Imende-Inspeccion Visual i y II.

Instituto Mexicano de Ensayos No Destructivos, A. C.

Ensayos No Destructivos por el Método de

Inspección Visual

Alfonso R. García Cueto

México,

2005

Ensayos No Destructivos por el método de Inspección Visual es una obra protegida por la legislación sobre Derechos de Autor vigente en la materia. Está prohibido copiar o transferir la información que este documento contiene por cualquier medio o tecnología sin autorización previa y por escrito del autor. México, D. F., 2005


Inspección Visual

Tabla de Contenidos

Capítulo 1, Introducción al Estudio de los Ensayos No Destructivos

Capítulo 2, Principios Físicos de la Luz y el Color

Capítulo 3, Descripción y Funcionamiento del Ojo Humano

Capítulo 4, Instrumentos Ópticos Empleados en la Inspección Visual

Capítulo 5, Instrumentos Mecánicos de Medición

Capítulo 6, Conceptos y Nomencaltura Empleados en Soldadura

Capítulo 7, Discontinuidades de los Materiales

Bibliografía

In


Inspección Visual

Utilice esta página para anotar sus observaciones

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Inspección Visual

Presentación Introducción Durante la segunda mitad del siglo XX, tras la generación de nuevas tecnologías, también cambiaron las formas de producción y surgió la necesidad de mejorar los productos y los serVIcIOs.

Un efecto de esta situación es el desarrollo de los Ensayos de Materiales o pruebas de materiales, diseñadas para asegurar que los materiales, las piezas, los componentes y las uniones soldadas cumplan su función con eficiencia.

Ésta es nuestra primera edición de Inspección Visual. Es otro nuevo título, que el IMENDE, A.

c.,

pone a disposición del público, tras quince años de trabajo en los que hemos difundido a los hispanohablantes los métodos de Ensayos No Destructivos en nuestro idioma de manera completa y organizada.

Se suma a los textos de Introducción a los Ensayos No Destructivos, Ultrasonido Industrial, Líquidos Penetrantes, Partículas Magnéticas, Radiografia Industrial e In:,pección de Soldadura.

Agradecimientos Agradecemos a todas aquellas personas e instituciones que hicieron posible la realización de esta obra en sus distintos aspectos.

A.R.G.C.

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Inspección Visual

Novedades de los Mapas de Información Para presentar los contenidos de este manual, elegimos el método de documentación Informatiol1 Mapping@ que divide los temas como "mapas de información".

Algunas de las novedades o diferencias de los "mapas de información" respecto de las páginas tradicionales son las siguientes: • Capítulos divididos en secciones y secciones divididas en temas • Índices de entrada en cada capítulo y en cada sección, llamados "Visión General" • Títulos notables al principio de cada tema y un aviso de continuación del tema en la siguiente página, cuando éste no se agota en una sola • Temas divididos en pequeñas partes o aspectos, con líneas que separan visiblemente cada una de éstas • Palabras importantes o clave, a la izquierda de los textos que ayudan a identificar el aspecto del tema que se trata en esa parte • Viñetas para alertar al lector y presentar información en párrafos breves con una redacción sencilla • Tablas que contienen información redactada en forma sencilla, para hacer la lectura fluida • Imágenes y tablas de información justo donde se mencionan al lector, para evitar los anexos • El tipo de letra que se usa es Times New Roman, en lugar de usar el tradicional tipo Arial • Los títulos de los temas aparecen con mayúsculas iniciales en algunas de sus las palabras • Los párrafos están alineados a la izquierda, no están justificados

Todo lo anterior genera páginas como la que se ve a continuación:

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Inspección Visual

El título del tema avisa al lector sobre qué va tratar esta parte del documento.

Ejemplo de un Tema de Este Manual

Introducción Estas palabras en negritas a la izquierda informan al lector sobre el aspecto que tratan los textos de la derecha.

Viñetas

Aquí presentamos información sobre un solo aspecto del tema que aparece en el título. El aspecto del tema desarrollado aparece entre dos líneas para aislar la información. Esto permite hacer correcciones en donde hace falta, sin modificar el resto del ma o del documento. Los párrafos están alineados a la izquierda porque así la vista del lector se cansa menos.

Usamos viñetas para: • • • •

Gráficos

avisar al lector sobre información importante sin distraer su atención escribir párrafos breves usar una redacción más sencillas (menos signos de puntuación) hacer la lectura fluida

Las gráficos, como tablas e imágenes, insertados en el texto permiten una lectura más veloz y mostrar información complicada de fonna más sencilla, como este diagrama de un equipo ultrasónico convencional:

Con estas palabras clave, el lector se guía, encuentra lo que necesita más rápido y sólo consulta lo que le es útil.

Contenido

Estas líneas avisan que comienza y termina el tratado sobre un aspecto específico del tema.

mejor con una imagen.

Este docu1 Tablas como ésta permiten saber de qué temas trata un capítulo o sección. ~

Tema Los Principales Elementos de un Tema Anexos Bibliografía

I

Página 3-6 3-11 3-14

eontinlÍa en la siguiente página Cada capítulo tiene numeración individual (capítulo 3, sección A, página 5).

Esta leyenda le avisa al lector que el tema que se está tratando no se ha agotado y hay que leer más en la página siguiente.

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VIII

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Capítulo 1 Introducción al Estudio de los Ensayos No Destructivos Visión General

Introducción

El campo de los Ensayos No Destructivos es amplio y diverso; por eso, antes de entrar de lleno al estudio de la Inspección Visual es conveniente revisar los aspectos más generales del marco teórico al que este método pertenece. Este capítulo trata acerca de: • los aspectos generales de los Ensayos No Destructivos • el proceso que avala la formación y capacidad de un individuo para realizar Ensayos No Destructivos • la Inspección Visual en relación con los Ensayos No Destructivos

Contenido

Este capítulo contiene las siguientes secciones: Sección A. Los Ensayos No Destructivos B. La Capacitación, la Calificación y la Certificación en Ensayos No Destructivos C. Información General sobre la Inspección Visual

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Sección A Los Ensayos No Destructivos Visión General

Introducción

Al evolucionar los modos de producción, la industria y el mercado exigen el cumplimiento de requisitos de seguridad más estrictos. Ahora se requieren procesos de inspección y pruebas para verificar los componentes críticos hasta en un 100% en algunas industrias como la aeronáutica, la aeroespacial, la núcleo-eléctrica y la petroquímica, entre otras. Tal circunstancia plantea una severa dificultad para las áreas de Calidad y de Seguridad Industrial. La solución al problema es la aplicación de los Ensayos No Destructivos (END). Los END ocupan un amplio campo de estudio. Se han desarrollado a partir de las diferentes necesidades de información y del ámbito de trabajo que cada método puede abarcar. Este capítulo es una introducción a los Ensayos No Destructivo, que facilita al lector entender los distintos métodos de END y ubicar su campo de acción.

Contenido

Esta sección contiene los siguientes temas:

Tema Los Ensayos de Materiales Los Ensayos Destructivos Descripción de Los Ensayos No Destructivos (END) Métodos de END Características del Campo de Acción de los END Ventajas y Limitaciones de los END Aplicaciones de los END en los Procesos Productivos Beneficios de los END en las Distintas Áreas de una Empresa

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Los Ensayos de Materiales

¿Qué son?

Los Ensayos de Materiales son pruebas que evalúan las propiedades mecánicas, químicas y físicas de los materiales que la industria usa y de los productos que fabrica y que consume. Una de sus aplicaciones específicas consiste en detectar y evaluar las discontinuidades o defectos en: • • • • •

Tipos de ensayos

Materias primas Procesos de fabricación Productos finales Materiales en servicio Reparaciones o reconstrucciones

Existen dos tipos de Ensayos de Materiales: • Ensayos Destructivos • Ensayos No Destructivos (END) En los siguientes temas de esta sección se describen este tipo de pruebas y su función.

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Los Ensayos Destructivos

¿Qué son?

Los Ensayos Destructivos son métodos físicos directos que dai1an o alteran de forma permanente las propiedades físicas, químicas, mecánicas o dimensionales del material, parte o componente sujeto a inspección.

¿Para qué sirven?

Los Ensayos Destructivos se usan para conocer las propiedades mecánicas de un material como: • • • • •

¿En qué cantidad se realizan?

resistencia a la tensión tenacidad dureza composición química real resistencia al desgaste o a la corrosión

Los Ensayos Destructivos se realizan sólo sobre muestras representativas obtenidas de un lote de producto.

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Descripción de los Ensayos No Destructivos (END)

¿Qué son?

Los Ensayos No Destructivos son métodos físicos indirectos, que no dañan o alteran de forma pennanente las propiedades físicas, químicas, mecánicas o dimensionales del material, parte o componente sujeto a inspección. Estos métodos físicos indirectos aprovechan fenómenos como: • • • •

la capilaridad de los líquidos la alteración de los campos magnéticos la transmisión del sonido la opacidad al paso de la radiación

Los Ensayos No Destructivos también se conocen como Pruebas No Destructivas y se abrevian con las siglas END.

¿Para qué sirven?

Los END se usan para: • evaluar la homogeneidad de un material • inspeccionar todo un lote sin destruir una muestra • conocer el cambio de una propiedad cuando el material está en servicio como: - su espesor remanente - la ausencia de daños por servicio Importante: los END no sustituyen a los Ensayos Destructivos porque sus campos de acción son distintos. Éstos últimos se usan para determinar las propiedades físicas inherentes de los materiales, como la resistencia a la tensión, la dureza y la maleabilidad.

¿En qué cantidad se realizan'?

Dado que los END no afectan permanentemente las propiedades físicas , químicas o mecánicas del material sujeto a inspección, se pueden aplicar en la totalidad de una pieza o en todo un lote de producción y se realizan de acuerdo con el tipo de discontinuidad o daño que se requiere detectar. Continúa en la siguiente página

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Inspección Visual


Descripción de los Ensayos No Destructivos (END),

Clasificación

Continuación

Los END se clasifican según su campo de aplicación en: • • • •

Inspección Superficial Inspección Volumétrica Inspección de la Integridad o Hermeticidad Otros métodos de inspección no destructivos

El siguiente tema, "Métodos de Ensayos No Destructivos", describe de forma general cada uno de estos grupos y los métodos que los integran.

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Métodos de END Introducción

Como se mencionó en el tema anterior los Ensayos No Destructivos (END) se clasifican en tres grupos: • • • •

Inspección Superficial Inspección Volumétrica Inspección de la Integridad o Hermeticidad Otros métodos de inspección no destructivos

A continuación se describen éstos.

Método y técnica

A menudo los términos método y técnica se usan indistintamente. Para el ámbito de los END, se definen de la siguiente manera: Método es una disciplina que aplica un principio físico para realizar una inspección no destructiva; por ejemplo, los Líquidos Penetrantes son un método. Técnica es la aplicación específica de un método de END; por ejemplo, los líquidos penetrantes posemulsificables son una técnica de Líquidos Penetrantes. En este texto se procura respetar y aplicar estas definiciones. Nota: la NMX-B-133-1987, ASME, SEC V, SE-l65, ASTM E-165 y la especificación militar MIL-1-6866 denominan a las distintas técnicas de PT como métodos.

Inspección Superficial

La Inspección Superficial se usa para detectar solamente discontinuidades abiertas o muy cercanas a la superficie del material o pieza en inspección (3 mm de profundidad como máximo). Los métodos de Inspección Superficial son: Método Inspección Visual

Siglas en inglés VT

Líquidos Penetrantes

PT

Partículas Magnéticas Electromagnetismo (ET)

MT

, Corrientes de Eddy (materiales no ferromagnéticos)

ET

, Campo remoto (materiales ferromagnéticos)

Continúa en la siguiellte página

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Inspección Visual


Métodos de END,

Inspección Volumétrica

Continuación

La Inspección Volumétrica se usa para detectar las discontinuidades o daños dentro del material u objeto en inspección y que no son visibles en la superficie de la pieza. Los métodos de Inspección Volumétrica son: Método

Siglas en inglés

Ultrasonido Industrial

UT

Radiografía Industrial

RT NT

Radiografía Neutrónica

AH

Emisión Acústica

Estos métodos de END se describen ampliamente en el capítulo 5 de este manual.

Inspección de la Integridad o de la Hermeticidad

La Inspección de la Integridad o de la Hermeticidad se usa para verificar la capacidad de un recipiente para contener un fluido (líquido o gaseoso) a una presión superior, igualo inferior a la atmosférica; pero sin que existan pérdidas apreciables de presión o del volumen del fluido de prueba en un periodo previamente establecido. En resumen, esta prueba sirve para detectar si un recipiente tiene fugas o no. Los métodos de Inspección de la Integridad o de la Henneticidad son: Método

Siglas en inglés

Pruebas por cambio de presión: • Hidrostática • Neumática Pruebas por pérdidas de fluido:

HLT PLT BLT SLT

· Cámara de burbujas · Detector de halógeno · Espectrómetro de masas

ULT

· Detector ultrasónico

Importante: la Inspección de la Integridad o de la Hermeticidad no sirve para probar la resistencia de un material. ConTinúa en la siguienTe págil/a

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Alfonso R. García

Cueto

Métodos de END,

Otros métodos de inspección no destructivos

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Continuación

Existen otros métodos de inspección no destructivos y se describen brevemente a continuación: Termografia infrarroja Este método se basa en la detección mediante cámaras o sensores especiales de las zonas donde existe un diferencial de temperatura que puede poner en riesgo la operación segura de un equipo. Sus aplicaciones más comunes son: • en la industria aeronáutica, para inspeccionar estructuras en forma de panal para conocer la presencia de contaminación con agua que puede congelarse y dañar los tecnolaminados • en la industria de energía, para inspeccionar: - los "puntos calientes" en las líneas de transmisión de energía eléctrica, debidas a problemas de corto circuitos y en la zona de contacto de las navajas de los interruptores de alta tensión - los aislantes dieléctricos en las líneas de conducción de media y baja tensión • en la industria química y petroquímica, para detectar - las zonas de altas temperaturas en el caso de calderas o calentadores que indican daños en los aislantes térmicos o en los refractarios -las zonas sobre enfriadas en el manejo de materiales criogénicos o que son indicio de contaminación por condensación de humedad • en el mantenimiento de instalaciones comerciales de oficinas o habitacionales, para detectar zonas de mal aislamiento que ocasionan pérdidas en los sistemas de aire acondicionado Emisión acústica Este método se basa en la detección, por medio de sensores, de la emisión de energía que los átomos o moléculas emiten cuando un material se deforma o se fractura. Los sensores se colocan en ciertos puntos y la emisión que captan permite conocer en qué lugar está creciendo el defecto. Este método tiene como limitación que sólo detecta discontinuidades que están creciendo y que el esfuerzo que debe aplicarse siempre debe ser un poco superior al esfuerzo al que opera el equipo que se inspecciona. ContinlÍa en /(/ siguiente págin({

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Métodos de END,

Otros métodos de inspección no destructivos

(Continuación)

Continuación

La aplicación principal de la Emisión Acústica es en materiales cargados dinámicamente, como es el caso de: • • • •

estructuras de puentes y edificios los ejes de carros de ferrocarril partes de algunas estructuras aeronáuticas, y los brazos telescópicos empleados en la inspección de líneas elevadas de energía eléctrica o tuberías

Holografía con luz láser Este método se emplea para detectar daños superficiales en materiales como son las llantas de servicio aeronáutico o las partes fabricadas con materiales compuestos, como las fibras de carbono monodireccionadas o los materiales cerámico metálicos.

Complemento entre métodos

Los métodos de un grupo de END no sustituyen a los métodos de otro grupo; se complementan entre sÍ. El Ultrasonido Industrial no sustituye a los Líquidos Penetrantes y las Partículas Magnéticas no sustituyen a la Radiografía Industrial. Unos métodos son efectivos en la superficie del material y otros lo son al interior de su cuerpo. Esta circunstancia se expone con más detalle en el siguiente tema, "Limitaciones del Campo de Acción de los Ensayos No Destructivos".

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Características del Campo de Acción de los END

Introducción

Una de las actividades más importantes relacionadas con la aplicación de los END es elegir el método y la técnica que generen resultados útiles y confiables para el usuario. Este tema describe algunas circunstancias que se deben considerar para elegir el método de Ensayo No Destmctivo adecuado, principalmente de acuerdo con el campo de acción y sensibilidad de cada gmpo de métodos.

Los grupos de ensayos no son sustituibles

Los distintos métodos y técnicas de un mismo gmpo (Inspección Superficial, Inspección Yolumétrica'e Inspección de la Integridad o Hermeticidad) se pueden intercambiar entre sí. Esto permite aumentar la velocidad de la inspección o la sensibilidad en la detección de discontinuidades Sin embargo, los ensayos de un gmpo de métodos no sustituyen a los de otro gmpo. Lo anterior es porque, como se mencionó anteriormente, unos métodos son efectivos en la superficie del material o a muy poca profundidad; y otros lo son sólo al interior de su cuerpo.

Limitaciones de la Inspección Superficial

Los métodos de Inspección Superficial tienen grandes limitaciones para detectar discontinuidades sub superficiales. Los Líquidos Penetrantes no pueden detectar discontinuidades que no estén abiertas a la superficie del material en inspección. De igual modo, las Partículas Magnéticas (MT) y el Electromagnetismo (ET) disminuyen notablemente su sensibilidad cuando aumenta el espesor de la muestra que se inspecciona. Esto es consecuencia de que la intensidad del campo magnético generado o la corriente inducida decrecen de forma cuadrática o exponencial con la profundidad, representada por el espesor del material.

Limitaciones de la Inspección Volumétrica

Las pmebas de Inspección Volumétrica tienen limitaciones cuando se intenta encontrar defectos cercanos a la superficie. Éste es el caso del campo muerto del haz ultrasónico o la falta de definición (penumbra) en una radiografia. COlllil/lÍa

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('1/ /((

siguiente págin((

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Características del Campo de Acción de los END,

Limitaciones de la Inspección de la Integridad o Hermeticidad

Continuación

En el caso de las pruebas de henneticidad éstas no sustituyen de modo alguno a los ensayos de los otros grupos; ya que tan sólo aseguran que un recipiente pueda contener un fluido sin que existan pérdidas apreciables del mismo. Debido a lo anterior es posible que, en una primera prueba, el recipiente pase con éxito. No obstante, el recipiente puede contener un defecto que debió detectarse previamente con alguno de los demás ensayos. Al paso del tiempo, el defecto podría crecer hasta convertirse en una falla del material del recipiente. La consecuencia podría ser desastrosa, al acarrear pérdidas de bienes materiales e incluso de vidas humanas.

Conclusión

En conclusión, los ensayos de distintos grupos se complementan; pero no se sustituyen debido a sus propias limitaciones. Sustituir el ensayo de un grupo con el de otro genera riesgos.

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Ventajas y Limitaciones de los END

Ventajas

Las principales ventajas de los END son que: • • • • •

El material inspeccionado es útil después de la inspección si está sano. No hace falta detener la producción, pues no son pruebas destructivas. Se aplican con relativa rapidez. Los resultados son repetibles y reproducibles. Se pueden aplicar en procesos de producción con un control automatizado (inspección on line). • Sólo hay "pérdidas" cuando se detecta un material defectuoso. • Aumentan la seguridad y confiabilidad de un producto. • Se pueden emplear en cualquier parte del proceso de producción.

Limitaciones

Las principales limitaciones de los END son que: • La inversión inicial en equipo es alta; pero se justifica al analizar la relación costo - beneficio; en especial en lo referente a tiempos muertos en las líneas de producción. En EUA los END aplicados a los componentes aeronáuticos representan un 0.03% del precio al consumidor. • El personal que realiza los END se debe capacitar, calificar y celiificar; además de contar con experiencia acumulada para interpretar correctamente las indicaciones y evaluar los resultados. • Sus determinaciones son sólo cualitativas o semicuantitativas. • Sus resultados siempre dependen del patrón de referencia empleado en la calibración. • Cuando no existen procedimientos de inspección debidamente preparados y calificados; o cuando no hay patrones de referencia o calibración adecuados, distintos inspectores pueden interpretar y ponderar una misma indicación de forma diferente. • La confiabilidad de los resultados depende en gran medida de la habilidad y experiencia del inspector.

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Aplicaciones de los END en los Procesos Productivos Introducción

Los END pueden usarse en cualquier etapa de un proceso productivo: • • • •

Recepción de materias primas Procesos de fabricación Inspección final o de liberación Inspección de partes y componentes en servicio

A continuación se describen estas aplicaciones de los END.

Recepción de materias primas

Se aplican END durante la recepción de las materias primas que llegan al almacén para comprobar la homogeneidad, la composición química y evaluar ciertas propiedades mecánicas. Este tipo de inspección es muy rentable cuando se inspeccionan partes o componentes críticos, en los procesos de fabricación controlada o en la producción de piezas en gran escala. La siguiente imagen muestra una inspección durante la recepción de materiales:

Conrilllía en la siguiente plÍgina

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Aplicaciones de los END en los Procesos Productivos, Continuación

Subprocesos de fabricación

Durante los diferentes subprocesos de un proceso de fabricación, los END sirven para comprobar si el componente está libre de defectos producto de: • un mal maquinado • un tratamiento térmico incorrecto, o • una soldadura mal aplicada La siguiente imagen muestra una inspección durante el proceso de fabricación:

Inspección final

En la inspección final o de liberación de productos terminados; para garantizar al usuario que la pieza cumple o supera sus requisitos de aceptación; que la parte es del material que se había prometido o que la parte o componente cumplirá de manera satisfactoria la función para la que fue creada. Continúa en la siguiente página

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Aplicaciones de los END en los Procesos Productivos, Continuación

Inspección y comprobación de partes y componentes en servicio

En la inspección y comprobación de componentes y partes que se encuentran en servicio, los END permiten: • verificar que éstos todavía se pueden emplear de forma segura • conocer el tiempo de vida remanente, o • programar adecuadamente los paros de mantenimiento para no afectar el proceso productivo La siguiente imagen muestra una inspección de una tubería en servicio:

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Beneficios de los END en las Distintas Áreas de una Empresa

Introducción

Para generar beneficios, los END deben ser parte de un buen programa de aseguramiento de calidad. La información que de ellos se obtiene se debe analizar y aplicar en medidas de tipo preventivo para evitar la repetición de los problemas. De lo contrario, la aplicación de los END no reduce los costos de producción o de mantenimiento; pero sí aumenta los costos de inspección.

Beneficios

Los END generan beneficios en las distintas áreas dentro de una empresa: • Producción • Mantenimiento • Aseguramiento de la Calidad A continuación se describen éstos.

Producción

En el área de Producción, los END generan estos beneficios: • • • • •

Aplicados correctamente reducen los costos de producción. Reducen la entrada de materia prima defectuosa. Reducen tiempos muertos en proceso. Aumentan la productividad sin aumentar la capacidad instalada. Permiten detectar los errores y corregirlos en los diferentes pasos de un proceso: - mal maquinado - tratamientos térmicos incompletos - defectos de soldadura ContinlÍa en /a siguiente página

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Beneficios de los END en las Distintas Áreas de una Empresa, Continuación

Mantenimiento

En el área de Mantenimiento, los END generan estos beneficios: • • • • • • •

Aseguramiento de la Calidad

En el área de Aseguramiento de la Calidad, los END generan estos beneficios: • • • •

Beneficio de los END como medida preventiva

Ayudan a predecir el estado del equipo o material inspeccionado. Ayudan a programar las fechas más convenientes de reparación. Aumentan la seguridad de las reparaciones. Permiten vigilar la vida remanente de los materiales. Reducen los riesgos de accidentes. Reducen los paros imprevistos. Aumentan los tiempos de operación sin arriesgar la seguridad.

Ayudan a reducir el recibir materias primas defectuosas. Ayudan a conocer y corregir los defectos ocasionados en la fabricación. Permiten mejorar la confiabilidad del producto. Ayudan a reducir los costos de otros tipos de inspección.

Si se desean altos beneficios a partir de los END, debe aplicar éstos como medida preventiva y no como medida correctiva. Prevenir permite economizar. Corregir cuesta más que prevenir.

