ENSAYOS NO DESTRUCTIVOS
UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERIA FACULTAD DE INGENIERIA MECANICA
CURSO:
Física II
PROF:
José Pachas Salhuana
SECCIÓN:
“A”
INFORME:
Previo N°4
TITULO:
“Densidad y tensión superficial”
INTEGRANTES:
FACULTAD DE INGENIERÍA MECÁNICA
CODIGO:
FIRMA:
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OBJETIVOS •
Conocer los diferentes tipos de ensayos no destructivos y ver sus aplicaciones en el análisis de discontinuidades o fallas en la superficie de las piezas mecánicas.
•
Usar la técnica de líquidos penetrantes para detectar discontinuidades que afloran en la superficie como porosidad, vetas, costuras, grietas de mecanizado, grietas de fatiga e inclusiones no metálicas.
•
Notar que solo la aplicación de los líquidos penetrantes sirve para ver imperfecciones exteriores y no las interiores.
•
Usar la técnica de las partículas magnéticas y con ayuda de un campo magnético, analizar las discontinuidades halladas en cierto objeto.
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ENSAYOS NO DESTRUCTIVOS
FUNDAMENTO TEÓRICO Se denomina ensayo no destructivo a cualquier tipo de prueba practicada a un material que no altere de forma permanente sus propiedades físicas, químicas, mecánicas o dimensionales. Los ensayos no destructivos implican un daño imperceptible o nulo. Los diferentes métodos de ensayos no destructivos se basan en la aplicación de fenómenos físicos, tales como ondas electromagnéticas, acústicas, elásticas, emisión de partículas subatómicas, capilaridad, absorción y cualquier tipo de prueba que no implique un daño considerable a la muestra examinada. En general los ensayos no destructivos proveen datos menos exactos acerca del estado de la variable a medir que los ensayos destructivos. Sin embargo, suelen ser más baratos para el propietario de la pieza a examinar, ya que no implican la destrucción de la misma. En ocasiones los ensayos no destructivos buscan únicamente verificar la homogeneidad y continuidad del material analizado, por lo que se complementan con los datos provenientes de los ensayos destructivos. La amplia aplicación de los métodos de ensayos no destructivos en materiales se encuentra resumida en los tres grupos siguientes: •
Defectología: permite la detección de discontinuidades, evaluación de la corrosión y deterioro por agentes ambientales; determinación de tensiones; detección de fugas.
•
Caracterización: evaluación de las características químicas, estructurales, mecánicas y tecnológicas de los materiales; propiedades físicas (elásticas, eléctricas y electromagnéticas); transferencias de calor y trazado de isotermas.
•
Metrología: control de espesores; medidas de espesores por un solo lado, medidas de espesores de recubrimiento; niveles de llenado.
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ENSAYOS NO DESTRUCTIVOS Métodos y técnicas de ensayos no destructivos La clasificación de las pruebas no destructivas se basa en la posición en donde se localizan las discontinuidades que pueden ser detectadas, por lo que se clasifican en: Pruebas no
destructivas superficiales
Estas pruebas proporcionan información acerca de la sanidad superficial de los materiales inspeccionados. Los métodos de PND superficiales son: •
VT – Inspección Visual
•
PT – Líquidos Penetrantes
•
MT – Partículas Magnéticas
•
ET – Electromagnetismo
En el caso de utilizar VT y PT se tiene la limitante para detectar únicamente discontinuidades superficiales (abiertas a la superficie); y con MT y ET se tiene la posibilidad de detectar tanto discontinuidades superficiales como sub-superficiales (las que se encuentran debajo de la superficie pero muy cercanas a ella). Pruebas no
destructivas volumétricas
Estas pruebas proporcionan información acerca de la sanidad interna de los materiales inspeccionados. Los métodos de PND volumétricos son: •
RT – Radiografía Industrial
•
UT – Ultrasonido Industrial
•
AE – Emisión Acústica
Estos métodos permiten la detección de discontinuidades internas y subsuperficiales, así como bajo ciertas condiciones, la detección de discontinuidades superficiales. Pruebas no
destructivas de hermeticidad
Estas pruebas proporcionan información del grado en que pueden ser contenidos los fluidos en recipientes, sin que escapen a la atmósfera o queden fuera de control. Los métodos de PND de hermeticidad son:
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Pruebas de Fuga
•
Pruebas por Cambio de Presión (Neumática o hidrostática).
