MX2012006840A - Metodo para inspeccion de uniones de piezas de trabajo metalicas con masas de plastico respecto a cavidades por medio de ultrasonido. - Google Patents

Abstract

La invención se relaciona con un método para la inspección de uniones de piezas de trabajo metálicas con masas de plástico en cuanto a cavidades por medio de ultrasonido en que se dispone la masa de plástico entre la pieza de trabajo como capa intermedia o se une con la pieza de trabajo en un lado, y la cavidad se ubica dentro de la masa de plástico, estando conectada la cavidad con la pieza de trabajo por medio de una capa de plástico o película de plástico remanente, y exponiéndose la masa de plástico a señales de ultrasonido de determinada frecuencia de inspección y longitud de pulso desde el lado metálico de la pieza de trabajo por medio de al menos una cabeza de inspección por ultrasonido; se detectan en particular las señales de ultrasonido reflectadas por defectos presentes en la masa de plástico por la misma o por otra cabeza de inspección por ultrasonido y se convierten en señales eléctricas que pueden ser evaluadas y sometidas a análisis de valor de umbral. La frecuencia de inspección de las señales de ultrasonido se ajusta a un rango de 1 a 10 MHz de modo que la amortiguación del sonido después de pasar a través de la película de plástico sea mínima.

Description

METODO PARA INSPECCION DE UNIONES DE PIEZAS DE TRABAJO METALICAS CON MASAS DE PLASTICO RESPECTO A CAVIDADES POR MEDIO DE ULTRASONIDO DESCRIPCION DE LA INVENCION La presente invención se relaciona con un método para la inspección de uniones de piezas de trabajo metálicas con masas de plástico respecto a cavidades por medio de ultrasonido según el concepto general de la reivindicación 1.

Por masas de plástico se entiende en lo que sigue cualquier tipo de materias sintéticas que encuentran uso e. g. como pegamento para pegar entre si piezas de trabajo metálicas, como agente de obturación o como material de recubrimiento para piezas de trabajo metálicas. Estos materiales se usan por ejemplo para la producción de juntas pegadas en chapas o tubos o para recubrir a estos.

En el recubrimiento de piezas de trabajo como, por ejemplo, chapas o tubos con un plástico pueden surgir lugares defectuosos durante la aplicación que se forman e. g. como cavidades (burbujas de aire) en el recubrimiento o como unión no adherente en el lugar de contacto entre el recubrimiento y la pieza de trabajo. Semejantes lugares defectivos pueden conllevar oxidación de la pieza de trabajo y, con ello, una perdida prematura a causa de corrosión de picaduras.

En la producción de juntas pegadas e. g. en tubos es de conocimiento público unir los extremos de tubo mediante un manguito a través de la introducción de pegamento en un intersticio de junta entre el manguito y el tubo.

Errores típicos en semejantes juntas pegadas son por ejemplo burbujas de aire y áreas de unión no adherentes (así llamados "kissing bonds") .

En ensayos de resistencia de juntas de tubo pegadas se muestra que estos defectos en esta aplicación se vuelven críticos sólo si exceden un tamaño de aproximadamente 20 mm. Se muestra además que en particular burbujas de aire de este tamaño, aunque llenen usualmente toda la altura del intersticio de junta, están sin embargo envueltas en cada caso de una película delgada de pegamento (lOOum a 200um de grosor) que se adhiere a la pared de tubo.

Para asegurar una junta suficientemente resistente y libre de defectos de los tubos se inspeccionan las juntas pegadas usualmente por medio de ultrasonido en incidencia normal de sonido. El sonido se conecta en la primera parte de la junta (el manguito) y la atraviesa. En la superficie limítrofe con la capa de pegamento se reflecta una parte del sonido mientras que otra parte penetra en el pegamento. La parte que penetra produce otro eco en la reflexión en la cara posterior de la capa de pegamento. La parte que es reflectada en la cara superior de la capa de pegamento produce en cambio una curva de eco larga a causa de reflexiones repetidas en la pared de manguito.