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Sección B La Capacitación, la Calificación y la Certificación en END Visión General

Introducción

En la secciones C, D y E de este capítulo se habló acerca de la información general relacionada con los END. Para efectuar una aplicación correcta de los END, debe seleccionarse previamente con un esquema a seguir para capacitar, calificar y certificar al personal que realiza este tipo de inspecciones. En el caso de los END, existen normas internacionales y nacionales que rigen la forma en que un individuo debe prepararse para realizar actividades de END y los medios documentados con que debe demostrar esta preparación y su experiencia práctica. Esta sección trata acerca de: • la normatividad que regula la preparación en END • la definición de los conceptos de capacitación, calificación y certificación en el campo de los END • las jerarquías de preparación y experiencia END

Contenido

Este capítulo contiene los siguientes temas: Tema

La Capacitación La Calificación La Certificación Las Normas de la Capacitación, la Calificación y la Certificación en END Los Niveles de Habilidad en END

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La Capacitación

¿Qué es?

La capacitación es el desarrollo de las habilidades teóricas y prácticas de un individuo para que realice una actividad de forma: • • • •

¿Qué características tiene?

¿Qué abarca?

confiable segura repetitiva, y reproducible

La capacitación en END debe tener estas características: • Se debe realizar con base en un temario preparado según la norma e igual para todos los técnicos. • El instructor debe tener conocimiento y experiencia en el método, demostrable con documentos. • El participante debe ser capaz de aplicar los conocimientos adquiridos al término del curso.

Una buena capacitación abarca: • • • • • •

Textos preparados para el método Principios básicos del método Lectura de las normas aplicables Sesiones teóricas y sesiones prácticas Equipo y materiales para las prácticas Exámenes de evaluación de la capacitación

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La Calificación

¿Qué es?

La calificación es la demostración mediante exámenes de que un individuo posee los conocimientos y habilidades necesarios para realizar COlTectamente su trabajo de forma: • • • •

Confiable Segura Reproducible Repetitiva


Un examen de calificación en END debe tener estas características:

Tipos de exámenes

Los exámenes de calificación en END se dividen en tres grupos:

• Debe evaluar la habilidad o el conocimiento deseados. • Debe calificar al individuo de fonna clara y definida.

• de Aptitud Física • de Conocimientos • de Habilidad Práctica • A continuación se describe éstos y las condiciones de aprobación.

Exámenes de aptitud física

Los exámenes de aptitud física verifican la capacidad física del individuo para realizar determinadas actividades relacionadas con los END de forma correcta y sin riesgo para su salud. Se aplican en periodos no mayores de un áño. Los exámenes de aptitud física son los siguientes: • Agudeza visual - Agudeza visual lejana - Agudeza visual cercana • Discriminación cromática (para descartar daltonismo) • Estado de salud general (para radiógrafos) ContinlÍa e/1 la siglliente página

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La Calificación,

Exámenes de conocimientos

Continuación

Los exámenes de conocimientos evalúan la teoría en relación con los END que un individuo debe poseer y su capacidad para entender y obedecer las instrucciones de un procedimiento. Estos exámenes son distintos según el nivel de capacitación y calificación del individuo que se requiere comprobar. Niveles 1 Y II Los exámenes de conocimientos para los niveles 1 y II son los siguientes: • El examen general, que evalúa los conocimientos sobre el método. • El examen específico, que evalúa la comprensión de un procedimiento de inspección. Nivel III Los exámenes de conocimientos para el nivel III son los siguientes: • El examen básico, que evalúa los conocimientos generales de las disciplinas relacionadas con los END. • El examen de método, que evalúa a profundidad los conocimientos sobre los principios y aplicaciones del método de END. • El examen específico, que evalúa la comprensión de los criterios de aplicación de un procedimiento de inspección.

Exámenes de habilidad práctica

Condiciones de aprobación

El examen de habilidad práctica evalúa al individuo en su desempei1o: • al realizar una inspección • al aplicar los criterios de aceptación o rechazo • al redactar o revisar un procedimiento de inspección

Para aprobar los exámenes de calificación el individuo debe cumplir estas condiciones: • Aprobar cada examen con un mínimo de 70 aciertos de 100; Y • Lograr un promedio mínimo de 80 sobre 100 al sumar los tres exámenes Importante: un examen con promedio de 60 sobre 100 se considera reprobado.

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La Certificación

¿Qué es?

La certificación en END es el procedimiento seguido por el cuerpo de certificación para confirmar que los requisitos de calificación para un método, nivel y sector industrial han sido cumplidos antes de emitir un certificado. Importante: la certificación no incluye la licencia de trabajo. El certificado es el documento emitido por el cuerpo certificador bajo las recomendaciones de la nonna ISO 9712, que indica que la persona ha demostrado la competencia definida en el certificado y es el testimonio documental de que un individuo ha demostrado poseer: • la capacitación adecuada en el método • la habilidad necesaria para realizar las inspecciones • la experiencia necesaria para asegurar que su trabajo es confiable, seguro, repetitivo y reproducible


La entidad que emite los documentos de certificación debe mantener registros que pennitan demostrar que el inspector ha cumplido con los requisitos de certificación.

Importante

Toda la información de la certificación en END debe estar debidamente documentada y registrada para que sea demostrable por una auditoría técnica de Aseguramiento de la Calidad.

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Las Normas de la Capacitación, la Calificación y la Certificación en END

Introducción

La capacitación, la calificación y la certificación en Ensayos No Destructivos (END) se regula a partir de normas internacionales que definen entre otros requisitos: • • • • • • •

los contenidos la duración las actividades teóricas y prácticas los requisitos para la aprobación los tipos de exámenes y los contenidos de éstos los tiempos de experiencia práctica los documentos que dan constancia de la preparación

A continuación se describen las normas relacionadas con estas actividades en el campo de los END.

ISO 9712

Es la norma internacional que rige las actividades de todas las sociedades afiliadas al Comité Internacional de Ensayos No Destructivos (ICNDT) y que define: • • • •

el programa de capacitación la forma de realizar los exámenes de calificación el tiempo de experiencia de los inspectores la emisión de los certificados de habilidad

Al Comité Internacional están asociados poco más de 105 países miembros de ISO y de Naciones Unidas. México está representado en este organismo por el IMENDE, A. C. Continúa en l({ siguiente página

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Las Normas de la Capacitación, la Calificación y la Certificación en EN O, Continuación

ANSIIASNT CP 189

La ANSI/ASNT CP 189 es la nonna americana que sustituirá a la práctica recomendada SNT -TC-1 A. La ANSI/ASNT CP 189 está elaborada según la norma ISO 9712. Además es obligatoria, no es sólo una práctica recomendada.

NormaNMX 482

La Norma NMX 482 es la norma oficial mexicana elaborada para establecer los lineamientos de capacitación, calificación y certificación de personal de END. Está elaborada según la norma ISO 9712.

SNTC-TC-IA

La SNTC- TC-1 A es un documento emitido por la ASNT y es la práctica recomendada para definir respecto de los END: • el programa de capacitación dentro de una empresa • la fonna de realizar los exámenes de calificación para actividades dentro de una empresa • el tiempo de experiencia de los inspectores; y • la emisión de los certificados de habilidad Ha sido por mucho tiempo el documento más conocido para preparar los programas de calificación y certificación de personal. La SNTC-TC-l A es de adopción voluntaria y las responsabilidades de la certificación tan sólo son asumidas por el contratante del personal. Actualmente, la SNTC-TC-1A esta siendo sustituida por la nonna ANS1/ASNT CP 189.

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Los Niveles de Habilidad en END

Introducción

Los técnicos en END están organizados en niveles de habilidad que reflejan: • el grado de conocimientos, habilidad y experiencia acumulados • las actividades pueden realizar con autorización A esta clasificación se le conoce como los niveles de habilidad en END y son: • • • •

Aprendiz Nivel 1 Nivel II Nivel III

A continuación se describe estos niveles.

Aprendiz

El aprendiz en END es el individuo que está en etapa de entrenamiento inicial y que: • no puede realizar una inspección de forma autónoma • siempre debe realizar su trabajo bajo la supervisión directa de un Nivel 1, II o III • debe registrarse para posteriormente comprobar que ha acumulado el tiempo de experiencia necesario para certificarse

Nivel I

El Nivel 1 en END es el individuo capacitado y calificado para: • • • •

conocer los principios básicos del método realizar una inspección con base en un procedimiento calificado realizar inspecciones específicas aplicar criterios de inspección establecidos en un procedimiento

• El Nivel 1 en END es el nivel de habilidad más frecuente entre el personal operativo de inspección. • Para obtener el certificado como Nivel 1 en END, se recomienda acumular una experiencia en la aplicación del método de por lo menos 6 meses. COlltinlÍ({ ell la siguiente página

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Inspección Visual


Los Niveles de Habilidad en END,

Nivel II

Continuación

El Nivel II en END es el individuo capacitado y calificado para: • realizar las mismas actividades de un Nivel I • ajustar y/o verificar la calibración de un instrumento o sistema de inspección • interpretar los resultados de la inspección con base en un código o norma • supervisar a los niveles 1 • ser el responsable de los resultados El Nivel II en END es el nivel de habilidad por excelencia de los inspectores de END y es un verdadero experto en el método de END en el que está certificado. Para obtener el certificado como Nivel II en END, se recomienda acumular una experiencia previa en la aplicación del método como Nivel 1, de por lo menos un año.

Nivel III

El Nivel III en END es el individuo capacitado y calificado para: • ser el responsable de todo el trabajo de inspección en el método en el que está calificado • ser el responsable de preparar y calificar los procedimientos de inspección • entrenar a los niveles 1 y II en la aplicación de los procedimientos de inspección • evaluar los resultados discordante s Para obtener el certificado como Nivel III en END, se requiere: • acumular una experiencia previa en la aplicación del método de por lo menos 4 o 5 años como NivellI • tener conocimiento de los otros métodos de END • tener conocimiento y experiencia en Aseguramiento de la Calidad

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Inspección Visual



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Inspección Visual


Sección

e

Información General Sobre la Inspección Visual Visión General

Introducción

Esta sección contiene la infonnación de contexto para entender qué es la Inspección Visual y qué aplicaciones tienen como un método de Ensayos No Destructivos.

Contenido

Este capítulo contiene los siguientes temas: Tema Generalidades de la InsQección Visual Campo de Acción de la Inspección Visual Ventajas y Limitaciones de la Inspección Visual

l-C-l

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Inspección Visual


Generalidades de Inspección Visual (VT)

¿Qué es la VT?

La Inspección Visual (VT) es un método de Inspección Superficial que consiste en la observación de los materiales a simple vista o con la ayuda de instrumentos ópticos. Las actividades e infonnación relacionadas con la Inspección Visual se identifican por medio de las siglas VT (Visual Testing). La siguiente imagen muestra una inspección visual de recubrimientos auxiliada de un detector electrostático:

¿Para qué sirve?

La VT sirve para detectar con relativa rapidez: • las indicaciones de posibles discontinuidades expuestas en la superficie de los materiales en inspección; y • algunos problemas que pudieran ser mayores en los pasos subsecuentes de producción o durante el servicio de la pieza Importante: la VT es un paso inicial de la inspección no destructiva y debe complementarse con otros métodos y técnicas de END. Continúa en la siguiente págil/a

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Inspección Visual


Generalidades de Inspección Visual (VT),

¿En que se basa?

Continúación

La VT se basa en la capacidad y experiencia del inspector para detectar indicaciones relevantes mediante el sentido de la vista. Las observaciones que el inspector realiza durante la Inspección Visual no son arbitrarias o improvisadas. La VT como método de END requiere que el inspector posea la mayor cantidad posible de información acerca de las características de la pieza en inspección. Esta condición asegura que él interprete acertadamente las posibles indicaciones que detecte en su labor.

¿Qué requisitos exige?

Para realizar una correcta VT, el inspector debe satisfacer estos requisitos: • Debe tener un "ojo entrenado". Esto significa que ha aprendido a ver las cosas en detalle. Tal habilidad requiere de ardua preparación y amplia experiencia. • Debe someterse a un examen de la agudeza visual cercana y lejana cada 6 o 12 meses y aprobarlo. • De ser necesario por prescripción médica, debe usar lentes para toda labor de VT e interpretación de indicaciones. Este examen únicamente verifica que la persona posee una vista con cierto nivel de sensibilidad. • Para algunas actividades de inspección, debe someterse a un examen de discriminación cromática, que se aplica a fin de comprobar que detecta variaciones de color o tonos cromáticos. En algunos casos, la capacidad para detectar pequeñas variaciones de un tono de color o la de distinguir un color en particular es fundamental. • Debe saber las tolerancias, de acuerdo con las normas, para aceptar o rechazar una indicación. • Debe saber qué tipo de discontinuidades pueden detectarse visualmente y cuáles son las que aparecen con más frecuencia a partir de ciertas condiciones. Este requisito involucra el conocimiento que tenga el inspector acerca de la historia previa del material o pieza en inspección. Nota: el examen de discriminación cromática se realiza sólo una vez; ya que quien no distingue colores sufre de daltonismo y ésta es una alteración genética incorregible. ContinlÍa

l-C-3

ell

la siguiente página

Inspección Visual


Generalidades de Inspección Visual (VT),

¿Cómo se realiza?

Continúación

La VT es un proceso que abarca las siguientes etapas:

P reparación de la superficie

Inspección

l-CA

Interpretación y Evaluación


Inspección Visual

Campo de Acción de la Inspección Visual (VT)

Introducción

La Inspección Visual (VT) se aplica en todas las ramas de la Ingeniería, pues . . se usa para InSpeCcIOnar: • • • • •

Materiales metálicos

piezas forjadas, laminadas o fundidas recipientes a presión obras civiles corno edificios y puentes plataformas marinas uniones soldadas

La VT sirve para inspeccionar materiales metálicos como: • fundiciones de acero • aluminio y sus aleaciones

Materiales no metálicos

• La VT también pueden usarse en materiales no metálicos corno:

• • vidrio • cerámica • plástico

Trabajo en campo

La VT trabajan a partir de principios físicos. Por eso algunas de sus técnicas pueden emplearse en zonas a campo abierto donde no existen fuentes de energía; o con el auxilio de fuentes de energía portátiles.

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Inspección Visual


Ventajas y Limitaciones de la Inspección Visual

Ventajas

La VT tiene las siguientes ventajas: • Es el método de END más barato y también puede producir grandes ahorros si se aplica correctamente. • Si se aplica correctamente como inspección preventiva, detecta problemas que pudieran ser mayores en los pasos subsecuentes de producción o durante el servicio de la pieza. • Se puede aplicar durante cualquier etapa de un proceso productivo o durante las operaciones de mantenimiento preventivo o correctivo. • Muestra las discontinuidades más grandes y generalmente señala otras que pueden detectarse de forma más precisa por otros métodos, como los Líquidos Penetrantes (PT), Partículas Magnéticas (MT) o Electromagnetismo (ET). • Puede detectar y ayudar en la eliminación de discontinuidades que podrían convertirse en defectos.

Limitaciones

La VT tiene las siguientes limitaciones: • La calidad de la Inspección Visual depende en gran parte de la experiencia y conocimiento del Inspector. • Está limitada a la detección de discontinuidades superficiales. • Cuando se emplean sistemas de observación directa, como las lupas y los endoscopios sencillos, la calidad de la inspección depende de la agudeza visual del inspector o de la resolución del monitor de video. • La detección de discontinuidades puede ser difícil si las condiciones de la superficie sujeta a inspección no son correctas.

¿Qué sigue?

Se han revisado las generalidades acerca de la Inspección Visual como una técnica de Ensayos No Destructivos. A continuación, en el capítulo 2 se presentan los principios físicos del método que es indispensable conocer para realizar la VT acertadamente al inspeccionar materiales y evaluar discontinuidades.

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Inspección Visual


Capítulo 2 Principios Físicos de la Luz y el Color Visión General

Introducción

En el capítulo anterior revisamos las generalidades de los Ensayos no Destructivos. Antes de entrar de lleno a la materia de este texto, debemos estudiar los principios físicos que rigen y explican el comportamiento de la luz y el color; pues en estos fenómenos se basa la Inspección Visual.

Contenido

Este capítulo contiene los siguientes temas: Tema A. La Luz Evolución del Estudio de la Luz Los Modelos de la Luz La Velocidad de la Luz Teoría de la Radiación de Cuerpo Negro Las Fuentes de Luz B. Comportamiento de la Luz Reflexión de la Luz Refracción de la Luz Difracción de la Luz C. El Color Cómo Sucede la Visión de los Colores Factores que Intervienen en la Generación de los Colores Generación del Color Superficial Colores de los Metales D. Formación del Color por Adición y por Sustracción Mezcla de los Colores del Espectro Mezcla de Colores por Adición Mezcla de Colores por Sustracción

2-1

Pá~na

2-A-I 2-A-3 2-A-5 2-A-8 2-A-ll 2-B-1 2-B-4 2-B-7 2-C-1 2-C-4 2-C-7 2-C-9 2-D-l 2-D-4 2-D-6

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2-2

Inspección Visual


Sección A La Luz Evolución del Estudio de la Luz

Introducción

En este tema abordamos la evolución del estudio de la luz y los principales científicos que han intervenido en este avance.

Tolomeo

Claudio Tolomeo (c. 100 - c. 170) descubrió la refracción óptica, el efecto que consiste en la imagen distorsionada de un cuerpo que parece flexionado o quebrado cuando está parcialmente sumergido en agua.

Tycho Brahe

Tycho Brahe (1546-1601) estudió el efecto de refracción de la luz por la atmósfera, que permite ver el sol después de que se ha ocultado bajo el horizonte.

Hooke y Huygens

Robert Hooke (1635-1703) y Christiaan Huygens (1629-1695) son los primeros científicos en defender la postura de que la luz es una onda.

Young y Fresnel

Thomas Young (1773-1829) Y Augustin Fresnel (1788-1827) realizaron experimentos durante el siglo XIX que atrajeron nuevamente el interés sobre la teoría ondulatoria de la luz.

Maxwell

Las ecuaciones James Clerk Maxwell (1831-1879) unificaron la electricidad y el magnetismo en una teoría completa, que permite predecir la radiación electromagnética. Este avance culminó en el reconocimiento de que la luz es una forma de radiación. Maxwell predijo la existencia de ondas electromagnéticas con una velocidad igual a la de la luz. ContinLÍa en la siglliellfe página

2-A-I

Inspección Visual


Evolución del Estudio de la Luz,

Hertz

Continúación

Heinrich Hertz (1857-1894) aclaró y amplió la teoría electromagnética de la luz, formulada por Maxwell en 1884. Hertz demostró que la electricidad puede transmitirse en forma de ondas electromagnéticas, que se propagan a la velocidad de la luz y tienen muchas de sus propiedades.

Época actual

¿Qué es la luz de acuerdo con la visión contemporánea de la física?, ¿ondas o partículas? No existe una respuesta simple a esta pregunta. De hecho, la mecánica cuántica ha demostrado que la diferencia entre una onda y una partícula depende en gran medida de nuestro punto de vista. Las ondas y las partículas sólo son modelos simplificados de la realidad. La luz es un fenómeno complicado que no se ajusta perfectamente a ninguno de estos modelos por separado. Ambos se utilizan ampliamente y, por lo general, adoptamos cualquiera de ellos, en tanto que proporcione una explicación del comportamiento óptico que se estudia . . Más adelante, en esta sección tratamos este tema con más amplitud.

Enfoque de este texto

En este texto estudiaremos el comportamiento óptico que no depende de la naturaleza de la luz, sino sólo de la trayectoria que ésta sigue, estudio que se denomina óptica geométrica y que incluye: • • • •

la reflexión la refracción la difracción, y la dispersión.

2-A-2

Inspección Visual


Los Modelos de la Luz

Introducción

Como mencionamos anteriormente, la luz es un fenómeno complicado y para estudiarla se usan los modelos de las ondas y las partículas. En este tema describimos con más detalle estas teorías.

Onda o

Según como se estudie, la luz tiene distintos comportamientos:

partícula Si consideramos que la luz es ...

Electromagnetismo y óptica

Entonces ...

una onda

es un haz que viaja en línea recta

una partícula

interactúa con la materia y genera resultados

Ejemplo • la formación de imágenes en lentes y espejos • el rayo láser • la luz solar que activa la clorofila y genera la fotosíntesis • la reacción química de la película fotográfica

Cuando la comunidad científica reconoció que la luz es lo mismo que la radiación electromagnética predicha con las ecuaciones de Maxwell, esto unió los estudios de electromagnetismo y la óptica. El intervalo de longitudes de onda que abarca la luz visible conforma sólo una pequeña porción del espectro electromagnético completo, que se extiende en muchos órdenes de magnitud. No existen líneas divisoras claras que separen las diversas regiones; sólo se presenta una mezcla continua de una región a la siguiente. Es decir, en este caso, la luz presenta un comportamiento propio del movimiento ondulatorio y se transmite por medio de ondas luminosas. Continúa en la siguiente página

2-A-3

Inspección Visual


Los Modelos de la Luz,

Espectro de luz

Continúación

Cuando la luz solar se dispersa en un espectro, vemos la banda característica de colores visibles desde el rojo hasta el violeta. Mas allá del violeta del espectro visible, se encuentran las frecuencias de radiación que son mayores a la del color violeta. Utilizamos el termino ultravioleta para identificar esta extensión invisible del espectro. Por abajo del extremo rojo del espectro visible, se ubica las frecuencias inferiores a las que podemos observar. Estas longitudes de onda conforman la región infi'arroja del espectro. La siguiente imagen muestra un diagrama del espectro visible y su lugar en el espectro electromagnético:

c.

'"

"o

."

~

" 300 ''g, e .

uv

IR 400

600

500

700

o,.

--l

Longitud de onda en nm 1

10 2

10

10 3

10 4

"c.

800

)()5

"~ '"" 10 6

Luz visible

UV

Rayos X

(Ultravioleta)

Comportamiento del espectro

IF (Infrarrojo)

El comportamiento fundamental de todos los componentes del espectro electromagnético es el mismo; sólo difieren en sus longitudes de onda y frecuencia y en los tipos de dispositivos que pueden utilizarse para generarlos y detectarlos.

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Inspección Visual


La Velocidad de la Luz

Introducción

La velocidad de la luz es una de las características de este fenómeno que el hombre ha estudiado con más interés a lo largo del tiempo. Actualmente, la velocidad de la luz es uno de los parámetros más importante para la ciencia. En este tema abordamos la evolución del estudio de la velocidad de la luz y los principales científicos que han intervenido en este avance.

Galileo Galilei

Galileo Galilei (1564-1642), físico y astrónomo italiano, fue quizá la primera persona en sugerir un método para medir la velocidad de la luz.

Olaus Roemer

Olaus Roemer (1644-1710), astrónomo danés, descubrió las variaciones sistemáticas en los intervalos de tiempo, según se observaba en la Tierra, entre las desapariciones sucesivas de las lunas de Júpiter a medida que se movían dentro de la sombra del planeta. Él asoció estas variaciones con la distancia variable entre Júpiter y la Tierra. Determinó una diferencia de tiempo de casi 22 minutos a lo largo de los seis meses; lo que correspondía al tiempo necesario para que la luz cruzara el diámetro de la órbita terrestre.

Huygens

Christiaan Huygens (1629-1695), astrónomo, matemático y físico holandés, combinó las mediciones de tiempo de Roemer con la distancia recorrida estimada para obtener un valor relativo a la velocidad de la luz equivalente más o menos a 2.3 x 108 mis.

Fizeau

Armand Hippolyte Louis Fizeau (1819-1896), físico francés, fue el primer científico en medir la velocidad de la luz. En 1849, su experimento proporcionó la primera medición de la velocidad de la luz realizada en la Tierra. El experimento que Fizeau realizó consistía en medir intervalos de tiempo extremadamente cortos. Para ello usó una rueda dentada rotatoria y un espejo. ContinúiI en la siguienre páginu

2-A-5

Inspección Visual


La Velocidad de la Luz,

Fizeau (continuación)

Continúación

La siguiente imagen ilustra el experimento de Fizeau:

El experimento puede esquematizarse de la siguiente manera: Etapa

1 2

3 4 5

Descripción La luz se enfoca sobre la orilla de la rueda después de reflejarla en un primer espejo, que está semiplateado. La luz pasa por una de las separaciones entre los 720 dientes del borde de la rueda y continúa hacia un segundo espejo. La luz se refleja de regreso por la misma trayectoria hacia la rueda. La luz pasa por una separación y llega de nuevo al espejo 1. Así, parte de la luz que Ileqa al espejo se transmite a un observador.

