Soldadura II Nombres:
Fecha:
Jefferson Gutiérrez Juan José Luna André Soria
2016/01/28
Tema
ENSAYOS NO DESTRUCTIVOS 1. Objetivo
Identificar fallas en la soldadura por medio de ensayos no destructivos, en este caso líquidos penetrantes y partículas magnéticas, dado un cordón de soldadura enfriado bruscamente para conseguir fallas (fisuras, falta de fusión, etc.).
2. Marco Teórico ENSAYOS NO DESTRUCTIVOS Se denomina ensayo no destructivo (también llamado END) a cualquier tipo de prueba practicada a un material que no altere de forma permanente sus propiedades físicas, químicas, mecánicas o dimensionales. 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 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 resumidas 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.
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:
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
LÍQUIDOS PENETRANTES Discontinuidades que detecta, defectos superficiales como: poros, grietas, rechupes, traslapes, costuras, laminaciones, etc. Materiales: Sólidos metálicos y no metálicos
Ventajas.
Muy económico
Inspección a simple vista
No se destruye la pieza
Se obtiene resultados inmediatos.
Desventajas.
Solo detecta fallas superficiales
Difícil establecimiento de patrones
La superficie a inspeccionar debe estar limpia y sin recubrimientos
No se puede inspeccionar materiales demasiado porosos.
Principios físicos.
Capilaridad: Es la acción que origina que un líquido ascienda o descienda a través de los llamados tubos capilares.
Cohesión: Es la fuerza que mantiene a las moléculas de un cuerpo a distancias cercanas unas de las otras.
Adherencia: Es la fuerza de atracción entre moléculas de sustancias diferentes.
Viscosidad: Es la resistencia al deslizamiento de una capa de un fluido sobre otra capa.
Tensión superficial: Es la fuerza no compensada que ejerce la superficie del líquido debido a la tensión no compensada de las moléculas subsuperficiales sobre la membrana superior.
Características de los líquidos penetrantes.El líquido penetrante tiene la propiedad de penetrar en cualquier abertura u orificio en la superficie del material. El penetrante ideal debe reunir lo siguiente:
Habilidad para penetrar orificios y aberturas muy pequeñas y estrechas. Habilidad de permanecer en aberturas amplias.
Habilidad de mantener color o la fluorescencia.
Habilidad de extenderse en capas muy finas.
Resistencia a la evaporación.
De fácil remoción de la superficie.
De difícil eliminación una vez dentro de la discontinuidad.
De fácil absorción de la discontinuidad.
Atoxico.
Inoloro.
No corrosivo.
Anti Inflamable.
Estable bajo condiciones de almacenamiento.
Costo razonable. Penetrante Alta Baja Baja Baja Baja Pequeñas
Tiempo de Penetración.Material
Aluminio
Magnesio
Acero
Latón y bronce
Plásticos Vidrio Herramienta con punta de carburo
Titanio y aleaciones a altas temperaturas Todos Metales
NR = no recomendable INSPECCIÓN POR PARTÍCULAS MAGNÉTICAS La inspección por partículas magnéticas es un tipo de ensayo no destructivo que permite detectar discontinuidades superficiales y subsuperficiales en materiales ferromagnéticos.
El principio de este método consiste en que cuando se induce un campo magnético en un material ferromagnético, se forman distorsiones en este campo si el material presenta una zona en la que existen discontinuidades perpendiculares a las líneas del campo magnetizables, por lo que éstas se deforman o se producen polos. Estas distorsiones o polos atraen a las partículas magnetizables que son aplicadas en forma de polvo o suspensión en la superficie a examinar y por acumulación producen las indicaciones que se observan visualmente de forma directa o empleando luz ultravioleta. Sin embargo los defectos que son paralelos a las líneas del campo magnético no se aprecian, puesto que apenas distorsionan las líneas del campo magnético. Se utiliza cuando se requiere una inspección más rápida que la que se logra empleando líquidos penetrantes. Existen 32 variantes del método, y cada una sirve para diferentes aplicaciones y niveles de sensibilidad. Este método se utiliza en materiales ferromagnéticos como el hierro, el cobalto y el níquel. Debido a su baja permeabilidad magnética, no se aplica ni en los materiales paramagnéticos (como el aluminio, el titanio o el platino) ni en los diamagnéticos (como el cobre, la plata, el estaño o el zinc). Los defectos que se pueden detectar son únicamente aquellos que están en la superficie o a poca profundidad. Cuanto menor sea el tamaño del defecto, menor será la profundidad a la que podrá ser detectado.
