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Tesis

Estudio e implementación de técnicas de difracción ultrasónica para el dimensionamiento de discontinuidades en componentes de alto compromiso tecnológico

2002



Título Estudio e implementación de técnicas de difracción ultrasónica para el dimensionamiento de discontinuidades en componentes de alto compromiso tecnológico
Nombre Chaverri Quirós, Oscar
Ingeniero Metalúrgico Instituto Tecnológico de Costa Rica Costa Rica
Magister en Ciencia y Tecnología de Materiales UNSAM
Directores Ing. Katchadjian Pablo. CNEA
Ing. Desimone Carlos A..
. CNEA Centro Atómico Constituyentes
Fecha Defensa 15/03/2002
Jurado

Código Código IT IT/T--72/02

Resumen

Los ensayos no destructivos (END) en la actualidad cumplen una función de suma importancia dentro de la industria nuclear, aerospacial y en todas aquellas cuyos componentes poseen un alto compromiso tecnológico. El objetivo principal de estos ensayos es la detección y caracterización de discontinuidades empleando para ello diferentes técnicas. Una de las más utilizadas es el ultrasonido ya que los resultados son inmediatos y permite almacenar los datos de las inspecciones para su posterior análisis. Gracias a la implementación de nuevas técnicas ultrasónicas como la de difracción, se ha logrado obtener información importante de las discontinuidades como por ejemplo su posición, tamaño y orientación. El hecho de conocer el tamaño de una fisura proporciona un dato de mucho valor para la mecánica de la fractura ya que con éste se puede estimar con mucha precisión, la vida útil de los componentes en servicio. Esto permite a su vez hacer un seguimiento de la propagación de fisuras presentes en los materiales sometidos a cargas cíclicas (fatiga), o bien, provocadas por otros agentes externos. En este trabajo se estudiarán las fisuras provocadas por fatiga además de las ranuras obtenidas mediante electroerosión tanto en bloques de acero como de aluminio. La técnica de difracción consiste en estudiar aquellas señales ultrasónicas cuyo origen se encuentra en los bordes de las discontinuidades. En un inicio se estudian las señales causadas por ranuras de aproximadamente 0.3 mm de apertura y de diferentes profundidades tanto en el acero como en el aluminio y posteriormente se procede a analizar fisuras reales provocadas mediante fatiga. En todos los casos se emplea un equipo digital de ultrasonido así como transductores monocristal de 4 MHz con diferentes ángulos de incidencia (45 grados, 60 grados y 70 grados). Además, las técnicas empleadas en todos los casos son la de pulso-eco y la de transmisión por reflexión, donde la representación de las señales es del tipo A. *Las ranuras hechas por electroerosión que sirven como patrón de calibración, se encuentran orientadas con ángulos de 20, 40, 60, 80 y 90 grados respecto de la superficie a partir de la cual se extienden. Esto se hace con el objetivo de observar el comportamiento de cada señal difractada y empleando tres técnicas de adquisición de datos que conoceremos con las letras A (basada en la medición de ecos de difracción y de reflexión), B (basada únicamente en la medición de señales de difracción al realizar pequeños movimientos del palpador) y C (comunmente conocida con el nombre de tandem) se podrá determinar cuál de ellas es la mejor para cada uno de los casos citados. También con la ayuda de ciertas herramientas de la estadística se observará si los datos entre una y otra técnica pueden variar significativamente. Por último, toda la información recopilada servirá para la implementación de estas técnicas, en los diferentes trabajos de inpección que lleve a cabo el departamento de ensayos no destrutivos y estructurales, en componentes de alto compromiso tecnológico, que posean una geometría sencilla.

Complete Title

Abstract

The Non-Destructive Testing (NDT) fulfill at the present time a function of supreme importance inside the nuclear, aerospace industry and in all those whose components own a high technological liability. The main objective of these trials is the detection and characterization of discontinuities using for it different techniques. On of those most used ones had been the ultrasonic test because the results are instantaneous and it allows to store the data of the inspectios for their posterior analysis. Thanks to the implementation of new ultrasonic techniques ad the diffraction, it has been possible to obtain important information of the discontinuities like for example their position, size and orientation. The fact of knowing the crack s size provides important information for the fractomechanics because with this it can be considered with much precision, the useful life of the components in service. This allows to make a pursuit of the propagation of cracks in materials subjected to recurrent loads (fatigue), or caused by other external agents. In this work the cracks thatwill be studied are the fatigue ones besides grooves obtained by means of electroerosion in steel and aluminum blocks. The diffraction technique consists on measuring the ultrasonic signals whose origin is in the borders of the disconinuities. First, the indications studiewd are caused by grooves of approximately 0.3 mm of width and different deep extensions in steel and aluminum, later real siffures caused by means of fatigue are studied. In all the cases a digital ultrasonic equipment is used, as well as monocrystal transdducers of 4 MHz of different incidence angles (45, 60 and 70 degrees). Also, the used techniques in all the cases are pulse-echo and transmission by reflection, the representation that will be use is the A type. The grooves made by electroerotion that serve as calibration pattern, are oriented in angles of 20, 40, 60, 80 and 90 degrees with regard to surface from it extends. This is made with the objective of observing the behavior of each diffraction signal and using three techniques of data acquisition that we will know as A (based on diffraction and reflection signals), B (based on diffraction signals and little transducers movements) and C (known as tandem technique) we will determine which is the best for each of the mentioned cases. Also with the help of certain tools of the statistics it will be observed if the data between one and another technique van vary significantly. Finally, all the gathered information will be good for the implementation of these techniques in the different inspection works that it carries out the department of NDT, in components of high technological liability with simple geometry.

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