En el experimento de Fizeau, al girar la rueda a detenninada velocidad, la luz pasa por la separación y sigue hacia el espejo 2; pero cuando regresa un diente la obstruye y el observador percibe una reducción en la intensidad de la luz. A otra velocidad de rotación, en el recorrido de regreso, la luz pasa por la separación de los dientes y se observa un aumento en la intensidad. A partir del conocimiento del número de separaciones, la velocidad de rotación de la rueda y de la longitud de trayectoria de la luz, Fizeau calculó un valor para la velocidad de la luz equivalente a 3.15 x 10 8 mis. ContinlÍa en la siguiente página

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Inspección Visual


La Velocidad de la Luz,

Valor actual

Continúación

En años recientes, las mediciones de la velocidad de la luz han aprovechado su comportamiento ondulatorio y el conocimiento de que la velocidad de una onda es el producto de su frecuencia y su longitud de onda. Durante una investigación, se usaron técnicas de alta precisión para determinar la longitud de onda de un láser altamente estabilizado. Al mismo tiempo, se midió su frecuencia al compararla con relojes atómicos de cesio. A partir de los valores obtenidos se estableció que la velocidad de la luz es de 299 792458 +/- 1.2 mis. Debido a que la limitación más importante en estas mediciones correspondía a la incertidumbre en la longitud del metro basado en patrones anteriores, se ha adoptado este valor de la velocidad de la luz en un nuevo orden y ahora el metro se ha redefinido desde el punto de vista de la velocidad de la luz.

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Inspección Visual


Teoría de la Radiación de Cuerpo Negro

Luminosidad y temperatura

Cuando un objeto sólido se calienta por encima de varios cientos de grados centígrados, se vuelve incandescente y genera un intervalo continuo de longitudes de onda. Algunas están en el intervalo visible. Cuando la temperatura del objeto aumenta, cambian las intensidades relativas de la luz a lo largo del espectro visible. Esto ocasiona un cambio o corrimiento perceptible en el color, que se usa para calcular la temperatura aproximada de un objeto luminiscente. La siguiente imagen muestra distintos grados de luminosidad de una resistencia conforme aumenta su temperatura:

Según su color, un cuerpo tiene la siguiente temperatura: Color del objeto luminiscente

CC)

500 - 550 650 - 750 850 - 950 1 050 - 1 150 1 250 - 1 350 1450 - 1 550

Rojo incipiente Rojo oscuro Rojo brillante Rojo amarillento Blanco incipiente Blanco

¿Qué es un cuerpo negro?

Temperatura aproximada

Un cuerpo negro es una superficie u objeto que absorbe toda la radiación que incide sobre él. Un cuerpo negro también es un radiador perfecto. Continúa en la siguiente púgina

2-A-8

Inspección Visual


Teoría de la Radiación de Cuerpo Negro,

Ley del desplazamiento de Wien

Continuación

La ley de desplazamiento de Wien dice que la longitud de onda de la intensidad máxima (Am ) disminuye con el aumento de la temperatura. De acuerdo con la siguiente ecuación: Am T = 2.90 * 10-3 m * k

Constante de Planck

Max Karl Emst Ludwig Planck (1858-1947) fue el primer científico en explicar la forma detallada de la radiación de cuerpo negro como consecuencia de una novedosa hipótesis; ya que en 1900, Planck propuso que la radiación era una consecuencia del comportamiento de numerosos osciladores idénticos. Cuando los osciladores intercambian energía, lo hacen por medio de la emisión y absorción de la radiación electromagnética. La radiación se emite cuando un oscilador efectúa una transición de un nivel de energía a uno superior. La absorción de la radiación es un proceso inverso en el que el oscilador brinca de un nivel de energía inferior a uno superior. Para plantear una fórmula empírica exitosa, Planck concluyó que la energía de cada oscilador era proporcional a su frecuencia! Asimismo, la energía de la radiación era proporcional a su frecuencia, es decir:

E=hf Donde la constante de proporcionalidad h es una constante universal. Así Planck propuso un modelo en el cual la energía estaba limitada a ciertas cantidades discretas. Planck también determinó el valor de h a partir de mediciones experimentales previas de la radiación de cuerpo negro. Actualmente, el valor de h se denomina constante de Planck. Y se calcula mediante la siguiente ecuación: h = 6.626

* 10 -

34 J * S

Para formular su teoría de la radiación de cuerpo negro, Planck no recurrió a ninguna evidencia directa de la cuantización existente. Más bien, introdujo el concepto de cuanto, como una modificación de las ideas clásicas que hacían recordar su teoría con las observaciones experimentales. El cuanto es la unidad de energía más pequeña posible. Continúa ell la siguiente página

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Inspección Visual


Teoría de la Radiación de Cuerpo Negro,

Mecánica cuántica

Continuación

Al sustituir la idea tradicional de que la energía fluye como una corriente continua de agua y proponer que la energía viene en pequeños paquetes (cuánticos) de valor discreto, Planck marcó el inicio de la mecánica cuántica y el fin de la época en la que todas las explicaciones físicas se realizaban en términos de flujos o movimientos continuos. Sin embargo, al igual que muchas ideas revolucionarias, la idea de Planck tuvo poca influencia cuando la presentó por primera vez. Tuvo crédito hasta que Einstein lo usó para explicar el efecto fotoeléctrico aparentemente sin relación alguna con la transmisión de la luz.

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Las Fuentes de Luz

Introducción

Además de las fuentes naturales de luz como el Sol, el hombre ha desarrollado otras, que tienen características particulares. Este tema describe las fuentes de luz artificial más comunes que se emplean en la inspección visual y otros métodos de END: • las lámparas incandescentes y • las lámparas fluorescentes

Lámparas incandescentes

Las lámparas incandescentes son fuentes de luz que producen luz blanca. Son una buena aproximación a los radiadores de cuerpo negro; pero su luz es deficiente en azul y violeta. En las lámparas incandescentes, el espectro tiende hacia el rojo debido a su relativamente baja temperatura de operación: cerca de 2900 K. Las lámparas incandescentes especiales de alta temperatura operan casi siempre en una de en 3 200 o en 3 400 K. Estas lámparas fueron diseñadas para fotografia y televisión y producen más azul que las lámparas domésticas ordinarias. Continúa en la siguiente página

2-A-ll

Inspección Visual


Las Fuentes de Luz,

Temperaturas de color

Continúación

La temperatura del color es la distribución espectral de la luz en términos de la temperatura correspondiente de un cuerpo negro. Por ejemplo, a una temperatura de 2900 k, sólo el 3% de la energía que se disipa en la lámpara surge como luz visible. La siguiente tabla muestra las temperaturas de color aproximadas de algunas fuentes luminosas comunes: Fuente

Temperatura del color (k)

Arco de mercurio

6000

Luz de día

5500

Arco de carbono de lata intensidad

5500

Fluorescente blanca fría

4200

Tungsteno incandescente (lámpara de alta capacidad)

3400

Tungsteno incandescente (lámpara de alta capacidad)

3200

Fluorescente blanca caliente

3000

Tungsteno incandescente (100 W)

2900

Tungsteno incandescente (40 W)

2650

Arco de sodio a alta presión

2200

La distribución espectral de una fuente luminosa no depende sólo de la temperatura de operación; ya que también depende de los espectros de emisión característicos de los elementos y que se deben a las transmisiones electrónicas entre niveles de energía atómicos. La luz proveniente de cada elemento tiene su propio conjunto característico de longitudes de onda e intensidades de emisión, lo cual origina un color característico.

Ejemplos: • Una descarga eléctrica en el hidrógeno produce luz de la serie de Balmer, una mezcla de longitudes de onda de color rosa . • Las lámparas de vapor de sodio producen una luz amarilla, característica que se debe a la intensidad de las líneas D. • Las lámparas de neón producen una luz rojo naranja. ContinlÍ(/ en la siguiente págil/a

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Inspección Visual


Las Fuentes de Luz,

Lámparas fluorescentes

Continúación

La lámpara fluorescente es un tubo de descarga de gas (argón) que contiene vapor de mercurio y un recubrimiento de polvo fluorescente en el interior del tubo. La siguiente imagen muestra varios tipos de lámparas fluorescentes:

. Una lámpara fluorescente tiene las siguientes partes: • un tubo revestido con fósforo • un cebador, y • una bobina de inductancia La siguiente tabla muestra cómo funcionan las lámparas fluorescentes: Parte 1 2

3 4 S

Función El tubo está relleno con un gas inerte (argón) y una pequeña cantidad de vapor de mercurio. El cebador aplica corriente a los dos filamentos al encender la lámpara. Los filamentos generan electrones para ionizar el argón, formando un plasma que conduce la electricidad. La bobina de inductancia limita la cantidad de corriente que puede fluir a través del tubo. El plasma excita los átomos de mercurio que, como consecuencia, emiten luz visible y luz ultravioleta. La luz golpea contra el revestimiento de fósforo del interior de la lámpara, que convierte la luz ultravioleta en luz más visible.

Las lámparas fluorescentes son considerablemente más eficientes que las incandescentes, al conveliir cerca del 20% de la energía eléctrica en luz visible.

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Inspección Visual



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I

1

Itetc0 .\; }'.QO

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,

Sección B

1

Comportamiento de la Luz

I

Reflexión de la Luz I

I

¿Qué es la reflexión?

La reflexión es una propiedad del movimiento ondulatorio por la que una onda retoma al propio medio de propagación tras incidir sobre una superficie. Cuando una forma de energía -como la luz o el sonido- se transmite por un medio y llega a un medio diferente, lo normal es que parte de la energía penetre en el segundo medio y parte sea reflejada.

1 J Reflexión de la luz

La reflexión de la luz regular (en la que la dirección de la onda reflejada está claramente determinada) cumple con dos condiciones: • El rayo incidente y el rayo reflejado forman el mismo ángulo con la normal (una línea perpendicular a la superficie reflectante en el punto de incidencia) . • El rayo reflejado está en el mismo plano que contiene el rayo incidente y la normal. Los ángulos que forman los rayos incidente y reflejado con la normal se denominan respectivamente ángulo de incidencia y ángulo de reflexión. La siguiente imagen muestra un ejemplo de reflexión:

Continúa en la siguiente página

2-B- l

Inspección Visual


Reflexión de la Luz, Ecuación de reflexión

Continúación

El fenómeno de la reflexión de la luz se representa mediante la siguiente ecuación:

Donde: O,. es el ángulo reflejado 01 es ángulo de incidencia Nota: en óptica los ángulos se miden con base en la normal Ley de la reflexión

Las leyes de la reflexión afirman que el ángulo de incidencia es igual al ángulo de reflexión; y que el rayo incidente, el rayo reflejado y la normal en el punto de incidencia se encuentran en un mismo plano.

Reflexión especular

La reflexión especular se produce cuando se incide en una superficie lisa o uniforme similar a un espejo. Al mirar un espejo, por lo general no vemos la superficie, sino la imagen que se refleja especularmente.

Reflexión difusa

Las superficies rugosas reflejan en muchas direcciones, y en este caso se habla de reflexión difusa. Si la superficie es rugosa, las nonnales a los distintos puntos de la superficie se encuentran en direcciones aleatorias. En ese caso, los rayos que se encuentren en el mismo plano al salir de una fuente puntual de luz tendrán planos de tanto de incidencia como de reflexión aleatorios. Esto hace que los rayos se dispersen y no puedan fonnar una imagen. En la siguiente imagen, un inspector observa la imagen especular de una discontinuidad:

COlllillúa en la siguiellfe página

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Inspección Visual


Reflexión de la luz,

Sim ultaneidad de la reflexión difusa y especular

Continúación

Algunas veces tanto la reflexión difusa como la especular se presenta en forma simultanea en la misma superficie. Ejemplo Cuando la luz solar incide sobre un automóvil, podemos verlo desde cualquier dirección alrededor de éste. Lo anterior es reflexión difusa. Si el automóvil se encera perfectamente es posible observar la imagen de objetos reflejados en su superficie. Esta es reflexión especular.

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Inspección Visual

Refracción de la Luz ¿Qué es?

La refracción es la capacidad de un material transparente para desviar los rayos de luz. La siguiente imagen muestra la refracción de la luz:

Índice de refracción

El índice de refracción (n), de una sustancia o un medio transparente, es la relación entre la velocidad de la luz en el vacío y la velocidad de la luz en la sustancia o el medio transparente. El índice de refracción se calcula mediante la siguiente ecuación:

e

11=' -

V

Donde: es el índice de refracción e es la velocidad de la luz en el vació v es la velocidad de la luz en ese medio

11

El Índice de refracción, mayor que la unidad y sin unidades, es una constante característica de cada medio y representa el número de veces que es mayor la velocidad de la luz en el vacío que en ese medio. El índice de refracción se mide con un aparato llamado refractómetro en el que el ángulo de incidencia se compara con el ángulo de refracción de la luz de una longitud de onda específica. Como el Índice de refracción es sensible a los cambios de temperatura y varía con la longitud de onda de la luz, deben especificarse ambas variables al expresar el Índice de refracción de una sustancia. Continúa en la sig uiente pág ll1a

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Inspección Visual


Refracción de la Luz,

¿ Cuáles son sus leyes?

Continúación

La ley de Snell; llamada así en honor del matemático holandés Willebrord van Roijen Snell, afirma que: El producto del Índice de refracción del primer medio y el seno del ángulo de incidencia de un rayo es igual al producto del Índice de refracción del segundo medio y el seno del ángulo de refracción. El rayo incidente, el rayo refractado y la normal a la superficie de separación de los medios en el punto de incidencia están en un mismo plano. La ley de Snell, puede expresarse como:

Donde: 11] depende únicamente de las propiedades ópticas del medio 1 112 depende únicamente de las propiedades ópticas del medio 2 Implicación

Es posible comprobar la ley de Snell en un gran número de materiales y usarla para detenninar sus Índices de refracción. En la mayor parte de los materiales, la velocidad de la luz depende de su longitud de onda y, por lo general, el Índice de refracción disminuye gradualmente con el aumento de la longitud de onda. La siguiente tabla muestra los diferentes índices de refracción de materiales transparentes comunes: Material

Indice de refracción (n)

Gases (a presión atmosférica a O oC) Hidrógeno Aire Dióxido de carbono (C0 2) Líquidos (a 20 oC) Agua Alcohol etílico Glicerina Sólidos a temperatura ambiente Hielo (O oC) Acrílico (polimetilmetacrilato) Poliestireno Vidrio de alta calidad Cristal de roca Diamante

1,0001 1,0003 1,0005 1,333 1,362 1,473 1,31 1,49 1,59 1,50 - 1,62 1,57 - 1,75 2,417

COlltilllÍa e/l la siguiente página

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Inspección Visual


Refracción de la Luz,

Comportamiento del haz luminoso

Continúación

Si un rayo refractado incide en un espejo, de manera que se refleje de vuelta a lo largo de la misma trayectoria, se refractará en la interfaz y emergerá a lo largo de la misma trayectoria del rayo incidente. Los rayos luminosos son reversibles; es decir, si un rayo de luz que viaja en alguna dirección toma una trayectoria particular, un rayo luminoso que viaje en la dirección opuesta seguirá también la misma trayectoria. Cuando la luz pasa de un material con un índice de refracción mayor, decimos que la luz ha pasado de un material óptico menos denso a uno más denso. Es posible utilizar esta terminología para establecer una versión cualitativa de ley de Snell: • Cuando la luz viaja de un material óptico menos denso a uno más denso, los rayos se desvían hacia la normal. Debido a la reversibilidad de los rayos luminosos también podemos afirmar que: • Cuando un rayo luminoso viaja de un material óptico más denso a uno menos denso, los rayos se desvían alejándose de la normal. Esta desviación ocurre en la frontera o interfaz entre los dos materiales. Si un rayo de luz pasa por más de un medio, la ley de Snell se cumple para cada interfaz.

Ejemplo La luz que entra a un vaso de agua pasa primero del aire al vidrio y luego de éste al agua. La ley de Snell puede aplicarse en cada interfaz para determinar la dirección de la trayectoria de la luz.

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Difracción de la Luz

La difracción

Isaac Newton (1642-1727), matemático y físico británico, en su primer artículo, publicado en 1672, describió un experimento con la luz y el color, que ahora es famoso. Newton hizo pasar un haz de luz solar por un prisma, que dispersó la luz en un espectro de colores, corno muestra la siguiente imagen:

Un segundo prisma colocado en la forma opuesta hacía converger el espectro de nuevo en un haz estrecho de luz blanca. Esto es la difracción de la luz. El desalTollo posterior de la rejilla de difracción condujo a las mediciones de las longitudes de onda de luz.

Intervalos de Si bien cada color surge en fonna continua dentro del siguiente a lo largo del longitud de onda espectro, es posible asignar intervalos de longitud de onda aproximados a cada

color, corno muestra la siguiente tabla: Color

Intervalo de la longitud de onda en nm 630 - 700 590 - 630 570 - 590 500 - 570 450 - 500 400 - 450

Rojo Naranja Amarillo Verde Azul Violeta

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1

1 1

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Sección C Los Colores Cómo Sucede la Visión de los Colores

Introducción

En este tema se analizan distintos aspectos que explican la naturaleza de la visión del color y los mecanismos que permiten que esto suceda.

¿Qué es el color?

El color es un fenómeno fisico de la luz y de la visión, asociado con las diferentes longitudes de onda en la zona visible del espectro electromagnético. El color es una sensación visual y depende de mecanismos biológicos. Edwin Herbeli. Land (1901-1991) demostró que la sensación de color depende de la luz que llega a nuestros ojos, más que de las intensidades espectrales.

t Luz visible y luz blanca

La luz visible está formada por vibraciones electromagnéticas cuyas longitudes de onda van aproximadamente de 350 a 750 nanómetros (milmillonésimas de metro). La luz blanca es la suma de todas estas vibraciones cuando sus intensidades son aproximadamente iguales. Esta luz es una mezcla de varios colores. Por eso, cuando un haz de luz blanca pasa a través de un prisma de vidrio, se decompone en el espectro de colores. El Sol es una fuente de luz blanca. Continú(/ en la siguiente página

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Inspección Visual


Cómo Sucede la Visión de los Colores,

¿Qué es el espectro?

Continúación

El espectro es una serie de colores semejante a un arcoiris, que se produce al dividir una luz compuesta, como la luz blanca, en los colores que lo constituyen y que están en el siguiente orden: • • • • • •

rOJo anaranjado amarillo verde azul, y violeta.

Cada color del espectro corresponde a una longitud de onda diferente.

Ejemplo El arcoiris es un espectro natural producido por fenómenos meteorológicos. La siguiente imagen muestra el espectro de colores representados por distintos matices de gris: " ~

Rojo

¿Cómo percibimos el color?

Anaranjado

Amarillo

Verde

"4~t

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,:~

i1", 'K~: ,

Azul

Violeta

La percepción del color, como sensación experimentada por los seres humanos y determinados animales, depende tanto de las características de la luz como del funcionamiento de los ojos; ya que es un proceso neurofisiológico muy complejo. Continúa en la siguiente página

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,


Inspección Visual

Cómo Sucede la Visión de los Colores,

¿Cómo es que vemos los colores?

Continúación

Podemos ver los colores porque el ojo humano contiene receptores para tres tipos de colores, el rojo, el verde y el azul, que son los colores primarios. Al estimular esos receptores, los ojos pueden percibir todos los colores. Cuando se estimulan los receptores de color por pares percibimos el color amarillo, el cian y el magenta. Otros colores, como el naranja, el gris o el marrón se perciben cuando algunos de los receptores sólo están estimulados parcialmente. Nota: el capítulo 3 de este manual describe a detalle la fisiología del ojo humano.

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Factores que Intervienen en la Generación de los Colores

Introducción

Para que la visión suceda, depende de múltiples factores interrelacionados. Las distintas combinaciones permiten la inmensa gama de manifestaciones del color que conocemos. En este tema se analizan estos factores ..

El ojo, la tonalidad y la saturación

En toda radiación luminosa se pueden distinguir dos aspectos: • el cuantitativo, que es su intensidad • el cualitativo, que es su cromaticidad (conjunto o gama de colores) Esta última viene detenninada por dos sensaciones que el ojo percibe: la tonalidad y la saturación.

La longitud de onda y la tonalidad

Una luz compuesta por vibraciones de una única longitud de onda del espectro visible es cualitativamente distinta de una luz de otra longitud de onda. Esta diferencia cualitativa se percibe subjetivamente como tonalidad. La luz con longitud de onda de 750 nm se percibe como roja y la luz con longitud de onda de 350 nm se percibe como violeta. Las luces de longitudes de onda intermedias, del violeta al rojo y entre 350 y 750 nm, se perciben como azul, verde, amarilla o anaranjada. ContinlÍa en /a siguiente página

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Inspección Visual


Factores que Intervienen en la Generación de los Colores, Continúación

Absorción

Todos los objetos tienen la propiedad de absorber y reflejar ciertas radiaciones electromagnéticas. La mayoría de los colores que experimentamos normalmente son mezclas de longitudes de onda que provienen de la absorción parcial de la luz blanca. Casi todos los objetos deben su color a los filtros, pigmentos o pinturas, que absorben detenninadas longitudes de onda de la luz blanca y reflejan o transmiten las demás; estas longitudes de onda reflejadas o transmitidas son las que producen la sensación de color, que se conoce como color pigmento. Ejemplo Un filtro rojo deja pasar selectivamente la luz roja, aunque absorbe las longitudes de onda más cortas. Un filtro azul transmite este color pero no el verde, el amarillo o el rojo; por lo tanto, el color puede producirse mediante absorción selectiva.

Reflexión

El color se produce también por reflexión. El color que se percibe de la mayoría de los objetos se debe a la reflexión selectiva de la luz. Así, un objeto refleja luz roja, pero absorbe verde y azul. Ejemplo Una manzana roja exhibe un color rojo vivo cuando se ilumina con luz roja; aunque se observa oscura cuando se ilumina con luz azul y no refleja bien esta última.

Brillo

El brillo es una magnitud sensorial en la óptica producto de la reflexión de la luz sobre la superficie de los objetos. El brillo obedece a la estmctura de reflexión de los objetos, en la que la distribución de los átomos en la superficie es fundamental; pero también lo es el ángulo de incidencia de la luz sobre el objeto. El brillo se clasifica atendiendo al índice de refracción; es decir, la relación entre el ángulo de la luz incidente y el de la luz que se refracta dentro del objeto. Idealmente, el brillo se debe valorar en superficies recientes. Cominúa e/1 /a siguiente piÍgina

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Inspección Visual


Factores que Intervienen en la Generación de los Colores, Continúación

Efecto de la iluminación sobre el color

Para ver un objeto en su verdadero color, éste debe iluminarse con luz de la misma coloración. Por ejemplo, si un objeto de color rojo se coloca bajo los distintos colores de un espectro prismático, parece ser rojo o brillante en la luz roja; y de color gris o negro en todos las demás colores del espectro. Si la fuente de iluminación no emite los colores apropiados, el objeto no se puede ver en su verdadero color; pero si la fuente emite los colores apropiados, el cuerpo puede verse en su verdadero color. La luz del Sol muestra los objetos en su color real porque los rayos solares contienen todos los colores del espectro.

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Inspección Visual

Generación del Color Superficial

Color superficial

El color superficial es el resultado de la luz que incide sobre un cuerpo. En contacto con la luz, el pigmento de la superficie, en forma de finos granos, refleja y refracta un color específico, que se proyecta en todas direcciones, y absorbe la mayor parte de los demás colores. Sin embargo, el cuerpo no absorbe completamente los otros colores: una pequeña cantidad de cada color se refleja en la superficie, obedeciendo la ley de reflexión. El color superficial implica tres aspectos: • el matiz, que se refiere al nombre del color • el brillo, que se refiere a la magnitud relativa de la respuesta sensorial; y • la saturación, que se refiere a la fuerza del color. A continuación se describen cada uno de estos aspectos de forma general:

Matiz

El matiz es el nombre del color. Es cualitativo y es el aspecto más distintivo del color: sin matiz no hay color. Ejemplo El rojo, el amarillo, el violeta, el púrpura y varios son matices.

El blanco está desprovisto de matiz y, por lo tanto, no posee color. El matiz se puede definir también de otras dos formas: • Es la unión de diversos colores mezclados con proporción. • Es cada una de las gradaciones que puede recibir un color sin perder el nombre que lo distingue de los demás.

