Radiografía industrial

La radiografía industrial es una modalidad de prueba no destructiva que utiliza radiación ionizante para inspeccionar materiales y componentes con el objetivo de localizar y cuantificar defectos y degradaciones en las propiedades de los materiales que podrían provocar fallas en las estructuras de ingeniería. Desempeña un papel importante en la ciencia y la tecnología necesarias para garantizar la calidad y la confiabilidad de los productos. En Australia, la prueba no destructiva radiográfica industrial se conoce coloquialmente como "bombardear" un componente con una "bomba".

La radiografía industrial utiliza rayos X, producidos con generadores de rayos X, o rayos gamma generados por la radiactividad natural de fuentes de radionucleidos selladas. También se pueden utilizar neutrones. Después de atravesar la muestra, los fotones son capturados por un detector, como una película de haluro de plata, una placa de fósforo, un detector de panel plano o un detector de CdTe. El examen puede realizarse en 2D estático (radiografía denominada), en 2D en tiempo real (fluoroscopia) o en 3D después de la reconstrucción de la imagen (tomografía computarizada o TC). También es posible realizar la tomografía casi en tiempo real (tomografía computarizada en 4 dimensiones o 4DCT). Técnicas particulares como la fluorescencia de rayos X (XRF), la difracción de rayos X (XRD) y varias otras completan la gama de herramientas que se pueden utilizar en la radiografía industrial.

Las técnicas de inspección pueden ser portátiles o estacionarias. La radiografía industrial se utiliza en la inspección de soldaduras, piezas de fundición o de materiales compuestos, en la inspección de alimentos y el control de equipajes, en la clasificación y el reciclaje, en el análisis de artefactos explosivos improvisados (EOD) y artefactos explosivos improvisados (IED), en el mantenimiento de aeronaves, en balística, en la inspección de turbinas, en la caracterización de superficies, en la medición del espesor de los revestimientos, en el control de medicamentos falsificados, etc.

La radiografía comenzó en 1895 con el descubrimiento de los rayos X (más tarde también llamados rayos Röntgen en honor al hombre que describió por primera vez sus propiedades en detalle), un tipo de radiación electromagnética. Poco después del descubrimiento de los rayos X, se descubrió la radiactividad. Mediante el uso de fuentes radiactivas como el radio, se podían obtener energías de fotones mucho más altas que las de los generadores de rayos X normales. Pronto encontraron diversas aplicaciones, siendo uno de los primeros usuarios el Loughborough College. Los rayos X y los rayos gamma se empezaron a utilizar muy pronto, antes de que se descubrieran los peligros de la radiación ionizante. Después de la Segunda Guerra Mundial, se pusieron a disposición nuevos isótopos como el cesio-137, el iridio-192 y el cobalto-60 para la radiografía industrial, y el uso del radio y el radón disminuyó.

Las fuentes de radiación gamma, más comúnmente iridio-192 y cobalto-60, se utilizan para inspeccionar una variedad de materiales. La gran mayoría de la radiografía se relaciona con la prueba y clasificación de soldaduras en tuberías, recipientes a presión, contenedores de almacenamiento de alta capacidad, tuberías y algunas soldaduras estructurales. Otros materiales probados incluyen hormigón (localización de barras de refuerzo o conductos), cupones de prueba de soldador, piezas mecanizadas, placas de metal o paredes de tuberías (localización de anomalías debido a corrosión o daño mecánico). Los componentes no metálicos, como la cerámica utilizada en las industrias aeroespaciales, también se prueban regularmente. Teóricamente, los radiólogos industriales podrían radiografiar cualquier material sólido y plano (paredes, techos, pisos, contenedores cuadrados o rectangulares) o cualquier objeto hueco cilíndrico o esférico.