PROCEDIMIENTO.Método de aplicación de los líquidos penetrantes en Pruebas No Destructivas 1. Limpiar cuidadosamente la superficie a inspeccionar de pintura, aceite, grasa y otros contaminantes. Será necesario eliminar los restos de óxidos, pinturas, grasas, aceites, taladrinas, carbonilas, etc. Y esto se hace por métodos químicos, ya que los mecánicos, están prohibidos por la posibilidad que tiene su aplicación de tapar defectos existentes. Se pueden usar todos aquellos procesos que dejen a la superficie limpia y seca; que no dañen al espécimen y que no empleen productos que sean incompatibles con los componentes. Soluciones detergentes en caliente por inmersión, desengrase en fase de vapor o desengrase mediante disolvente, son los principales métodos para eliminar grasas y aceites. Los óxidos y las carbonillas térmicas se eliminaran con desoxidantes alcalinos o ácidos y a veces, principalmente en superficies rectificadas se hace un ataque ácido a fondo que abre las grietas durante la operación. Las pinturas se eliminan con productos cáusticos en caliente o basados en ellos.
2. Los penetrantes se aplican por inmersión, rociado con un cepillo o brocha, vertiendo el líquido sobre la pieza o cualquier otro método, vertiendo el líquido sobre la pieza o cualquier otro método que cubra la zona que se inspecciona. Será necesario obtener una película fina uniforme en toda la superficie y se
deberá esperar un tiempo llamado tiempo de penetración para que el líquido penetre en grietas. Este tiempo oscila entre los 5 y 15 minutos dependiendo del material y la clase de grietas.
3. Se debe retirar la capa superficial del penetrante de forma que lo único que permanezca sea el que se hubiera alojado en las discontinuidades. Se entiende por exceso de penetrante todo líquido que no se ha introducido en los defectos y que permanece sobrante sobre la superficie de la pieza a inspeccionar. Esta etapa es crítica y de su correcta realización dependerá el resultado final de la inspección, ya que es necesario eliminar y limpiar el exceso de penetrante de tal modo que no extraigamos el penetrante introducido en los defectos. Si no se ha eliminado perfectamente el líquido penetrante, en la inspección final aparecerán manchas de penetrante produciendo indicaciones falsas e incluso, el enmascaramiento de las grietas. Para saber si hemos eliminado bien el exceso de penetrante es necesario hacer una inspección visual. Es aconsejable quitar en primer lugar la mayor parte del penetrante con trapos o papel absorbente y después eliminar el resto utilizando trapos o papel ligeramente impregnados en disolvente.
4. Aplicar el revelador y dejarlo actuar. El revelado es la operación que hace visible al ojo humano la posición del defecto. El revelador es básicamente un producto en polvo de compuestos químicos blancos, inertes y con una granulometría tal que dispone de un gran poder de absorción. Una vez aplicado el revelador, hay que esperar un tiempo para que absorba el penetrante, este tiempo oscila entre 5 y 15 minutos. Durante la preparación de las piezas para la inspección es necesario secarlas después de la aplicación del revelador húmedo o eliminar el remanente antes del uso del polvo revelador seco. 5. Una vez transcurrido el tiempo de revelado, se procede a la inspección de los posibles defectos de las piezas procesadas. El tiempo de revelado depende del tipo de penetración, del revelador y del defecto, pero deberá permitirse tiempo suficiente para que se formen las indicaciones. La inspección se realiza antes de que el penetrante comience a exudar sobre el revelador hasta el punto de ocasionar la perdida de definición. El proceso de inspección se compone de dos etapas: A. Inspección. B. Interpretación. Una regla práctica es que el tiempo de revelado nunca debe ser menor a siete minutos. o
Indicaciones relevantes. Son las causadas por discontinuidades que están generalmente presentes en el diseño.
o
Indicaciones falsas. Son el resultado de alguna forma de contaminación con penetrantes, estas indicaciones no pueden referirse a ningún tipo de discontinuidad.
Figura 1. Representación de las fases de las tintas penetrantes según su función. PARTÍCULAS MAGNÉTICAS.El campo magnético se puede generar mediante un imán permanente, un electroimán, una bobina o la circulación de intensidad eléctrica sobre la pieza. El imán permanente se suele utilizar poco debido a que solamente se pueden conseguir con él campos magnéticos débiles. En una pieza alargada, la magnetización mediante bobina genera un campo magnético longitudinal, por lo que muestra defectos transversales. En cambio, una corriente eléctrica entre los extremos de la pieza genera un campo transversal, por lo que detecta defectos longitudinales. Las partículas magnetizables deben ser de pequeño tamaño para que tengan buena resolución, es decir, para que detecten defectos pequeños o profundos. Esto se debe a que cuanto mayor sea el tamaño de la partícula, mayor será el campo necesario para girarla. Sin embargo, no deben ser demasiado pequeñas para que no se acumulen en las irregularidades de la superficie, lo que ocasionaría lecturas erróneas. Por ello, lo habitual es combinar en mismo ensayo partículas pequeñas (de entre 1 μm y 60 μm) y grandes (desde 60 μm hasta 150 μm).
