CAPÍTULO I FUNDAMENTO TEÓRICO 1.1. Ensayos No destructivos Se denomina ensayo no destructivo (también llamado END o en ingles NDT de nondestructive testing) a cualquier tipo de prueba practicada a un material que no altere de forma f orma 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 tal es 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. Se identifican comúnmente con las siglas: PND; y se consideran sinónimos a: Ensayos no destructivos (END), inspecciones no destructivas y exámenes no destructivos. 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 material se encuentra resumida en los tres siguientes grupos: Defectologia: 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); transferencia de calor y t razador 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:
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1.1.1. Pruebas no destructivas superficiales Estas pruebas proporción 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 (abierta (abierta a la superficie); y con MT y ET se tiene la posibilidad de detectar tanto discontinuidades superficiales como subsuperficiales (las que se encuentran debajo de la superficie pero muy cercana a ella).
1.1.2. 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 y sub-superficiales, así como bajo ciertas condiciones, la detección de discontinuidades superficiales.
1.2. Inspección por partículas magnéticas (Magnaflux) Este es un método para detectar la presencia de fisuras, recubrimientos, rasgones, inclusiones y discontinuidades semejantes en materiales ferromagnéticos como el hierro y el acero. El método detectara discontinuidades de la superficie demasiado finas para apreciar a simple vista y también detectara discontinuidades ligeramente por debajo de la superficie. No es aplicable a materiales no magnéticos. La inspección por partículas magnéticas puede realizarse en diversas formas. La pieza que se va a inspeccionarse puede magnetizarse y luego cubrirse con finas partículas magnéticas (polvo de hierro); esto se conoce como método residual. Las partículas magnéticas pueden mantenerse en suspensión en un líquido que se vierte sobre la pieza o también puede sumergirse la pieza en la suspensión 4
(método húmedo). En algunas aplicaciones, las partículas, en forma de fino polvo, se esparcen sobre la superficie de la pieza de trabajo (método seco). La presencia de una discontinuidad se revela por la formación y adherencia de un arreglo característico de las partículas sobre la discontinuidad en la superficie de la pieza de trabajo. Este arreglo recibe el nombre de indicación y adquiere la forma aproximada de la proyección superficial de la discontinuidad. El método Magnaglo, es una variante de la prueba Magnaflux. La suspensión vertida sobre la pieza de trabajo magnetizada contiene partículas magnéticas fluorescentes. Entonces, la pieza de trabajo se observa bajo luz negra, con lo cual las indicaciones destacan más claramente. Cuando las discontinuidades están abierta a la superficie, el campo magnético se fuga hacia la superficie y forma pequeños polos norte y sur que atraen a las partículas magnéticas. Cuando pequeñas discontinuidades están bajo la superficie, pero la fuga es menor y se atraen menos partículas, con lo que la indicación obtenida es mucho más débil. Si la discontinuidad está muy lejos por debajo de la superficie, no habrá ninguna fuga del campo magnético y, en consecuencia, no se obtendrá indicación alguna. Es necesario emplear apropiadamente métodos de magnetización, para asegurar el campo magnético formado este perpendicular a la discontinuidad y lograr la indicación más clara.
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1.2.1. Principio de la prueba Magnaflux 1. Magnetización longitudinal 2. Magnetización circular Como se muestra en la figura, para obtener una magnetización longitudinal, el campo magnético puede producirse en una dirección paralela a lo largo del eje mayor de la pieza de trabajo colocando la pieza en una bobina excitada por una corriente eléctrica, de modo que el eje más largo de la pi eza este paralelo al eje de la bobina. Entonces la parte metálica se convierte en el núcleo del electroimán y se magnetiza por inducción del campo magnético creado por la bobina. Cuando se tienen partes muy largas, se magnetizan parcialmente, moviendo la bobina a lo largo de la longitud de la pieza. En el caso de magnetización circular, también mostrada en la figura, fácilmente se produce un campo magnético tranversal al eje mayor de la pieza de trabajo, pasando corriente de magnetización a través de la pieza y recorriendo todo lo largo de su eje. La corriente directa, la corriente alterna y la corriente alterna rectificada se emplean con fines de magnetización. La corriente directa es más sensible que la alterna Para detectar discontinuidades no abiertas a la superficie. La corriente alterna detectara discontinuidades abiertas a la superficie y se emplean cuando la detección de este tipo de discontinuidad es el único fin de la prueba. Cuando la corriente alterna esta rectificada, proporciona un campo magnético más penetrante. La sensibilidad del método de inspección de partículas magnéticas se ve afectada por muchos factores, incluyendo la concentración de la suspensión indicadora, el tiempo de contacto de la suspensión con la pieza, el tiempo permitido para que se forman las indicaciones, el tiempo que se mantiene activa la corriente de magnetización y la intensidad de la corriente de magnetización. Todas las partes de máquina que han sido magnetizadas para su inspección deben someterse a un proceso de desmagnetizacion. Si estas partes se ponen a trabajar sin desmagnetizarlas atraerán limaduras, polvos metálicos y otras partículas de acero que pueden rayar, y por tanto dañar los cojinetes y otras piezas de la maquinaria.