El haz de radiación debe dirigirse hacia el centro de la sección que se está examinando y debe ser normal a la superficie del material en ese punto, excepto en técnicas especiales donde los defectos conocidos se revelan mejor mediante una alineación diferente del haz. La longitud de la soldadura que se está examinando para cada exposición debe ser tal que el espesor del material en los extremos de diagnóstico, medido en la dirección del haz incidente, no exceda el espesor real en ese punto en más del 6%. La muestra que se va a inspeccionar se coloca entre la fuente de radiación y el dispositivo de detección, generalmente la película en un soporte o casete hermético a la luz, y se permite que la radiación penetre en la pieza durante el tiempo necesario para que se registre adecuadamente.

El resultado es una proyección bidimensional de la pieza sobre la película, que produce una imagen latente de densidades variables según la cantidad de radiación que llega a cada zona. Se la conoce como radiografía, a diferencia de una fotografía producida por la luz. Como la película es acumulativa en su respuesta (la exposición aumenta a medida que absorbe más radiación), se puede detectar una radiación relativamente débil prolongando la exposición hasta que la película pueda registrar una imagen que será visible después del revelado. La radiografía se examina como un negativo, sin imprimirse como un positivo como en la fotografía. Esto se debe a que, en la impresión, siempre se pierde parte del detalle y no se cumple ninguna función útil.

Antes de iniciar un examen radiográfico, siempre es recomendable examinar el componente con los propios ojos, para eliminar posibles defectos externos. Si la superficie de una soldadura es demasiado irregular, puede ser conveniente lijarla para obtener un acabado liso, pero es probable que esto se limite a aquellos casos en los que las irregularidades de la superficie (que serán visibles en la radiografía) puedan dificultar la detección de defectos internos.

Tras este examen visual, el operador tendrá una idea clara de las posibilidades de acceso a las dos caras de la soldadura, lo que es importante tanto para la puesta a punto del equipo como para la elección de la técnica más adecuada.

Defectos como delaminaciones y grietas planares son difíciles de detectar mediante radiografía, especialmente para el ojo inexperto.

Sin pasar por alto los aspectos negativos de la inspección radiográfica, la radiografía tiene muchas ventajas significativas sobre la ultrasónica, en particular porque, al producirse una "imagen" que conserva un registro semipermanente durante el ciclo de vida de la película, se puede realizar una identificación más precisa del defecto y por parte de más intérpretes. Esto es muy importante, ya que la mayoría de las normas de construcción permiten cierto nivel de aceptación de defectos, según el tipo y el tamaño del defecto.

Para el radiólogo capacitado, las variaciones sutiles en la densidad de la película visible le brindan al técnico la capacidad no solo de localizar con precisión un defecto, sino también de identificar su tipo, tamaño y ubicación; una interpretación que puede ser revisada y confirmada físicamente por otros, posiblemente eliminando la necesidad de reparaciones costosas e innecesarias.

Para fines de inspección, incluida la inspección de soldaduras, existen varias disposiciones de exposición.

En primer lugar, está la panorámica, una de las cuatro configuraciones de exposición de pared simple/vista de pared simple (SWE/SWV). Esta exposición se crea cuando el radiólogo coloca la fuente de radiación en el centro de una esfera, cono o cilindro (incluidos tanques, recipientes y tuberías). Según los requisitos del cliente, el radiólogo colocaría entonces casetes de película en el exterior de la superficie que se va a examinar. Esta configuración de exposición es casi ideal: cuando se organiza y se expone correctamente, todas las partes de toda la película expuesta tendrán aproximadamente la misma densidad. También tiene la ventaja de requerir menos tiempo que otras configuraciones, ya que la fuente solo debe penetrar el espesor total de la pared (WT) una vez y solo debe recorrer el radio del elemento de inspección, no su diámetro completo. La principal desventaja de la panorámica es que puede resultar poco práctica para alcanzar el centro del elemento (tubería cerrada) o la fuente puede ser demasiado débil para funcionar en esta configuración (recipientes o tanques grandes).

La segunda disposición SWE/SWV es una colocación interior de la fuente en un elemento de inspección cerrado sin tener la fuente centrada. La fuente no entra en contacto directo con el elemento, sino que se coloca a cierta distancia, según los requisitos del cliente. La tercera es una colocación exterior con características similares. La cuarta está reservada para objetos planos, como placas de metal, y también se radiografía sin que la fuente entre en contacto directo con el elemento. En cada caso, la película radiográfica se ubica en el lado opuesto del elemento de inspección respecto de la fuente. En los cuatro casos, solo se expone una pared y solo se ve una pared en la radiografía.

