UNIVERSIDAD TÉCNICA DE AMBATO CARRERA DE INGENIERÍA MECÁNICA PRÁCTICA 3
1. TEMA: Inspección de soldadura por líquidos penetrantes 2. INTRODUCCIÓN: El método por Líquidos Penetrantes se basa en el principio de CAPILARIDAD y se aplica en la detección de discontinuidades abiertas a la superficie (fisuras, poros, etc.), en metales ferrosos y no ferrosos y otros materiales sólidos tales como cerámicos, plásticos y vidrios que no sean porosos ni presenten rugosidad excesiva. Este método de inspección tiene las siguientes ventajas y desventajas:
Es independiente de la geometría de la pieza.
Es aplicable a casi cualquier material.
Costo relativamente bajo, portátil y de fácil interpretación.
Se puede automatizar.
Alta sensibilidad, actúa como una lupa.
No requiere medidas de seguridad especiales.
Solo apta para defectos abiertos a la superficie.
Requiere procedimiento de limpieza superficial muy cuidado.
No es adecuado para superficies porosas. po rosas. Requiere limpieza posterior al ensayo. No da información sobre el tamaño de la indicación.
El inspector debe tener acceso directo a la superficie.
Disposición de los residuos de limpieza.
El proceso de Líquidos Penetrantes consiste en la aplicación de un líquido coloreado llamado Penetrante sobre la pieza a inspeccionar. Después de un tiempo durante el cual el líquido coloreado penetra por capilaridad en el defecto, se limpia la superficie con un segundo producto que se llama Eliminador y se aplica sobre la superficie un tercer producto en polvo que recibe el nombre de Revelador. Este último absorbe el líquido coloreado que se introdujo en el defecto, produciendo una marca idéntica al defecto.
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3. OBJETIVOS: Objetivo general:
Inspeccionar por medio de líquidos penetrantes los diferentes tipos de defectos y discontinuidades que se pueden encontrar en la unión soldada de un tanque de almacenamiento de combustible.
Objetivo específico:
Aprender de manera correcta la ejecución del método de líquidos penetrantes al
momento de inspeccionar una unión soldada.
Conocer el procedimiento ideal para realizar el ensayo no destructivo por medio de
líquidos penetrantes.
Identificar los defectos o discontinuidades en el cordón de soldadura del tanque.
Conocer la función que cumplen los líquidos penetrantes sobre una superficie metálica
4. EQUIPOS Y MATERIALES: EQUIPOS
Calibrador “Cambridge”
INSTRUMENTOS DE MEDICIÓN
Calibrador pie de rey
Fluxómetro
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MATERIALES
Kit de líquidos penetrantes
Casco de protección
mascarilla
5. MARCO TEÓRICO Definición de Líquidos Penetrantes (LP) El ensayo por líquidos penetrantes es un método no destructivo que permite la detección de discontinuidades en materiales sólidos no porosos tales como metales cerámicos vidrios y plásticos y siempre que las discontinuidades se encuentren abiertas a la superficie. Este método está basado en la penetración de un líquido dentro de las fisuras y esto ocurre debido al fenómeno de la Capilaridad que es la propiedad de penetración de un líquido en lugares extremamente pequeños debido a sus características físico-químicas, tal como la tensión superficial de este líquido mencionado. Una vez dentro de la fisura se provoca la absorción de este líquido hacia la superficie del material a través del uso de un agente absorbente denominado Revelador. En comparación con otros métodos de ensayo no destructivo (Radiografía, Ultrasonidos, Corrientes Inducidas...), la aplicación práctica del ensayo por líquidos penetrantes, en general, es menos compleja y no requiere el empleo de equipos complicados o costosos. Pero no hay que cometer el error de pensar por esto que su ejecución se pueda realizar de forma menos cuidadosa. | ENSAYOS NO DESTRUCTIVOS
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EJECUCIÓN DEL MÉTODO CON LÍQUIDOS PENETRANTES En su estado actual, el método de ensayo con líquidos penetrantes comprende las siguientes operaciones:
PREPARACIÓN Y LIMPIEZA DE LA PIEZA: Limpiar cuidadosamente la superficie a inspeccionar de pinturas, aceites, grasas y otros contaminantes.