1.3. Inspección por líquidos penetrantes Este es un método sensible no destructivo con el que se puede detectar pequeñas discontinuidades como fisuras, contracciones y porosidades que afloren a la superficie. Aunque este método puede aplicarse tanto a materiales magnéticos como no magnéticos, se usa principalmente en materiales no magnéticos. Se puede recurrir a varias técnicas penetrantes para revisar cualquier material homogéneo que no sea poroso, como metales, vidrio, plástico y algunos materiales cerámicos. Las partes que van a probarse se tratan primero con un trazador o colorante. 6
Por lo general, los trazadores son líquidos ligeros, de apariencia aceitosa que se aplican a la prueba de inmersión, rociado o con una brocha u otra manera conveniente. El trazador es absorbido dentro de las fisuras y otras discontinuidades por una fuerte acción capilar. Después que el trazador ha t enido tiempo de filtrarse, los residuos restantes sobre la superficie se limpian o se lavan. Esto permite al trazador permanecer en todas las discontinuidades que afloran a la superficie. A continuación, la pieza que se está revisando se trata con un polvo seco o una suspensión de polvo en un líquido. Este polvo o revelador actúa como una esponja que atrae al trazador fuera del defecto y aumenta el tamaño del área de indicación. A fin de que este proceso de inspección sea eficaz, el trazador debe ser observado fácilmente en el polvo revelador. Un método para facilitar la inspección es usar colores contrastantes para el trazador y el revelador. Una combinación muy común es utilizar revelador blanco y un colorante rojo. Otro método consiste en usar un trazador fluorescente. La siguiente figura muestra los pasos principales en la inspección por medio de un trazador fluorescente. Los pasos son exactamente los mismos que los descritos con anterioridad, excepto que el líquido penetrante contiene un material que emite luz visible cuando se expone a una radiación ultravioleta. Las lámparas que emiten luz ultravioleta se llaman lámparas negras, porque la luz visible que podrían emitir normalmente es detenida por un filtro, haciéndola aparecer negra o púrpura oscuro. Cuando la parte que va a ser revisada se observa bajo la luz negra, el defecto aparece como una marca fluorescente que brilla contra el fondo negro. La inspección por trazador fluorescente se emplea para localizar fisuras y contracciones en piezas fundidas, fisuras en la fabricación y re-esmerilado de herramientas de carburo, fisuras y hoyos en estructuras soldadas, fisuras en hojas de turbina de vapor y de gas, y fisuras en aisladores cerámicos para bujías y aplicaciones electrónicas.
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CAPÍTULO II DESCRIPCIÓN DE LOS INSTRUMENTOS 2.1. Partículas magnéticas Para la realización de este método se tendrá que usar, equipo y material como se describirá en lo siguiente:
2.1.1. Equipo Magnaflux Es una máquina que genera corriente continua y alter na.
Marca Modelo SONOFLUX AH-7
Número de serie 2014
Panel de control
Corriente alterna de entrada Cable de control Línea Corriente alterna de salida Figura 2.1.1.a: Bosquejo esquemático, vista frontal del magnaflux.
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Después active la línea
Lectura analógica de la magnetización del amperio AC
Coloque el interruptor de apagado cuando usas cable de control
Figura 2.1.1.b: Lectura analógica del panel de control.
Cable de control
Contacto de cobre, con la fase uno de corriente
Contacto de cobre, con la fase dos de corriente
Figura 2.1.1.c: Puntas de contacto de cobre. Esto produce un campo magnético circular en la pieza, alrededor y entre cada electrodo suficiente para una examinación local.
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2.2.2. Material 2.2.2.1. Acero 1040 Tiene la forma semicilíndrica y posee una fisura axial en analizar.
Figura 2.2.2.1.a: Vista lateral del acero 1040, mostrando su diámetro de 54.76mm.
Figura 2.2.2.1.b: Vista frontal del acero 1040, mostrando su longitud de 200mm.
Figura 2.2.2.1.c: Vista de planta del acero 1040, mostrando la longitud de la fisura de 87.19mm.
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2.2.2.2. Banco de madera Sirve como apoyo y aislante ante la aplicación de corriente en el acero 1040.
Figura 2.2.2.2.a: Vista frontal del banco de madera, sosteniendo al acero 1040.
Figura 2.2.2.2.b: Vista isométrica del banco de madera, diseñado en SolidWorks.
2.2.2.3. Óxido de hierro
Figura 2.2.2.3: Vista de planta del reci iente óxido de hierro en artículas.