De las otras configuraciones de exposición, solo la toma de contacto tiene la fuente ubicada en el elemento de inspección. Este tipo de radiografía expone ambas paredes, pero solo resuelve la imagen en la pared más cercana a la película. Esta configuración de exposición requiere más tiempo que una panorámica, ya que la fuente primero debe penetrar el WT dos veces y recorrer todo el diámetro exterior de la tubería o recipiente para alcanzar la película en el lado opuesto. Esta es una configuración de exposición de pared doble/vista de pared única DWE/SWV. Otra es la superposición (en la que la fuente se coloca en un lado del elemento, sin contacto directo con él, con la película en el lado opuesto). Esta configuración generalmente se reserva para tuberías o piezas de diámetro muy pequeño. La última configuración de exposición DWE/SWV es la elíptica, en la que la fuente está desplazada respecto del plano del elemento de inspección (generalmente una soldadura en una tubería) y la imagen elíptica de la soldadura más alejada de la fuente se proyecta sobre la película.

Tanto el equipaje facturado como el de mano se examinan normalmente con máquinas de rayos X que utilizan radiografías. Consulte la seguridad del aeropuerto para obtener más detalles.

Actualmente, en Estados Unidos y otros países se utilizan la radiografía gamma y la radiografía de rayos X de alta energía para escanear contenedores de carga intermodal. También se están realizando investigaciones para adaptar otros tipos de radiografía, como la radiografía de rayos X de energía dual o la radiografía de muones, para escanear contenedores de carga intermodal.

La artista norteamericana Kathleen Gilje ha pintado copias de Susana y los ancianos de Artemisia Gentileschi y de Mujer con loro de Gustave Courbet. Antes, pintó con blanco de plomo cuadros similares con diferencias: Susana lucha contra la intrusión de los ancianos; hay un Courbet desnudo detrás de la mujer que pinta. Luego pintó encima reproduciendo el original. Las pinturas de Gilje se exhiben con radiografías que muestran las pinturas subyacentes, simulando el estudio de los pentimentos y proporcionando un comentario sobre la obra de los viejos maestros.

Existen muchos tipos de fuentes de radiación ionizante para su uso en radiografía industrial.

Los generadores de rayos X producen rayos X aplicando un alto voltaje entre el cátodo y el ánodo de un tubo de rayos X y calentando el filamento del tubo para iniciar la emisión de electrones. Los electrones se aceleran en el potencial eléctrico resultante y chocan con el ánodo, que suele estar hecho de tungsteno.

Los rayos X que emite este generador se dirigen hacia el objeto a controlar, lo atraviesan y son absorbidos según el coeficiente de atenuación del material del objeto. El coeficiente de atenuación se compila a partir de todas las secciones transversales de las interacciones que están sucediendo en el material. Las tres interacciones inelásticas más importantes con los rayos X en esos niveles de energía son el efecto fotoeléctrico, la dispersión Compton y la producción de pares. Después de haber atravesado el objeto, los fotones son capturados por un detector, como una película de haluro de plata, una placa de fósforo o un detector de panel plano. Cuando un objeto es demasiado grueso, demasiado denso o su número atómico efectivo es demasiado alto, se puede utilizar un acelerador lineal. Funcionan de manera similar para producir rayos X, mediante colisiones de electrones en un ánodo metálico, la diferencia es que utilizan un método mucho más complejo para acelerarlos.

Los radionucleidos se utilizan a menudo en la radiografía industrial. Tienen la ventaja de que no necesitan suministro eléctrico para funcionar, pero también significa que no se pueden apagar. Los dos radionucleidos más comunes utilizados en la radiografía industrial son el iridio-192 y el cobalto-60. Pero también se utilizan otros en la industria en general.

