ES2332983T3 - Dispositivo de ensayo para el ensayo por ultrasonido de material en barras. - Google Patents

Abstract

Dispositivo de ensayo para el ensayo por ultrasonido de material en barras, a) con un recipiente fijo (20) que forma un espacio interior (22) esencialmente cilíndrico, que tiene un diámetro mayor que el material en barras y que presenta un eje de cilindro (36), y b) con por lo menos un cabezal de ensayo por ultrasonido (34) que está unido al recipiente (20) y que tiene una superficie activa (38) que queda libremente accesible desde el espacio interior cilíndrico (22), caracterizado por una instalación para generar una camisa de agua rotativa, que presente una salida (42) y por lo menos una tobera (32) para una entrada de agua, está dispuesta esencialmente en dirección tangencial a una envolvente interior del espacio interior (22) y desemboca en éste y/o una rueda de paletas (54) dispuesta de forma giratoria alrededor del eje del cilindro (36), a la que le corresponde un accionamiento de giro (60).

Description

Dispositivo de ensayo para el ensayo por ultrasonido de material en barras.

La invención se refiere a un dispositivo de ensayo por ultrasonido conforme al preámbulo de la reivindicación 1, tal como se conoce por el documento EP 0 985 905 A1. En este dispositivo de ensayo ya conocido, la carcasa presenta una entrada y una salida selladas y está completamente lleno de un líquido de acoplamiento, por lo general agua. Las superficies sensoras de los cabezales de ensayo por ultrasonido están al descubierto y protegidos en unos nichos en los que desembocan unas toberas orientadas en dirección paralela al eje de la carcasa, a través de las cuales se alimenta el líquido de acoplamiento que mantiene las superficies de los sensores limpias de suciedad y de burbujas de
aire.

Otros dispositivos de ensayo conocidos se conocen también en realización diversa, donde aquí únicamente se remite a título de ejemplo al libro DE "Werkstoffprüfung mit Ultraschall" (Ensayo de Materiales por Ultrasonido), IV Edición, autores J. Krautkrämer y H. Krautkrämer.

Al efectuar el ensayo de material en barras se trata en especial del ensayo de defectos internos y del ensayo de defectos exteriores, pero también de la comprobación de las dimensiones. Para un ensayo por ultrasonido es sabido que hay que crear y mantener un tramo de agua entre el cabezal de ensayo por ultrasonido y la barra que se trata de someter a ensayo. Para esto se conocen diversas técnicas, por ejemplo el ensayo en técnica de inmersión, técnica de charcos o con un chorro de agua dirigido. También existen cámaras de agua cerradas con el paso continuo de la pieza que va a ser sometida a ensayo, que a menudo se designan como SPS. Una vez que la pieza que se trata de ensayar ha entrado en la cámara de agua cerrada, es la misma pieza que se trata de ensayar la que sella la entrada y la salida de la cámara. La cámara de agua se llena con agua para conseguir el acoplamiento entre el cabezal de ensayo y la pieza que se trata de ensayar. Para esto los cabezales de ensayo pueden estar dispuestos simétricamente en la periferia. El inconveniente de este método es el tiempo relativamente largo que se tarda hasta que la cámara está llena de agua, quedando extremos de barra que no se comprueban. Además las burbujas de aire en el agua de acoplamiento perturban el ensayo.

Además de esto se conocen también dispositivos del ensayo rotativos. Mediante la rotación de toda la cámara de ensayo, incluidos los cabezales de ensayo, se genera una envolvente de agua estacionaria. Debido a los sistemas de sellado dispuestos en los lados de entrada y de salida se obtiene una envolvente de agua esencialmente de forma tubular a través de la cual se pueden transportar las piezas a ensayar. Esta clase de técnica de ensayo tiene un elevado rendimiento para los ensayos, pero debido a la cámara de ensayo rotativa requiere también una complejidad mecánica grande.

Se entiende en lo sucesivo por material en barras cualquier clase de material alargado, en particular barras redondas de acero, barras de perfiles no redondos tales como por ejemplo barras cuadradas y hexagonales, material plano en forma de barras pero también tubos así como material laminado, perfiles extruidos.

La invención se ha planteado como objetivo describir un dispositivo para el ensayo por ultrasonido de material en barras que presente las ventajas del ensayo rotativo antes citado y que mejore el dispositivo de ensayo de la clase antes citada por el hecho de que las burbujas de aire molestas tengan menor influencia en el resultado de la medición.