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2.2. Líquidos penetrantes 2.2.1. Penetrantes coloreados y lavados con solventes Material Marca Código Limpiador CANTESCO C101-A/AMS 244 REV A Penetrador CANTESCO P101S-A/AMS 2644 REV A Debelador CANTESCO D101-A/AMS 2644 REV A
ORDEN DE USO N° 1
N° 2
N° 3
Limpiador
Penetrador
Debelador
Figura 2.2.1: Se observa los tres penetrantes utilizados en laboratorio, cuya secuencia de orden se menciona.
2.2.2. Superficie curva de una plancha de acero
Figura 2.2.2.a: Se observa una plancha curva de acero, en la cual se evidencia su espesor y ancho a utilizar.
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Figura 2.2.2.b: Se observa una plancha curva de acero, cuya longitud es 508mm.
Figura 2.2.2.c: Vista isométrica de la plancha curva de acero, diseñado en SolidWorks.
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CAPÍTULO III DESCRIPCIÓN DEL PROCEDIMIENTO Para realizar el ensayo no destructivo se procederá a seguir los siguientes pasos de manera muy detallada.
3.1. Partículas magnéticas 1. Se prepara un espacio aislante, en la cual va estar conformado por una mesa y un banco de madera. 2. Encima de la mesa se coloca el banco de madera, este banco será apoyo en la cual se colocara la pieza metálica a analizar.
Figura 3.1.a: Se muestra la barra de acero apoyado en la banca de madera.
3. Antes de realizar el ensayo, el especialista deberá tener puesto una adecuada vestimenta según la norma de seguridad, aparte de ello como zapato y guante dieléctrico, y por medidas adversas estar parado en un taburete de madera. 4. Instalar el equipo magnaflux en un espacio prudente, para la utilización en el acero analizar. 5. Para la realización de este ensayo se necesita como mínimo a tres personas; uno sujetara en los terminales, las puntas de contacto del magnaflux, el segundo verterá las partículas del óxido de hierro a la barra de acero, especialmente en la fisura y el tercero controlara el equipo SONOFLUX tomando en medida el tiempo. Tanto el segundo como el tercero, tendrán que estar sincronizados.
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Figura 3.1.b: Se muestra la barra de acero apoyado en la banca de madera y en sus bornes colocado las untas de cobre.
Primer instante
Figura 3.1.c: Se muestra la barra de acero apoyado, en la cual está fluyendo corriente por sus bornes, mientras se aplica partículas de óxido de hierro.
Segundo instante
Figura 3.1.d: Se muestra dos instantes, después de dar la orden al tercer operario (el controlador del SONOFLUX). En el primer instante se observa que se desconecta el cable de control y el segundo instante se desconecta la línea.
6. Después de verter las partículas del óxido de hierro al acero, se podrá evidenciar que las partículas quedan atrapadas en la fisura, para su posterior estudio de la fisura del metal. Fisura Partículas de óxido de hierro Figura 3.1.e: Se muestra la barra de acero, instantes después del ensayo, en la cual se puede evidenciar, partículas del óxido de hierro ya impregnadas en la fisura, tal como se indica.
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3.2. Líquidos penetrantes 1. Se coloca la plancha de acero, en una superficie limpia y cómoda. 2. En la superficie donde se desea analizar, previamente se limpia y se trata de sacar todas las impurezas que haya.
Figura 3.2.a: Se muestra la barra de acero, en la cual se está limpiando, con la finalidad de tener una superficie puliente.
3. Al tener una superficie puliente del acero, se procederá en aplicar de manera ordenada, los tres líquidos contenidos en spray, como el limpiador, el penetrador y el debelador.
Figura 3.2.b: Se muestra la barra de acero, ya en condiciones de aplicar los penetrantes.
Figura 3.2.c: Se muestra la barra de acero, y los tres penetrantes condicionados para el ensayo.
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4. Se aplica a la superficie del acero el limpiador, que será manejado con un guape, después se dejara que se ore. Se aplicara el penetrador teniendo como tinte el color rojizo, por último se aplicara el debelador, este al reaccionar con el penetrador, se pondrá de color blanco. Mostrando las fisuras de ávidos y por haber de la plancha del acero.
Figura 3.2.d: Se muestra la barra de acero, en la cual se está aplicando el primer líquido enetrante, llamado lim iador.
Figura 3.2.f: Se muestra la barra de acero, con el lí uido enetrador, en la cual se está oreando.
Figura 3.2.e: Se muestra la barra de acero, en la cual se está aplicando el segundo lí uido enetrante, llamado enetrador.
Figura 3.2.g: Se muestra la barra de acero, en la cual se está aplicando el tercer líquido penetrante llamado debelador.