• Am-241: Manómetros de retroceso, detectores de humo, detectores de alto y contenido de ceniza.
• Sr-90: Apilación de espesor para materiales gruesos de hasta 3 mm.
• Kr-85: Adelgazamiento de espesor para materiales delgados como papel, plásticos, etc.
• Cs-137: Interruptores de densidad y altura de llenado.
• Ra-226: Contenido de ceniza
• Cf-255: Contenido de ceniza
• Ir-192: Radiografía industrial
• Se-75: Radiografía industrial
• Yb-169: Radiografía industrial
• Co-60: Interruptores de densidad y altura de llenado, radiografía industrial

Estos isótopos emiten radiación en un conjunto discreto de energías, dependiendo del mecanismo de desintegración que ocurre en el núcleo atómico. Cada energía tendrá diferentes intensidades dependiendo de la probabilidad de una interacción de desintegración particular. Las energías más prominentes en el cobalto-60 son 1,33 y 1,17 MeV, y 0,31, 0,47 y 0,60 MeV para el iridio-192. Desde el punto de vista de la seguridad radiológica, esto hace que sean más difíciles de manejar y gestionar. Siempre deben estar encerrados en un contenedor blindado y, dado que siguen siendo radiactivos después de su ciclo de vida normal, su propiedad a menudo requiere una licencia y, por lo general, un organismo gubernamental los rastrea. Si este es el caso, su eliminación debe realizarse de acuerdo con las políticas nacionales. Los radionucleidos utilizados en radiografía industrial se eligen por su alta actividad específica. Esta alta actividad significa que solo se necesita una pequeña muestra para obtener un buen flujo de radiación. Sin embargo, una mayor actividad a menudo significa una dosis mayor en el caso de una exposición accidental.

Se han desarrollado una serie de diseños diferentes para las "cámaras" radiográficas. En lugar de que la "cámara" sea un dispositivo que acepta fotones para registrar una imagen, en la radiografía industrial la "cámara" es la fuente de fotones radiactivos. La mayoría de las industrias están pasando de la radiografía basada en película a la radiografía basada en sensores digitales, de la misma manera que la fotografía tradicional ha hecho este cambio. Dado que la cantidad de radiación que emerge del lado opuesto del material se puede detectar y medir, las variaciones en esta cantidad (o intensidad) de radiación se utilizan para determinar el espesor o la composición del material.

Un diseño utiliza un obturador móvil para exponer la fuente. La fuente radiactiva se coloca dentro de una caja protegida; una bisagra permite abrir parte del blindaje, exponiendo la fuente y permitiendo que los fotones salgan de la cámara de radiografía.

Otro diseño de obturador es aquel en el que la fuente se coloca en una rueda de metal, que puede girar dentro de la cámara para moverse entre las posiciones de exposición y almacenamiento.

Los dispositivos con obturador requieren que todo el dispositivo, incluido el blindaje pesado, esté ubicado en el sitio de exposición. Esto puede resultar difícil o imposible, por lo que han sido reemplazados en gran medida por proyectores accionados por cable.

Los diseños de proyectores modernos utilizan un mecanismo de accionamiento por cable para mover la fuente a lo largo de un tubo guía hueco hasta la ubicación de exposición. La fuente se almacena en un bloque de protección que tiene un orificio en forma de tubo en forma de S a través del bloque. En la posición segura, la fuente está en el centro del bloque. La fuente está conectada a un cable metálico flexible llamado coleta. Para utilizar la fuente, se conecta un tubo guía a un lado del dispositivo mientras que un cable de accionamiento se conecta a la coleta. Mediante un control operado manualmente, la fuente se empuja hacia afuera de la protección y a lo largo del tubo guía de la fuente hasta la punta del tubo para exponer la película, y luego se gira con una manivela hasta su posición completamente protegida.

