Detrás de cada tren de engranajes que gira con suavidad hay una pieza de acero que el comprador casi nunca ve directamente: el material en el interior de la pieza en bruto. La contracción de la fundición, las sopladuras de forja, los pliegues, las inclusiones y las grietas de temple no aparecen en el plano del engranaje terminado, y sin embargo cualquiera de ellas puede poner fin a un eje motor, a un piñón de laminadora o a una etapa de un aerogenerador meses antes de la vida útil calculada. Las pruebas magnéticas y penetrantes captan lo que está en la superficie o muy cerca de ella, pero los defectos enterrados a pocos milímetros bajo la piel son invisibles para ambas, y son precisamente esos los que fracturan bajo carga fatigante. El ensayo por ultrasonidos, UT por sus siglas, es la respuesta industrial habitual para mirar dentro del volumen de una pieza en bruto de engranaje o de un engranaje terminado de acero sin cortarlo. Esta guía explica cómo funciona realmente el método de eco de pulsos, qué tipos de defectos internos puede y no puede detectar, en qué normas se apoyan compradores y talleres, cómo leer un informe de UT para distinguir una aprobación real de un simple sello, y qué escribir en su pedido para que la inspección que paga sea realmente la que recibe.
El ensayo ultrasónico por impulsos emite cortos estallidos de sonido de alta frecuencia, normalmente entre uno y diez megahercios, desde una sonda piezoeléctrica hacia la pieza a través de una fina capa de acoplamiento, como glicerina, gel o aceite, que expulsa el aire entre la cara del transductor y el acero. El sonido viaja por el acero uniforme a una velocidad aproximadamente constante de unos cinco mil novecientos metros por segundo hasta encontrar una frontera de impedancia acústica distinta. En esa frontera, parte de la energía rebota directamente a la sonda y parte sigue avanzando. En la pantalla del equipo, el primer pulso vertical es el eco inicial de superficie, a menudo llamado pulso principal, y el eco de la cara opuesta de la pieza, el eco de fondo, llega más tarde y marca todo el recorrido del sonido. Cualquier reflector interno, un poro, una grieta o una cadena de escorias, se sitúa entre la sonda y el fondo y produce su propio eco en una posición del eje horizontal que corresponde directamente a la profundidad, porque la profundidad es la velocidad del sonido multiplicada por la mitad del tiempo de recorrido medido. Cuanto más alto es el eco en pantalla, y cuanto mejor se compara con un reflector de referencia de tamaño conocido, como un agujero de fondo plano, mayor se juzga el defecto. Las frecuencias más altas de sonda dan una resolución de profundidad más nítida y sensibilidad a defectos pequeños, pero se atenúan más rápido en acero colado o forjado de grano grueso, por lo que las secciones gruesas o granuladas suelen bajar a dos o dos punto veinticinco megahercios, mientras que las zonas acabadas y finas admiten cinco o más. Desplazando la sonda a mano por la cara del diente, el agujero, el cubo y el ala en un patrón regular, y comparando cada eco con una curva de distancia-amplitud calibrada, es como el técnico decide si una respuesta es un defecto planar genuino o simplemente geometría como una chaveta, un radio o un cambio de sección transversal.
La UT apunta al volumen del engranaje, y los defectos candidatos dependen de cómo se fabricó la pieza en bruto. En las piezas coladas para engranajes, las características internas peligrosas son cavidades de contracción, porosidad de microcontracción, sopladuras de gas e inclusiones no metálicas, cúmulos de escoria o arena que rompen el recorrido del sonido y devuelven ecos anchos y borrosos. En las piezas forjadas, la UT busca grietas de forja, sopladuras, pliegues y solapes, que se forman típicamente en los extremos o en secciones pesadas donde la deformación fue desigual, y cadenas de inclusiones no metálicas alineadas con el flujo de grano. Después del tratamiento térmico, la UT se emplea de nuevo, porque el temple puede introducir grietas de endurecimiento que empiezan en lo profundo del ala o en la raíz del diente y nunca llegan a la superficie hasta que el engranaje ya falla en servicio. La razón de elegir el método no destructivo según la ubicación es sencilla. Las pruebas magnéticas y penetrantes reaccionan a discontinuidades en la superficie o inmediatamente debajo, por lo que son las herramientas correctas para grietas de rectificado, grietas de temple abiertas a la piel, pliegues de mecanizado y pliegues de forja superficiales. Son baratas, rápidas y sensibles en superficie, pero un vacío o una grieta enterrada cuarenta milímetros dentro de un cubo no deja rastro alguno. La radiografía también ve a través del volumen, pero es mala captando defectos planares orientados, como una estrecha grieta por fatiga paralela al haz. Por eso la UT es el método volumétrico estándar para engranajes pesados: llega a gran profundidad, es sensible a reflectores planares y puede realizarse en planta sin película, zonas de seguridad radiológica ni largos tiempos de proceso.