La técnica de inspección por Líquidos Penetrantes determina defectos abiertos a la superficie, por ello, las superficies a inspeccionar deben estar exentas de cualquier contaminación que impida la entrada del Líquido Penetrante en los defectos. Será necesario eliminar los restos de óxidos, pinturas, grasas, aceites, taladrinas, carbonillas, etc., y esto se hace por medios químicos, ya que los mecánicos, tales como el cepillado, chorreado, etc. están prohibidos por la posibilidad que tiene su aplicación de tapar los defectos existentes. 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 eliminarán 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.
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APLICACIÓN DEL PENETRANTE Aplicar el Penetrante y dejarlo actuar (15 ó 20 min.)
Será necesario obtener una película fina y uniforme en toda la superficie y se deberá esperar un tiempo, llamado tiempo de penetración para que el Líquido Penetrante entre en las grietas. Este tiempo oscila entre los 5 y los 15 minutos, y depende del material y de la clase de grietas. Es necesario observar que el Penetrante penetra por capilaridad y que la presión o la gravedad no ayudan durante la penetración. Es erróneo pensar que el Penetrante no va a penetrar en las caras inferiores siempre que estas estén impregnadas.
ELIMINACIÓN DEL EXCESO DE PENETRANTE: Eliminar el penetrante sobrante de la superficie con el eliminador propio del proceso. Se entiende por exceso de Penetrante todo el líquido que no se ha introducido en los defectos y que permanecesobrante 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 evitar esto y saber si hemos | ENSAYOS NO DESTRUCTIVOS
UNIVERSIDAD TÉCNICA DE AMBATO CARRERA DE INGENIERÍA MECÁNICA PRÁCTICA 3 eliminado bien el exceso de Penetrante, es necesario hacer una inspección visual al acabar esta etapa. Las últimas normas aparecidas prohíben rociar la superficie, e incluso utilizar trapos o papeles saturados de disolvente. Es aconsejable quitar en primer lugar la mayor parte de Penetrante con trapos o papel absorbente y después eliminar el resto utilizando de nuevo trapos o papel ligeramente impregnados en disolvente.
APLICACIÓN DEL REVELADOR: Aplicar el Revelador y dejarlo actual (5minutos).
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 éste absorba el Penetrante. Este tiempo suele oscilar entre 5 y 15 minutos.
INSPECCIÓN FINAL DE LA PIEZA: Una vez transcurrido el tiempo de revelado, se procede a la inspección de los posibles defectos de los componentes procesados.
CLASIFICACIÓN DE LOS LÍQUIDOS PENETRANTES | ENSAYOS NO DESTRUCTIVOS
UNIVERSIDAD TÉCNICA DE AMBATO CARRERA DE INGENIERÍA MECÁNICA PRÁCTICA 3 En los E.E.U.U. de Norte América son utilizadas las normas ASME SE-165 y MIL-1-6866, las cuales coinciden en las definiciones de los distintos de penetrantes y en su clasificación, difiriendo solamente en la simbología utilizada. Dentro de las normas podemos dar la siguiente clasificación: TÉCNICA 1. Lavable con H20 TIPO A (Tintas Fluorescentes)
2. Postemulsificables 3. Removible con solvente 1. Lavable con H20
TIPO B (Tintas Coloreadas)
2. Postemulsificables 3. Removible con solvente
De todos estos procesos, el tipo B 3 (tinta coloreada removible con solvente) es el más difundido en cuanto a su utilización y aplicación. Respecto al proceso B 3, daremos el esquema de aplicación de la técnica correspondiente: a) Aplicación del solvente removedor. b) Aplicación del penetrante, después del secado de la pieza. c) Escurrido y remoción de la tinta mediante trapos o ligeramente embebidos en el removedor. d) Aplicación del revelador. e) Realización de la inspección. f) Remoción y limpieza de la pieza con el solvente removedor. Debe mencionarse que, en cuanto a los materiales a utilizar para la elaboración de líquidos penetrantes, los mismos son clasificados según Norma Militar Americana 25135.