Brillo

El brillo es la magnitud relativa de la respuesta sensorial y es una intensidad subjetiva. El brillo puede existir solo, como la luz blanca. En cambio, el matiz no existe solo, porque si tenernos un matiz, forzosamente hay cierto brillo y saturación. Contil/LÍa en la siguiente página

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Inspección Visual

Generación del Color Superficial,

Saturación

Continúación

La saturación es la fuerza o firmeza del color. Cuanto menor es la cantidad de luz blanca que se mezcla con un color, mayor es la saturación. Los colores que no contienen traza alguna de luz blanca están saturados. De forma inversa, mientras contienen más color blanco, están menos saturados.

Ejemplo El púrpura es un color saturado. Contra - ejemplo El color rosa no es un color saturado; sino una mezcla de los colores rojo y blanco. Esto se puede demostrar al mezclar pigmento de color rojo con pintura blanca.

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Alfonso

R. García

Cueto

Inspección Visual

Colores de los Metales

Introducción

Algunas sustancias parecen ser de un color por la luz reflejada y de un color diferente por la luz transmitida. Esto es cierto especialmente para los metales y para algunos colorantes de anilina. En este tema, describimos algunas características propias del color metálico; ya que en la Inspección Visual se trabaja constantemente con materiales metálicos. .

Metales y luz

La siguiente tabla resume el comportamiento de distintos metales en contacto con la luz: Metal

Comportamiento

El oro El cobre La plata

La lámina delgada de cobre

Refleja y absorbe cantidades más pequeñas de verde, azul y violeta. . Se vuelve opaco a todos los colores.

El metal grueso

Poder de reflexión

Siempre es amarillo anaranjado al reflejar la luz; pero si es suficientemente delgado para transmitirla es azul verdoso. Refleja un 80% de toda la luz roja incidente sobre él y solo 40% de la violeta Refleja muy bien todos los colores y, por tanto, es casi blanca. Refleja la luz blanca incidente desprovista de rojo, anaranjado y amarillo, porque un poco de cada uno de esos colores es reflejado y absorbido.

La siguiente gráfica muestra el poder de reflexión de algunos metales para los distintos colores del espectro:

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Inspección Visual


Sección O Formación del Color Mezcla de los Colores del Espectro

Introducción

Durante muchos años se han propuesto distintas graficas y teorías para el estudio de los colores, algunas de ellas acertadas y otras poco efectivas. Debido a que las mejores teorías son complicadas y están llenas de detalles, aquí sólo se exponen de forma simplificada sus principios y conceptos principales.

Colores primarios aditivos

El espectro se divide en tres partes, que son los colores primarios aditivos: Rojo

Azul

Verde

Combinación de Al combinarse, los colores primarios aditivos se comportan de la siguiente colores manera: Cuando se combinan ... el el el el el el

rojo y el naranja amarillo y el verde azul y el violeta rojo y el verde rojo y el azul verde y el azul

Generan un color... rojo brillante verde brillante azul violáceo amarillo magenta azul verdoso claro

ContinlÍa en la siguiente púgina

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Inspección Visual


Mezcla de los Colores del Espectro,

Colores primarios sustractivos

Continúación

El espectro también se divide en otro grupo de tres colores, que son los primarios sustractivos:

Magenta

Amarillo

Cian


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Alfonso R. García

Inspección Visual

Cueto

Mezcla de los Colores del Espectro,

Experimento

Continúación

El siguiente experimento con un haz de luz blanca permite ver el comportamiento del espectro al mezclar los colores: Paso 1 2 3 4 S 6 7

Acción Genere un haz angosto de luz blanca con un arco de carbón y una lente Dirija el haz de luz blanca sobre un prisma de vidrio y para que esta luz se disperse hacia afuera y forme un espectro completo. Coloque el prisma cerca de la curvatura de un gran espejo cóncavo. Después de la reflexión, enfoque todos los colores sobre una varilla translucida de vidrio. Combine todos los colores hasta que vuelva a producir luz blanca. Sostenga una tarjeta blanca delante del espejo, para que actué como pantalla. Regule los colores que se dejen mezclar en la varilla. Por ejemplo, suprima el violeta, el azul y el verde. Los colores restantes, rojo, naranjay amarillo lIegaránjuntos y entonces la varilla se verá anaranjada

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Inspección Visual


Mezcla de Colores por Adición

¿Qué es?

La mezcla de colores por adición es la generación de colores al combinar luces de distintas longitudes de onda.

¿En qué consiste?

El espectro visible contiene un intervalo continuo de color, que varia uniformemente del violeta en un extremo hasta el rojo oscuro en el otro. Sin embargo, podemos aproximar el espectro utilizando únicamente tres bandas independientes de color, que representan intervalos iguales de longitud de onda. Estas bandas son los tres colores primarios aditivos de luz: • Rojo • verde y • azul Al mezclar estos tres colores en diversas combinaciones, podemos crear una amplia gama de otros colores. Por ejemplo: Si se mezcla luz...

Entonces se produce luz ...

roja y verde azul y roja azul y verde

amarilla magenta cian

¿Para qué sirve? Al mezclar los colores primarios por adición en diversas proporciones

obtenemos la gama completa del resto de los colores, incluso el morado, el café y el naranja. Si sumamos los tres colores primarios con igual intensidad, el resultado es luz blanca. COlltinúa ell !a siguiente página

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Inspección Visual


Mezcla de Colores por Adición,

Ejemplo de mezcla por adición

Continúación

La televisión a color genera imágenes a color por medio de la mezcla de color por adición. Así se forman las imágenes a color en una pantalla de televisión: Parte 1 2 3 4 5

6

Función La pantalla está cubierta por detrás con una matriz regulada de puntos, llamados tubos de imagen. Cada uno de los tubos de imagen contiene un patrón de puntos dispuestos en grupos de tres. Estos tres puntos están compuestos de un material llamado fósforo, pero cada punto es sensible a un color primario aditivo (rojo, azulo verde). Cada punto (pixel) contiene material fluorescente que brilla cuando se excita un haz de electrones. Cuando el haz de electrones que se produce dentro del tubo de imagen del televisor incide en estos compuestos, cada uno de ellos emite luz azul, roja o verde. Al controlar la intensidad de la luz de los puntos independientes, es posible producir una amplia qama de colores.

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Mezcla de Colores por Sustracción

¿Qué es?

La mezcla de colores por sustracción es la generación de colores que un cuerpo manifiesta al absorber parcialmente la luz blanca y reflejar una longitud en particular.

¿En qué consiste?

La mayoría de los colores que experimentamos normalmente son mezclas de longitudes de onda. Casi todos los objetos deben su color a los filtros, pigmentos o pinturas, que absorben determinadas longitudes de onda de la luz blanca y reflejan o transmiten las demás. Estas longitudes de onda reflejadas o , transmitidas son las que producen la sensación de color, que se conoce como color pigmento. Los colores pigmento que absorben la luz de los colores aditivos primarios se llaman colores sustractivos primarios y son: • el magenta, que absorbe el verde • el amarillo, que absorbe el azul, y • el cian (azul verdoso), que absorbe el rojo.

Ejemplo Cuando se proyecta una luz verde sobre un pigmento magenta, se refleja poca luz y el ojo percibe una zona negra.

¿,Para qué sirve? Los colores sustractivos primarios pueden mezclarse en proporciones diferentes para crear casi cualquier tonalidad. Los tonos obtenidos así se llaman sustractivos. Si se mezclan los tres en cantidades aproximadamente iguales, producen una tonalidad muy oscura, aunque nunca completamente negra. La mezcla en cantidades iguales de cualquiera par de primarios sustractivos produce el primario aditivo situado entre ellos en el triangulo de los colores.

Ejemplo Cuando se mezclan cian y amarillo el resultado es el verde. Los colores primarios sustractivos se usan en la fotografia en color: para las diapositivas y negativos en color se emplean tintes de color magenta, cian y amarillo. En las fotografías en color sobre papel se emplean tintas de estos mismos colores; también se usa tinta negra para reforzar el tono casi negro producido al mezclar los tres colores primarios. ContinlÍ({ en la siguiente página

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Inspección Visual


Mezcla de Colores por Sustracción,

Generación de color por sustracción

Continúación

También podemos producir color por sustracción. En este proceso generamos color filtrando la luz de manera selectiva. De este modo eliminamos así ciertas longitudes de ondas del haz: Cuando usamos un filtro ...

Entonces sustraemos los colores •..

Y el resultado es un haz de color...

rojo verde azul

verde y azul rojo y azul verde y rojo

rojo verde azul

Estos filtros no se pueden combinar para producir otros colores. Puesto que el filtro rojo sólo deja pasar dicho color, la combinación de rojo más filtro verde o de rojo más filtro azul no deja pasar la luz. Por ello, los filtros rojo, verde y azul no son apropiados para producir otros colores mediante la sustracción.

Colores complementarios

Los colores complementarios son los colores que pueden combinarse para producir luz blanca. De ese modo, el color complementario para el rojo es el cian; el del azul, el amarillo; y el del verde, el magenta. Estos tres colores (cian, amarillo y magenta) son los colores primarios sustractivos. Los filtros de estos colores pueden usarse sucesivamente para producir otros colores.

Ejemplo Al usar un filtro amarillo y magenta, sustraemos la luz azul con el filtro amarillo y la luz verde con el filtro magenta. El resultado es un haz de luz de color rojo. ContinlÍa en la siguiente página

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Inspección Visual


Mezcla de Colores por Sustracción,

Continúación

Diferencia entre La diferencia esencial entre los métodos aditivo y sustractivo de mezcla de métodos colores son: Método sustractivo

Método aditivo El color resultante es la suma de los dos componentes usados para producirlo La adición siempre produce un color más brillante En la mezcla aditiva del rojo, verde y azul se produce el blanco

¿Qué sigue?

Es la diferencia entre los dos La sustracción siempre produce un color más oscuro En la mezcla sustractiva de magenta, amarillo y_ cian se produce el negro

Hemos estudiado los principios físicos de la luz y el color relacionados con la visión. En el capítulo 3 analizaremos la fisiología del ojo humano, herramienta principal de la Inspección Visual.

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Inspección Visual


Capítulo 3 Descripción y Funcionamiento del Ojo Humano Visión General

Introducción

Debido a que el ojo humano es la herramienta de trabajo fundamental con que el inspector trabaja, es importante entender su fisiología y cómo responde a los estímulos de la luz y el color.

Contenido

Este capítulo contiene los siguientes temas:

Tema El Ojo Humano Punto Cercano y Punto Lejano Problemas de la Visión Intensidad de Luz para Observar La Visión del Color según Young ~ Von Helmholtz Limitación en la Observación de los Colores

3-1

}> ági n a

3-2 3-4 3-5 3-8 3-11 3-13

Inspección Visual


El Ojo Humano Introducción

El mecanismo completo de la visión es extremadamente complicado e incluso en la actualidad no se entiende del todo. No obstante, podemos comprender algunos de los principios importantes de la visión al considerar las propiedades ópticas del ojo humano.

¿Qué es?

El ojo humano es el instrumento óptico más complejo que conocemos. El ojo en su conjunto, llamado globo ocular, es una estructura esférica de aproximadamente 2,5 cm de diámetro con un marcado abombamiento sobre su superficie delantera.

¿Para qué sirve?

La función del ojo es traducir las vibraciones electromagnéticas de la luz en un determinado tipo de impulsos nerviosos. Estos impulsos se transmiten al cerebro, que es el órgano que efectúa el proceso de la visión.

¿Cómo es?

La siguiente imagen muestra la sección transversal de un ojo humano visto desde arriba y sus partes: 1/:"

\ c·

I

(1)

¿Qué partes tiene?

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\ro

La siguiente tabla describe las partes del ojo humano:

Parte Músculo ciliar Iris Pupila Humor acuoso Córnea Cristalino Humor vítreo Retina

Descripción Es Es Es Es Es Es Es Es

un tejido que controla la forma del cristalino un obturador y sirve para ajustar el tamaño de la abertura de la pupila una abertura a la cámara interior del ojo un fluido en el frente del cristalino una envoltura transparente sobre el frente del ojo un lente una sustancia gelatinosa que protege la retina de la luz excesiva la capa sensible a la luz que alinea la parte posterior del ojo

Continúa en la siguiente pági/la

3-2

Inspección Visual


El Ojo Humano,

Refracción de la luz

Continuación

Cuando consideramos la forma en la que el ojo refracta la luz incidente, no podemos tratarlo como una lente delgada, debido a que hay más de más de dos fronteras refractoras: el objeto y la imagen se encuentran en medios ópticos diferentes. El cambio relativo más grande en el Índice de refracción ocurre entre el aire (n = 1,000) Y la córnea (n = 1,376). En consecuencia, la mayor refracción se presenta también en la superficie. El cristalino es en realidad una lente de Índice descendente con un Índice mayor (n = 1,406) cerca del centro que en los bordes (n = 1,386). Puesto que los humores acuso y vítreo que rodean al cristalino tienen índices de n = 1.336, la refracción en la superficie de éste es pequeña comparada con la refracción en la córnea.

Enfoque de los objetos

El ojo relajado normal presenta los objetos distantes enfocados en la retina. Para que los objetos cercanos estén enfocados en la retina, deben cambiar algunos parámetros ópticos del ojo. Si un objeto distante se mueve hacia el ojo, éste cambia para mantener la imagen enfocada en la retina. Este efecto se conoce como adaptación y se efectúa principalmente mediante la contracción de los músculos ciliares, que cambian la forma del cristalino. Cuando el ojo enfoca objetos cercanos, el cristalino se vuelven más grueso y su superficie más curvas. Debido a que el cristalino tiene un índice de refracción más alto que el medio circulante, el efecto neto es acortar su longitud focal. La siguiente imagen muestra cómo enfoca el cristalino:

Visión normal, objeto distante

3-3

Visión normal, objeto cercano

Inspección Visual


Punto Cercano y Punto Lejano

Introducción

La capacidad de adaptación del ojo es limitada. Los extremos del ámbito en el que es posible la visión definida se conocen como punto cercano y punto lejano del ojo. A continuación se describen éstos.

Punto cercano

El punto cercano es la distancia a la que el ojo, sin ayuda, produce la imagen más grande y nítida en la retina. Los objetos más cercanos a dicho punto no pueden enfocarse. El valor promedio del punto cercano es aproximadamente 25 cm; aunque hay una variación individual considerable, incluso en las personas con visión normal. Por convención, el punto cercano nonnal se considera igual a 25 cm. La posición del punto cercano depende del grado en que el músculo ciliar puede aumentar la curvatura del cristalino. Esta capacidad disminuye gradualmente con la edad; porque el cristalino crece con la edad del individuo y es aproximadamente 50% más grande a los 60 años que a los 20. Además, el músculo ciliar pierde la capacidad de modificar adecuadamente el cristalino más grande. Por estas razones, el punto cercano se aleja poco a poco a medida que envejece el ojo; así pues, una persona promedio con 50 años de edad no puede enfocar un objeto situado a menos de 40 cm del ojo. La siguiente tabla muestra la relación entre la edad y la distancia entre el ojo y el punto cercano:

Punto lejano

Edad en años

Punto cercano en cm

10 20 30 40 50 60

10 14 22 40 200

7

El punto lejano es la distancia más lejana a la que el ojo, sin ayuda, produce una imagen nítida. El punto lejano del ojo normal se encuentra en el infinito.

3-4


Inspección Visual

Problemas de la Visión

Introducción

La mayor parte de la gente no posee una buena visión. Es muy amplio el intervalo de capacidad visual que se considera normal. Dos tipos de defectos de visión muy comunes que se pueden corregir con facilidad se relacionan con las propiedades ópticas del ojo: la visión corta o miopía y la hipermetropía o presbicia que se desarrolla en personas después de la edad madura debido al engrosamiento y falta de flexibilidad del cristalino. Este tema describe en qué consisten la miopía, la presbicia y el astigmatismo.

Miopía

Un ojo miope es incapaz de adaptarse al intervalo normal de 25 cm al infinito. En vez de eso, hay un punto lejano más allá del que la visión no es nítida. La imagen de un objeto distante se enfoca en la parte frontal de la retina, de modo que sobre ella sólo se forma una imagen borrosa. La visión clara de objetos distantes se restituye al colocar frente alojo una lente divergente que forma la imagen de un objeto distante dentro del intervalo de adaptación de ese ojo en particular. La siguiente imagen muestra un ojo con miopía sin corregir y con miopía corregida:

Miopía sin corregir

Miopía corregida

Contil1úaciólI ell la siguiente págilla

3-5

Inspección Visual


Problemas de la Visión,

Presbicia

Continúa

Para un ojo con presbicia o hipermetropía el punto cercano está alejado. Si la distancia focal normal es de 25 cm, la imagen de un objeto cercano se enfoca detrás de la retina; por lo que se percibe borrosa. Para ver objetos a 25 cm del ojo es necesario emplear lentes convergentes que forman la imagen del objeto a la distancia del punto cercano real del ojo en cuestión. La siguiente imagen muestra un ojo con presbicia sin corregir y con presbicia corregida:

Presbicia corregida

Presbicia sin corregir

Astigmatismo

El astigmatismo, otro problema visual común, se produce cuando las superficies de la córnea o el cristalino no son esféricas. Las imágenes en un ojo con este defecto se observan como líneas y casi siempre la forma del ojo puede ser aproximada a una combinación de una superficie esférica con una deformación cilíndrica superpuesta. Este problema se corrige con una lente cilíndrica de compensación.

La dioptría

Los optometristas expresan la potencia de las lentes que se usan para corregir defectos visuales en dioptrías. La potencia de una lente en dioptrías es el recíproco de la longitud focal en metros. Es decir: D=l

f Donde: D es la potencia de la lente en dioptrías f es la longitud focal en metros Continúa en la siguiente página

3-6

Inspección Visual


Problemas de la Visión,

Corrección de problemas de la visión

Continúación

Las longitudes focales más cortas corresponden a potencias dióptricas superiores. El uso de la potencia de la lente es conveniente sobre todo cuando se recurre a varias lentes delgadas ordenadas de manera muy cercana. En este caso, la potencia de la combinación es exactamente igual a la suma de las potencias de las lentes individuales. La selección de una lente de potencia apropiada para corregir un defecto visual suele conseguirse después de diversas combinaciones de lentes frente alojo hasta obtener una visión más clara. Después se escoge una lente única que tenga la misma potencia que la combinación ensayada.

Lentes bifocales

En personas cuyos ojos son incapaces de adaptarse por completo a ambos extremos del intervalo, pueden conseguirse lentes con dos regiones de potencia dióptrica diferente. Se denominan bifocales y tienen una región superior de potencia dióptrica, apropiada para la visión de lejos; y una región inferior diseñada para la visión de cerca. En algunos casos, se utilizan lentes trifocales para proporcionar una mejor visión a distancias intermedias.

3-7

Inspección Visual


Intensidad de la Luz para Observar

Introducción

¿Cuál es el destello luminoso más débil que se puede ver? ¿Cuál es el número mínimo de fotones que se requieren en la retina para que se detecte un destello? Explicamos las propiedades ópticas del ojo, donde se mostró cómo la luz incidente se enfoca en una imagen en la retina por medio de la córnea y del cristalino. Einstein explicó la interacción de la luz con la materia a partir de la que los rayos luminosos están compuestos por un gran número de fotones individuales. Con frecuencia, la teoría de Einstein constituye la base de nuestra interpretación de cómo la luz ocasiona los cambios físicos, químicos o biológicos. Este tema trata acerca del funcionamiento del ojo humano y de su sensibilidad a la luz.

La retina

Un destello luminoso es visible cuando se estimulan los receptores fotosensibles en la retina. La siguiente imagen muestra la estructura de la retina humana:

1

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Hay dos tipos de receptores fotosensibles: bastoncillos y conos. Cada receptor tiene distintos tipos de moléculas sensibles a la luz, llamadas pigmentos visuales. Continúa en la siguiente página

3-8

Inspección Visual


Intensidad de la Luz para Observar,

Bastoncillos y conos

Continuación

Los conos y los bastoncillos son responsables de la visión a color y se encuentran sobre todo en la fóvea, el área de la visión más aguda. Un ojo normal contiene 130 millones de bastoncillos y 7 millones de conos. El mayor número de bastoncillos se encuentra principalmente fuera de la fóvea. Éstos no transmiten información a color; aunque son mucho más sensibles a la luz que los conos. Los bastoncillos y los conos se encuentran en la superficie posterior de la retina, lejos de donde proviene la luz entrante. Para que la luz llegue a los receptores, debe atravesar la mayor parte de la retina, que está compuesta por células relativamente transparentes.

Percepción de la luz

La respuesta a nuestra pregunta inicial la dieron los experimentos realizados por primera vez por Hecht, Shlaer y Pierne en los años cuarenta. La primera parte de un experimento consistió en detelminar el número mínimo de fotones que deben entrar a la córnea para producir la sensación de luz. La segunda parte cOlTespondió a determinar cuántos de estos fotones en realidad llegan a los receptores visuales. El aparato experimental generaba un destello luminoso de 0,1 s de duración que incidía sobre un área de la retina cOlTespondiente a casi 500 bastoncillos. La luz tenía su intensidad máxima a 510 nm (espectro verde amarillento), lo que equivalía a la mayor sensibilidad de los bastoncillos. Los sujetos experimentales se exponían a destellos aleatorios y se les pedía avisar cuando observaban uno. La intensidad de la fuente se redujo en etapas hasta no observar destellos; así de este modo se estableció un umbral. Al conocer los detalles del aparato, los experimentadores determinaron que el umbral para una respuesta visual cOlTespondía de modo aproximado a 100 fotones incidentes en la córnea. Esta cantidad de luz es en verdad muy pequeña: una salida continua de 100 fotones cada 0,1 s de luz de 510 nm cOlTesponde a menos de 10- 15 vatios. Co//ttnúa el/ la siguiente pági//a

3-9

Inspección Visual


Intensidad de la Luz para Observar,

Continúación

Percepción de la No todos los fotones que llegan al exterior de la córnea alcanzan los luz bastoncillos de la retina. Algunos de los fotones se reflejan en la cornea y el

(continuación)

cristalino. Además, los fluidos en el ojo absorben o dispersan casi la mitad de la luz, por lo que en realidad sólo alrededor de 45 de los 100 fotones originales llegan a la superficie frontal de la retina. La mayor parte de estos fotones han demostrado que más o menos 5 fotones deben caer en un área de 500 bastoncillos de la retina para producir un destello. La probabilidad de que uno de los 500 bastoncillos sea alcanzado por más de uno de los 5 fotones es extremadamente pequeña. Por lo tanto, concluimos que sólo un fotón activará un solo bastoncillo. Sin embargo, no es suficiente la excitación de un bastoncillo, pues deben estimularse en forma simultánea cinco o más para ver el destello.

Excitación térmica de los bastoncillos

¿Cómo explicar que un solo fotón active a un único bastoncillo, pero que se necesitan alrededor de 5 fotones para producir una respuesta visual? Los bastoncillos fotorreceptores se activan cuando se les suministra la suficiente energía. Algunas veces ésta proporciona un fotón de energía (E=~f). No obstante, también es posible excitar un bastoncillo mediante la energía térmica presente en su ambiente. Los cálculos indican que las excitaciones térmicas aleatorias ocurren a un rango que es casi el mismo que el que corresponde a los 5 fotones para que una señal producida sea comparable o mayor que la debida a la excitación térmica aleatoria de los bastoncillos.

3-10


Inspección Visual

La Visión del Color según Young y Von Helmholtz

Introducción

Se han realizado muchos intentos para formular una teoría científica de la visión de los colores. Aunque algunas de estas teorías han obtenido éxito considerable, ninguna de ellas ha sido capaz de explicar los fenómenos conocidos. Aquí se describe la más aceptada: la teoría de Y oung - Helmholtz.

La teoría

La teoría de Young - Helmholtz es producto de dos científicos: el británico Thomas Young (1773 -1829) Y el alemán Hermann van Helmholtz (18211894). Helmholtz afinó la propuesta inicial de Young, que establece que los diminutos conos en la retina del ojo son de tres clases. Un grupo de conos produce la sensación visual del rojo; el segundo grupo, la sensación del verde y el tercer grupo, la sensación del azul.

