Aplicación Del Análisis Espectral En El Estudio De Las Señales

APLICACIÓN DEL ANÁLISIS ESPECTRAL EN EL ESTUDIO DE LAS SEÑALES
ULTRASÓNICAS DE UN ACERO AISI-SAE 4340
E. Rodríguez *, L. Amorer**, F. Fraudita***, A. Bueno*, K. Suárez*
* Departamento de Tecnología Industrial, Universidad Simón Bolívar.
**Departamento de Física, Facultad de Ingeniería, Universidad Central de Venezuela.
***Escuela de Metalúrgica y Ciencia de los Materiales, Universidad Central de Venezuela.
eprato@usb.ve; amorerl@camelot.rect.ucv.ve; frauditafa@mixmail.com ; bueno@usb.ve ;
ksuarez@usb.ve
El ensayo ultrasónico es uno de los métodos de evaluación no destructiva más utilizados en la
inspección de materiales. A través del procesamiento de las señales es posible caracterizar el
comportamiento espectral de las ondas ultrasónicas permitiendo así resaltar ciertas características
de las señales recibidas con el fin de obtener información significativa del defecto evaluado, las
cuales no se observan si son interpretadas con técnicas convencionales. El análisis de una señal
en el dominio frecuencial en pruebas no destructivas, representa uno de los métodos utilizados en
la evaluación, caracterización y detección de discontinuidades presentes en los materiales. Esto se
debe a que el espectro de frecuencia de un pulso ultrasónico contiene información acerca de su
forma, tamaño y orientación. Adicionalmente, en los materiales, el ancho de banda de un pulso
ultrasónico esta usualmente afectado por la dispersión del haz una vez que toca la superficie de la
pieza bajo estudio. Por lo tanto, la forma del espectro es susceptible a la forma, orientación de
una determinada discontinuidad y de la condición superficial del material.
El presente trabajo tiene por objeto evaluar el efecto de la rugosidad superficial en el
comportamiento de las señales ultrasónicas a través de análisis espectral. Para llevar a cabo el
trabajo, se prepararon probetas de acero AISI-SAE 4340 con diferentes rugosidades en la cara
frontal y agujeros taladrados de diversos tamaños, que actuaron como reflectores de referencia.
En la inspección del material, se utilizó el método pulso eco de contacto de haz normal
empleando palpadores de 2.25, 5, 7.5 y 10 MHz, con un diámetro igual a 0.375 pulgadas. La
digitalización de las señales se realizo mediante un Osciloscopio Tektronix modelo TDS 3010.
Las señales obtenidas fueron procesadas a través de un computador, empleando para ello
MATLAB 6.0. A través de las herramientas contenidas en dicho software se procedió al análisis
espectral de cada una de las señales, este análisis incluye la determinación de los espectros de
amplitud, espectros de densidad de potencia espectral, potencia total, ancho de banda así como
del rango de frecuencia. Los mismos permitieron determinar y establecer en forma cuantitativa
diversas características, las cuales sirvieron en la caracterización y evaluación del efecto de la
rugosidad en la detección de discontinuidades presentes en cada una de las probetas evaluadas.
En general, se hizo un análisis de los espectros provenientes de la pared de fondo y de cada uno
de los reflectores, así como también se evaluó el efecto de la orientación de la discontinuidades
en el comportamiento de cada una de las señales. Además, a través de la evaluación cuantitativa
del estudio de los espectros de frecuencia, pudo determinarse la atenuación de la señal a medida
que se aumenta la rugosidad superficial y el efecto que produce sobre el comportamiento y forma
de cada uno de los espectros.
En conclusión se pudo determinar que los espectros de amplitud y potencia muestran
comportamientos muy particulares en este tipo de acero y que varían de acuerdo a la frecuencia
del palpador utilizado. Así mismo, otro factor que influye en la forma y comportamiento de cada
uno de los espectros, es la orientación que presenta cualquier discontinuidad. Por lo tanto, el
análisis espectral nos permitió establecer en forma cuantitativa diversos parámetros, mediante los
cuales se puede caracterizar y evaluar el efecto de la rugosidad en la detección de
discontinuidades presentes en cada una de las probetas evaluadas.