En algunos casos poco frecuentes, la radiografía se realiza con neutrones. Este tipo de radiografía se denomina radiografía de neutrones (NR, Nray, N-ray) o imagen de neutrones. La radiografía de neutrones proporciona imágenes diferentes a las de los rayos X, porque los neutrones pueden atravesar fácilmente el plomo y el acero, pero son detenidos por los plásticos, el agua y los aceites. Las fuentes de neutrones incluyen fuentes radiactivas (²⁴¹Am/Be y Cf), reacciones D-T impulsadas eléctricamente en tubos de vacío y reactores nucleares críticos convencionales. Podría ser posible utilizar un amplificador de neutrones para aumentar el flujo de neutrones.

La seguridad radiológica es una parte muy importante de la radiografía industrial. El Organismo Internacional de Energía Atómica ha publicado un informe que describe las mejores prácticas para reducir la dosis de radiación a la que están expuestos los trabajadores. También proporciona una lista de autoridades nacionales competentes responsables de las aprobaciones y autorizaciones relativas a la manipulación de material radiactivo.

El blindaje puede utilizarse para proteger al usuario de las propiedades nocivas de la radiación ionizante. El tipo de material utilizado para el blindaje depende del tipo de radiación que se utilice. Las autoridades nacionales de seguridad radiológica suelen regular el diseño, la puesta en servicio, el mantenimiento y la inspección de las instalaciones de radiografía industrial.

En muchos lugares, las autoridades gubernamentales exigen a los radiólogos industriales que utilicen determinados tipos de equipos de seguridad y que trabajen en parejas. Según la ubicación, es posible que se les exija a los radiólogos industriales obtener permisos, licencias o realizar una formación especial. Antes de realizar cualquier prueba, siempre se debe despejar el área cercana de todas las demás personas y se deben tomar medidas para garantizar que los trabajadores no entren accidentalmente en un área que pueda exponerlos a niveles peligrosos de radiación.

El equipo de seguridad suele incluir cuatro elementos básicos: un medidor de radiación (como un contador Geiger/Mueller), un dosímetro o medidor de frecuencia de alarma, un dosímetro cargado con gas y un dosímetro termoluminiscente (TLD). La forma más fácil de recordar para qué sirve cada uno de estos elementos es compararlos con los medidores de un automóvil.

El medidor de radiación se puede comparar con un velocímetro, ya que mide la velocidad o tasa a la que se capta la radiación. Cuando se calibra, utiliza y mantiene correctamente, permite al radiólogo ver la exposición actual a la radiación en el medidor. Por lo general, se puede configurar para diferentes intensidades y se utiliza para evitar que el radiólogo se sobreexponga a la fuente radiactiva, así como para verificar el límite que los radiólogos deben mantener alrededor de la fuente expuesta durante las operaciones radiográficas.

El dosímetro de alarma se podría comparar más estrechamente con el tacómetro, ya que avisa cuando el radiólogo alcanza el límite superior de radiación o está expuesto a demasiada radiación. Cuando está correctamente calibrado, activado y llevado en la persona del radiólogo, emitirá una alarma cuando el medidor mida un nivel de radiación que exceda un umbral preestablecido. Este dispositivo está diseñado para evitar que el radiólogo se acerque inadvertidamente a una fuente expuesta.

El dosímetro cargado con gas es como un medidor de distancia, ya que mide la radiación total recibida, pero se puede reiniciar. Está diseñado para ayudar al radiólogo a medir su dosis periódica total de radiación. Cuando se calibra, recarga y lleva correctamente, puede indicarle al radiólogo de un vistazo a cuánta radiación ha estado expuesto el dispositivo desde la última vez que se recargó. En muchos estados, los radiólogos deben registrar sus exposiciones a la radiación y generar un informe de exposición. En muchos países, no se exige que los radiólogos utilicen dosímetros personales, ya que las tasas de dosis que muestran no siempre se registran correctamente.

La placa de identificación o TLD es más bien como un odómetro de automóvil. En realidad, es una pieza especializada de película radiográfica en un contenedor resistente. Está destinada a medir la exposición total del radiólogo a lo largo del tiempo (normalmente un mes) y las autoridades reguladoras la utilizan para controlar la exposición total de los radiólogos certificados en una determinada jurisdicción. Al final del mes, se entrega la placa de identificación y se procesa. Se genera un informe de la dosis total del radiólogo y se conserva en un archivo.