•
Pruebas de Burbuja
•
Pruebas por Espectrómetro de Masas
•
Pruebas de Fuga con Rastreadores de Halógeno
Inspección por Líquidos Penetrantes La inspección por líquidos penetrantes es un tipo de ensayo no destructivo que se utiliza para detectar e identificar discontinuidades presentes en la superficie de los materiales examinados. Generalmente se emplea en aleaciones no ferrosas, aunque también se puede utilizar para la inspección de materiales ferrosos cuando la inspección por partículas magnéticas es difícil de aplicar. En algunos casos se puede utilizar en materiales no metálicos. El procedimiento consiste en aplicar un líquido coloreado o fluorescente a la superficie en estudio, el cual penetra en cualquier discontinuidad que pudiera existir debido al fenómeno de capilaridad. Después de un determinado tiempo se remueve el exceso de líquido y se aplica un revelador, el cual absorbe el líquido que ha penetrado en las discontinuidades y sobre la capa del revelador se delinea el contorno de éstas.
Tipos de líquidos penetrantes:
•
Según el color Penetrantes coloreados: Se inspeccionan a simple vista. Solamente hay que contar con una buena fuente de luz blanca. Tienen menos sensibilidad.
•
Penetrantes fluorescentes: Se inspeccionan con la ayuda de una lámpara de luz ultravioleta (luz negra). Sin ésta son invisibles a la vista. Tienen mayor sensibilidad.
•
Según la solubilidad Penetrantes lavables con agua o autoemulsificables: Para su limpieza y remoción de excesos simplemente se usa agua. Resultan muy económicos de utilizar.
•
Penetrantes postemulsificables: No son solubles en agua. Para la remoción de los excesos superficiales se utiliza un emulsificador que crea una capa superficial que se remueve con agua. Es el método con el mayor sensibilidad
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ENSAYOS NO DESTRUCTIVOS se obtiene y en el que mayor dominio de cada una de las etapas tiene el operador. Existen dos tipos de emulsificadores: los hidrofílicos, de base acuosa, que se utilizan en solución de agua, en una saturación determinada por las necesidades del caso; y lipofílicos, de base aceite, que se utilizan tal como los entrega el fabricante. •
Penetrantes eliminables con disolvente: Tampoco son solubles en agua. Para su remoción se utiliza un disolvente no acuoso, denominado «eliminador». Son muy prácticos de utilizar ya que el solvente generalmente se presenta en aerosol.
Requisitos para la inspección por líquidos penetrantes Antes de iniciar las pruebas de Líquidos Penetrantes, es conveniente tener en cuenta la siguiente información: 1.- Es muy importante definir las características de las discontinuidades y el nivel de sensibilidad con que se las quiere detectar, ya que si son relativamente grandes o se quiere una sensibilidad entre baja y normal, se recomienda emplear penetrantes visibles; pero si la discontinuidad es muy fina y delgada o se requiere de una alta o muy alta sensibilidad, es preferible emplear los penetrantes fluorescentes. 2.- Otro factor de selección es la condición de la superficie a inspeccionar; ya que si es una superficie rugosa o burda, como sería el caso de una unión soldada o una pieza fundida, se debe emplear un penetrante líquido removible con agua. Pero si la superficie es tersa y pulida, es preferible emplear un penetrante removible con solvente. Finalmente cuando se requiere una inspección de alta calidad o con problemas de sensibilidad, se puede emplear un penetrante post-emulsificable. 3.-Si el material a examinar es acero inoxidable, titanio o aluminio (para componentes aeronáuticos, por ejemplo) o aleaciones de níquel (monel), entonces los penetrantes deberán tener un control muy rígido de contaminantes, como son los compuestos halogenados (derivados del flúor, cloro, bromo, iodo) o de azufre (sulfatos o sulfuros), ya que si quedan residuos de ellos, pueden ocasionar fracturas o fragilidad del material. Todos los proveedores de productos de alta calidad proporcionan un certificado de pureza de sus pr oductos sin cargo adicional.
