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Aplicaciones industriales
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Sector                         : Fundición, Metalúrgico

Material                     : Cuproaluminio

Tecnología                : Phased Array

Equipo Utilizado       : SITAU-311

Palabras Clave         : Phased Array, Inclusiones, Fundición, Colada Continua.

Título                         : Detección de inclusiones en metales de fundición

1. Introducción

En la producción de lingotes y barras de metal por fundición es común la aparición de inclusiones de otros metales por contaminación del material base, desprendimientos de la maquinaria de fundición y/o cambios de fase no controlados [1][2]. Estas inclusiones reducen la calidad del material producido y pueden suponer el descarte de lingotes o piezas. Por tanto, la detección de este tipo de defectos es de vital importancia tanto en fabricación (control de calidad) como en laboratorio (I+D) para la puesta a punto de los procesos y métodos de producción.

La detección de este tipo de defectos mediante ultrasonidos es una tarea compleja, debido principalmente al pequeño tamaño de las inclusiones y a que su impedancia acústica es similar a la del medio que las rodea.

En este trabajo se demuestra la capacidad de detección de inclusiones en una pieza de cupro-alumino aplicando la técnica phased-array con un palpador de alta frecuencia. Esta combinación ofrece, simultáneamente, una excelente resolución (<0.3mm) y una buena cobertura del volumen (barrido lineal), que permite detectar y dimensionar las regiones afectadas con una elevada precisión.

2. Materiales y métodos

La muestra inspeccionada es un tubo hueco de radio exterior 85mm y 10 mm de espesor de pared. Se utilizó un palpador phased-array de alta frecuencia, y acoplamiento por inmersión total en una cuba de ultrasonidos modelo DIS-400, con la muestra colocada sobre rodillos que permiten su rotación. El equipo utilizado fue un SITAU-311, con 128 canales. La inspección se realizó mediante un barrido lineal a 0º y utilizando la capacidad de autoenfoque de los equipos SITAU, que detecta automáticamente la columna de agua en cada línea de la imagen y configura la focalización dinámica automáticamente sin intervención del operador. 

3. Resultados

La figura 1 muestra una imagen B-Scan obtenida sobre una región afectada de inclusiones. Además del eco de entrada generado por la superficie exterior del tubo y del eco de fondo generado por la superficie interior, se distingue claramente una región con múltiples ecos generados por inclusiones no deseadas. La figura 2 muestra algunas de las imágenes obtenidas junto con el resultado de las pruebas metalográficas que confirman la presencia de inclusiones en el material base. 

Figura 1 – Imagen B-Scan de una región afectada por inclusiones

  

 

Figura 2 – Imágenes utltrasónicas y metalográficas de las zonas afectadas.

En el siguiente video se muestra como, mediante la rotación del tubo, se puede determinar con gran precisión el volumen afectado por las inclusiones. Además, generando un C-Scan durante la rotación (figura 3) se puede generar un registro del 100% del volumen del componente. 

Figura 3 – Cscan de la zona afectada (Izq) puerta cubriendo el volumen interno (Dcha) puerta en el eco de fondo.

4. Conclusiones

La técnica phased array con palpadores de alta frecuencia permite detectar inclusiones en metales de fundición. Mientras que la elevada frecuencia del array ofrece una buena resolución y capacidad de detección de pequeñas inclusiones, la técnica de barrido lineal asegura una cobertura total del volumen del componente en un tiempo reducido.

Esta técnica puede implementarse tanto en máquinas automáticas de inspección en la cadena de producción como en equipos de inspección manual para el control de calidad por muestreo y/o en tareas de laboratorio.

La capacidad de autoenfoque de los equipos SITAU es esencial cuando se opera e inmersión para obtener, automáticamente, la mejor imagen posible para cualquier geometría de la pieza y posición del palpador.

5. Bibliografía

[1] Lifeng Zhang (Dr.), Brian G. Thomas (Prof.), “INCLUSIONS IN CONTINUOUS CASTING OF STEEL”, XXIV National Steelmaking Symposium, Morelia, Mich, Mexico, 26-28, Nov.2003, pp. 138-183.

[2] http://en.wikipedia.org/wiki/Casting_defect

4. Enlaces a los productos utilizados

-          SITAU-311 phased-array system.

-          DIS-400 immersion inspection tank.

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