Este objetivo se resuelve mediante un dispositivo de ensayo para el ensayo por ultrasonido que presenta las características de la reivindicación 1.

A través de las toberas dispuestas esencialmente de modo tangencial y que desembocan en el espacio interior del recipiente, se introduce agua. Debido a esta acometida y del movimiento rotativo del agua resultante se produce una camisa de agua esencialmente de forma tubular. Las burbujas de aire molestas no permanecen estacionarias sino que son arrastradas y por lo tanto son irrelevantes para el ensayo. No se realiza ninguna rotación del recipiente sino que el recipiente está más bien estacionario. Sin embargo gira la camisa de agua que se encuentra dentro del recipiente. Debido a la rotación de la camisa de agua ésta es estable e inmediatamente después de introducirse una pieza para ensayar en forma de barra se puede realizar el ensayo.

La camisa de agua rotativa también se puede generar por una rueda de paletas. Se entiende por rueda de paletas cualquier disposición de paletas dispuestas en dirección más o menos radial que estén en condiciones de mover el agua dentro del recipiente de tal modo que se consiga la camisa de agua rotativa. La rueda de paletas está dispuesta preferentemente en los lados frontales. Se puede intercambiar con los lados frontales. Las ruedas de paletas se encuentran preferentemente fuera del recorrido de ultrasonido del por lo menos un cabezal de ensayo por ultrasonido. Pero también existe la posibilidad de que los cabezales de ensayo por ultrasonido radien a través de la zona de movimiento de las paletas de una rueda de paletas. Entonces se ajustan de tal modo con el movimiento de la rueda de paletas que solamente se efectúa una medición cuando no haya ninguna rueda de paletas en el recorrido del ultrasonido.

El recipiente puede tener una construcción muy corta. Los extremos que quedan sin ensayar son pequeños. Pero también existe la posibilidad de efectuar en el recipiente el ensayo de los extremos si una zona extrema de una barra que se trata de ensayar se encuentra dentro del espacio interior.

En el recipiente está dispuesto por lo menos un cabezal de ensayo por ultrasonido, pero preferentemente está prevista una gran cantidad de cabezales de ensayo. Pueden estar dispuestos en cualquier posición en el perímetro. También se pueden utilizar grupos de cabezales de ensayo (CLUSTER) o grupos radiantes (Arrays). Pueden tener orientación radial, pero también pueden estar dispuestos con cualquier orientación angular oblicua dentro de los posibles ángulos de irradiación sónica, por ejemplo en el plano radial oblicuo o en un ángulo distinto a 90º respecto al eje del cilindro.

Los cabezales de ensayo por ultrasonido tienen una superficie activa que está formada preferentemente por un cuerpo anterior de un material adecuado de cuerpo sólido. Este cuerpo anterior puede estar conformado de tal modo que efectúe un cierre al ras con la envolvente interior del recipiente, es decir que no perturbe la circulación del agua dentro del recipiente de forma tubular.

Las piezas que se trata de ensayar se hacen pasar, a través del espacio interior en dirección esencialmente concéntrica con el eje del cilindro. Pero también existe la posibilidad de ensayar barras o perfiles fijos, al disponer el recipiente a base de dos semi-casquetes que se han de unir en un plano axial que se colocan alrededor de una barra fija, por ejemplo de una tubería, y se pueden desplazar axialmente para realizar el ensayo.

Para el material en barras se han previsto elementos de guiado en las dos superficies frontales del recipiente de forma tubular, diseñados para conducir la barra que se trata de ensayar de tal modo que la barra que se trata de ensayar esté situada esencialmente en posición concéntrica con el eje del cilindro. Preferentemente hay medios de sellado adecuados para que sea escaso el escape de agua en la zona de las superficies frontales. Pero el escape de agua también puede tener lugar de modo consciente en la zona de las superficies frontales, con lo cual por una parte las juntas resultan muy sencillas o incluso se puede prescindir de ellas, y por otra parte no se necesita una salida independiente. Pero también puede estar prevista una salida independiente que esté realizada de acuerdo con la por lo menos una tobera de entrada de agua y que deje volver a salir tangencialmente el agua, concretamente en la dirección periférica.