Curva del triple estímulo

Una serie de graficas de la sensación para cada uno de estos conos sensibles al color está dada por las curvas centrales en la siguiente imagen:

4')\)0

5000

5500

6000

6')00

7000

7~¡1X\

A

LUN(;ITUD Di' (-'NJi.\

Las implicaciones de estas curvas se describen a continuación. Continúa ell la siguiente página

3-11

Inspección Visual


La Visión del Color según Young y Von Helmholtz,

Implicaciones de las curvas

Continúación

La curva R muestra que para estimular la reacción de los conos al rojo, cualquier longitud de onda desde el violeta al rojo espectrales es satisfactoria; pero la longitud de onda de 6000 A producirá la máxima respuesta. Analógicamente, los conos A z y Ve son estimulados por toda una gama de diferentes longitudes de onda. Cuando un amarillo puro espectral entra en el ojo, como el representado por am en el dibujo, los conos Rzy Ve responden igualmente y la sensación es amarillo. Si al rojo y al verde espectrales puros se les permite entrar en el ojo (como r y ve en las curvas), ambos conos Rz y Ve responden otra vez igualmente y la sensación producida es amarilla. Debido a la igualdad de los estímulos, el cerebro es capaz de establecer la diferencia entre los estímulos am aunque en la mezcla no esté presente el amarillo espectral. Un comportamiento similar ocurre cerca de la longitud de onda de 5 000 A, donde los conos A z y Ve están estimulados igualmente para producir un matiz cian. Si el ojo se somete a una luz débil de longitud de onda de 4500 A, la sensación visual es azul; pero cuando la intensidad se eleva, el matiz se vuelve violeta o púrpura, que se traduce en una apreciable estimulación de los conos. El blanco se produce por la presencia de todas las ondas en iguales cantidades; pero también se origina con tan pocas longitudes de onda como únicamente tres.

3-12

Inspección Visual


Limitación en la Observación de los Colores

Introducción

Cerca del 8% de los hombres y del 1% de las mujeres tienen deficiencia o ceguera de colores; es decir, no tienen la visión normal del color. Aunque hay muchas maneras, formas y grados de este defecto, los dos tipos más comunes se llaman protanopía y deuteranopía. En este tema se describen estas limitaciones.

Dicromatopsia

Tanto a la protanopía como a la deuteranopía se les llama dicromatopsia o daltonismo. La dicromatopsia es hereditaria, recesiva y ligada al sexo. Teóricamente, una mujer de cada siete es un portador genético que no manifiesta deficiencia en la visión de los colores; pero las transmite a la mitad de sus hijas y a la mitad de sus hijos. Si uno de estos hijos se casa con una mujer normal, todos sus hijos serán normales, pero todas sus hijas serán portadoras.

La protanopía

La protanopía se caracteriza porque el que la padece percibe las longitudes de onda grandes al final del espectro como verdes y se detiene cerca de 6 800 A. Numerosas pruebas y experimentos demuestran que la protanopía se debe a la ausencia de los conos R en la retina de quien la padece. Una persona con protanopía compara los colores bastante bien; aunque el número de matrices que ve es sólo una pequeña fracción de los que ve una persona nonnaI. Con solo dos colores primarios a su disposición, azul y verde, percibe únicamente los matices producidos por su mezcla en todas las proporciones posibles. ColltinlÍa en la siguiellte página

3-l3

Inspección Visual


Limitación en la Observación de los Colores,

La deuteranopía

Continuación

La deuteranopía se produce cuando los conos Ve tienen la misma respuesta espectral que los conos R normales. En la deuteranopía, el espectro no se acorta en los extremos, pero, puesto que los conos R y Ve son estimulados de modo igual con todas las grandes longitudes de onda, ve sólo amarillo de cerca de 5 700 Á en adelante. Con sólo el rojo y azul como primarios, los únicos matices producidos son el amarillo, azulo blanco. Aunque se han ideado varios métodos para descubrir las deficiencias de percepción del color, la detección más sensible y exacta se hace con un instrumento óptico llamado anomaloscopio.

Dicromatopsia y tricromatopsia

Como se mencionó anteriormente, la visión del color con dos primarios, como en la protanopía yen la deuteranopía, se llama Dicromatopsia. La visión con la deficiencia parcial de uno de los tres tipos de conos se llama tricromatopsia anómala (tricomasia) o daltonismo parcial. En esta caso hay una disminución en el brillo de alguno de los colores rojo o verde y menos frecuentemente el azul; pero el número de matices posibles es mayor que en el dicrómata y, en muchos casos, se aproxima al individuo normal, que es tricrómata.

Visión fotópica y visión

escotópica

Bajo la iluminación de la luz diurna, se requiere la visión normal por la llamada visión fotópica, condición donde los conos de la retina, sensibles al color son responsables de las sensaciones visuales. Sin embargo, en las noches oscuras, cuando la iluminación es muy baja, los bastones altamente sensibles se encargan de lograr la reducida visión y ésta es denominada visión escotópica. La visión fotópica es una visión por los conos; la visión escotópica es una visión por los bastones. Continúa en /a siguienrc página

3-14

Inspección Visual


Limitación en la Observación de los Colores,

El diagrama cromático de la C.I.I.

Continúación

En 1931, la Comisión Internacional de la Iluminación (C.U.) aprobó resoluciones bien estudiadas para la medición cuantitativa de los colores. Se adoptaron los primarios aditivos (rojo, verde y azul) que dividían el espectro visible en tres curvas superpuestas de respuestas espectrales. Auque la descripción de este sistema patrón de la C.L!. debe dejarse para estudios más avanzados, se debe mencionar aquí que cualquier muestra dada de color se puede medir con un espectroscopio, en función de los tres primarios adoptados, y los resultados de las mediciones se puede expresar con dos números. Estos dos números se pueden trazar en una grafica. Cuando los colores puros del espectro se comparan con una mezcla de los patrones primarios, se obtienen una curva continua, como la de la siguiente Imagen:

(l:' ,

Magenta

\4800 Violeta

\

_ \.:4C;(){)

(:

:''':C2

C:~,

04

C5

C'~,

.".~

Con el blanco en el centro, la gama completa de todas las mezclas posibles de los colores está situada dentro de la superficie cerrada rojo, anaranjado, amarillo, verde y violeta, con los púrpuras y los magentas confinados en la región rojo - blanco - violeta entre los dos extremos del espectro.

¿Qué sigue?

En este capítulo revisamos la naturaleza del ojo humano y su comportamiento respecto de la luz y el color. El capítulo 4 describe los instrumentos ópticos que se usan con más frecuencia en los trabajos de Inspección Visual.

3-15

Inspección Visual



3-16

, , I

¡q/()~/oe l
Inspección Visual


I

1 J

Capítulo 4 Instrumentos Ópticos Empleados en la Inspección Visual Vista general

1 1

Introducción

J

Uno de los mayores retos de la aplicación de la Inspección Visual es enseñar y hacer conscientes a los inspectores de que no se puede ver todo sólo con la observación directa.

} En algunas ocasiones es necesario saber leer planos y dibujos técnicos; además de saber emplear diferentes instrumentos que pueden ser equipos de metrología dimensional o de observación directa; pues toda esta variedad de instrumentos apoyan el trabajo del inspector. Este capítulo trata acerca de: • las aptitudes físicas de la visión de un inspector; y • las herramientas de trabajo que se usan en el método de VT

Contenidos

Este capítulo contiene los siguientes temas: Tema Requisitos para Realizar la Inspección Visual Las Lentes Tipos de Lentes Características Ópticas de las Lentes Formación de Imágenes con las Lentes La Lente de Aumento El Endoscopio

4-1

Página

4-2 4-3 4-5 4-7 4-9 4-12 4-13

Inspección Visual


Requisitos para Realizar la Inspección Visual

Introducción

La Inspección Visual exige destrezas específicas y aptitudes físicas relacionadas con el sentido de la vista. Tales requisitos que el inspector debe cumplir se describen a continuación.

Examen de agudeza visual

Para realizar la Inspección Visual, un requisito indispensable es un examen de la agudeza visual cercana o lejana cada 6 o 12 meses. Este examen únicamente verifica que la persona posee una vista con cierto nivel de sensibilidad.

Uso de lentes

Un inspector debe usar lentes o anteojos cuando el médico los prescriba. Cuando sea el caso, el inspector debe usar los lentes o anteojos en toda labor de inspección e interpretación de indicaciones.

Examen de discriminación cromática

El examen de discriminación cromática se debe aplicar para comprobar que el inspector pueda detectar variaciones de color o tonos cromáticos; ya que en algunos casos la detección de pequeñas variaciones de un tono de color o la apreciación de un color en particular son actividades críticas, principalmente en aplicaciones de la industria aeronáutica o nuclear. Este examen sólo se realiza una vez; pues el daltonismo es una alteración genética y no es corregible.

Entrenamiento y El entrenamiento y actualización constante es otro requisito que todo inspector actualización de debe cubrir. los inspectores

Debe aprender qué tipo de discontinuidades pueden detectarse visualmente y cuáles son las que aparecen con más frecuencia a partir de ciertas condiciones. Esta capacidad depende en gran medida del conocimiento que el inspector tenga en cuanto a la historia previa de la pieza en examen.

4-2

Inspección Visual


Las Lentes

¿Qué son?

Las lentes son piezas o discos de vidrio u otra sustancia transparente, con superficies talladas y pulidas de forma esférica. Esta forma hace que la luz procedente de un objeto se refracte y forme una imagen real o virtual de éste. Las lentes son un instrumento óptico muy antiguo. Los primeros indicios de este instrumento son aproximadamente son de hace 2500 años: un relato histórico afirma que se encontró una lente convergente de cristal de roca en las ruinas de Nínive (Mesopotamia). También existen relatos, más fantásticos que reales, acerca de que los griegos fabricaban "lentes incendiarias" en grandes cantidades, aproximadamente 250 años antes de nuestra era.

¿Cómo son?

La siguiente imagen muestra distintos tipos de lentes:

\

¡

Más adelante, en este capítulo se describen los distintos tipos de lentes.

¿Para qué sirven?

La función principal de las lentes es formar imágenes de objetos reales o virtuales.

¿De que están hechas?

La mayoría de las lentes están hechas de vidrio común; pero algunas lentes especiales se construyen de otros materiales transparentes como: • el cuarzo • el plástico y • la fluorita Continúa en fa siguiellfe pági}/Il

4-3

Inspección Visual


Las Lentes,

¿En qué se usan?

Continúación

Las lentes se usan actualmente en varios dispositivos ópticos e instrumentos como: • • • • •

• • • •

las cámaras fotográficas los proyectores de cine los microscopios los telescopios los anteojos

4-4

los periscopios las lupas los dispositivos astronomía los láser


Inspección Visual

Tipos de Lentes

Clasificación

Las lentes se clasifican en: • Convexas (convergentes o positivas) • Cóncavas (divergentes o negativas) A continuación se describen sus características.

Lente convexa, convergente o positiva

Las lentes convexas son más gruesas en el centro que en los extremos. La luz que atraviesa una lente convexa se desvía hacia dentro (converge). Esto hace que se forme una imagen del objeto en una pantalla situada al otro lado de la lente. La imagen está enfocada si la pantalla se coloca a una distancia determinada, que depende de la distancia del objeto y del foco de la lente. El crisalino, la lente del ojo humano, es convexo y, además, puede cambiar de forma para enfocar objetos a distintas distancias. El cristalino se hace más grueso al mirar objetos cercanos y más delgado al mirar objetos lejanos. La siguiente imagen muestra una lente convexa:

.. lo

..

.. Contil/úa en la siguiente págil/a

4-5

Inspección Visual


Tipos de Lentes,

Lente cóncava, divergente o negativa

Continúación

Las lentes cóncavas son menos gruesas en el centro y están curvadas hacia adentro. La luz que atraviesa una lente cóncava se desvía hacia fuera (diverge). A diferencia de las lentes convexas, que producen imágenes reales, las cóncavas sólo producen imágenes virtuales; es decir, imágenes de las que parecen proceder los rayos de luz. En este caso es una imagen más pequeña, situada delante del obj eto. En las gafas o anteojos para miopes, las lentes cóncavas hacen que los ojos formen una imagen nítida en la retina y no delante de ella. La siguiente imagen muestra una lente divergente:

¿Cuantos tipos de lentes existen?

Existen 6 tipos de lentes: • biconvexa

• • • • •

plano-convexa menisco-convergente bicóncava plano-cóncava menisco divergente

Existen dos razones por las cuales las lentes tienen superficies esféricas: • con esta forma se forman imágenes más claras, y • la forma esférica es la más práctica para maquinar superficies pulidas lisas

4-6

Alfonso R. García Cueta

Inspección Visual

Características Ópticas de las Lentes

Introducción

Las características ópticas de las lentes sencillas (únicas) o compuestas (sistemas de lentes que contienen dos o más elementos individuales) vienen determinadas por dos factores: • la distancia focal de la lente, y • el punto focal A continuación se definen estos conceptos.

Distancia focal

La distancia focal de una lente es la distancia del centro de la lente a la imagen que forma de un objeto situado a distancia infinita. La distancia focal se mide de dos formas: • en unidades de longitud normales, como por ejemplo 20 cm o 1 m, o • en unidades llamadas dioptrías, que corresponden al inverso de la distancia focal medida en metros La relación entre la distancia focal y el diámetro de una lente detennina su capacidad para recoger luz o "luminosidad". Esta relación se conoce como fy su inversa es la abertura relativa. Lente delgada Cada lente tiene su longitud focal particular determinada por la curvatura de sus superficies y por el índice de refracción del material con el cual está constituido. Una lente cuyo espesor es pequeño en comparación con su longitud focal se denomina lente delgada. La distancia desde el centro de la lente delgada al punto focal constituye la longitud focal de la lente. COl/til/úa en la siguiente págil/a

4-7

Inspección Visual


Características Ópticas de las Lentes,

Punto focal

Continúación

Al tomar una lente convergente y dejar que la luz solar incida sobre ella, los rayos que inciden en la lente son en esencia paralelos entre sí. Cuando estos rayos de luz inciden en la lente paralelos a su eje de simetría, convergen en un punto denominado punto focal de la lente (F). Todo rayo incidente sobre un lente convergente y paralelo a su eje óptico (es decir, el eje de simetría del lente ) pasa por un punto focal al salir de él.

4-8

Inspección Visual


Formación de Imágenes con las Lentes

Imágenes reales

Las imágenes fonnadas por las lentes convexas o convergentes son reales. Cuando un objeto está situado en el foco, los rayos que salen de él son paralelos al eje óptico después de ser reflejados o refractados. Si una lente o espejo hace converger los rayos de forma que se corten delante de dicha lente o espejo, la imagen será real e invertida. Éste es un ejemplo de imagen real:

Imágenes virtuales

Las imágenes formadas por las lentes cóncavas o divergentes son virtuales. Si los rayos divergen después de la reflexión o refracción, de modo que parecen venir de un punto por el que no han pasado realmente, la imagen no está invertida y se denomina imagen virtual. La relación entre la altura de la imagen y la altura del objeto se denomina aumento lateral. Éste es un ejemplo de imagen virtual:

ContinlÍa el/ la siguiente págil/a

4-9

Inspección Visual


Formación de Imágenes con las Lentes,

Formación de la imagen

Continúación

Cuando se coloca un objeto a un lado de una lente convexa o convergente, más allá del foco principal, se forma una imagen real en el lado opuesto de la lente. Si el objeto se mueve más cerca del punto focal, la imagen se forma más lejos de la lente y es mayor, pues se amplifica. Si el objeto se coloca más lejos de la lente, la imagen se forma más cerca del punto focal y es de dimensiones menores, pues se reduce. La siguiente ilustración muestra el mecanismo de formación de imágenes con una lente convexa: f

------+

+--------~------

~1 imagen

F¡ f

p' Distancia al objeto

Posición de la imagen

q

Distancia a la imagen

Existen dos formas para determinar con precisión la posición de una imagen: • la constmcción gráfica ilustrada en la imagen anterior, y • emplear la fórmula de las lentes:

P

+

1

1

q

f

Donde: p es la distancia al objeto

q

f

es la distancia a la imagen es la distancia focal Colltil1úa en la siguiente púgina

4-10

Inspección Visual


Formación de Imágenes con las Lentes,

Posición de la imagen

(continuación)

Continúación

En algunos casos prácticos se conoce la distancia focal de la lente y se trata de determinar la distancia de la imagen cuando se coloca un objeto a una distancia dada frente a la lente. En otros casos, en primer lugar se despeja la incógnita de la ecuación mostrada anteriormente. Para despejar q, se usa la siguiente ecuación:

px[ q='

p-f

Tamaño de la imagen

El tamaño de la imagen puede calcularse mediante la siguiente relación: tamaño de la imagen

distancia de la imagen

tamaño del objeto

distancia del objeto

Esta relación se representa por medio de la ecuación de imagen: 1

q

O

P

Donde: es el aumento o factor de amplificación CM) es la distancia a la imagen f es la distancia focal //0 q

Este valor está representado en los lentes de aumento con un valor seguido de una letra "x".

Ejemplo Una lupa con un valor de 5x tiene un valor de amplificación de 5 veces el tamaño del objeto.

4-11

Inspección Visual


La Lente de Aumento

¿Qué es?

La lente de aumento es el dispositivo óptico amplificador de imágenes más sencillo; también se le conoce con el nombre de microscopio simple. La siguiente imagen muestra una lente de aumento:

¿Cómo funciona?

La lente de aumento es una lente convexa o convergente que, al mantenerse cerca del ojo, produce una imagen cuyo tamaüo en la retina es mayor que la observada a simple vista. Al ajustar la distancia a las que el lente y el objeto se mantienen respecto del ojo, el observador puede obtener una amplificación máxima sin esforzar la vista ni ver una imagen borrosa.

Lentes oculares

Las lentes de aumento no sólo se usan para amplificar cosas o imágenes, sino también para aumentar las imágenes que forman otros lentes. Cuando se utilizan de esta manera, se conocen como lentes oculares. La función principal de las lentes oculares es aumentar el tamaño angular de la imagen y permitir observarla con el ojo relajado. La siguiente imagen muestra un ejemplo de lentes oculares:

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Inspección Visual


El Endoscopio

¿Qué es?

El endoscopio es un instrumento óptico de 1,6 a 10 mm de diámetro que emplea tecnología de fibra óptica y contiene cerca de 20.000 fibras de cuarzo. El tubo del endoscopio está formado por distintos sistemas: fibras ópticas de iluminación y fibras ópticas de visión. Los endoscopios (anteriormente llamados boroscopios) están muy difundidos en las nuevas técnicas de Inspección Visual, porque permiten observar el interior de partes o componentes sin desarmar los equipos. La siguiente imagen muestra a un inspector que inspecciona un motor a reacción con un endoscopio:

¿Para qué sirve? El endoscopio sirve para proporcionar imágenes de zonas:

• que no se pueden reconocer a simple vista, o • de dificil acceso, como las cavidades

¿Qué partes tiene?

El endoscopio se compone, esencialmente, de tres partes: • un sistema óptico • un sistema mecánico, y • un sistema conductor de luz para iluminar la zona a observar Continúa e/1 la siguiente página

4-13

Inspección Visual


El Endoscopio,

¿Qué tipos hay?

Continúación

Existen tres tipos de endoscopios: • rígidos • flexibles y • remotos La siguiente imagen muestra un endoscopio rígido portátil:

¿Cómo funciona?

El sistema óptico se compone de tres elementos: • el objetivo • el sistema de inversión, y • el ocular El objetivo proyecta una imagen real hasta el plano intermedio, desde donde el sistema inversor la transmite en varias etapas al último plano intermedio. El ocular proyecta entonces una imagen virtual, que se puede observar a simple vista o que se puede reproducir en un nuevo plano, mediante un objetivo de cámara. Continúa en la siguiente página

4-14


El Endoscopio,

Recomendaciones

Inspección Visual

Continúación

Para proporcionar resultados confiables un endoscopio debe proporcionar calidad en la definición, fidelidad cromática y luminosidad. Un endoscopio que justifique la inversión que representa, debe tener las siguientes características: • El sistema de registro primario de la imagen debe ser por medio de CCD; los sistemas de fibra óptica y lente no son recomendables para la digitalización de imágenes • Los sistemas de video deben ser preferentemente cromáticos; esto permite conocer mejor en términos generales el estado del equipo o maquinaria sujetos a inspección. • La presentación de la imagen debe ser preferentemente digitizada; esto asegura una mejor calidad de las pequeñas indicaciones . • La pantalla de video debe tener la más alta resolución posible. • Los sistemas de almacenamiento (grabado de la imagen) deben ser compatibles con los nuevos sistemas de análisis de imagen por digitización.

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Inspección Visual



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Inspección Visual

Capítulo 5 Instrumentos Mecánicos de Medición Visión General

Introducción

Durante el siglo XIX, la sociedad evolucionó en muchos aspectos: la ciencia, la industrialización y la economía. Este avance forzó al mundo a establecer unidades de medida unificadas, que facilitaran el comercio y la comunicación. La globalización que hoy vivimos es en parte posible gracias a parámetros comunes a todas las economías, al establecer estándares generales que permiten cuantificar y controlar casi t o d o . " ~

Esto también se refleja en el trabajo de los inspectores, porque las'tmidades de medida permiten establecer los criterios para evaluar las discontinuidades. En este capítulo examinaremos la infonnación relacionada con las actividades de medición; así como las técnicas e instrumentos que se usan para tales propósitos.

Contenido

Este capítulo contiene los siguientes temas: Tema A. Los Criterios de Medición

Tipos de Medición El Metro Conceptos Relacionados con la Medición B. Medios de Medición Bloques de Calibración o Referencia Reglas y Cintas Graduadas Compases Vemier o Pie de Rey Micrómetro o Palmer Calibradores Probadores Empleados en Inspección Visual de Soldadura

5-1

Página

5-A-l 5-A-2 5-A-3 5-B-l 5-B-3 5-B-5 5-B-6 5-B-9 5-B-ll 5-B-12

Inspección Visual



5-2

Inspección Visual


Sección A Los Criterios de Medición Tipos de Medición

Introducción

En este tema se definen los diferentes tipos de medición.

Medición de dimensión

La medición de dimensión es la determinación de las magnitudes de un objeto.

Medición de desplazamiento

La medición de desplazamiento es la medición del movimiento de un punto de una posición a otra. Las mediciones de desplazamiento pueden hacerse bajo condiciones de estado permanente y transitorio. El trabajo de inspección visual generalmente se circunscribe a las mediciones estáticas.

Medición del área

La medición del área es una combinación de mediciones de dimensiones apropiadas en el uso de una correcta relación analítica en una figura geométrica regular. La determinación de áreas de formas geométricas irregulares involucra, generalmente, una integración mecánica, grafica o numérica.

5-A-l

Inspección Visual


Conceptos Relacionados con la Medición,

Medios de verificación

Continuación

Los medios de verificación se dividen en medios de medición y calibres. Los medios de medición son las materializaciones de medida y los aparatos de medición. Los calibres materializan la medida o la forma del objeto que se quiere verificar; o ambas cosas y sirven para calibrar.

Materialización de medida

La materialización de una medida es el medio de medición que materializa determinado valores de una magnitud de medida; por ejemplo: • la distancia fija de dos superficies (calibres normales de caras paralelas) • la distancia entre trazos (medida de trazos) • la posición angular de superficies (ángulo de 90° ,escuadras con espaldón) Los aparatos de medición (vernier, reloj de medición o indicador) son medios de medición que señalan en una escala graduada el valor de la medida de modo continuo o también a saltos (numéricamente). La longitud o el ángulo a medir son la magnitud de medida.

S-AA


Inspección Visual

Sección B Medios de Medición Bloques de Calibración o Referencia

¿Qué son?

Los bloques de calibración, ya sean únicos o en juegos de bloques, son los patrones de referencia con los que: • se revisa o calibra un equipo • se ajusta un sistema de inspección, y • se evalúan las discontinuidades detectadas Los bloques de calibración también se llaman: • bloques de pmeba • bloques de referencia Los bloques de calibración son esenciales para la calibración o revisión del ajuste de casi todos los equipos de medición dimensional.

¿Cómo son?

Los bloques de calibración son piezas de metal de forma rectangular y superficie muy lisa. Se pueden conseguir una gran variedad de espesores, de manera que con un juego de 81 bloques es posible obtener cualquier dimensión entre 0,100 y 8,000 in, en incrementos de 0.0001 in, si se ensamblan adecuadamente. La siguiente imagen muestra un juego de Bloques Patrón:

COlltilllÍa ell la siguiente página

5-B-l

Inspección Visual


Bloques de Calibración o Referencia,

¿Para qué sirven?