En la solución más sencilla de la inspección por ultrasonido de juntas pegadas de tubo que se conoce del documento JP 57037257 A se usa para la evaluación las amplitudes de los ecos de la cara posterior de la capa de pegamento. Aquí el sonido pasa a través del pegamento y la ausencia del eco señala un defecto.

Para la evaluación de las señales de ultrasonido reflectadas se convierten estas en señales eléctricas y se seleccionan a través de ventanas de tiempo y obturadores, se refuerzan y evalúan. Las evaluaciones se refieren a amplitudes de las señales y los tiempos que transcurren entre las señales .

La información de la inspección, es decir, las amplitudes, rebasamientos de valores limites, tiempos de propagación, etc. son capturados, evaluados y protocolados mediante un ordenador electrónico de datos y se muestran en un monitor .

Otras soluciones que se conocen por ejemplo del documento JP 2000221173 A evalúan los ecos de la cara superior de la capa de pegamento. Aquí se evalúa en particular la forma de las señales de eco para sacar conclusiones sobre la calidad de la junta pegada.

Debido a que el debilitamiento de las señales de ultrasonido es importante aún después del endurecimiento de la capa de pegamento o del material de recubrimiento, todas las soluciones basadas en un paso del sonido tienen la desventaja que los ecos de la cara inferior de la capa de pegamento o del material de recubrimiento se hacen muy pequeños justo con grosores mayores de capa.

Las experiencias muestran que con grosores de capa por encima de pocos milímetros ya no pueden detectarse ecos de la cara inferior de la capa. A esto se agrega que en juntas pegadas de manguitos se superpone el pequeño eco de la pared posterior con la curva del eco del manguito que usualmente también proporciona amplitudes grandes.

Los métodos que se basan en la detección de las fases de los ecos de la cara superior de la capa de plástico tienen varias desventajas. Por una parte es muy difícil la detección automatizada confiable de la posición de fases. Por otra parte no se da un cambio de la posición de fase de la transición de acero/plástico/ a acero/cavidad justamente para piezas de trabajo metálicas a causa de la gran densidad acústica .

A esto se añade como dificultad adicional que cavidades surgidas se encuentran siempre dentro de la masa de plástico y en la superficie limítrofe a la pieza de trabajo metálica siempre se tiene una delgada capa de la masa de plástico como película que encierra la cavidad, por lo que no hay transición acero/cavidad. Las señales de ultrasonido inciden entonces en semejantes defectos siempre en la combinación de material acero/plástico/cavidad, lo que dificulta una inspección por ultrasonido significativa.

Esto es un problema igualmente en inclusiones de aire en recubrimiento de plástico que también pueden estar envueltas por una película delgada de plástico.

En caso de cambios en los parámetros de pegamento o de recubrimiento (grosor de la capa de pegamento o del recubrimiento, características de la superficie de la pieza de trabajo, etc.) se presentan fluctuaciones de las señales de ultrasonido que a su vez pueden conllevar fácilmente interpretaciones erróneas en una evaluación puramente local.

En sinopsis se presenta la siguiente problemática en la inspección por ultrasonido para la detección de lugares de defectos en uniones de plástico con piezas de trabajo metálicas : 1. Burbujas de aire que se presentan en el recubrimiento de una pieza de trabajo o durante el llenado de un intersticio de junta con pegamento se encuentran dentro de la masa de plástico y tienen por lo tanto hacia la superficie limítrofe de la pieza de trabajo siempre una película de plástico que encierra la cavidad.

