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En los ensayos por ultrasonidos convencionales se utilizan elementos de cristal piezoeléctrico o materiales compuestos. El efecto piezoeléctrico permite convertir los pulsos eléctricos en vibraciones mecánicas y viceversa. Aplicando un pulso eléctrico adecuado se obtienen vibraciones mecánicas del rango de frecuencia del ultrasonido (para la inspección de metales el rango habitual oscila entre 1 y 20 MHz). En los palpadores ultrasónicos se generan ondas longitudinales (ondas de presión/compresión) que, a través de un medio de inmersión o acoplante (agua, gel, aceite) se acoplan al material que se va a inspeccionar. En los cuerpos sólidos, además de las ondas longitudinales (la oscilación de las partículas tiene lugar en la misma dirección de propagación de la onda), también se generan ondas transversales (la oscilación de las partículas tiene lugar perpendicularmente a la dirección de propagación de la onda) y otro tipo de ondas como ondas superficiales, ondas de Rayleigh, ondas de Lamb (movimientos elípticos cerrados paralelos a la dirección de propagación de la onda).

Para realizar la evaluación, las ondas ultrasónicas que llegan al palpador se convierten en pulsos eléctricos. En función de la duración de recorrido del sonido y de su intensidad (presión acústica), las ondas ultrasónicas permiten obtener información sobre la presencia de discontinuidades, el estado del material y la geometría. Esto requiere un conocimiento exhaustivo de los factores que afectan a la onda ultrasónica y a su trayectoria por el material que se está analizando. Con ayuda de condiciones estandarizadas (establecidas en las normas sobre inspecciones e indicaciones para la realización de inspecciones), las evaluaciones de las señales permiten extraer conclusiones sobre si el objeto inspeccionado puede ser utilizado para un determinado fin. La evaluación del pulso eléctrico se realiza de dos modos:

  • Medición de la duración de recorrido
  • Medición de la amplitud y evaluación del umbral

Propagación del sonido / Comportamiento en las superficies límite

Cuando una onda ultrasónica incide con un cierto ángulo en una superficie con diferentes propiedades acústicas, la relación de la impedancia acústica entre ambos materiales determinará la porción reflejada y la porción transmitida (las amplitudes) de la presión acústica. El coeficiente de transmisión y de reflexión determina las condiciones de una transición de material (véase las ecuaciones 1 a, b).

Reflection coeffczint eq1a

(ecuación 1 a)

Transmission coefficient eq1b

(ecuación 1 b)

Donde Z1/2: Impedancia acústica en el material 1/2 R: Coeficiente de reflexión para la transición del ultrasonido del material 1 al material 2 T: Coeficiente de transmisión para la transición del ultrasonido del material 1 al material 2

La dirección de la onda transmitida y de la onda reflejada depende del ángulo de incidencia y de la relación entre las velocidades acústicas. La dirección de propagación de una onda ultrasónica suele representarse con su haz acústico. El haz principal conecta los frentes de onda de igual fase y máxima amplitud. Se sitúa en perpendicular a los frentes de onda e indica la dirección principal de propagación de una onda. En términos generales puede decirse que la velocidad acústica de las ondas longitudinales en un material siempre es superior a la velocidad acústica de las ondas transversales en el mismo material. Para

calcular la relación entre los ángulos de los haces acústicos de ondas ultrasónicas se aplica la ley de refracción de Snell (ecuación 2):

Snellius law eq2

(ecuación 2)

Grundlagen klBild1