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ENSAYOS NO DESTRUCTIVOS 4.-Si se trabaja bajo normas internacionales (Código ASME, API, AWS) o de compañías (Belí, Pran & Whitney o GE), los líquidos deben ser de los proveedores de las listas de proveedores aprobados o confiables publicados por ellos. En caso necesario, se solicitará al proveedor una lista de qué normas, códigos o especificaciones de compañías cubren sus productos. 5.-Una vez seleccionado uno o varios proveedores, nunca se deberán mezclar sus productos; como por ejemplo, emplear el revelador del proveedor A con un penetrante del proveedor B o un penetrante de una sensibilidad con un revelador de otra sensibilidad, aunque ambos sean fabricados por el mismo pr oveedor. Las aplicaciones de esta técnica son amplias, y van desde la inspección de piezas críticas como son los componentes aeronáuticos hasta los cerámicos como las vajillas de uso doméstico. Se pueden inspeccionar materiales metálicos, cerámicos vidriados, plásticos, porcelanas, recubrimientos electroquímicos, entre otros. Una de las desventajas que presenta este método es que sólo es aplicable a defectos superficiales y a materiales no porosos.
Aplicaciones Las aplicaciones de los Líquidos Penetrantes son amplias y por su gran versatilidad se utilizan desde la inspección de piezas críticas, como son los componentes aeronáuticos, hasta los cerámicos como las vajillas de uso doméstico. Muchas de las aplicaciones descritas son sobre metales, pero esto no es una limitante, ya que se pueden inspeccionar otros materiales, por ejemplo cerámicos vidriados, plásticos, porcelanas, recubrimientos electroquímicos, etc.
Ventajas •La inspección por Líquidos Penetrantes es extremadamente sensible a las discontinuidades abiertas a la superficie. •La configuración de las piezas a inspeccionar no representa un problema para la inspección. •Son relativamente fáciles de emplear. •Brindan muy buena sensibilidad.
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ENSAYOS NO DESTRUCTIVOS •Son económicos. •Son razonablemente rápidos en cuanto a la aplicación, además de que el equipo puede ser portátil. •Se requiere de pocas horas de capacitación de los Inspectores.
Desventajas •Sólo son aplicables a defectos superficiales y a materiales no porosos. •Se requiere de una buena limpieza previa a la inspección. •No se proporciona un registro permanente de la prueba no destructiva. •Los Inspectores deben tener amplia experiencia en el trabajo. •Una selección incorrecta de la combinación de revelador y penetrante puede ocasionar falta de sensibilidad en el método. •Es difícil quitarlo de roscas, ranuras, huecos escondidos y superficies ásperas.
Inspección por Partículas Magnéticas La inspección por Partículas Magnéticas permite detectar discontinuidades superficiales y sub-superficiales en materiales ferromagnéticos. Se selecciona usualmente cuando se requiere una inspección más rápida que con los líquidos penetrantes. El principio del método es la formación de distorsiones del campo magnético o de polos cuando se genera o se induce un campo magnético en un material ferromagnético; es decir, cuando la pieza presenta una zona en la que existen discontinuidades perpendiculares a las líneas del campo magnético, éste se deforma o produce polos. Las distorsiones o polos atraen a las partículas magnéticas, que fueron aplicadas en forma de polvo o suspensión en la superficie sujeta a inspección y que por acumulación producen las indicaciones que se observan visualmente de manera directa o bajo luz ultravioleta. La figura 1 muestra el principio del método por Partículas Magnéticas.
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ENSAYOS NO DESTRUCTIVOS Actualmente existen 32 variantes del método, que al igual que los líquidos penetrantes sirven para diferentes aplicaciones y niveles de sensibilidad. En este caso, antes de seleccionar alguna de las variantes, es conveniente estudiar el tipo de piezas a inspeccionar, su cantidad, forma y peso, a fin de que el equipo a emplear sea lo más versátil posible; ya que con una sola máquina es posible efectuar al menos 16 de las variantes conocidas.
Requisitos para la inspección por Partículas Magnéticas Antes de iniciar la inspección por Partículas Magnéticas, es conveniente tomar en cuenta los siguientes datos: 1.-La planificación de este tipo de inspecciones se inicia al conocer cuál es la condición de la superficie del material y el tipo de discontinuidad a detectar. Así mismo deben conocerse las características metalúrgicas y magnéticas del material a inspeccionar; ya que de esto dependerá el tipo de corriente, las partículas a emplear y, en caso necesario, el medio de eliminar el magnetismo residual que quede en la pieza. 2.-Si se trabaja bajo normas internacionales (Código ASME, API, AWS) o de compañías (Bell, Pratt & Whitney o GE), las partículas a emplear deben ser de los proveedores de las listas de proveedores aprobados o confiables publicados por ellas. En caso necesario, se solicita al proveedor una lista de qué normas, códigos o especificaciones de compañías satisfacen sus productos. 3.-Al igual que en el caso de los líquidos penetrantes, una vez seleccionado uno o varios proveedores, nunca se deben mezclar sus productos, como puede ser el caso de emplear las partículas del proveedor A con un agente humectante del proveedor B o las partículas de diferentes colores o granulometrías fabricadas por el mismo proveedor.
