales macizos acústicamente anisótropos y que se realizan para fines de comprobación de defectos, es decir, para la localización de fisuras, inhomogeneidades del material, etc. Condición previa para una utilización satisfactoria de tales procedimientos de ensayo es el requisito de una propagación lo más uniforme y rectilínea posible de ondas ultrasónicas acopladas dentro de una respectiva probeta. Para lograr esto, el material del que se compone una respectiva probeta deberá disponer de propiedades acústicamente constantes en todo el volumen a probar, y así, por ejemplo, deberá presentar una distribución de densidad isótropa y propiedades elásticas isótropas. En cumplimiento de esta condición previa, estos procedimientos de ensayo hacen posibles una detección fiable de defectos, una localización espacial exacta de los defectos y, en último término, también la realización de una imagen de los defectos por medio de procedimientos adecuados de evaluación de señales ultrasónicas, con cuya ayuda se pueden reconocer la forma y el tamaño del sitio defectuoso. En representación de un gran número de tales sistemas de ensayo por ultrasonidos cabe remitirse al documento DE 33 46 534 A1, del cual se desprende un dispositivo de representación de imágenes de ultrasonidos que prevé una cabeza de ensayo radiadora de ultrasonidos por grupos que comprende una matriz lineal de elementos transductores ultrasónicos individuales que se activan individualmente o por grupos bajo propagación en la dirección de exploración con una frecuencia de exploración prefijada. La calidad de la reconstrucción de imágenes de defectos, que determinan en último término también las manifestaciones cuantitativas respecto a clase del defecto, posición del defecto y tamaño del defecto, depende de un gran número de parámetros que determinan el acoplamiento de ultrasonidos con la probeta, la detección de ondas ultrasónicas y técnicas de reconstrucción que evalúan las señales ultrasónicas recibidas. Los materiales accesibles a la técnica actual de ensayo por ultrasonidos, con velocidades de propagación de ondas acústicas que son independientes de su dirección de propagación, se denominan materiales acústicamente isótropos. Sin embargo, las velocidades del sonido de las ondas ultrasónicas acopladas con materiales dependen de sus respectivas direcciones de propagación, y así estos materiales se denominan anisótropos. Un material anisótropo natural conocido es, por ejemplo, la madera, la cual, si acaso, solo con restricciones puede ser inspeccionada en búsqueda de defectos del material por medio de técnicas corrientes de ensayo por ultrasonidos. Otros materiales anisótropos están representados, por ejemplo, por materiales compuestos fibrosos o materiales estratificados que se emplean preferiblemente en modernas estructuras de construcción ligera. El motivo de la insatisfactoria capacidad de ensayo de tales materiales anisótropos reside en la naturaleza estructuralmente dependiente de la propagación de ondas ultrasónicas con velocidades del sonido dependientes del lugar y dependientes de la densidad del material. A esto se añade que, a diferencia de lo que ocurre en materiales isótropos, en los que únicamente pueden presentarse dos clases de modos de vibración de ondas volumétricas, a saber, modos longitudinales y transversales, en los materiales anisótropos hay que contar con tres modos de propagación, sobre todo porque ya pueden existir dos modos transversales ortogonales. En materiales isótropos es siempre paralela la vibración del modo longitudinal, mientras que la del modo transversal se orienta siempre perpendicularmente a la dirección de propagación. Por el contrario, en materiales anisótropos existen las llamadas ondas cuasilongitudinales y cuasitransversales, cuyas desviaciones de polarización, incluso con pequeñas diferencias de velocidad del sonido, pueden ocasionar ya considerables efectos en la reconstrucción de la imagen de defectos. Sin embargo, el examen de probetas que consisten en diferentes materiales acústicamente isótropos, por ejemplo probetas ensambladas en forma de capas, no es tampoco capaz, con los procedimientos de ensayo actualmente conocidos, de garantizar una localización espacial exacta del defecto dentro de la probeta, sobre todo porque las ondas ultrasónicas se refractan a lo largo de su dirección de propagación en las superficies límites de capas de material aplicadas una a otra. Ya en el ensayo por ultrasonidos según la técnica de inmersión se presentan en principio tales efectos de refracción provocados en superficies límite entre, por ejemplo, agua y acero, con lo