Figura 3.2.h: Instantes después de aplicar el debelador, este reacciona con el penetrante, tornando de color blanco y roji zo. Con la finalidad de mostrar la fisura que presenta la plancha de acero.
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CAPÍTULO IV DATOS OBTENIDOS EN LABORATORIO Los resultados obtenidos en laboratorio de los dos experimentos realizados, son:
4.1. Partículas magnéticas Después de realizar las tres pruebas, con las condiciones mencionadas.
N° 1 2 3
Corriente (A) 150 100 100
Tiempo (S) 10 10 10
Se obtuvo que en la pieza, una fisura de 87.19mm. Tal como se puede comprobar en la figura 3.1.e.
4.2. Líquidos penetrantes En la fotografía, se muestra el resultado final, de la acción del debelador, mostrándose así la fisura del metal. Cuyas características, serán las siguientes:
Figura 4.2: Las medidas que se obtuvieron son aproximadas, ya que la plancha es curva. 18
OBSERVACIONES 1. Para el ensayo con partículas magnéticas usamos un campo perpendicular a las fallas. 2. Se observó que al terminar el ensayo de partículas magnéticas se notó una línea color gris claro sobre la pieza el cual cubre la fisura. 3. En las piezas donde se realizó el ensayo los tintes penetrantes ya se conocía el lugar de las fallas, por lo que fue fácil su aplicación, sin embargo, si no se hubiese sabido se necesitaba de otros conocimientos y experiencia para poder detectarlos. 4. El ensayo de líquidos penetrantes puede aplicarse tanto a materiales magnéticos como no magnéticos a diferencia del ensayo de magnaflux. Nota: Si el lector desea obtener más detalles, respecto a la observación podrá consultar en el capítulo III.
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CONCLUCIONES
1. Se comprueba que el ensayo de magnaflux las partículas ferromagnéticas se incrustan dentro del material en las fallas de forma perpendicular al campo magnético generado. 2. El ensayo de magnaflux aprovecha las propiedades magnéticas en las piezas metálicas revelando las imperfecciones mediante la deposición de polvo metálico en estas zonas donde las líneas de fuerza son interrumpidas. 3. En líneas generales 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 ya que no implican la destrucción de la pieza analizada. 4. Este método de Líquidos penetrantes es muy útil debido a su amplio campo de aplicación, a su simplicidad y a bajo su costo respecto de otros métodos. Se debe comprender que su uso es limitado ya que no se pueden observar fallas sub. superficiales, pero sin embargo es muy útil y muy preciso, estando este último directamente relacionado a la capacidad de penetración de los líquidos utilizados en la prueba. 5. La
inspección
por
partículas
magnéticas
permite
detectar
discontinuidades superficiales y sub. superficiales en materiales ferromagnéticos. 6. El método por partículas magnéticas permite una inspección más rápida que la que se logra empleando líquidos penetrantes. 7. Los ensayos no destructivos son muy convenientes ya que permite la detección de defectos superficiales muy finos y
generalmente son
procesos ligeros y fáciles de transportar y aplicar.
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RECOMENDACIONES Para partículas magnéticas: 1. La discontinuidad debe estar cerca de la superficie, o de lo contrario las líneas de flujo simplemente se unirán en vez de escapar del material. 2. La prueba con partículas magnéticas es también adecuada para la localización de grietas de templado, grietas por fatiga o grietas inducidas por esmerilado o rectificado, ya que todas ellas ocurren en la superficie. 3. La discontinuidad debe tener una permeabilidad magnética inferior a la del metal. 4.
Este método solo es aplicable a materiales ferromagnéticos .
5. La discontinuidad debe ser perpendicular a las líneas de flujo. Por lo que métodos diferentes de imposición del campo magnético detectarán discontinuidades con orientaciones distintas. 6. El ensayo por p ar tíc u la s m ag n é ti c as requiere del uso de corriente, por lo que se recomienda al encargado de realizar el ensayo verificar que el equipo a utilizar cuente con todas las condiciones necesarias, para que así no haya algún percance durante el ensayo.
Para líquidos penetrantes: 1. El ensayo requiere de un lugar ventilado, pues los elementos utilizados emanaban un olor fuerte. 2. El lugar debe ser no inflamable. 3. Agitar el envase antes de ser utilizado. 4. Rociar el tinte penetrante a una distancia entre 10cm y 20cm sobre la pieza. 5. Evitar el contacto directo del penetrante con el cuerpo y la ropa. 6. Los vapores no se deben respirar.
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REFERENCIA BIBLIOGRÁFICA
Askeland, D. (2004). Ciencia e Ingeniería de los Materiales, cuarta edición, Editorial Thompson, Madrid, España.
LASHERAS SÁNCHEZ MARÍN. Tecnología de los Materiales Industriales. EDICIONES CEDEL.Shackelford J.
GABRIEL F.CALLE SOTELO. Materiales de fabricación I.
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