Para el sellado en la zona de los lados frontales se han acreditado especialmente unos anillos terminales intercambiables que se pueden fijar de modo sencillo y liberable en los dos lados frontales del recipiente. Existen en diversas formas de realización, es decir con orificios centrales diferentes, siempre adaptados al material de barras que se trata de ensayar, concretamente a su perfil.

En la zona de los lados frontales donde están dispuestos los anillos terminales puede haber una salida de agua, eventualmente incluso intencionada. Debajo de los lados frontales se disponen por este motivo unas cubetas de recogida de agua que recogen el agua que sale.

Otras ventajas y características de la invención se deducen de las restantes reivindicaciones así como de la siguiente descripción de unos ejemplos de realización de la invención que no deben entenderse de forma limitadora, que ahora se explicarán con mayor detalle haciendo referencia al dibujo. En el dibujo muestran:

Fig. 1: un dispositivo de ensayo conforme a la invención en una sección longitudinal axial y con una barra redonda que se trata de ensayar,

Fig. 2: una sección a través del dispositivo conforme a la Fig. 1, de acuerdo con la línea de sección II-II,

Fig. 3: una representación como imagen de sección axial de un dispositivo de ensayo con una envolvente interior cónica,

Fig. 4: una vista lateral axial de un dispositivo de ensayo abatible,

Fig. 5: una vista lateral axial de un casquillo guía compuesto por dos piezas parciales en forma de semi-anillo,

Fig. 6: otra realización de un dispositivo de ensayo en una representación conforme a la Fig. 1, con una barra cuadrada que se trata de ensayar, y

Fig. 7: una sección semejante a la representación de la Fig. 2 para una realización semejante a la Fig. 6.

La Fig. 1 muestra un dispositivo de ensayo para el ensayo por ultrasonido del material en barras, conforme a la invención. El dispositivo tiene un contenedor 20 de forma tubular que tiene un espacio interior 22 esencialmente cilíndrico. Presenta además dos lados frontales 24 que están cerrados cada uno por sendos casquillos guía 26 de forma anular, de tal modo que quede libre un orificio de paso para el material en barras que se trata de ensayar.

En la realización según las Fig. 1 y Fig. 2, está previsto como material en barras para ensayar una barra 28 en forma de barra redonda, dispuesta asentando de forma ajustada en los medios de sellado de los dos casquillos guía 26 y que pasa a través de estos casquillos guía. Se puede transportar en la dirección de la flecha 30.

En el espacio interior 22 desemboca una tobera 32 para una entrada de agua. Decalada a 180º con ésta está prevista otra tobera de igual dirección tal como muestra la Fig. 2. Estas toberas 32 están dispuestas tangencialmente respecto a la envolvente interior de modo que introducen el agua esencialmente en dirección tangencial. De este modo se forma una camisa de agua rotativa de forma tubular tal como se puede ver por la Fig. 2. Ésta rodea la barra 28 que se trata de ensayar, en el sentido de las flechas 31.

Para el ensayo por ultrasonido propiamente dicho hay dispuestos en el recipiente 20 tres cabezales de ensayo 34, que aquí sólo se indican a título de ejemplo para los posibles cabezales de ensayo. Un cabezal de ensayo irradia a lo largo de una dirección radial y otro en un ángulo respecto al eje longitudinal 36, y un tercero sobre un plano radial pero que no pasa a través del centro, es decir no a través del eje longitudinal 36. Los cabezales de ensayo por ultrasonido 34 presentan cada uno una superficie activa 38 que penetra en el espacio interior y que transcurre lo más al ras y con igual forma que la envolvente interior. Para ello el cabezal de ensayo angular 38 tiene un cuerpo anterior esencialmente en forma de cuña.

Los cabezales de ensayo están realizados para un régimen de funcionamiento de impulsos-ecos, así como el sistema electrónico de ensayo correspondiente que aquí no está representado con mayor detalle, que es de por sí conocido y corresponde al estado de la técnica. Sin embargo caben también otros procedimientos de ensayo. A este respecto se remite al libro citado inicialmente.

En el ejemplo de realización según las Fig. 1 y 2, el agua empleada para el acoplamiento sale por la zona de los casquillos guía 26, especialmente entre los casquillos guía 56 y la barra 28, y se recoge en la cubeta de recogida de donde se evacua.

El espesor radial de la camisa de agua entre la barra 28 y la envolvente interior 22 es como mínimo de 5 mm, y preferentemente está en algunos centímetros. La velocidad de flujo en dirección periférica se elige de tal modo que toda clase de burbujas son arrastradas, y en cualquier caso no se pueden depositar en ningún punto.