Los resultados de la UT son tan buenos como la norma contra la que se juzgan, y el primer nivel de control es la persona que realiza el barrido. La práctica industrial normalmente exige que los operadores posean una certificación como la ISO 9712 o el esquema nacional equivalente, en ensayos ultrasónicos a un nivel adecuado, siendo el nivel dos capaz de evaluar e indicar las señales y el nivel tres responsable de la aprobación de procedimientos y la interpretación. Para engranajes de acero forjado, los compradores citan habitualmente marcos de aceptación extraídos de normas como la EN 10228-3 para estampaciones de acero, la ASTM A388 para grandes estampaciones de acero, o la ISO 4992-2 para piezas coladas y estampadas de acero en cajas de engranajes, según la industria y el mercado final. Para piezas coladas, la familia relevante suele ser la EN 12680 parte tres para piezas coladas utilizadas en maquinaria como engranajes, junto con las cláusulas de material que figuran en las normas de cálculo de engranajes. Dentro de cada norma, a la pieza se le asigna una clase de calidad o grado de aceptación, de la más laxa a la más estricta, y las señales se evalúan frente a curvas de referencia calibradas, como la curva de distancia-amplitud, que compensa la caída natural de altura del eco a medida que el reflector está más profundo en el acero. Una señal se describe por su tamaño equivalente, expresado como el diámetro de un agujero de fondo plano que daría la misma altura de eco, y por su longitud indicada cuando un reflector planar similar a una grieta es rastreado a lo largo de su eje mayor. Todo lo que esté por encima de la curva de referencia, o más largo que la longitud indicada permitida, pasa a la zona de rechazo de esa clase; todo lo que esté por debajo es aceptable para ese servicio.
Un informe de UT que usted no puede interpretar es, a efectos de compra, apenas mejor que ningún informe. Lo primero que se revisa es el alcance: qué caras, agujeros, cubos, alas y zonas de dientes se escanearon, con qué sonda y a qué frecuencia, y cuánto de la superficie se cubrió realmente. Un informe que solo dice que la prueba ultrasónica fue superada, sin listar las áreas de barrido, le pide que confíe en la palabra del taller sobre la cobertura, y es precisamente ahí donde se recortan esquinas. A continuación, cualquier señal registrada debe llevar una posición de profundidad medida desde la superficie explorada y una posición axial o circunferencial alrededor del engranaje, para que usted pueda distinguir si el reflector está en una zona de raíz solicitada, en un ala poco cargada o en una zona de corona no crítica. El informe debe indicar el tamaño equivalente y la longitud indicada de cada señal, la clase de aceptación aplicada y una conclusión clara de aceptar o rechazar frente a esa clase. La credibilidad viene de la consistencia: el número de certificación y nivel del operador, el modelo del equipo y los números de serie de la sonda, la fecha de calibración, el bloque de referencia utilizado, y la fecha y hora del escaneo deben estar todos presentes, y el informe debe coincidir con el número de colada o el número de serie del propio engranaje. Si un informe no muestra señales en una pieza colada que visiblemente tiene cortes de mazarota, o cita una clase de calidad que nunca aparece en su plano, trátelo como un documento a cuestionar y no como prueba de material sano.
Poner la UT en su consulta, en lugar de descubrirla en la inspección final, es la forma de mantener predecibles el coste y la penalización en plazo. Indique explícitamente la norma y la clase de aceptación: refiérase a EN 10228-3, ASTM A388 o al marco que su cliente final reconozca, y nombre el grado que requiere, en lugar de pedir UT como si un solo nivel sirviera para todo. Indique el momento del ensayo: la mayoría de los compradores piden UT sobre la pieza forjada o colada en bruto antes de comprometer cualquier mecanizado caro, luego otra vez después del tratamiento térmico e idealmente antes del rectificado final, para que una grieta de temple se encuentre antes de convertirse en chatarra en la última operación. Indique la cobertura: un barrido del cien por cien del cubo, el ala y la zona de dientes, o un plan de muestreo acordado para el lote de producción, y especifique qué superficies deben explorarse. Indique si el informe debe incluir la ubicación dimensional, el tamaño equivalente y la longitud indicada de cada señal registrable. Indique si el ensayo debe ser presenciado por un tercero independiente, como una sociedad de clasificación, un inspector del propietario o un laboratorio acreditado, y si desea la impresión en bruto del eco adjunta al informe. Finalmente, pregunte cómo afecta la UT al precio y al plazo: un barrido volumétrico completo con presencia de terceros sobre una pieza pesada añade tanto horas de inspección como tiempo de calendario, y reservarlo en la consulta permite al taller planificar la ventana de escaneo, la preparación de la superficie de acoplamiento y los bloques de calibración antes de que llegue siquiera la estampación.
El ensayo ultrasónico no sustituye la inspección dimensional, los ensayos de dureza ni los controles visuales superficiales que componen el paquete de aceptación de un engranaje. Añade la única pieza de información que esos métodos no le pueden dar: una declaración sobre el volumen interno del acero que está comprando. Cuando el método, la norma, la cualificación del operador, la cobertura y las señales informadas están todos escritos, contrastados y vinculados al número de serie de la pieza, la UT se convierte en evidencia de nivel contractual en lugar de una vaga promesa de buen material. Si está comprando engranajes para laminadoras, accionamientos mineros, engranajes marinos, equipos de energía o cualquier servicio donde un cubo reventado o una grieta de temple oculta pararía una línea de producción, especificar la UT por impulsos con una clase de aceptación nombrada en la consulta es un coste pequeño frente al tiempo de parada que un solo defecto enterrado puede causar.