Secuencia de la inspección Es importante destacar que con este método sólo pueden detectarse las discontinuidades perpendiculares a las líneas de fuerza del campo magnético. De acuerdo al tipo de magnetización, los campos inducidos son longitudinales o circulares. Además, la magnetización se genera o se induce, dependiendo de si la
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ENSAYOS NO DESTRUCTIVOS corriente atraviesa la pieza inspeccionada, o si ésta es colocada dentro del campo generado por un conductor adyacente.
Corriente de Magnetización.- Se seleccionará en función de la localización probable de las discontinuidades; si se desea detectar sólo discontinuidades superficiales, debe emplearse la corriente alterna, ya que ésta proporciona una mayor densidad de flujo en la superficie y por lo tanto mayor sensibilidad para la detección de discontinuidades
superficiales;
pero
es
ineficiente
para
la
detección
de
discontinuidades sub-superficiales. Si lo que se espera es encontrar defectos superficiales y sub-superficiales, es necesario emplear la corriente rectificada de media onda; ya que ésta presenta una mayor penetración de flujo en la pieza, permitiendo la detección de discontinuidades por debajo de la superficie. Sin embargo, es probable que se susciten dificultades para desmagnetizar las piezas.
Magnetización lineal o longitudinal.- La forma de magnetizar es también importante, ya que conforme a las normas comúnmente adoptadas, la magnetización con yugo sólo se permite para la detección de discontinuidades superficiales. Los yugos de AC o DC producen campos lineales entre sus polos y por este motivo tienen poca penetración. Otra técnica de magnetización lineal es emplear una bobina (solenoide). Si se selecciona esta técnica, es importante procurar que la pieza llene lo más posible el diámetro interior de la bobina; problema que se elimina al enredar el cable de magnetización alrededor de la pieza. Entre mayor número de vueltas (espiras) tenga una bobina, presentará un mayor poder de magnetización.
Magnetización circular.- Cuando la pieza es de forma regular (cilíndrica), se puede emplear la técnica de cabezales, que produce magnetización circular y permite la detección de defectos paralelos al eje mayor de la pieza. Una variante de esta técnica es emplear contactos en los extremos de la pieza, que permiten obtener resultados similares. Otra forma de provocar un magnetismo circular es emplear puntas dé contacto, pero sólo se recomienda su empleo para piezas burdas o en proceso de semi-acabado. Se deben utilizar puntas de contacto de aluminio, acero o plomo para evitar los depósitos de cobre, que pudieran iniciar puntos de corrosión.
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ENSAYOS NO DESTRUCTIVOS Esta técnica permite cierta movilidad con los puntos de inspección, pudiéndose reducir la distancia hasta 7 cm entre los polos o aumentarse hasta 20 cm, con lo cual es factible inspeccionar configuraciones relativamente complicadas.
Aplicación de las Partículas Magnéticas Tipo de partículas. - Por término general, se prefieren las partículas secas cuando se requiere detectar discontinuidades relativamente grandes. Las partículas en suspensión se emplean preferentemente para detectar discontinuidades muy pequeñas y cerradas. Color de las partículas.- Dependerá de contraste de fondo. De este modo se emplearán partículas de color oscuro (negras o azules) para piezas recién maquinadas y partículas de colores claros (grises o blancas) para piezas con superficies oscuras. Las partículas de color rojo están en un punto intermedio y fueron desarrolladas para que su observación se facilite empleando una tinta de contraste blanco; esta tinta tiene un color y consistencia parecidos al del revelador no acuoso de los PT, pero con mayor poder de adherencia. Cuando se desea una mayor sensibilidad en un método, es necesario emplear las partículas fluorescentes. •
Las partículas se aplican conforme se realiza la inspección, para lo que
existen dos prácticas comunes que son: •
Si se emplean partículas secas, primero se hace pasar la corriente de
magnetización y al mismo tiempo se rocían las partículas. Generalmente se recomienda que la corriente de magnetización se mantenga durante el tiempo de aplicación de las partículas, ya que es cuando el campo magnético es más intenso y permite que las partículas sean atraídas hacia cualquier distorsión o fuga de campo, para así indicar la presencia de una posible discontinuidad.