que se restringe considerablemente en parte la localización de defectos anteriormente descrita, sobre todo porque los propios fenómenos de refracción o de difracción en capas límite entre dos materiales por lo demás isótropos hace casi imposible una localización de defectos. Motivos de ello son la falta de conocimiento del camino de propagación del sonido, que ya no puede suponerse como rectilíneo, y, por tanto, también la falta de conocimiento de la velocidad efectiva del sonido. La propia detección de defectos puede ser deficiente empleando un número limitado de ángulos de incidencia del sonido, sobre todo porque el sonido no puede alcanzar el lugar del defecto debido a efectos de difracción. Por este motivo, los materiales estructurales relevantes para la seguridad se ensayan con un 2 E06841108 11-01-2012   número lo más grande posible de ángulos de incidencia del sonido, utilizándose para ello la llamada técnica de radiadores por grupos tal como ésta puede deducirse del documento DE 33 46 534 A1 anteriormente citado. Para obtener una impresión cuantitativa de la influencia de materiales acústicamente anisótropos sobre la relación real de propagación de ondas ultrasónicas cabe remitirse al resultado de ensayo representado en la figura 1a, que ha sido obtenido por medio de una cabeza de ensayo US radiadora de ultrasonidos por grupos en una probeta PK constituida por un material compuesto de fibras de carbono, según la situación de ensayo esbozada en la figura 3. La probeta PK examinada por medio de la cabeza de ensayo US radiadora de ondas ultrasónicas por grupos consiste en una probeta PK que dispone de una superficie plana PKO y está constituida por un material compuesto de fibras de carbono, con una orientación de las fibras inclinada en 15º con respecto a la superficie PKO de la probeta. La velocidad del sonido en la dirección de las fibras es aproximadamente tres veces mayor que la velocidad en la dirección de propagación perpendicular a ésta. Asimismo, dentro de la probeta PK se ha producido un sitio defectuoso FS incorporado como reflector modelo que se encuentra inmediatamente debajo del radiador US de ondas ultrasónicas por grupos que descansa sobre la superficie PK de la probeta. En la figura 1a se representa una imagen sectorial bidimensional de un radiador US de ultrasonidos por grupos hecho funcionar de manera convencional, es decir que los transductores ultrasónicos sirven conjuntamente como emisores de ondas ultrasónicas y son capaces de detectar las ondas ultrasónicas reflejadas dentro de la probeta. Con ayuda de la imagen sectorial representada en la figura 1a se puede deducir que el lugar de acoplamiento del sonido, es decir el lugar de ubicación de la cabeza de ensayo radiadora de ultrasonidos por grupos, está dispuesto en el centro del eje de abscisas del sistema de coordenadas representado. Las señales de recepción que se presentan en la zona del acoplamiento del sonido provienen de efectos de acoplamiento cercanos a la superficie de la probeta, pero no representan ellos mismos ningún defecto dentro de la probeta. Las señales de reflexión distanciadas del sitio de acoplamiento y dispuestas en forma de semicírculo representan eventos de reflexión en la pared posterior de la probeta que aparecen bajo casi todos los ángulos de incidencia del sonido. Gracias a la situación de medida prefijada por la probeta respecto de la posición del sitio de defecto artificialmente incorporado en la probeta, se tiene que, en el caso de una probeta consistente en un material isótropo, el lugar del reflector tendría que estar situado exactamente por debajo del punto reconocible de entrada del sonido. Sin embargo, en la imagen sectorial según la figura 1a no se obtiene... [Seguir leyendo]

1. Procedimiento de examen no destructivo, por medio de ultrasonidos, de una probeta que presenta al menos una zona de material acústicamente anisótropa, con los pasos de procedimientos siguientes: - determinación o habilitación de propiedades de propagación del sonido que describen en la zona del material acústicamente anisótropa y que son específicas de la dirección mediante el cálculo de al menos una matriz de rigidez que describe la zona de material acústicamente anisótropa o por medio de una medición experimental de la velocidad del sonido en función de su dirección, - acoplamiento de ondas ultrasónicas con la zona del material acústicamente anisótropa de la probeta y recepción de ondas ultrasónicas reflejadas en el interior de la probeta con un gran número de transductores ultrasónicos, de la manera siguiente: a) previsión de n transductores ultrasónicos en una