Aun habiendo semejante cavidad existe por lo tanto siempre la transición acero/plástico y no la transición acero/aire (cavidad) . La comprobación de burbujas de aire debajo de la película de plástico se dificulta por esto en particular para métodos que aprovechan las reflexiones de la capa limítrofe en la pieza de trabajo metálica. 2. A causa de cambios en el grosor y en la característica de superficie de la pieza de trabajo metálica y a causa de efectos de interferencia se presentan variaciones de las amplitudes de eco. La evaluación local de estas amplitudes y sus proporciones no son confiables sin incorporación de criterios de áreas colindantes. 3. Objetivo de la invención es, por lo tanto, indicar un método confiable y económico para la inspección de uniones de piezas de trabajo metálicas con masas de plástico por medio de ultrasonido que evita las desventajas de los métodos conocidos, de modo que pueden detectarse unívocamente cavidades en la capa de plástico y evaluarse.

El objetivo se logra inventivamente porque la frecuencia de inspección de las señales de ultrasonido se ajusta en un área entre 1 y 10 MHz de manera tal que la amortiguación del sonido después de pasar por la película de plástico en la superficie limítrofe acero/cavidad sea mínima.

En un acondicionamiento adicional de la invención se reajustan la frecuencia del ensayo y la longitud de pulsación después de un ajuste para una amortiguación mínima para que se da en comparación con una masa de plástico libre de defectos un refuerzo o un debilitamiento de la señal por medio de interferencia entre las señales reflectadas de la cara superior de la película de plástico en la superficie limítrofe acero/cavidad y de la cara inferior de la película de plástico en la superficie limítrofe película de plástico/cavidad.

La ventaja de la invención descrita consiste en que gracias al método de inspección y evaluación particular pueden detectarse confiablemente cavidades en la capa de pegamento o en el material de revestimiento y establecerse confiablemente evaluaciones de la calidad del recubrimiento o del pegado.

En ensayos extendidos para la comprobación de burbujas de aire en uniones de pegamentos y recubrimientos resultó que la selección de las "frecuencias de inspección correctas" es de importancia decisiva.

El sonido, no obstante de penetrar en el plástico, se amortigua fuertemente, dependiendo la amortiguación de la frecuencia. La frecuencia de inspección tiene que seleccionarse por lo tanto asi que el debilitamiento del sonido permanezca pequeño después de pasar por la película de plástico. El eco de la superficie limítrofe de la cara inferior de la película/aire interfiere entonces con el eco de la superficie limítrofe acero/cara superior de la película de manera que se incrementa o se debilita, así que se pueden evaluar estos cambios de amplitudes pronunciadas. Resultaron ser favorable en ensayos frecuencias de inspección entre 1 y 10 o 3 a 7 MHz. Longitud de pulso y frecuencia de inspección deberían seleccionarse además así que la interferencia produce un gran contraste en las amplitudes de la señal para mejorar la susceptibilidad de evaluación de las señales de ultrasonido. La longitud de pulso debería ser al menos el doble de la capa restante remanente entre la cavidad y la pieza de trabajo.

La longitud de pulso debe seleccionarse, sin embargo, sólo tan larga que se evita una superposición con el siguiente impulso de ultrasonido para no dificultar la evaluación de las señales.

Ensayos mostraron también que la selección del "eco correcto" es de gran importancia para la evaluación de las señales. Se deberían por lo tanto seleccionar ventajosamente señales para la evaluación cuyas alturas de amplitudes muestren las diferencias más grandes en comparación con masas de plástico libres de defecto. Evaluaciones con el sexto eco o con un eco posterior muestran un contraste mayor en las amplitudes de señal que, por ejemplo, evaluaciones con el segundo eco y deberían evaluarse por lo tanto principalmente.

Se tiene que tomar en cuenta siempre que la proporción de señal-ruido disminuye conforme crezca el número de los ecos. La selección del eco objeto de la evaluación tiene que ajustarse, por lo tanto, siempre a la particular situación de inspección.

Diferencias de los parámetros de pegado como grosor y características de superficie de la pieza de trabajo metálica, ancho del intersticio de junta etc. o grosor cambiado del recubrimiento pueden producir localmente señales de inspección que son similares a defectos como e. g. burbujas de aire. Pero debido a que los parámetros cambiados se extienden usualmente sobre un área más grande de la pieza de trabajo es ventajosamente posible mediante una representación extendida y mediante evaluación incluyendo criterios de áreas adyacentes lograr con este método también una separación confiable entre las dos causas de las señales.