Continúación

Debido a su gran exactitud, los bloques de calibración se usan frecuentemente para la calibración de otros medidores de dimensión. Estos bloques pueden utilizarse para mediciones muy precisas, realizando pruebas de comparación directa con los artículos maquinados. La literatura que distribuyen los fabricantes de bloques de calibración constituye una excelente fuente de infom1ación para las técnicas de medición empleadas en la práctica.

¿Cómo se usan?

Los bloques se ensamblan mediante un proceso de prensado. Con las caras completamente limpias, las superficies de metal se acoplan y se deslizan una sobre otra mientras se aplica una presión constante. Las superficies del bloque son suficientemente planas, de tal manera que cuando se realiza correctamente el proceso de prensado, se adhieren mutuamente como resultado de la atracción molecular. La fuerza de adherencia puede ser tan grande como 30 veces la presión atmosférica.

5-B-2


Inspección Visual

Reglas y Cintas Graduadas

¿Qué son?

Las reglas y cintas son instrumentos sencillos con una graduación determinada para medir longitudes. Generalmente el primer contacto con un instrumento de medición de longitud será con una cinta, un flexómetro, una regla o una escuadra, lo que depende de la longitud que se desee medir.

¿Cómo son?

Las cintas de medición normalmente tienen longitudes de hasta 50 m (150 pies). Los flexómetros tienen longitudes de hasta 5 m (25 pies). Las reglas de acero están graduadas en fracciones decimales o en pulgadas. Las reglas métricas están graduadas en milímetros o, incluso, en medios milímetros. Las siguientes imágenes muestran distintos tipos de reglas y cintas y graduadas:

Reglas

Escuadras

Flexómetros

¿Para qué sirven?

Las cintas y reglas se emplean cuando hay que tomar medidas rápidas y cuando no se necesita un alto grado de exactitud. La exactitud de la medida que se toma depende de las condiciones y del uso correcto de estos instrumentos.

¿Cómo se usan?

La medición se realiza desde un punto inicial fijo sobre la escala que está alineada con un extremo de la distancia por medir, la graduación que corresponda a la posición del otro extremo proporciona la longitud. ContinúiI en la siguielllc páginil

5-B-3

Inspección Visual


Reglas y Cintas Graduadas,

¿Qué reglas hay que

respetar?

Continúación

Las reglas graduadas articuladas con el uso pierden su exactitud por aflojarse las articulaciones; con estos instrumentos de medición son admisibles errores de hasta +/- 1 mm en mediciones de 1 m.

5-B-4

Inspección Visual


Compases

¿Qué son?

Los compases son un instrumento de medición compuesto por dos vástagos unidos en un extremo articulado.

¿Cómo son?

Existen diversos tipos de compases, desde los tradicionales, simplemente articulados, hasta los que presentan una ballesta muelle regulado por un tornillo (compases de interiores, exteriores, divisores, hermafroditas, etc.). La siguiente imagen muestra compases para exteriores y para interiores:

¿Para que sirven'?

Los compases sirven para el trasporte del valor de la medición (medición indirecta). Con el compás se lleva el valor de la medición de la pieza al instrumento de medición e, inversamente, la magnitud de la medida desde el instrumento de medición hasta la pieza.

¿Cómo se usan?

Para medir un diámetro exterior la parte se pone entre las puntas del compás y luego, las puntas del compás se colocan sobre una regla para transferir la lectura. En otra aplicación las puntas del compás de exteriores se separan una distancia especifica utilizando una regla. Entonces las partes son maquinadas hasta que las puntas del compás se deslizan justamente sobre la superficie maquinada.

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Inspección Visual


Vernier o Pie de Rey

¿Qué es?

El calibrador vernier es una regla modificada para mejorar la legibilidad del dispositivo. El vernier Es el principal instrumento de medición en un taller debido a las múltiples aplicaciones a que se presta y de su sencillez ejecución y de maneJo.

¿Cómo es?

La siguiente imagen muestra dos tipos de vernier:

•

• Vernier analógico

Vernier digital

¿Para qué sirve?

El vernier se diseñó para satisfacer la necedad de un instrumento de lectura directa que brinde fácilmente una medida en una sola operación. El vernier típico puede tomar tres tipos de mediciones: exteriores, interiores y profundidades; pero algunos pueden realizar mediciones de peldaño. ContinlÍa en la siguiente página

5-B-6


Vernier o Pie de Rey,

¿Cómo se usa?

Inspección Visual

Continúación

Para medir con las quijadas, el vernier se coloca sobre el objeto que va a medirse y se gira el ajuste fino hasta que las quijadas ajusten firmemente la pleza. Al realizar la medición, el vernier no debe ladearse. Si la vista se dificulta para hacer la lectura, el vernier se saca cuidadosamente después de haber fijado la corredera y entonces la lectura se hace con comodidad. Los incrementos a lo largo de la escala primaria son de 0,1 mm. Por lo mismo, la escala del vernier no se alinea exactamente con la escala primaria, y el cociente definido por el número que coincide en la escala entre su longitud total es igual a la fracción de la división completa de la escala primaria indicada por la posición del Índice. Las siguientes imágenes muestran ejemplos de uso del vernier:

,

/

llJ

I

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5-B-7

Inspección Visual


Vernier o Pie de Rey,

¿Qué reglas

Continuación

Al usar un vernier, se deben respetar estas reglas:

hay que respetar?

• Al hacer la lectura en el vernier, hay que mirar la escala de lectura perpendicular a ella. • Los palpadores de medición en los extremos de las puntas del brazo se utilizan solamente para la medición de ranuras. • Las superficies a limpiar deben de estar limpias. • Para realizar una buena medición es importante emplear una fuerza adecuada y mantener el vernier en la posición correcta. • El vernier, lo mismo que los demás instrumentos de medición, hay que mantenerlo separado de las demás herramientas de trabajo y depositado sobre un apoyo blando. • Hay que verificar el vernier periódicamente respecto a su precisión. Cuando están juntas las dos patas no debe quedar ranura de luz entre ellas; además, los trazos cero de ambas escalas (regla y nonio) tienen que coincidir.

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Inspección Visual


Micrómetro o Palmer

¿Qué es?

El micrómetro es un instrumento que sirve para medir con alta precisión (del orden de una micra, equivalente a 10-6 m = 10-3 mm) las dimensiones de un objeto. Para ello cuenta con dos puntas que se aproximan entre sí mediante un tomillo de rosca fina. El tomillo tiene grabado en su contorno una escala. La escala puede incluir un nonio. Frecuentemente el micrómetro incluye una manera de limitar la torsión máxima del tomillo, dado que la rosca muy fina hace difícil notar fuerzas capaces de causar deterioro de la precisión del instrumento. Al micrómetro también se le conoce como tomillo de Palmer o palmer.

¿Cómo es?

La siguiente imagen muestra un micrómetro:

Las siguientes imágenes muestran detalles de un micrómetro:

Nonio de un micrómetro y paso de cuerda

¿Para qué sirve?

Detalle del interior de un micrómetro

El micrómetro sirve para medir con mucha precisión longitudes muy pequeñas. Continú({ en la siguiente página

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Inspección Visual


Micrómetro o Palmer,

¿Cómo se usa?

Continúación

El micrómetro mide el desplazamiento del husillo cuando éste es movido mediante el giro de un tornillo, lo que convierte el movimiento giratorio del tambor en el movimiento lineal del husillo. El desplazamiento de éste amplifica la rotación del tornillo y el diámetro del tambor. Las graduaciones alrededor de la circunferencia del tambor permiten leer un cambio pequeño en la posición del husillo.

¿Qué reglas hay que respetar?

Al usar un micrómetro, se deben respetar estas reglas: • El micrómetro no debe comprimirse contra la pieza. • La chicharra del micrómetro se usa sólo para el último ajuste. • Debe procurarse que el micrómetro no se caliente, pues con el calor se debilita y la lectura es inexacta; por tal motivo siempre debe tomarse del arco o de la base, evitando tocar el tornillo.

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Inspección Visual

Calibradores

¿Qué son?

Los calibradores son herramientas de medición rápida con los cuales comparamos las dimensiones de la pieza con las dimensiones del calibrador. Esencialmente son herramientas de medición cualitativas o de comparación directa.

¿Cómo son?

La siguiente imagen muestra varios tipos de calibradores:

¿Para qué sirven?

Los distintos tipos de calibradores tienen una función específica:

Los calibradores ... de diámetros exteriores de diámetros interiores

de roscas o perfilómetros llamados lainas galgas o laminillas

Sirven para ... comparar el diámetro de barras alambres o hilos comparar diámetros de barrenos, taladros o agujeros comprobar el paso de las cuerdas o el buen estado de las mismas, estos pueden ser macho o hembra comprobar el espacio existente entre piezas ajustadas

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Inspección Visual


Probadores Empleados en Inspección Visual de Soldadura

Introducción

Los probadores empleados en Inspección visual de soldadura más difundidos son en realidad comparadores de pasa o no pasa, parecidos a las galgas. En algunos casos son semi cuantitativos y su precisión se acerca a los 2 mm. Las imágenes de este tema muestran este tipo de probadores.

Probadores tipo AWS

Los probadores tipo A WS se usan para las siguientes mediciones:

Medición de garganta de filete

Probadores tipo puente

Medición de altura de corona

Medición del tamaño de la pierna de filete

Los probadores tipo puente se usan para las siguientes mediciones:

Medición del ángulo de rasurado

Medición de corona o refuerzo

Medición de la garganta de filete


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Probadores Empleados en Inspección Visual de Soldadura, Continúación

Otros probadores

Éstos son otros tipos de probadores:

Probador de picaduras

¿Qué sigue

Probador de altura de piernas de filete

Probador de perfiles

En esta parte del texto hemos analizado los distintos instrumentos de medición que apoyan el trabajo del inspector. En el capítulo 6 veremos los conceptos relacionados con la inspección de soldadura de uso más frecuente en la Inspección Visual.

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Inspección Visual



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Inspección Visual

Capítulo 6 Conceptos y Nomenclatura Empleados en Soldadura Visión General

Introducción

La soldadura, al igual que otras disciplinas técnicas, posee sus propios ténninos especializados (conceptos y nomenclatura). Este lenguaje es necesario para lograr una comunicación ágil y efectiva entre los distintos profesionales de las distintas actividades relacionadas con la la dsiciplina. Este capítulo define los conceptos y nomenclatura de uso común en soldadura.

Contenido

Este capítulo contiene los siguientes temas: Tema Normas Relacionadas con los Conceptos y Nomenclatura de Soldadura Tipos de Juntas Tipos de Uniones o Ranuras Nomenclatura Empleada en las Juntas Posiciones para la Soldadura de Ranuras en Placas, en Tubos y de Filete Posición Plana o Sobremesa Posición Horizontal Posición Vertical Posición Sobrecabeza Posiciones de Soldadura en Ranuras y de Filete en Tubos

6-1

Página

6-2 6-3 6-5 6-9 6-12 6-15 6-16 6-17 6-18 6-19

Inspección Visual


Normas Relacionadas con los Conceptos y Nomenclatura de Soldadura

Introducción

Las organizaciones técnicas e institutos y encargados de las aplicaciones y del desarrollo científico y tecnológico de la soldadura de diferentes países han preparado y publicado normas que establecen los ténninos normalizados a emplear y la definición de los mismos. La información que contiene este capítulo se basa en los documentos de uso más común en México y que generalmente son de origen norteamericano.

American Welding Society (AWS)

La nonna de la AWS que trata sobre este tema, la ANSI / AWS 3.0, Standard welding terms and definitions (Norma de términos y definiciones de soldadura)la preparó el personal del Comité de Definiciones y Símbolos.

Norma mexicana

La nonna mexicana correspondiente es la NMX-H-93, Soldadura - términos y definiciones, y la preparó el Comité Técnico de Normalización de la Industria Siderúrgica (CTNIS) de la Cámara Nacional de la Industria del Hierro y el Acero (CANACERO).

6-2

I

1

Inspección Visual


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Tipos de Juntas

I

Definición

Una junta (joint) es la unión de los miembros o de sus extremos.

Tipos de juntas

Existen cinco tipos básicos de juntas:

)

t 1

Término empleado en español Junta a tope Junta en esquina Junta en "T"

1

Junta de tras lape Junta de bord e o de orilla

Término empleado en inglés Butt joint Comer joint T-joint Lap-joint Edgejoint

A continuación se describe éstas.

Junta a tope I Buttjoinf

En la junta a tope, las piezas se sueldan por la zona de su espesor:

Junta en esquina / Cornel'joint

En la junta en esquina, se suelda la esquina que forman los elementos a unir:

~ Zona a soldar

COlltinúa ell la siguiente págilla

6-3

Inspección Visual


Tipos de Juntas,

Junta en "T" I T-joint

Continuación

En la junta en T, se sueldan la cara de uno de los elementos y el borde del otro:

Zona a soldar

/

Junta de traslape I Lapjoint

En la junta de traslape, un elemento está sobremontado en el otro y se sueldan la orilla con la cara: / / Zona a soldar

Nota: esta soldadura puede ser por uno o ambos lados de los elementos.

Junta de borde o de orilla / Edgejoint

En la junta de borde o de orilla, se sueldan las caras de los elementos a unir:

"V //

,/

6-4

Zona a soldar

Inspección Visual


Tipos de Uniones o Ranuras

Definición

Una unión o ranura es la preparación de las juntas para lograr una unión que cumpla con determinados requisitos como ser resistente y duradera.

Ranura según la forma

Según la forma, la sección transversal y otras características, existen diez tipos de ranuras:

De De De De De De De De De De

Ranuras según la geometría

Término empleado en español ranura filete tapón botón pernos proyección respaldo costura recubrimiento borde

Término empleado en inglés Groove Fíllet Plug Spot Stud Projection Back weld Seam Surfacing Flange

Según la geometría de sus bordes, hay siete tipos de ranuras:

Término empleado en español Escuadra o a tope Bisel sencillo En "V" EN "J" En "U" En bisel abocinado Abocinado en "V"

Término empleado en inglés Square Bevel V-groove J-groove U-groove Fiare - bevel - groove Fiare - V - groove

Estas ranuras, que pueden ser sencillas o dobles, se describen a continuación. Continúa en la siguiente páginu

6-5

Inspección Visual


Tipos de Uniones o Ranuras,

Ranura a escuadra o a tope / Square

Continuación

La ranura a escuadra tiene paralelas las dos caras de los materiales a soldar, como muestra la siguiente imagen: / ' Zona a soldar

Esta ranura se emplea para espesores delgados.

Ranura en bisel sencillo I Bevel

En la ranura en bisel, se bisela sólo una de las caras de los materiales a soldar, como muestra la siguiente imagen: /

Zona a soldar

Esta ranura se emplea para economizar soldadura

Ranura en "V" / V-gl'oove

La ranura en "Y" es la más conocida y es fácil de preparar. Tiene un ángulo que puede variar de 150 hasta 60 0. Ésta es una ranura en "y": /

Zona a soldar

ContinlÍu el/ lo siguiente págil/u

6-6

Inspección Visual



Ranura en "J" / J-groove

Continuación

La ranura en "J" es similar a la de bisel sencillo; pero tiene un radio en la zona de la raíz, como se muestra en la siguiente imagen: Zona a soldar

Ranura en "U" / U-groove

La ranura en "U" ayuda a reducir la cantidad de soldadura a depositar en la unión. Ésta es una ranura en "U": Zona a soldar

Ranura en bisel abocinado / Fiare - hevel groove

Una ranura en bisel abocinado se forma al unir un elemento plano como puede ser una placa de acero con un elemento redondo como puede ser un tubo. Ésta es una ranura en abocinada:

Esta ranura se emplea para espesores muy delgados y se puede preparar al unir dos láminas delgadas. ConrinlÍa en la siglliente página

6-7

Inspección Visual



Ranura en bisel abocinado en "V" / Fiare - V - groove

Continuación

Una ranura en bisel abocinado en "V" se forma al unir dos elementos redondos. Ésta es una ranura de bisel abocinado en "V": Zona a soldar

También se puede preparar al unir dos laminas delgadas.

Filete

El filete no es una ranura propiamente. Se emplea para soldar elementos estructurales. Ésta es una imagen de un filete:

I

Zona a soldar

ImpOliante: no se recomienda el filete en materiales sujetos a esfuerzos cortantes.

6-8

Inspección Visual


Nomenclatura Empleada en las Juntas

Introducción

Las juntas soldadas tienen distintas partes o elementos y existe una nomenclatura estandarizada para identificarlas con precisión. Este tema trata acerca de la nomenclatura comúnmente empleada en soldadura.

Importante

El inspector de soldadura debe tener claro el concepto y la definición de cada nomenclatura; ya que su uso correcto permite elaborar mejores reportes y ayuda a interpretar correctamente los procedimientos de soldadura o las instrucciones de trabajo.

Nomenclatura de vista en ángulo

La siguiente imagen muestra la nomenclatura de una junta vista en ángulo:

Nomenclatura en corte transversal

La siguiente imagen muestra la nomenclahlra de una junta vista en un corte transversal:

Ángulo de la ranura

Ángulo total de la

Continúa en la siguiente página ,

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Nomenclatura Empleada en las Juntas,

Nomenclatura de vista aérea

Continuación

La siguiente imagen muestra la nomenclatura de una junta en una vista aérea: .Corona

I

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yt..~t.O

Interfaz

Paso de raíz

\.-~ Corona o refuerzo

La siguiente imagen muestra una corona o refuerzo: (

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La corona sirve para asegurar que la ranura está totalmente llena.

Raíz o penetración

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La siguiente imagen muestra una raíz o penetración:

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6-10

Inspección Visual


Nomenclatura Empleada en las Juntas,

Filete

La siguiente imagen muestra la nomenclatura empleada en un filete:

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Interfaz

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Cara del filete t!'\

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Continuación

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6-11

Inspección Visual


Posiciones para la Soldadura de Ranuras en Placas, en Tubos y de Filete

Introducción

La posición para la soldadura permite establecer el grado de dificultad que tendrá el soldador para realizar la unión. Ésta es una variable relacionada con la soldadura muy importante; ya que algunos códigos limitan al soldador en la posición o posiciones en que puede soldar; o bien, en la que debe estar calificado.

Posiciones

Las posiciones para la soldadura de ranuras en placas, en tubos y de filete se clasifican de la siguiente manera: La posición ...

y se identifica con la

Se aplica ...

clave ...

en filete

lG lG lF 2G 2G 2F 3G 3F 4G 4F

sólo en ranuras en tubos

5G


6G


6GR

en ranuras en placas Plana o sobremesa

en ranuras en tubos en filete en ranuras en placas

Horizontal

en ranuras en tubos en filete

Vertical (ascendente o descendente) Sobrecabeza Vertical y sobrecabeza, sin rotación Vertical y sobrecabeza, inclinada 45° y sin rotación Vertical y sobrecabeza, inclinada 45°; pero con un anillo de restricción y sin rotación

en ranuras en placas en filete en ranuras en placas

Notas: • La sigla G significagl'Oove (ranura). • La sigla F significafillet (filete) . • La sigla R significa resfricted (restringido, limitado). CantinlÍa en la siguiente página

6-12

I

I

Inspección Visual


I

I 1

Posiciones para la Soldadura de Ranuras en Placas, en Tubos y de Filete, Continuación

1 Dificultad de las posiciones

Las posiciones para la soldadura se han ordenado en función de su grado de dificultad. La posición plana es la más fácil de realizar y la de sobrecabeza es la más dificil. La posición 6G en tubo es considerada la de mayor grado de dificultad debido a que se combinan todas las posiciones en una sola muestra; por esta razón, algunos códigos la consideran la posición universal que califica a todas las demás.

1

Sin embargo, esto no es aplicable para todos los documentos; y por ello se deben seleccionar cuidadosamente la posición en la que se califica al soldador y el procedimiento de soldadura que se emplea.

Ranuras en placas

Las posiciones para la soldadura de ranuras en placas son las siguientes: lav~~'

\\6 -tlr't. d¿

Posición lG

JreJf)u{. -==

r'c:\Y\VV"I>\

~

Posición 3G

Posición ~ ~ "'f((/'{o-..

Ranuras en tubos

i

~~lleo.í ,
Posición 4G SO ~ coJ, -c.~Gt

Las posiciones para la soldadura de ranuras en tubos son las siguientes: -c,,~o o

kl

Posición lG

f-----

Posición, SG

~~S.Cl~ '--"\. 'V\A.J

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Posición 2G


6-13

I

'('1

pC'J \ C.. OCl~~

-(,11\. ..

Posición 6G

\I

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pvc.

30. P t"l V\ ' eleu

Inspección Visual


Posiciones para la Soldadura de Ranuras en Placas, en Tubos y de Filete, Continuación

Filete

Descripción

Las posiciones para la soldadura de filete son las siguientes:

Posición lF

~.

Posición 3F

f----

Debido a su extensión, las posiciones de soldadura se describen en los siguientes temas.

6-14

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Posición Plana o Sobremesa

Introducción

Las posiciones planas o sobremesa de soldadura en ranuras de placas, de tubos y en filete son: • 1G en placa • 1G en tubo, y • 1F en filete Estas posiciones se describen a continuación.

Posición 1G de ranura en placa

En la posición 1G, la soldadura se deposita de forma vertical. Dirección del depósito soldadura

Esta posición es la más fácil de realizar.

Posición lG de ranura en tubo

En la posición 1G en ranura de tubo, éste se hace girar y la soldadura se deposita siempre en la parte superior.

Dirección del depósito de soldadura

Posición lF de filete

En la posición 1F de filete, los elementos se emplazan a 45° de inclinación y la soldadura se deposita verticalmente. Dirección del depósito de soldadura

6-15

Inspección Visual


Posición Horizontal Introducción

Las posiciones horizontales de soldadura en ranuras de placas, de tubos y en filete son: • 2G en placa • 2G en tubo, y • 2F en filete Estas posiciones se describen a continuación.


En la posición 2G en ranura de placa, la soldadura se deposita sobre el plano horizontal. Dirección del depósito de soldadura

Posición 2G de ranura en tubo

En la posición 2G en ranura de tubo, éste se emplaza verticalmente y la soldadura se deposita en el plano horizontal.


Posición 2F de filete

En la posición 2F de filete, un elemento se coloca horizontalmente y sobre éste, el otro verticalmente, en ángulo. Dirección del depósito de soldadura

6-16

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Posición Vertical

Introducción

Las posiciones verticales de soldadura en ranuras de placas y en filete son: • 3G en placa, y • 2F en filete Estas posiciones se describen a continuación.


En la posición 3G en ranura de placa, la soldadura se deposita de fomla vertical y puede ser ascendente y descendente.

Dirección vertical ascendente del deoósito de soldadura


Dirección vertical descendente del depósito de soldadura

En la posición 3F de filete, la soldadura se deposita de forma vertical y puede ser ascendente y descendente.

Dirección vertical descendente del depósito de soldadura

Dirección vertical ascendente del depósito de soldadura

6-17

Inspección Visual


Posición Sobrecabeza

Introducción

Las posiciones sobrecabeza de soldadura en ranuras de placas, de filete y en tubos son: • 4G en placa, y • 4F en filete Estas posiciones se describen a continuación.


En la posición 4G en ranura de placa, la soldadura se deposita desde la parte inferior de los cuerpos a unir de forma veliical.


Ésta es la posición más dificil de soldar en ranuras de placa.


En la posición 4F de filete, la soldadura se deposita desde la parte inferior de los cuerpos a unir en forma vertical.


Es la posición más difícil de soldar en filete.

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Inspección Visual


Posiciones de Soldadura en Ranuras y de Filete en Tubos Introducción

Las posiciones de soldadura en ranuras y de filete en tubos son: • 5G, 6G Y 6GR en tubo, y • 5F, 6F Y 6FR en tubo Estas posiciones se describen a continuación.

Posición 5G o 5F en tubo

En la posición 5G en ranura de tubo, éste se encuentra fijo en posición horizontal y la soldadura se deposita en forma vertical sobrecabeza. Dirección del depósito de soldadura

Posición 6G o 6F en tubo

En la posición 6G en ranura de tubo, éste se encuentra fijo en una posición inclinada de 45° y la soldadura se deposita como en todas las posiciones antes descritas en un proceso continuo.


Posición 6GR o 6GR en tubo

En la posición 6GR en ranura de tubo, éste se encuentra fijo en una posición inclinada de 45°; pero se pone un anillo de restricción para limitar el movimiento del soldador. La soldadura se deposita de forma similar a la posición 5G


ContinLÍa <:'n la siguiente páginu

6-19

Inspección Visual


Posiciones de Soldadura en Ranuras y de Filete en Tubos, Continuación

¿Qué sigue?