Los cabezales de ensayo 34 pueden estar dispuestos en el recipiente 20 con simetría periférica. La disposición es independiente del diseño del dispositivo de ensayo, y se puede adaptar a las respectivas necesidades de ensayo.

El recipiente 20 se puede realizar bastante corto, siendo suficiente una longitud axial que baste para alojar todos los cabezales de ensayo para el respectivo objeto de ensayo.

La disposición mecánica del dispositivo de ensayo es muy sencilla, no hay partes rotativas, lo único que gira es la camisa de agua.

En la Fig. 3 está representado un recipiente 20 que tiene un espacio interior 22 ligeramente cónico. En este caso se introduce el agua a través de una tobera 32. Ésta está situada en la zona de mayor diámetro. El agua abandona el espacio interior 22 también en una tobera de salida 42 realizada de forma similar y dispuesta en la misma dirección. Con independencia de esto están previstos en la envolvente interior 22 unos nervios dispuestos helicoidalmente que presentan una escasa altura de por ejemplo 5 a 10 mm, en forma de chapas deflectoras 44 que transcurren en forma de línea helicoidales. Mediante éstos se conduce la camisa de agua en forma de línea helicoidal desde la entrada hacia la salida.

La Fig. 4 muestra un recipiente que está dividido por un plano que transcurre a través de su eje longitudinal 36 formando dos semi-casquetes, unidos entre sí por un eje de articulación que transcurre paralelo al eje longitudinal 36, de tal modo que se puedan abatir cerrándolos formando un recipiente conforme a las Fig. 1 y 2. En los dos semi-casquetes 50, 52 están previstos los correspondientes medios de junta. Este recipiente 20 se puede utilizar con los correspondientes casquillos guía 26 para el ensayo de barras 28 estacionarias, es decir que ya se encuentren en una instalación, por ejemplo tuberías en instalaciones químicas o en centrales nucleares.

Las flechas 48 muestran cómo se pueden abatir los dos semi-casquetes 50, 52 para formar un recipiente cerrado.

Por último está representado en la Fig. 5 un casquillo guía 26 que en este caso está compuesto por dos segmentos. De este modo se puede colocar el casquillo guía 26 sobre barras sin tener que ensartar su extremo o se puede colocar sobre barras fijas instaladas, tal como se acaba de describir para la realización según la Fig. 4.

Para el sellado respecto a las barras 28 se han previsto en los casquillos guía 26 unas juntas 43, véase la Fig. 3. Los casquillos guía 26 se pueden colocar en alojamientos adecuados o rebajes en las caras frontales 24 del recipiente 20, bien ajustados y fácilmente liberables.

Como casquillos guía 26 han resultado convenientes también los que llevan orificios regulables, por ejemplo mediante un diafragma, tal como se conocen de las cámaras fotográficas. En particular cuando se trata de piezas redondas a ensayar es ventajoso girar la pieza objeto de ensayo durante su transporte a través del dispositivo de ensayo. De este modo se puede mejorar la resolución local. Un dispositivo de giro ataca en la pieza a ensayar y la gira respecto al dispositivo de ensayo. También existe la posibilidad de bascular el dispositivo de ensayo en uno y otro sentido, por ejemplo girándola un ángulo de 360º en uno y otro sentido alrededor del eje longitudinal 30. El dispositivo de ensayo conforme a la invención es adecuado para esta clase de aplicaciones en las que se desee investigar con mayor detalle un defecto o desviación que se haya encontrado durante el paso de ensayo normal, desplazando la pieza a ensayar en uno y otro sentido o girándola de modo que la pieza a ensayar y/o el dispositivo de ensayo se muevan alrededor del lugar del defecto encontrado mediante un ciclo de ensayo especial, pudiendo de este modo determinar mejor el defecto y medirlo detalladamente.

En la realización según las Fig. 6 y 7, el agua (u otro líquido) que se encuentra en el espacio cilíndrico interior 22 del recipiente 20 de forma tubular se hace girar mediante dos ruedas de paletas 54 de acuerdo con las flechas 31 (Fig. 7). Las ruedas de paleta 54 están dispuestas en las caras frontales y se pueden sustituir con éstas. Para ello están previstos unos cojinetes 56 en los que se alojan de forma giratoria las ruedas de paletas 54. L as ruedas de paletas 54 presentan una serie de paletas individuales 58 situadas esencialmente sobre un plano diametral. Entre las distintas paletas 58 hay mucho espacio libre, de modo que la medición por ultrasonido puede efectuarse entre dos paletas 58, si las ruedas de paletas 58 no se encuentran, tal como está representado por ejemplo en la Fig. 6, totalmente fuera de la zona de movimiento de las ruedas de paletas 54.