Dado que se evalúan en el método inventivo amplitudes de eco debe tenerse cuidado además de tener una conexión buena e uniforme. Una conducción mecánica precisa de la cabeza de inspección durante el barrido puede apoyar a la detección de defectos.

Se pueden usar ventajosamente en este método también asi llamadas cabezas de inspección EMUS (ultrasonido excitado electromagnéticamente, por sus siglas en alemán) que permiten, a diferencia de la piezo-técnica convencional, una conexión sin agente de conexión como e. g. agua.

La invención se explica a continuación con más detalle mediante las figuras. Signos de referencia iguales designan los mismos componentes en diferentes figuras. Se muestra : Figura 1 una representación esquemática de una típica junta pegada de tubos usando un manguito, Figura 2 inspección por ultrasonido de una junta pegada según la figura 1, Figura 3 representación de las proporciones de amplitudes en una inspección por ultrasonido según la figura 2.

En la figura 1 se representa esquemáticamente una típica junta pegada de tubos mediante el uso de un manguito. Los dos tubos 1, 1 metálicos que deben unirse mediante pegado son colocados uno frente al otro con sus caras frontales alineados sobre su linea axial usando un anillo de obturación 3. El anillo de obturación 3 sirve para evitar que el pegamento 6 que debe aplicarse penetre a través del lugar de contacto en el tubo 1, 1' .

Mediante un soporte auxiliar de junta 2, 2' bilateral dispuesto en ambos lados de los tubos 1, 1' sobre la circunferencia se retiene un manguito 4 metálico a una distancia radial del tubo 1, 1' , de modo que se forma un espacio hueco para la introducción del pegamento 6. El manguito 4 cubre el lugar de contacto de los dos tubos 1, 1'; la anchura de superposición tiene que ajustarse en cada caso a los respectivos requerimientos. El manguito debería ser de metal, puesto que la inspección mediante ultrasonido déla junta pegada sólo puede realizarse del lado metálico de la pieza de trabajo y se realiza en juntas de tubo ventajosamente desde el lado exterior del tubo. Alternativamente podría considerarse también una inspección de la junta pegada desde el lado interior de tubo, si fuera necesario.

El soporte auxiliar de junta 2,2' está realizado de modo que por una parte encierra radialmente el tubo 1,1' y, por otra parte, puede desplazarse axialmente en él correspondientemente a la anchura del manguito 4. Mediante unos distanciadores 5, 5' , dispuestos en la circunferencia de los tubos 1, 1' en cada caso en la región de los extremos del manguito 4, puede ajustarse la distancia radial del manguito 4 del tubo 1,1', es decir, la anchura radial del intersticio de junta que tiene que llenarse con el pegamento 6.

En la figura 2 se muestra esquemáticamente la inspección mediante ultrasonido de una junta pegada según la figura 1. La junta de tubos por inspeccionar consiste de las dos secciones de tubo 1, 1' que tienen que ser unidas, de la capa de pegamento 6 (representada con una burbuja de aire 7 encerrada) y el manguito 4.

La junta pegada se sumerge según la imagen parcial inferior izquierda de la figura 2 para la inspección con una cabeza de inspección de piezotecnologia 9 en una tina de inspección 8 llenada e. g. con agua o se realiza de manera apropiada una conexión de sonido con el cuerpo por inspeccionar mediante liquido de conexión. En la técnica de inspección EMUS representada en la imagen parcial inferior derecha de la figura 2 esto no es necesario; en lugar de una cabeza de inspección de piezotecnologia 9 se usa una cabeza de inspección EMUS 10.

En ambos casos se lleva la cabeza de inspección para el barrido sobre el manguito 4. Los pulsos generados y recibidos por el aparato de ultrasonido 11 son registrados por un sistema de PC 12. Se evalúan las amplitudes de ecos selectos, se filtran digitalmente y se representan en forma de áreas .