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ENSAYOS NO DESTRUCTIVOS Ventajas de las Partículas Magnéticas Con respecto a la inspección por líquidos penetrantes, este método tiene las siguientes ventajas: •Requiere de un menor grado de limpieza. •Generalmente es un método más rápido y económico. •Puede revelar discontinuidades que no afloran a la superficie. •Tiene una mayor cantidad de alternativas.
Desventajas de las Partículas Magnéticas •Son aplicables sólo en materiales ferromagnéticos. •No tienen gran capacidad de penetración. •El manejo del equipo en campo puede ser caro y lento. •Generalmente requieren del empleo de energía eléctrica. •Sólo detectan discontinuidades perpendiculares al campo.
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ENSAYOS NO DESTRUCTIVOS DESCRIPCIÓN DE LOS EQUIPOS UTILIZADOS
Para el ensayo de Líquidos Penetrantes
Una placa metálica
Los líquidos limpiador, penetrador y revelador
Para el ensayo de Partículas Magnéticas
Una barra de metal
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Una placa metálica
Equipo para electrificar
Partículas ferrosas en polvo
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ENSAYOS NO DESTRUCTIVOS DESCRIPCION DEL PROCEDIMIENTO
Para el ensayo de Líquidos Penetrantes
•Se procede a preparar la superficie metálica con una limpieza superficial, lijándola con una lija fina. •Se limpian las superficies con thinner y luego con el removedor.
Fi .1 Placa metálica siendo lim iada
Fig.2 Líquidos para el ensayo: Amarillo es limpiador; el azul es el penetrante; y el rojo es
• Una vez limpia, se procede a aplicar los líquidos penetrantes en orden sobre toda la placa metálica. • Se espera cierto tiempo para que el líquido penetrante pueda actuar y luego se procederá a limpiar la pieza, cuidando de no quitar el líquido penetrante. • Luego de esto se procederá a aplicar el Revelador y se esperará cierto tiempo hasta que actúe.
Fig.3 Aplicar el líquido amarillo para terminar
Fig.4 Aplicar el líquido penetrador y esperar a
de limpiar la placa
que haga efecto
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Fig.5 Luego de haber esperado un tiempo,
Fig.6 Finalmente, aplicar el líquido revelador y
limpiar con un trapo la placa metálica para
observar los sitios donde es visible los restos
deshacerse de los restos de líquido penetrante
de liquido penetrante
Para el ensayo de Partículas Magnéticas
Fig.7 Para que las partículas ferrosas se
Fig.8 Luego de haber magnetizado la pieza,
adhieran a la pieza, hay que magnetizarla
esparcir las partículas ferrosas en toda la pieza.
usando una corriente inducida en una cierta cantidad de es iras
Fig.9 Sacudir la pieza para deshacerse de los
Fig.10 Finalmente, observar los lugares en
restos de partículas ferrosas que no se
donde quedan partículas ferrosas y sacar las
adhirieron a las fisuras
conclusiones
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Fig.11 Electrificar la placa metálica para
Fig.12 Esparcir las partículas ferrosas a lo
asegurarse que las partículas ferrosas se
largo de toda la placa
quedaran adheridas a las fisuras
Fig.13 Finalmente, luego se retirar los restos de partículas ferrosas, se logra apreciar los lugares en donde aún son visibles los restos de partículas
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ENSAYOS NO DESTRUCTIVOS CONCLUSIONES
Para el ensayo de Líquidos Penetrantes •
Luego de realizado el experimento, notamos que se basa en un procedimiento bastante económico y fácil de realizar, pues la inspección que hicimos fue a simple vista. Además no se destruye la pieza que analizamos y los resultados fueron prácticamente inmediatos.
•
Sin embargo, observamos que los resultados obtenidos son válidos solo para fallas superficiales. Además no es fácil establecer un patrón para los resultados del experimento.
•
Tomando como ejemplo a una de las piezas analizadas y llevando al extremo dicha situación, nos dimos cuenta que sería muy difícil realizar el mismo proceso para un pieza que es demasiado grande (como por ejemplo la cubierta de un barco).
Para el ensayo con Partículas Magnéticas
• Este tipo de ensayo parece ser muy fácil de realizar, siempre y cuando las piezas a analizar sean móviles y no muy pesadas.
• A diferencia de usar líquidos penetrantes, este ensayo deja demasiados restos sólidos, lo que podría dificultar su limpieza.
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