Las ondas de sonido de alta frecuencia utilizadas para la detección de defectos y la medición de espesores en aplicaciones de pruebas ultrasónicas no destructivas son generadas y recibidas por pequeñas sondas llamadas transductores ultrasónicos. Los transductores son el punto de partida para cualquier configuración de prueba ultrasónica, y vienen en una amplia variedad de frecuencias, tamaños y estilos de cajas para satisfacer las necesidades de inspección que van desde la detección de fallas en piezas forjadas de acero de varias toneladas hasta la medición de espesores de recubrimientos finos como papel.
Un transductor se define generalmente como cualquier dispositivo que convierte una forma de energía en otra. El tema de este trabajo son los transductores ultrasónicos utilizados para medir el espesor y la detección de defectos convencionales. Las sondas de matriz en fases que utilizan múltiples elementos para generar haces de sonido dirigidos se describen en detalle.
Los transductores convierten un pulso de energía eléctrica del instrumento de prueba en energía mecánica en forma de ondas de sonido que viajan a través de la pieza de prueba. Las ondas de sonido que se reflejan desde la pieza de prueba son, a su vez, convertidas por el transductor en un pulso de energía eléctrica que el instrumento de prueba puede procesar y mostrar. En efecto, el transductor actúa como un altavoz ultrasónico y un micrófono, generando y recibiendo pulsos de ondas de sonido a frecuencias mucho más altas que el rango del oído humano.
Típicamente, el elemento activo de un transductor NDT es un disco delgado, cuadrado o rectángulo de cerámica piezoeléctrica o compuesto que convierte la energía eléctrica en energía mecánica, y viceversa. Este elemento a veces se llama informalmente el cristal porque, en los primeros días del NDT ultrasónico, los elementos estaban hechos de cristales de cuarzo; sin embargo, las cerámicas como el metaniobato de plomo y el titanato de circonio y plomo se han usado durante mucho tiempo en la mayoría de los transductores. En los últimos años se ha visto un uso cada vez mayor de elementos compuestos en los que el disco o placa de cerámica sólida tradicional se reemplaza por un elemento micro maquinado en el que pequeños cilindros de cerámica piezoeléctrica están incrustados en una matriz epoxídica. Los elementos compuestos pueden proporcionar un mayor ancho de banda y una sensibilidad mejorada en muchas aplicaciones de detección de fallas.
Típica construcción de transductor de elemento único y elemento dual.
Cuando es excitado por un pulso eléctrico, este elemento piezoeléctrico genera ondas de sonido, y cuando es vibrado por el eco de retorno, genera un voltaje. El elemento activo está protegido contra daños por una placa de desgaste o lente acústica y está respaldado por un bloque de material de amortiguación que silencia el transductor después de que se ha generado el pulso de sonido. Este subconjunto ultrasónico está montado en una caja con conexiones eléctricas apropiadas. Todos los transductores de contacto común, haz angular, línea de retardo y de inmersión utilizan este diseño básico. Las sondas de matriz en fase utilizadas en aplicaciones de imágenes simplemente combinan varios elementos de transductor individuales en un solo conjunto. Los transductores de elementos duales, comúnmente utilizados en aplicaciones de estudio de corrosión, difieren en que tienen elementos de transmisión y recepción separados, separados por una barrera de sonido, sin respaldo, y una línea de retardo integral para dirigir y acoplar la energía del sonido en lugar de una placa de desgaste o lente. La figura 1 ilustra la construcción típica del transductor.
Si bien el concepto básico es simple, los transductores son dispositivos de precisión que requieren un gran cuidado en el diseño, la selección de materiales y la fabricación para ayudar a garantizar un rendimiento óptimo y consistente. Los transductores comúnmente utilizados en NDT ultrasónicos convencionales se dividen en cinco categorías generales según su diseño y uso previsto.