Se ajusta inventivamente la frecuencia de inspección de las señales de ultrasonido de modo tal que la amortiguación del sonido después de pasar la película de plástico en la superficie limítrofe acero/cavidad sea tan baja como posible y la frecuencia de inspección y la longitud de pulso están ajustadas así que se presente en comparación con una masa de plástico sin defecto un refuerzo o un debilitamiento de la señal a causa de interferencia entre las señales reflectadas por la cara superior de la película de plástico en la superficie limítrofe acero/plástico y por la cara inferior de la película de plástico en la superficie limítrofe película de plástico/cavidad.

La figura 3 muestra la representación resultante de las proporciones de amplitudes en función de los ecos reflectados del impulso de señal. Se aprecia la proporción de contraste de las señales de amplitud del pegamento y de la burbuja de aire que incrementa claramente conforme aumenta el número de ecos, lo que permite la evaluación de señales y con esto la detección unívoca de burbujas de aire encerradas en el plástico de las juntas pegadas o del recubrimiento.

Lista de signos de referencia No. Designación 1, 1' Tubo 2, 2' Soporte auxiliar de junta 3 Anillo de obturación 4 Manguito 5, 5' Distanciador 6 Pegamento Burbuja de aire Tina llena de agua Cabeza de inspección de piezotecnología Cabeza de inspección EMUS Aparato de ultrasonido Sistema de PC

Claims (6)

REIVINDICACIONES

1. Método para la inspección de uniones de piezas de trabajo metálicas con masas de plástico respecto a cavidades por medio de ultrasonido, estando dispuesta la masa de plástico como capa intermedia entre la pieza de trabajo o unida en un lado con la pieza de trabajo y encontrándose la cavidad en el interior de la masa de plástico, estando conectada la cavidad por medio de una capa de plástico remanente o una película de plástico con la pieza de trabajo, y aplicándose a la masa de plástico señales de ultrasonido de determinada frecuencia de inspección y longitud de pulso con al menos una cabeza de inspección por ultrasonido desde el lado metálico de la pieza de trabajo y detectándose las señales de ultrasonido reflectadas en particular por los lugares de defectos ubicados en la masa de plástico por la misma o por otra cabeza de inspección por ultrasonido y transformándose éstas en señales eléctricas evaluables y sometiéndose estas a un análisis de valor de umbral, caracterizado porgue la frecuencia de inspección de las señales de ultrasonido se ajusta a un área entre 1 y 10 MHz de manera tal que la amortiguación del sonido después de pasar por la película de plástico sea mínima.

2. Método según la reivindicación 1, caracterizado porque la frecuencia de inspección se ajusta a entre 3 y 7 MHz.

3. Método según la reivindicación 1 y 2, caracterizado porque, después de ajustar la frecuencia de inspección se reajusta la frecuencia de inspección y la longitud de pulso para una amortiguación mínima de modo tal que se presenta en comparación con una masa de plástico libre de defecto un refuerzo o un debilitamiento de la señal a causa de la interferencia entre señales reflectadas por la cara superior de la película de plástico en la superficie limítrofe acero/cavidad y por la cara inferior de la película de plástico en la superficie limítrofe película de plástico/cavidad.

4. Método según una de las reivindicaciones 1 a 3, caracterizado porque la longitud de pulso se ajusta de modo tal que esta asciende al menos al doble de la capa restante remanente entre la cavidad y la pieza de trabajo.

5. Método según la reivindicación 4, caracterizado porque la longitud de pulso sólo es tan larga que se evita una superposición con el siguiente impulso de ultrasonido.

6. Método según una de las reivindicaciones 1 a 5, caracterizado porque se consulta para la evaluación las señales reflectadas por la cara superior de la cavidad y por la cara inferior de la cavidad cuyas altitudes de amplitud muestran las diferencias más grandes con una proporción muy grande de señal/ruido al mismo tiempo.