Se han definido los conceptos y la nomenclatura de uso más frecuente en la Inspección de Soldadura; sin embargo hace falta que el lector estudie de forma individual las normas mencionadas al principio de este capítulo para tener una mejor comprensión y enriquecer la información que aquí se registra. A continuación, el capítulo 7 de este texto describe las características y las discontinuidades de los materiales.

6-20

Inspección Visual


Capítulo 7 Discontinuidades de los Materiales Visión General

Introducción

Los metales base y las uniones soldadas pueden tener imperfecciones que llegan a poner en riesgo la integridad y la seguridad del equipo o estructura. A estas imperfecciones se les llama discontinuidades y varían en su naturaleza, tamaño, frecuencia, localización y distribución. Existen normas de calidad que establecen los criterios de aceptación para los diferentes tipos de discontinuidades que pueden presentarse en las uniones soldadas. Tales criterios de aceptación establecen el tipo, tamaño, número y distribución que puede tolerarse; pues una de las funciones principales de la Inspección de Soldadura consiste en determinar si la unión soldada cumple con los criterios de aceptación. Este capítulo trata acerca de: • la definición de conceptos importantes para la interpretación y evaluación de discontinuidades; y • las discontinuidades de uniones soldadas detectables por medio de la Inspección de Visual

Contenido

Este capítulo contiene las siguientes secciones: Página Sección A. Las Discontinuidades JI Sil Contexto 7-A-l Diferencia entre Interpretación y Evaluación 7-A-3 Conceptos Relacionados con las Discontinuidades 7-A-6 Clasificación de las Discontinuidades por su Origen B. Discontinuidades Inherentes al Proceso de Soldadura 7-B-l Fracturas 7-B-7 Porosidad 7-B-IO Otras Discontinuidades 7-B-17 Discontinuidades Relacionadas con Reguisitos Dimensionales Discontinuidades en Estructuras Relacionadas con las 7-B-19 Pro--º-iedades de las Juntas Soldadas

7-1

Inspección Visual



7-2

Inspección Visual


Sección A Las Discontinuidades y su Contexto Diferencia entre Interpretación y Evaluación Introducción

A menudo los inspectores confunden los conceptos "interpretación" y "evaluación" o los usan como sinónimos. En este tema se describe la distinción entre una y otra actividad.

Interpretación

Interpretar una indicación es predecir qué tipo de discontinuidad puede ser la que originó dicha indicación. Para interpretar correctamente una indicación, el inspector debe familiarizarse completamente con:

• el proceso de inspección que está empleando • el material y el proceso de fabricación de la pieza que inspecciona En caso necesario, el inspector debe ser capaz de obtener toda la infonnación disponible acerca de la discontinuidad que produce la indicación y su posible efecto en la pieza. Evaluación

Evaluar una indicación es una actividad posterior a la interpretación. Consiste en comparar las caracteristicas de la indicación o de la posible discontinuidad con los requisitos establecidos por las normas de calidad aplicables. Es la ponderación de la severidad de la discontinuidad después de que la indicación se ha interpretado; es decir, el inspector debe decidir si la pieza debe ser aceptada, reparada o rechazada. Durante el proceso de evaluación de una indicación, se plantean cuatro interrogantes: • • • •

¿Qué tipo de discontinuidad causa la indicación? ¿Cuál es la extensión de la discontinuidad? ¿Qué efecto tiene la discontinuidad en la calidad de la pieza? ¿Cuáles son las tolerancias dimensiónales establecidas por la norma para la indicación?

A pmiir de las respuestas a estas preguntas, el inspector detennina si la pieza se acepta, se repara o se rechaza. ImpOliante: durante la evaluación, el inspector debe detenninar el tipo y tamaño de la discontinuidad, no sólo respecto a la amplitud de la indicación; sino también con base en su experiencia. ConrilllÍa en la siglliente página

7-A-l

Inspección Visual


Diferencia entre Interpretación y Evaluación,

Implicaciones de la diferencia

Continuación

La interpretación y la evaluación se refieren a dos etapas del proceso de inspección que están relacionadas; pero que son completamente diferentes e implican distintas categorías de conocimiento y experiencia para realizarlas conectamente. La interpretación y la evaluación también implican distintas responsabilidades para los involucrados en una u otra etapa.

7-A-2


Inspección Visual

Conceptos Relacionados con las Discontinuidades

Introducción

La interpretación y evaluación de discontinuidades requiere conocer con precisión algunos conceptos fundamentales empleados en la Inspección de Soldadura. En este tema se definen los siguientes conceptos: • Discontinuidad crítica • Defecto

• Sensibilidad • Indicación • Discontinuidad

Sensibilidad

Para la Inspección de Soldadura, la sensibilidad es la capacidad de cualquier método de Ensayos No Destructivos (END) para detectar discontinuidades superficiales y sub superficiales que tienen una cierta dimensión establecida por: • un código • una norma o • una especificación

Indicación

Una indicación es la señal de una posible discontinuidad en el material o pieza sujeta a inspección. La indicación se genera al aplicar algún método de END. Las indicaciones se clasifican así:

Una indicación ... falsa

Es ...

la que aparece durante la inspección y puede ser provocada por una mala aplicación del método. consecuencia de la estructura del material o de la configuración de la pieza. En general, esta indicación se produce por interrupciones de la configuración de la pieza, como es el caso de los dientes, los cuñeros o la condición de la superficie.

no relevante

relevante

También puede ser producto de: • cambios en algunas características del material • tratamientos térmicos de endurecimiento del material • el acabado superficial; o • un trabajo de inspección mal realizado producto de una discontinuidad. Para determinar la importancia de una indicación relevante, se debe interpretar la indicación, y evaluar la discontinuidad.

Continú([ en /a siguiente página

7-A-3

Inspección Visual


Conceptos Relacionados con las Discontinuidades,

Criterios sobre las indicaciones relevantes

Continuación

Los códigos y las normas definen las indicaciones relevantes en función de: • sus dimensiones • su cantidad, o • su forma Dimensiones Una indicación relevante es aquélla que tiene una dimensión igualo mayor a un límite dimensional. Por ejemplo, cuando un código o una norma de inspección establece que 'toda indicación mayor a 1.5 mm es relevante'; esto quiere decir que toda aquella indicación igualo mayor a 1.5 mm es importante de registrar. Cantidad Otro criterio para determinar que una indicación es relevante puede ser la cantidad de indicaciones existentes en una longitud detenninada. Forma La forma o configuración de la indicación es otro criterio. Por ejemplo, una indicación redondeada es aquélla cuya longitud es igualo menor a tres veces su ancho; y una indicación lineal o alargada es aquélla cuya longitud es mayor a tres veces su ancho.

Discontinuidad

Una discontinuidad es la falta de homogeneidad o la interrupción en la estructura fisica normal de un material. También puede ser una deficiencia en la configuración física de una pieza, parte o componente. Las discontinuidades se clasifican así: Una discontinuidad ... no relevante relevante

Discontinuidad crítica

Es ... aquélla que por su tamaño, forma o localización requiere de ser interpretada; pero no es necesario evaluarla aquélla que por su tamaño, forma o localización debe ser interpretada y evaluada

Una discontinuidad crítica es la de mayor tamaño que se puede aceptar o la de menor tamaño que se puede rechazar. ContinlÍa en la siguiente página

7-A-4

Inspección Visual


Conceptos Relacionados con las Discontinuidades,

Defecto

Continuación

Un defecto es toda discontinuidad o la indicación de una discontinuidad que por su tamaño, forma o localización no cumple con los límites de aceptación establecidos por el código, norma o especificación aplicable. Algunas discontinuidades pueden ser aceptables; pero los defectos siempre se deben rechazar. Los defectos ponen en riesgo la utilidad y seguridad del producto que los contiene. Una tarea del inspector de soldadura es identificar, rechazar y reportar los defectos existentes. Así mismo, debe verificar, con los métodos de inspección apropiados, que la unión soldada, después de reparada, cumpla con los criterios de aceptación.

7-A-5

Inspección Visual


Clasificación de las Discontinuidades por su Origen

Introducción

Para facilitar su estudio, las discontinuidades se clasifican en tres tipos a partir de la circunstancia que les da origen: • Inherentes • De proceso • De servicio En este tema se detallan estos orígenes y su implicación en la Inspección de Soldadura y los END.

Discontinuidades inherentes

Las discontinuidades inherentes son las que se forman durante la solidificación del metal fundido. Estas discontinuidades están directamente relacionadas con: • la calidad y el tipo de aleación del metal • la forma del vaciado y la solidificación del metal, y • las variables del proceso primario: - alimentación inadecuada - vertedero en mal estado - velocidad de enfriamiento - temperatura alta de vaciado - inclusiones no metálicas - gases atrapados Las siguientes imágenes muestran ejemplos de inclusiones inherentes:

Porosidades

Inserto no fundido o chaplet

Cullfinúa en la siguiente página

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Inspección Visual


Clasificación de las Discontinuidades por su Origen, Continuación

Discontinuidades de proceso

Las discontinuidades de proceso se generan como consecuencia de los procesos de manufactura como son: • • • • • •

maquinado tratamientos térmicos recubrimientos metálicos confonnado en caliente (forja, extrusión, rolado) conformado en frío (doblado, prensado, extruido) soldadura

Durante estos procesos, muchas discontinuidades que son sub superficiales se pueden convertir en superficiales. La siguiente imagen muestra una laminación, que es una discontinuidad de proceso:


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Inspección Visual



Discontinuidades de servicio

Las discontinuidades de servicio se generan por las diferentes condiciones del servicio al que se sujeta la pieza como: • • • • •

esfuerzos de tensión o compresión corrosión fatiga fricción erosión

La siguiente imagen muestra una corrosión, discontinuidad producida por servicio de la pieza:

Implicaciones del origen de la discontinuidad

Saber el origen de la discontinuidad que se pretende detectar es importante porque permite seleccionar acertadamente el método y técnica de inspección de END a emplear. Nota: al elegir el método y técnica de inspección, también se deben contemplar las condiciones planteadas por el material y la fonna de la pieza, así como por los requisitos del ensayo y los métodos o técnicas de inspección establecidos por la norma o normas aplicables a la unión soldada que se · . ll1SpeCClOna. ContinlÍ({ en /a siguiente página

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Inspección Visual



Discontinuidades de la soldadura y del metal base

Distorsiones

Las discontinuidades típicas de la soldadura y del metal base se clasifican en cuatro grupos: • • • •

Discontinuidades por la estructura metalúrgica en la unión soldada Discontinuidades en la unión soldada Discontinuidades provenientes del metal base Imperfecciones y discontinuidades relacionadas con los requisitos dimensional es

Existen otras imperfecciones, tales como la distorsión, que no corresponden con exactitud a la definición de discontinuidad.

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Inspección Visual



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Inspección Visual


Sección B Discontinuidades Inherentes al Proceso de Soldadura Fracturas

Introducción

Las fracturas ocurren en las uniones soldadas o el metal adyacente cuando los esfuerzos localizados exceden la resistencia máxima del metal. Las siguientes micrografías muestran fracturas en acero:

Fractura en acero austenítico

Fractura en acero martensítico

\

Fractura en una soldadura

Origen de las fracturas

Las fracturas tienen su origen en varios factores, entre los que se encuentran: • la presencia de discontinuidades lineales, como las faltas de penetración o de fusión • las inclusiones de escoria o líneas de poros • las muescas mecánicas relacionadas con el diseño del ensamble soldado • cuando la junta es demasiado rígida y no puede absorber las contracciones y expansiones térmicas propias del proceso de soldadura • el empleo de amperajes altos que ocasionan sobrecalentamientos localizados • los esfuerzos residuales altos, y • la fragilización provocada por la presencia de hidrógeno Continúa en la siguiente página

7-B-I

Inspección Visual


Fracturas,

Tipos de fracturas

Continuación

Las fracturas se clasifican generalmente con dos criterios:

Fracturas

I

I

I

Por la temperatura a la que se desarrollan

Por su orientación respecto a la soldadura

En caliente

Longitudinales

En frío

Transversales

A continuación se describen .estos tipos de fracturas.

Fracturas en caliente

Las fracturas en caliente se desarrollan a temperaturas cercanas o superiores a la temperatura crítica de transformación; bien sea durante el proceso de solidificación, a temperaturas cercanas al punto de fusión, o en el punto de las transformaciones de fase. Estas fracturas están muy relacionadas con los amperajes altos durante la soldadura, que ocasionan un enfriamiento más lento en el metal aportado que en el metal de base. Esta diferencia de temperatura provoca zonas de contracción cuando aún hay metal en estado semisólido que no puede resistir las contracciones del enfriamiento. Otra causa es la presencia de aleantes o contaminantes, como es el caso del azufre. Esta circunstancia puede originar sitios de solidificación preferente, conocidos como segregaciones. En este caso las fracturas se propagan intergranularmente. Continúa en la siguiente púgina

7-B-2

Inspección Visual


Fracturas,

Fracturas en frío

Continuación

Las fracturas en frío se desarrollan tras concluir el proceso de solidificación y cuando la temperatura es inferior a la temperatura crítica de transfonnación. Este tipo de defecto puede deberse a que la junta es demasiado rígida y, durante la contracción final, la unión soldada no puede absorber la defonnación. Es así como el metal termina por ceder y fracturarse. Otra causa es la presencia de hidrógeno disuelto en el metal base y que existen micro estructuras susceptibles a fracturase al estar sometidas a esfuerzos. Entonces las fracturas se propagan a través de la microestructura en forma intergranular o transgranular. Nota: normalmente las fracturas por hidrógeno requieren de un tiempo de incubación que puede variar entre 24 y 72 horas para que se inicie su propagación.

Prevención de las fracturas por temperatura

Existen varias fonnas de prevenir las fracturas por temperatura: • precalentar adecuadamente el material, para evitar los cambios bruscos de temperatura y establecer la temperatura máxima de interpasos para evitar zonas de sobrecalentamiento (ésta es la opción más económica) • ajustar las características eléctricas del proceso de soldadura para mantener constante la entrada de calor a la unión soldada • corregir las técnicas de operación, para mejorar las propiedades de la unión soldada • usar electrodos de bajo hidrogeno, y • establecer la secuencia de soldadura que pennita balancear de manera adecuada los esfuerzos de contracción COllfinúa en /a siguiente páginu

7-8-3

Inspección Visual


Fracturas,

Fracturas longitudinales (longitudinal cracks)

Continuación

Las fracturas longitudinales son paralelas al eje de la soldadura; ya sea que estén en la línea de centro del metal de aporte o bien, en la zona térmicamente afectada del metal base. Las fracturas longitudinales en soldaduras de secciones de espesor grueso frecuentemente se originan por velocidades de enfriamiento altas y condiciones severas de ejecución o restricción. En soldaduras de gran longitud, en las que se empleó equipo mecanizado, las fracturas longitudinales se asocian con: • velocidades de avance y amperajes altos, • porosidad que no aflora a la superficie, y • preparaciones de la junta demasiado rígidas que no penniten la expansión y contracción térmica del material. Las siguientes imágenes muestran fracturas longitudinales:

Fracturas transversales (transversal cracks)

Las fracturas transversales son perpendiculares al eje de la soldadura. Pueden localizarse exclusivamente en el metal de soldadura o pueden propagarse de éste a la zona afectada térmicamente y también dentro del metal base. En algunos casos, las fracturas transversales se forman sólo en la zona afectada térmicamente y no en la soldadura. Estas fractura son producto principalmente de esfuerzos de contracción longitudinales que actúan sobre el metal de aporte con baja ductilidad y en juntas que tienen un alto grado de restricción. La siguiente radiografía muestra fracturas transversales:

ContinlÍa cn la siguientc página

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Inspección Visual


Fracturas,

Fracturas en el cráter (cratel' cracks)

Continuación

Las fracturas en el cráter ocurren en los cráteres que se forman debido a una terminación inapropiada de un paso de soldadura. Ocurren porque, al interrumpir una operación de soldadura, existe una contracción del metal de aporte y entonces se forman cráteres. Se consideran fracturas en caliente y normalmente tienen poca profundidad. Las fracturas en el cráter se desarrollan con mucha frecuencia en materiales con altos coeficientes de expansión, tales como los aceros inoxidables austeníticos. Estas fracturas normalmente se propagan solamente hasta el borde del cráter; sin embargo, pueden ser punto de inicio de fracturas longitudinales, en particular cuando ocurren en la terminación de las soldaduras. Las fracturas en el cráter también se lIamanfi'acturas estrella, debido a que frecuentemente se propagan en varias direcciones a partir del centro del cráter, pero pueden tener otras formas. Para evitar estas fracturas, lo más conveniente es terminar el cordón de soldadura de manera que el cráter tenga una forma ligeramente convexa antes de interrumpir el arco. La siguiente imagen muestra una fractura en el cráter:

Fracturas en la interfaz de la soldadura (toe cracks)

Las fracturas en la interfaz de la soldadura se inician y se propagan a partir de la interfaz de la soldadura donde están concentrados los esfuerzos de contracción. Su desarrollo se facilita por la convexidad excesiva del cordón o por un esfuerzo residual muy alto. Por lo general son fracturas en frío. Generalmente se inician en la superficie del metal base; pero tienden a propagarse a través de la zona afectada térmicamente. Conrillúll ell la siguiellte plÍgino

7-B-5

Inspección Visual


Fracturas,

Fracturas en la raíz (1'001 cracks)

Continuación

Las fracturas en la raíz generalmente se forman en la zona afectada térmicamente. Se distribuyen a intervalos regulares debajo del cordón, delineando los límites de la soldadura donde los esfuerzos residuales son más intensos. Estas fracturas con frecuencia son pequeñas; pero pueden unirse para formar fracturas largas continuas. Las fracturas en la raíz pueden ser un problema serio cuando se presentan en combinación con: • contaminación por hidrógeno • micro estructuras que tienen una ductibilidad relativamente baja y alta resistencia y dureza superior a HRc30, y • esfuerzos residuales altos

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Porosidad

Introducción

La porosidad (porosity) consiste en cavidades formadas por gas atrapado durante la solidificación del metal. Los poros generalmente tienen forma más o menos esférica; pero también pueden ser alargados. Cuando la porosidad no es excesiva o los poros son pequeños, su presencia no es crítica debido a que no tienen bordes agudos que causen concentraciones de esfuerzo. Las siguientes imágenes muestran distintos tipos de porosidades:

Origen de la porosidad

Micrografía de una porosidad

Radiografía de poros en la raíz

Porosidad aislada

Porosidad generalizada

La porosidad excesiva tiene su origen en: • la falta de control en los parámetros de soldadura • un diseño de junta inadecuado • una mala preparación de las juntas • la contaminación de los materiales de aporte o los fundentes • suciedad, herrumbre o humedad en la superficie del metal base • la pérdida del gas de protección • un flujo inadecuado durante la soldadura ContinlÍa el/ la siguiente página

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Inspección Visual


Porosidad,

Continuación

Porosidad distribuida uniformemente

La porosidad distribuida uniformemente está esparcida de manera uniforme en el metal de soldadura.

(scattered porosity)

Las causas de estas porosidades son: • una técnica de soldadura inadecuada • la preparación incorrecta de las juntas, o • errores en el manejo de los materiales La porosidad distribuida uniformemente se previene con estas medidas: • manejar los materiales adecuadamente • aplicar las técnicas correctas de soldadura, y • preparar las juntas

Porosidad agrupada (cluster porosity)

La porosidad agrupada consiste en grupos localizados de poros separados por longitudes considerables de metal de soldadura sano. Las causas de estas discontinuidades son un mal inicio o terminación inadecuada del paso de soldadura; el soplo de arco (are blow), la pérdida del gas de protección y la contaminación en la zona a soldar, por mencionar las más comunes. La porosidad agrupada se previene o disminuye con estas medidas: • revisar el flujo y tipo del gas de protección en el caso de sistemas semiautomáticos • prevenir la presencia de contaminantes • cambiar la conexión del cable al otro extremo de la pieza de trabajo, o • conectar el cable en varios puntos La siguiente radiografía muestra una porosidad agrupada:

COllfinlÍa

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1'/1

la siguiente página

Inspección Visual


Porosidad,

Continuación

Porosidad alineada (linear porosity)

La porosidad alineada es una serie de poros alineados que siguen una trayectoria más o menos recta. La porosidad alineada se ubica frecuentemente: • a lo largo de los límites del metal de soldadura con el metal base • en los límites entre cordones, o • cerca de la raíz de la soldadura Esta porosidad puede ser consecuencia de contaminantes que reaccionan químicamente y genera gases en las zonas contaminadas. Otra causa es una mala preparación de la raíz o un ensamblado incorrecto antes de soldar

Porosidad túnel (Worm hole)

La porosidad túnel es una cavidad alargada que se extiende de la raíz de la soldadura hacia la superficie. Ocurre principalmente en soldaduras de ranura. Generalmente los poros superficiales de este tipo están asociados con porosidad debajo de la superficie. Las siguientes imágenes muestran una porosidad superficial y una porosidad túnel:

-. ,

,.