Las ruedas de paletas 54 son accionadas por un motor 60 dispuesto en el exterior. Para ello el eje del motor atraviesa la parte lateral y termina en un piñón. El piñón engrana en una corona dentada unida a la rueda de paletas 54. Caben también otras posibilidades de accionamiento para la rueda de paletas 54. También existe la posibilidad de disponer o apoyar las rueda de paletas en la carcasa 20. Las paletas representadas 58 están unidas a un disco anular del que sobresalen en dirección axial, en sentido opuesto al cojinete 56. El motor 60 también puede estar dispuesto en el interior de la carcasa. Se prevé un número tal de paletas 58 y de ruedas de paletas 54, necesario para que se forme la camisa de agua deseada.

En la Fig. 6 está representado el ensayo de una parte final de una barra 28 que en este caso tiene una sección esencialmente cuadrada (véase la Fig. 7). La cara frontal derecha está cerrada. También puede estar dotada de un paso para la barra 28 igual que la cara frontal izquierda.

Existe la posibilidad de combinar el movimiento del agua por una parte mediante la entrada tangencial del agua (véanse las Fig.1 y 2) y por otra parte mediante el accionamiento por medio de una rueda de paletas 54.

Claims (9)

1. Dispositivo de ensayo para el ensayo por ultrasonido de material en barras, a) con un recipiente fijo (20) que forma un espacio interior (22) esencialmente cilíndrico, que tiene un diámetro mayor que el material en barras y que presenta un eje de cilindro (36), y b) con por lo menos un cabezal de ensayo por ultrasonido (34) que está unido al recipiente (20) y que tiene una superficie activa (38) que queda libremente accesible desde el espacio interior cilíndrico (22), caracterizado por una instalación para generar una camisa de agua rotativa, que presente una salida (42) y por lo menos una tobera (32) para una entrada de agua, está dispuesta esencialmente en dirección tangencial a una envolvente interior del espacio interior (22) y desemboca en éste y/o una rueda de paletas (54) dispuesta de forma giratoria alrededor del eje del cilindro (36), a la que le corresponde un accionamiento de giro (60).

2. Dispositivo de ensayo según la reivindicación 1, caracterizado porque el por lo menos un cabezal de ensayo (34) está dispuesto de tal modo que su superficie activa (38) queda al ras con la envolvente interior (22) del recipiente (20).

3. Dispositivo de ensayo según la reivindicación 1, caracterizado porque está previsto un material guía para el material en barras, diseñado para guiar esencialmente en dirección concéntrica al eje del cilindro (36) una barra (28) que se trata de ensayar.

4. Dispositivo de ensayo según la reivindicación 1, caracterizado porque están previstos unos anillos terminales que pueden fijarse de modo intercambiable en las dos caras frontales (24) del recipiente (20) y que presentan un orificio adaptado al material en barras que se trata de ensayar.

5. Dispositivo de ensayo según la reivindicación 1, caracterizado porque está prevista una cubeta de recogida de agua (40) situada debajo de por lo menos uno de los lados frontales (24) del recipiente (20), que recoge el agua que sale de esta cara frontal (24).

6. Dispositivo de ensayo según la reivindicación 1, caracterizado porque la salida (42) está prevista en el recipiente (20), y porque la salida (42) está situada esencialmente de forma tangencial respecto a la envolvente interior (22) y en sentido contrario a la por lo menos una tobera (32) para la entrada de agua.

7. Dispositivo de ensayo según la reivindicación 1, caracterizado porque en la envolvente interior (22) están previstas unas chapas deflectoras (44) que transcurren con un trazado helicoidal.

8. Dispositivo de ensayo según la reivindicación 1, caracterizado porque la envolvente interior (22) se estrecha desde un extremo frontal (24) al otro extremo frontal (24), especialmente de forma cónica.

9. Dispositivo de ensayo según la reivindicación 1, caracterizado porque la salida (42) está prevista en el recipiente (20) o en la zona de las superficies frontales.