superficie de la probeta, b) selección y activación de un primer grupo de i transductores ultrasónicos de los n transductores ultrasónicos para emitir ondas ultrasónicas hacia la probeta, con i < n, en donde la activación de los i transductores ultrasónicos pertenecientes a un grupo se realiza en forma modulada, es decir que cada transductor ultrasónico individual es activado con una modulación diferenciable, de modo que se detectan específicamente según el emisor las ondas ultrasónicas acopladas con la probeta, c) recepción de las ondas ultrasónicas reflejadas en el interior de la probeta con m transductores ultrasónicos, con i < m n, y generación de m señales ultrasónicas, d) almacenamiento de las m señales ultrasónicas, e) selección y activación de otro grupo de i transductores ultrasónicos que se diferencia del primer grupo por al menos un transductor ultrasónico, para emitir ondas ultrasónicas, y realizar los pasos c) y d) del procedimiento, f) realización repetida del paso e) del procedimiento con la respectiva selección de un grupo adicional de i transductores ultrasónicos, a condición de que el grupo adicional de i transductores ultrasónicos se diferencie de un grupo ya seleccionado de i transductores ultrasónicos, y - evaluación de señales ultrasónicas generadas por medio de la pluralidad de transductores ultrasónicos de tal manera que la evaluación se efectúe selectivamente según la dirección en base a las propiedades de propagación del sonido específicas según su dirección para que la evaluación de las señales ultrasónicas se realice con un algoritmo de reconstrucción después de la travesía acústica de la probeta con ultrasonidos, y para que el algoritmo de reconstrucción se seleccione con la condición de un ángulo de incidencia de sonido y/o un corte y/o una zona 3D virtualmente prefijables con un enfoque virtual de las ondas ultrasónicas acopladas con la probeta y dicho algoritmo se aplique a las señales ultrasónicas almacenadas. 2. Procedimiento según la reivindicación 1, caracterizado porque la previsión de n transductores ultrasónicos se efectúa en una disposición de forma de matriz unidimensional, bidimensional o tridimensional. 3. Procedimiento según la reivindicación 1 ó 2, caracterizado porque la activación de todos los i transductores ultrasónicos pertenecientes a un grupo se efectúa al mismo tiempo, es decir, sin desplazamiento de fase. 4. Procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 3, caracterizado porque la selección de los i transductores ultrasónicos pertenecientes a un grupo se realiza de tal manera que los transductores ultrasónicos directamente contiguos sean seleccionados según una matriz lineal o una matriz superficial. 5. Procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 4, caracterizado porque se elige n 16. 6. Procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 5, caracterizado porque se utilizan transductores ultrasónicos que se basan en un principio operativo electromagnético, óptico y/o mecánico, basándose especialmente en el principio del transductor piezoeléctrico. 7. Procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 6, caracterizado porque la evaluación de las señales ultrasónicas se realiza por medio de una adaptación de fase de las ondas ultrasónicas recibidas por los m transductores ultrasónicos de tal manera que los tiempos de propagación de los ultrasonidos desde cada transductor ultrasónico que sirve de emisor hasta cualquier punto del espacio de una zona de la probeta a reconstruir y de retorno a cualquier transductor ultrasónico que sirve de receptor se determinen por vía analítica teniendo en cuenta las propiedades anisótropas del material o las constantes elásticas de dicho material. 8. Procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 7, caracterizado porque la generación y almacenamiento de cada una de las m señales ultrasónicas se efectúa por medio de una conversión analógica- 8 E06841108 11-01-2012   digital, en la que las señales ultrasónicas analógicas de los m transductores ultrasónicos son convertidas en señales digitales y almacenadas en forma serie. 9. Procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 8, caracterizado porque la recepción de las ondas ultrasónicas reflejadas en el interior de la probeta se realiza con todos los transductores ultrasónicos previstos en la superficie de la probeta, es decir que m = n. 10. Procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 9, caracterizado porque la probeta consiste completamente en un material acústicamente anisótropo. 9 E06841108 11-01-2012   E06841108 11-01-2012   11 E06841108 11-01-2012