~J/

.,-

.,. ..'} ......... '

Radiografía de una porosidad túnel

Porosidades superficiales

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Otras Discontinuidades Introducción

Existen otras discontinuidades en la soldadura de naturaleza muy variada. Éstas son: • • • •

Penetración incompleta Inclusiones de escoria Inclusiones de tungsteno Fusión incompleta

• Socavado • Quemaduras • Llenado incompleto

A continuación se describen éstas. Penetración incompleta (in complete penetration)

La penetración incompleta se presenta cuando el arco eléctrico no logra fundir uno o los dos lados de la cara de la raíz. La penetración incompleta puede presentarse en ranuras soldadas por uno o por ambos lados. Es indeseable cuando la raíz de la soldadura se va a someter a esfuerzos de tensión o doblez; ya que las áreas no fundidas permiten la concentración de esfuerzos que podrían causar una fractura sin deformación apreciable. Además, los esfuerzos de contracción y la consecuente distorsión que sufren las partes durante la soldadura pueden provocar el desarrollo de fracturas en el área no fundida. Estas fracturas llegan a extenderse a través del espesor de la soldadura. Las causas de la penetración incompleta son varias y dependen del proceso que se emplea: • • • • • • • •

el empleo de un amperaje bajo el diseño inadecuado de la junta un tamaño excesivo de la cara de raíz una abertura de raíz muy pequeña un ángulo de la ranura más cerrado de lo debido espesor demasiado grueso para que el arco de soldadura pueda penetrar el uso de electrodos de diámetro inadecuado respecto del diseño de la junta, y velocidades de soldadura muy altas

Un caso particular de la falta de penetración es la ocasionada por el desalineado de los elementos a soldar. Esto se puede deber a que las piezas tengan diferentes espesores. En el caso de tuberías es consecuencia de que uno o ambos elementos a soldar están ovalados o tienen espesores diferentes para diámetros iguales. COlltillúa en fa siguiente págil/a

7-B-lO

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Otras Discontinuidades,

Penetración incompleta (incomplete penetration)

continuación

Continuación

La penetración incompleta se previene con estas medidas: • revisar que la junta o preparación cumpla con los requisitos de diseño • emplear electrodos del diámetro apropiado y con la intensidad de corriente correcta • en el caso de soldaduras por los dos lados, limpiar la raíz antes de soldar el segundo lado Las siguientes imágenes muestran distintas penetraciones incompletas:

Micrografía de una penetración incompleta

Vista interna de una penetración incompleta

Radiografía de penetración incompleta con desalineado Desalineado en tuberías

Radiografía de penetración incompleta de un solo lado de la raíz

Radiografía de penetración incompleta de los dos lados de la raíz


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Otras Discontinuidades, Inclusiones de escoria (slag inclusión)

Continuación

Las inclusiones de escoria son material sólido no metálico que queda atrapado en el metal de soldadura o entre el metal de soldadura y el metal base. Las causas de las inclusiones pueden ser un mal diseño o mala preparación de la junta, una limpieza deficiente entre cordones. Las inclusiones de escoria se previenen con estas medidas: • • • •

preparar adecuadamente la junta corregir los contornos que pudieran dificultar el acceso completo del arco evitar ángulos de ranura muy cerrados asegurar la remoción completa de escoria antes de depositar el siguiente cordón

En general, la densidad de la escoria es menor que la densidad del metal, por 10 que flota y se acumula en la superficie del metal fundido; pero si existen socavados debidos a amperajes altos, la escoria puede quedar atrapada mecánicamente. Para evitar este problema se recomienda que, después de depositar un cordón, se remueva la capa de escoria antes de aplicar el siguiente paso. Lo anterior evita que la escoria quede atrapada dentro del metal de soldadura. Las siguientes imágenes muestran distintas inclusiones de escoria:

Radiografía de una inclusión de escoria doble

Micrografía de una inclusión de escoria

Radiografía de una inclusión de escoria lineal

ContinlÍa en la siglliente páginll

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Otras Discontinuidades, Inclusiones de tungsteno (tllngsten inclllsiollS)

Continuación

Las inclusiones de tungsteno son partículas de tungsteno atrapadas en el metal de soldadura. Este tipo de discontinuidad solamente ocurre en juntas soldadas con el proceso GT AW. Las inclusiones de tungsteno ocurren cuando: • hay un contacto ocasional entre el electrodo y el metal fundido • se emplean corrientes demasiado altas, o • se usa un electrodo de tungsteno con punta muy aguda Las inclusiones de tungsteno se previenen con estas medidas: • afilar correctamente los electrodos de tungsteno • emplear corriente de soldadura adecuada y polaridad directa • evitar contactos entre el electrodo y el metal fundido durante el proceso de soldadura En las radiografías, las inclusiones de tungsteno aparecen como áreas redondeadas y más claras que el cordón de soldadura, como muestran las siguientes imágenes:

Fusión incompleta (incomplete fllSiol1 )

La fusión incompleta es la falta de unión entre el metal de soldadura y las caras del metal de base o la superficie de otros cordones. Esta discontinuidad también se conoce como defalta defitsión. Las causas de la fusión incompleta son: • un amperaje bajo o una velocidad de avance relativamente acelerada, que impiden la fusión completa del metal de base o de los cordones adyacentes de soldadura • la escoria que, al fundirse, no permite la unión del metal aportado ContinlÍa en la siguiente página

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Socavado (undercut)

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Continuación

El socavado es la erosión provocada por el arco eléctrico. Puede presentarse en la interfaz entre el metal de aporte y el metal de base o entre dos cordones de soldadura. Es una discontinuidad lineal y su aceptación o rechazo depende de su profundidad y de su longitud; ya que su presencia crea una muesca que actúa como un concentrador de esfuerzos y reduce la sección efectiva. Esto afecta la resistencia de la junta, particularmente a los esfuerzos de fatiga. Las causas del socavado son: • • • •

el empleo de amperajes o voltajes altos la longitud de arco eléctrico una técnica de soldadura incorrecta la manipulación inadecuada del electrodo

Las siguientes imágenes muestran distintos socavados:

Socavado entre el metal base y el cordón de soldadura

Micrografía de un socavado

Radiografía de un socavado en la corona

ContinlÍa en la siguiente página

7-B-14



Quemaduras (bul'll tllrougll)

Inspección Visual

Continuación

Las quemaduras son zonas de la raíz en las que, por exceso de metal fundido, éste se desprende y deja una cavidad en la raíz. Las causas de las quemaduras son: • una mala preparación de la raíz, que puede deberse a que - la cara de la raíz es muy delgada, o - la separación o abeliura de raíz es muy ancha • el uso de corriente alta para soldar • una técnica incorrecta al aplicar el cordón de soldadura en el paso de fondeo

Las quemaduras se previenen al evitar sus causas. La reparación de este defecto puede ser laboriosa y en ocasiones debe retirarse la pieza porque no se logra una reparación que satisfaga los requisitos de las normas y códigos. Las siguientes imágenes muestran distintas quemaduras:

Micrografía de una quemadura

Radiografía de una quemadura

ContinlÍa en la siguiente página

7-B-15


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Llenado incompleto (undelfill)

Continuación

El llenado incompleto es una depresión de la junta soldada en la que el metal de aporte no logra llenar toda la ranura. Es así como la corona queda abajo del espesor del metal base. Algunas veces incluso queda descubierta una porción de la cara de la ranura. En la superficie de la raíz de soldaduras hechas por un solo lado, esta discontinuidad es conocida también con el término de concavidad de raíz. Las siguientes imágenes muestran distintos llenados incompletos:

Micrografía de un llenado incompleto

Radiografía de un llenado incompleto

Radiografía de un llenado incompleto con una falta de penetración

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Discontinuidades Relacionadas con Requisitos Dimensionales

Introducción

Las uniones soldadas, generalmente deben cumplir con el tamaño, forma, acabado y otras características dimensionales específicas previamente definidas. Los requisitos que deben satisfacer estas características y las tolerancias correspondientes están especificados en los dibujos, contratos y normas aplicables. Las uniones soldadas que no cumplen con las especificaciones se deben corregir antes de su aceptación final. Las discontinuidades y otros tipos de imperfecciones clasificadas dentro de esta categoría se describen brevemente a continuación.

Distorsión

El calor que se genera durante la soldadura por arco eléctrico, así como la solidificación del metal de soldadura, provoca la expansión y contracción ténnica de la unión soldada. Esto genera esfuerzos intemos después de que la soldadura enfrió y causa algún grado de distorsión, que puede ser severa y exceder las tolerancias dimensionales. Para balancear los esfuerzos y reducir la distorsión es útil establecer la secuencia apropiada de soldadura. Los métodos para corregir la distorsión de productos o componentes que ya se terminaron de soldar son los siguientes: • Operaciones de enderezado con o sin aplicación de calor • Remoción de las soldaduras que causaron la distorsión para aplicarlas de nuevo • Adición de metal de soldadura en áreas específicas • Aplicación de un tratamiento térmico posterior a la soldadura En cualquiera de los casos, la aplicación de los métodos anteriores depende de las especificaciones establecidas y de los términos estipulados en el contrato entre el cliente y fabricante. ContinlÍo en I({ siguiente págin({

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Inspección Visual


Discontinuidades Relacionadas con Requisitos Dimensionales, Continuación

Productos terminados con dimensiones incorrectas

Las normas sobre estructuras, equipos y partes soldadas establecen los requisitos dimensionales y las tolerancias aplicables que los bienes fabricados deben cumplir. En algunos casos, estos requisitos están definidos en los dibujos y las especificaciones de Ingeniería. No satisfacer estos requisitos es motivo de rechazo de los productos involucrados; ya que esto afecta su utilidad y su comportamiento durante el serVICIO. El inspector de soldadura también tiene, entre sus funciones, asegurar la conformidad con respecto a este tipo de características.

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Discontinuidades en Estructuras Relacionadas con las Propiedades de las Juntas Soldadas

introducción

Existen otras condiciones y discontinuidades relacionadas con las propiedades, estructura y apariencia, que afectan adversamente a las juntas soldadas. A continuación se describe éstas brevemente.

Golpes de arco (are strikes)

Los golpes de arco son discontinuidades que se producen intencional o accidentalmente cuando se establece el arco eléctrico entre la pieza de trabajo y el electrodo; pero el arco está fuera del área de metal de soldadura permanente. Estas discontinuidades consisten en pequeñas áreas localizadas de metal fundido y térmicamente afectado. También pueden ser cambios del contorno superficial de cualquier objeto mecánico sobre el que se inició o se desplazó el arco. Las áreas con golpe de arco contienen regiones de metal que se fundió, solidificó y enfrió rápidamente. Los golpes de arco son indeseables y con frecuencia no son aceptables; ya que pueden originar fracturas de las partes que los contienen, particularmente si son de aceros de media o alta aleación. La mayoría de las normas requiere que las áreas con golpes de arco sean removidas y que se verifique su eliminación efectiva. La siguiente imagen muestra un golpe de arco:

Continúa en I({ siguiente púgina

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Inspección Visual


Discontinuidades en Estructuras Relacionadas con las Propiedades de las Juntas Soldadas, Continuación

Salpicaduras o chisporroteo

Las salpicaduras o chisporroteo son partículas metálicas expulsadas durante la soldadura que no forma parte de la junta. En general, las salpicaduras vuelan lejos de los metales base y de soldadura; pero algunas de éstas se adhieren al metal base contiguo. Las salpicaduras no se consideran un problema serio; a menos que su presencia interfiera con las operaciones posteriores, particularmente con la ejecución de Ensayos No Destructivos, o que afecte la utilidad o la apariencia de la parte o componente. La siguiente imagen muestra un chisporroteo en una unión soldada:


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Discontinuidades de metales base

Las placas, los tubos, las piezas forjadas y fundidas y otros metales base presentan discontinuidades que pueden afectar la calidad de los productos soldados. Algunas discontinuidades que presentan los metales base, tales como fracturas y desgarre laminar, se desarrollan durante las operaciones de soldadura; mientras que otras ya existen en ellos como parte inherente de sus procesos de fabricación. Las especificaciones de los metales base establecen los criterios de aceptación para tales discontinuidades. Es deber del inspector de soldadura detectarlas, evaluarlas y rechazar los productos que las contienen, si éstos no cumplen los criterios especificados.

Laminaciones (laminations)

Las laminaciones son discontinuidades planas, generalmente extendidas y paralelas a la superficie de laminación, que se encuentran en el área central de productos laminados, tales como placas, laminas y perfiles. Las laminaciones se forman como resultado de porosidades, cavidades de contracción o inclusiones no metálicas en el lingote original, a partir del que se fabricó el producto laminado. El proceso de laminado provoca que tales discontinuidades se unan, extiendan, crezcan y adquieran forma plana en la parte central del espesor de la pieza. Algunas laminaciones se pueden eliminar gracias a las altas temperaturas y presiones del laminado; pero otras persisten y pueden ser completamente internas. También pueden extenderse a los extremos y bordes y resultar visibles en la superficie. Además, las laminaciones pueden quedar expuestas por operaciones de corte y maquinado, situaciones en las que se pueden verificar con Líquidos Penetrantes o Partículas Magnéticas. ContinlÍa en la siguiente página

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Inspección Visual



Laminaciones (laminations)

(continuación)

Las partes metálicas que contienen laminaciones por lo general no son capaces de conducir satisfactoriamente los esfuerzos de tensión a través de la dirección del espesor: por 10 que las especificaciones correspondientes restringen su tamaño y frecuencia. La siguiente imagen muestra una laminación:

Conclusión

Aquí termina el texto de Inspección Visual. Preparamos este manual de entrenamiento pensando en los inspectores preocupados por actualizarse y por contar con herramientas de trabajo acordes con el desarrollo tecnológico que experimenta la industria moderna. Al final del documento hay una amplia bibliografia de referencia, tanto de teoría como de la normatividad de uso más frecuente en la Inspección de Soldadura, documentos que son indispensables para trabajar correctamente y continuar el aprendizaje.

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Inspección Visual

Bibliografía

Introducción

A continuación se presenta la bibliografia de referencia y consulta que apoya la información que contiene este texto.

ABS, Nondestructive inspection of hull welds 1986. "Guide for Ultrasonic Examination of Carbon Steel forgings Tail Shafts" American Society for Nondestructive Testing, Rec0111l1lended practice No. SNT- TC-1A. Personnel qualification and certificatíon in nondestructive testing. Ed. Aug 84, USA, Columbus Oh., 1984 American Welding Society, Certification manualfor welding inspectors. 3a ed., AWS --- ANSI/AWS D 1.1. Structural welding codeo Ed. 1986, Miami, AWS, 1986 --- Welding Handbook. 70a ed., Miami, A WS, 1986, vol. 5 (Quality Control) AVNER, Sidney H., Introducción a la metalurgiafisica. 2a ed., México, Ed. Mc Graw-Hill, 1979 BEER Y Jhoston, Mecánica vectorial para ingenieros. Dinámica, segunda parte. México, Ed. Mc Graw-Hill, T. II GARCÍA Cueto, Alfonso R., Ensayos No Destructivos por el Método de Líquidos Penetrantes. 2a ed., México, 2004 --- Ensayos No Destructivos por el método de Partículas Magnéticas. México, 1989 --- Ensayos No Destructivos por el método de Ultrasonido Industrial. 2a ed., México, 2004 --- Inspección de Soldadura, México, 2005 --- Introducción a los Ensayos No Destructivos. 2a ed., México, 2005 Gran enciclopedia del mundo. Durvan, S. A., de ediciones, T. 16 Introducción a los métodos de ensayos no destructivos de control de calidad de los lIlateriales. 2a ed., Madrid, Instituto Nacional de Técnica Aeroespacial (INTA) "Esteban Torradas", 1968 NA VA Jaimes, Héctor, et al., El sistema internacional de unidades. México; Centro Nacional de Metrología, 2001

A


Inspección Visual

Normas y Especificaciones

Introducción

A continuación se enlista una recopilación de las normas y especificaciones más empleadas para la Inspección de Soldadura.

ANSI

• • • •

B31.1, Power Piping B31.3, Petroleum Refinery Piping B31. 7, Code for Pressure Piping, Nuclear Power Piping N45.2.6, Qualifications ofInspection, Examination, and Testing Personnel for Construct ion Phase ofNuclear Power Plants • Y32.17, Nondestructive Testing Symbols

API

• • • • • • • •

ASME

Seco 1, Boiler and Pressure Vessel Code, Power Boilers Seco 11, y Boiler and Pressure Vessel Code Seco 111, Boiler and Pressure Vessel Code, Nuclear Vessels Seco V, Boiler and Pressure Vessel Code, Nondestructive Examination Seco VIII, Div. 1, Boiler and Pressure Vessel Code, Unfired Pressure Vessels • Seco VIII, Div. 2, Boiler and Pressure Vessel Code, Alternative Rules for Pressure Vessels • Seco XI, Boiler and Pressure Vessel Code, Rules for In-Service Inspection ofNuclear Power Plant Components

ASNT

• Recommended Ultrasonic Acceptance Standard s for Airframe Aluminum Alloy Plate, Forgings, and Extrusions

API 54, Specification for Casing, Tubing, and Drill Pipe API 5AC, Specification for Restricted yield Strength Casing and Tubing API 5AX, Specification for High Strength Casing, Tubing, and Drill Pipe API 5L, Specification for Line Pipe API 5LS, Specification for Spiral Weld Line Pipe API 5LU, Specification for Ultra High-Test Heat Treated Line Pipe API 5LX, Specification for High Test Line Pipe API RP 5A5, Recommended Practice for the Field inspection ofNew Casing, Tubing, and Plain End Drill Pipe

• • • • •


B

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Normas y Especificaciones,

ASTM

Continuación

• Proposed Practice for Evaluating the Characteristics of Ultrasonic Search Units • Proposed Practice for Evaluating the Electronic Characteristic of Sections of Pulse-Echo Ultrasonic Inspection Instruments • Proposed Recommended Practice fOl' the Detection and Evaluation of Discontinuities by the Imrnersed Pulse-Echo Ultrasonic Method Using Longitudinal Waves • A21, Carbon Steel Axles, Non-Heat-Treated and Heat-Treated, for Railway Use • A376, Specifications for Seamless Austenitic Steel for High Temperature Control Station Service • A388, Ultrasonic Examination ofHeavy Steel FOl'gings • A418, Ultrasonic Inspection of Turbine and Generator Steel Ro or Forgings • A435, Straight-Beam Ultrasonic Examination of Steel Plates fOl' Pressure Vessels • A450, General Requirements for Carbon, Ferrite Alloy, and Austenitic Alloy Steel Tubes • A503, Ultrasonic Examination ofLarge Forged Crankshafts • A531, Ultrasonic Inspection ofTurbine-GeneratOl' Steel Retaining Rings • A556, Standard Specification for Seamless Cold-Drawn Carbon Steel Feedwater Heater Tubes • A557, Standard Specification for Electric-Resistance Welded Carbon Steel Feedwater Heater Tubes • A5 77, Ultrasonic, Angle-Beam Examination of Steel Plates • A578, Straight-Beam Wave Ultrasonic Examination ofPlain and CIad Steel Plates for Special Applications • A609, Longitudinal Beam Ultrasonic Inspection of Carbon and Low-Alloy Steel Castings • A 745, Ultrasonic Examination of Austenitic Steel FOl'gings • B548, Specification for Standard Method for Ultrasonic Inspection of Aluminum Alloy Plate for Pressure Vessels • B594, Ultrasonic Inspection of Aluminum-Alloy Products for Aerospace Applications • C597, Test Method for Pulse Velocity through Concrete • D2845, Test Method for Pulse Velocities and Ultrasonic Elastic Constants of Rock, Laboratory Determination of • D2966, Test Method for Cavitation Erosion-Corrosion Characteristics of Aluminum in Engine Coolants Using Ultrasonic Energy ContinlÍa en la siguiellll' página

e

Inspección Visual



Continuación

ASTM (continuación)

• E114, Recornmended Practice for Ultrasonic Pulse-Echo Straight-Beam Testing by the Contact Method • EI27, Fabricating and Checking Aluminum Alloy Ultrasonic Standard Reference Blocks • E 164, Ultrasonic Contact Inspection of Weldments • E213, Ultrasonic Inspection of Metal Pipe and Tubing for Longitudinal Discontinuities • E214, Irnmersed Ultrasonic Testing by the Reflection Method U sing Pul sed Longitudinal Waves • E273, Ultrasonic Inspection ofLongitudinal and Spiral Welds ofWelded Pipe and Tubing • E31 7, Evaluating Performance Characteristics of Ultrasonic Pulse-Echo Testing Systems Without the Use ofElectronic Measurement Instruments • E428, Fabrication and Control of Steel Reference Blocks Used in Ultrasonic Inspection • E453, Recommended Practice for Examination ofFuel Element Cladding including the Determination of the Mechanical Properties • E494, Measuring Ultrasonic Velocity in Materials • E500, Standard Definitions of Terms Relating to Ultrasonic Testing • E587, Ultrasonic Angle Beam Examination by the Contact Method • E588, Detection ofLarge Inclusions in Bearing Quality Steel by the Ultrasonic Method • E664, Measurement of the Apparent Attenuation of Longitudinal Ultrasonic Waves by Immersion Method • E797y Measuring Thickness by Manual Ultrasonic Pulse-Echo Contact Method • E604y Calibration of an Ultrasonic Test System by Extrapolation between Flat-Bottom Hole Sizes • F600, Nondestructive Ultrasonic Evaluation of Socket and Butt Joints of Thermoplastic Piping • G46, Recornmended Practice for Examination and Evaluation of Pitting Corrosion

AWS

A2.4, Nondestructive Testing Symbols DI, StructuraI Welding Code COlltinúa ell la siguiente página

D

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DOD

Continuación

• MIL-STD-271, Nondestructive Testing Requirements for Metals • MIL-STD-278, Fabrication, Welding, Inspection, and Repair for Machinery, Piping, and Pressure Vessels in Ships ofthe US Navy • MIL-STD-41 0, Qualification and Certification ofInspection Personnel • MIL-STD-770, Ultrasonic Inspection ofLead • MIL-STD-1263, Qualification and Certification ofInspection Personnel (Ultrasonic) • MIL-STD-2132» Nondestructive Examination Requirements for Special Applications • MIL-C-15726, Military Specification for CuNi Alloy Rod, Flat Products (Flat Wire, Strip, Sheet, Bar, and Plate) and Forgings • MIL-I-6870, Inspection Requirements Nondestructive, for Aircraft Materials and Parts • MIL-I-8950, Wrought Metals Process for Ultrasonic Inspection • MIL-I-46175, Inspection and Testing ofDuctile Cast Iron, SEA Grade 7003 • MIL-S-16113, Steel Plate, High Tensile (HT) Hull and Structural • MIL-S-16216, Steel Plate, Alloy, Structural High Yield Strength (HY 80 and HY 10) • MIL-S-23008, Steel Castings, Alloy, High Yield Strength (HY 80 and HY 100) • Shafts, Sleeves, Alloy, Seamless • MIL-S-23194, Steel Forgings, Carbon and Low Alloy • MIL-S-23284, Steel Forgings, Carbon and Alloy, for Shafts, Sleeves, Couplings, and Stacks (Rudders and Diving Planes) • MIL-T-16420, Tube, 70-30 and 90-10 CopperNickel and Welded • MIL-T -23226, Tube and Pipe, Corrosion Resistant Steel, Seamless • MIL-U-81 055, ultrasonic Inspection, irnmersion ofWrought Metal, General Specification for (Torpedo MK 46 MCD O) • MSFC-SPEC-283, Ultrasonic Testing, Specifications for Aluminum Alloy Plate Continúa en la siguiente página

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DOE

• • • • • • • • •

• • • •

Continuación

E15-2NB-T, Supplementary Requirements for Seco III, AS ME Code E 15-2NC- F' Supplementary Requirements for Seco IIl, ASME Code E15-2ND-T, Supplementary Requirements for Seco III, ASME Code E15-2NE-T, Supplementary Requirements for Seco III, ASME Code F3-3 (AEC), Ultrasonic Examination of Heavy Steel Forgings, Division, Reactor Development and Technology F3-4, Ultrasonic Shear Wave Examination ofPlates, Division, Reactor Development and Technology F3-5 (AEC), Longitudinal Wave Ultrasonic Testing ofPlain and CIad Steel Plates, Division, Reactor Development and Technology F3-6 (AEC), Nondestructive Evaluation, Criteria for Use of ASME Seco III and USASI B31.7 Division, Reactor Development and Technology F3-8 (AEC), Ultrasonic inspection of Metal Pipe and Tubing for Longitudinal Discontinuities. Division. Reactor Development and Technology RDT -F3-6T, Nondestructive Examination (Supplement to ASME Boiler and Pressure Vessel Code, Seco V) RDT-M2-3T, Carbon and Alloy Steel Welding Fittings (ASME SA-234 whit Additional Requirements) RDT-M2-5T, Austenitic Stainless Steel Welding Fittings (ASME SA-403 whit Additional Requirements) RDT-M2-12T, Nickel-Molybdenum-Chromium Alloy Welding Fittings (ASME-403 whit Additional Requirements)

NBS

• NBS Technical Note 924, Procedure for the Calibration of ASTM E127 • Type ultrasonic Reference Blocks

SAE

• AMS 2630, Ultrasonic inspection • AMS 2631, Ultrasonic Inspection of Titanium Alloys • AMS 2632, Ultrasonic Inspection ofthin materials-O.5 in (13 mm) and thinner • AMS 2633, Ultrasonic Inspection-Centrifugally Cast Corrosion-Resistant Steel Tubular Cylinders ContinlÍa en la siguiellfe página

F

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Continuación

USAF

• TO- 00- 25 -224, Welding High Pressure and Cryogenic Systems (Secc. 4 Nondestructive Inspection by Ultrasonic and Eddy Current Methods)

USN

• NAVSHIPS 25-1500-1, Welding Standard, Power, and Associated Systems • NA VSHIPS 0900-000-1000, Fabrication, Welding, and Inspection of Ship Hulls • NA VSHIPS 0900-001-7000, Fabrication and Inspection ofBrazed Piping Systems • NA VSHIPS 0900-006-3010, Ultrasonic Inspection, Procedure, and Acceptance Standards for Hull Structure, Production Repair Welds • NAVSHIPS 0900-LP-3020, Supplement to NAVSHIPS 0900-006-3010 • NAVSHIPS 0900-006-9010, Naval Terminology Manual

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Sitios de Internet

Introducción

Para enriquecer los contenidos de este texto, se consultaron los siguientes sitios de Internet: flashback.rodenstock.com www.mbaselt.de/licht/lichtgeschw www.pi2.uni-stuttgart.de/official/h.paus/ExPhysVorlesung.html www.teleformacion.edu.aytolacoruna.es/FISI CAl document/fisi caInteracti vale olor/Luz_ Origen_propied.htm http://library .thinkguest.orglCOO 377 6/ingles/images/refraccion.jpeg http://es.wikipedia.org/wiki/Micr%C3%B3metro_%28instrumento%29

H

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2-C-IO

INSTITUTO MEXICANO DE ENSAYOS NO DESTRUCTIVOS A.C. Rubén M. Campos No. 2651 Col. Villa de Cortés C.P. 03530 México, D.F. Tels. (01-55) 5579 6629 Tel/Fax: 5579 9154 018000240771 [email protected]

www.imende.com

Campo Tepate No. 101-A Fraccionamiento Carrizal C.P. 86030 Villahermosa, Tab. Tels .. (01 993) 316 2465 Fax: 3164217 01800 5232 334 [email protected]

Imende-Inspeccion Visual i y II.

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