3. INSPECCIÓN VISUAL:
Figura 2. Inspección visual previa a la preparación para ensayo tintas penetrantes
Tabla 1. Resultados de inspección visual 4. ENSAYO DE LÍQUIDOS PENETRANTES Primera Placa
Figura 3. Esquema de la junta
(a)
(b)
(c) (d) Figura 4. a-b) limpieza de la junta con spray cleaner c) aplicación del spray penetrante d) aplicación del spray revelador.
Y
X
Figura 5. Resultados. Análisis de resultados: En la junta se pudo observar la existencia de mordeduras de gran dimensión, esto se debió a que el cordón fue realizado por una persona de poca técnica. También se pudo observar una gran falta de fusión en el punto (80,58.8). identifica ción # A B C D
posición (mm) X Y
Observaci ón mordedura 23 50.8 s falta de 80 50.8 fusión 75 49.5 Fisuras 20 45 socavado Tabla 2. Análisis de resultados
5. ENSAYO DE PARTICULAS MAGNÉTICAS Segunda placa
(a)
(b)
(c) (d) Figura 6. a) preparación de la placa de ensayo b) esparcimiento del polvo magnético y magnetización de la placa c) estimación de la dirección del campo magnético d) limpieza del polvo magnético residual.
Y
x Figura 7. Resultados de MT.
Observaciones: Podemos observar mordeduras en la zona del cordón y el material base, se deduce que la intensidad con la que se soldó fue muy alta.
identificac ión #
posición (mm)
Observaci ón
X
Y
35
50.8
67
50.8
C
16
50.8
Poros
D
30
50.8
Socavado
A B
mordedura s falta de fusión
Tabla 3. Resultados ensayo de partículas magnéticas
6. CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES: - El ensayo de tintas penetrantes es un ensayo que detecta las discontinuidades superficiales que no son perceptibles a simple vista. - A diferencia del ensayo de tintas penetrantes, el ensayo de partículas magnéticas nos ayuda a encontrar discontinuidades que se encuentran bajo la superficie. - Pudimos observar que a pesar de que en la inspección visual, algunas identaciones no se las podía reconocer, con la ayuda de los líquidos penetrantes, aquellas fueron descubiertas y se presentaron casi de inmediato, razón por la cual, los END son de mucha importancia para determinar los fallos que se presentaron al realizar la soldadura, del tipo que esta sea. - Para obtener buenos resultados con los líquidos penetrantes, se recomienda, realizar una buena limpieza de la probeta de prueba, como se ha mencionado con métodos químicos, posterior a ello aplicar el líquido penetrante en forma continúa alrededor de la zona de prueba y tener en cuenta no aplicar demasiado líquido .
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Antes de aplicar los diferentes líquidos del ensayo de tintas penetrantes se debe limpiar la superficie de la soldadura pero sin ningún elemento mecánico ya que las discontinuidades tienden a cerrarse. En el ensayo de partículas magnéticas, es importante que el campo magnético atraviese transversalmente a la discontinuidad por lo que es recomendable realizar este ensayo en las 2 direcciones tanto longitudinal y transversal respecto a la soldadura.
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El ensayo de líquidos penetrantes solamente detecta problemas superficiales como pudimos ver en la práctica, como fisuras, falta de fusión, poros (no poros internos)
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El tiempo de detención del penetrante y del revelador que debe permanecer en la pieza depende del clase de material y según la norma es de 5minutos y 10 minutos respectivamente, y nosotros dimos un tiempo de 10 min en el penetrante y 5 min en el revelador.
7. BIBLIOGRAFÍA
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Bajado
de
página
web;
http://publishing.yudu.com/Library/At5ic/ParticulasMagneticas/resources/4.htm -
Bajado de página Web: http://www.monografias.com/trabajos31/liquidos-
penetrantes/liquidos-penetrantes.shtml -
CODIGO DE SOLDADURA ESTRUCTURAL- ACERO; AWS D 1.1 año 2010. anexo N, de la prueba estándar para exanimación por líquidos penetrantes, partículas magnéticas
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Ensayos no destructivos, líquidos penetrantes: nivel II (Escrito por AEND (Asociación Española de ensayos no destructivos)
8. Anexos
Anexo N AWS D1.1 para PT a) Anexo N AWS D1.1 para MT