Cuando estos dispositivos de seguridad están calibrados, mantenidos y utilizados correctamente, es prácticamente imposible que un radiólogo sufra lesiones por una sobreexposición radiactiva. La eliminación de tan solo uno de estos dispositivos puede poner en peligro la seguridad del radiólogo y de todos los que se encuentran cerca. Sin el medidor de radiación, la radiación recibida puede estar justo por debajo del umbral de la alarma de frecuencia, y pueden pasar varias horas antes de que el radiólogo verifique el dosímetro, y hasta un mes o más antes de que se revele la placa de identificación para detectar una sobreexposición de baja intensidad. Sin la alarma de frecuencia, un radiólogo puede acercarse inadvertidamente a la fuente expuesta por el otro radiólogo. Sin el dosímetro, el radiólogo puede no darse cuenta de una sobreexposición, o incluso de una quemadura por radiación, que puede tardar semanas en producir una lesión perceptible. Y sin la placa de identificación, el radiólogo se ve privado de una herramienta importante diseñada para protegerlo de los efectos de una sobreexposición prolongada a la radiación obtenida en el trabajo y, por lo tanto, puede sufrir problemas de salud a largo plazo como resultado.

Existen tres formas en las que un radiólogo puede asegurarse de no estar expuesto a niveles de radiación superiores a los requeridos: tiempo, distancia y protección. Cuanto menos tiempo esté una persona expuesta a la radiación, menor será su dosis. Cuanto más lejos esté una persona de una fuente radiactiva, menor será el nivel de radiación que reciba; esto se debe en gran medida a la ley del cuadrado inverso. Por último, cuanto más protegida esté una fuente radiactiva mediante una protección mayor o mejor, menores serán los niveles de radiación que escaparán del área de prueba. Los materiales de protección más utilizados son arena, plomo (láminas o granalla), acero, tungsteno gastado (uranio no radiactivo) y, en situaciones adecuadas, agua.

La radiografía industrial parece tener uno de los peores perfiles de seguridad de las profesiones relacionadas con la radiación, posiblemente porque hay muchos operadores que utilizan fuentes gamma potentes (> 2 Ci) en sitios remotos con poca supervisión en comparación con los trabajadores de la industria nuclear o de los hospitales. Debido a los niveles de radiación presentes mientras trabajan, muchos radiólogos también deben trabajar hasta tarde por la noche cuando hay pocas personas presentes, ya que la mayoría de las radiografías industriales se realizan "al aire libre" en lugar de en cabinas o salas de exposición construidas específicamente para ello. La fatiga, el descuido y la falta de capacitación adecuada son los tres factores más comunes atribuidos a los accidentes de radiografía industrial. Muchos de los accidentes de "fuente perdida" comentados por la Agencia Internacional de Energía Atómica involucran equipos de radiografía. Los accidentes de fuente perdida tienen el potencial de causar una pérdida considerable de vidas humanas. Un escenario es que un transeúnte encuentre la fuente de radiografía y, sin saber qué es, se la lleve a casa. Poco después, la persona enferma y muere como resultado de la dosis de radiación. La fuente permanece en su casa, donde continúa irradiando a otros miembros de la familia. Un evento similar ocurrió en marzo de 1984 en Casablanca, Marruecos. Esto está relacionado con el accidente más famoso de Goiânia, donde una cadena de eventos relacionados causó que miembros del público estuvieran expuestos a fuentes de radiación.

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• ISO 14096-1, Pruebas no destructivas – Clasificación de sistemas de digitalización de películas radiográficas – Parte 1: Definiciones, mediciones cuantitativas de parámetros de calidad de imagen, película de referencia estándar y control cualitativo
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• EN 462-3, Pruebas no destructivas – Calidad de imagen de los radiogramas – Parte 3: Clases de calidad de imagen para metales ferrosos
• EN 462-4, Pruebas no destructivas – Calidad de imagen de las radiografías – Parte 4: Evaluación experimental de los valores de calidad de imagen y tablas de calidad de imagen
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