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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. Antiinflamable. Estable bajo condiciones de almacenamiento. Costo razonable.
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Principios Físicos de Ensayo (LP) Las propiedades físicas del líquido penetrante que hacen que obtenga las características señaladas en el apartado anterior, son las siguientes:
a) Fuerza de cohesión y adherencia Los líquidos se componen de moléculas (las partículas separables físicamente más pequeñas que tienen las características propias del líquido que integran). Las moléculas se atraen entre sí por fuerzas de cohesión mientras que en la superficie límite de separación entre dos substancias diferentes (sólido líquido), o en el interior de una mezcla, las moléculas de distinta naturaleza se atraen por fuerzas de adherencia. Las fuerzas de adherencia del aire sobre el líquido son muy pequeñas y se suelen despreciar. En el interior del líquido, cada molécula atrae y es a su vez atraída por todas las que la rodean. Como hay homogeneidad, las fuerzas iguales que actúan en todas las direcciones y sentidos sobre una molécula, como las señaladas con A, se equilibran.
Fig. 1. Relación de adherencia
b) Capilaridad. La capilaridad está estrechamente relacionada con la tensión superficial y el poder humectante. Debido a este fenómeno físico, si se introduce un tubo de pequeño diámetro interior (tubo capilar) en un líquido, puede ocurrir alguno de los casos que se representan en la Ilustración 2: (a) si el ángulo de contacto a entre el líquido y la pared del tubo capilar es inferior a 90º el líquido moja la pared, asciende por el tubo y forma un menisco cóncavo, (b) si α = 90º no moja y no se forma menisco y (c) si α es superior a 90º el líquido no moja,
desciende por el tubo y su menisco es convexo
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c) Tensión superficial Es una de las propiedades más importantes. Se requiere una tensión superficial baja para obtener buenas propiedades de penetración y mojado
d) Viscosidad Esta propiedad no produce efecto alguno en la habilidad del líquido para penetrar, aunque afecta la velocidad de penetración. Los penetrantes de alta viscosidad penetran lentamente, en tanto que los de baja viscosidades escurren muy rápido y tiene la tendencia a no ser retenidos en los defectos de poca profundidad; por lo tanto se recomienda una viscosidad media.
e) Volatilidad Los líquidos penetrantes no deben ser volátiles. Si existe una evaporación excesiva se los productos del penetrante, se verá afectada la sensibilidad de todo el proceso, debido tanto al desequilibrio de la formula, como a la pérdida del poder humectante.
Tabla 1Prop.fisicas L.P
d) Toxicidad Ninguno de los materiales usados, ni sus combinaciones, deben resultar peligrosos para la salud cuando se los usa de acuerdo con las instrucciones del fabricante. El olor no debe producir náuseas cuando se está expuesto a los vapores del líquido. | ENSAYOS NO DESTRUCTIVOS
UNIVERSIDAD TÉCNICA DE AMBATO CARRERA DE INGENIERÍA MECÁNICA PRÁCTICA 3 Debe tenerse en cuanta que estas propiedades por sí solas no definen la aptitud del sistema. Si bien es cierto que estas propiedades pueden evaluarse con precisión.
NORMA AWS D1.5 CRITERIOS DE ACEPTACIÓN Y RECHAZO
La parte D de la sección 6 del código trata sobre criterios de aceptación y rechazo.
INSPECCIÓN VISUAL Todas las soldaduras deben ser inspeccionadas visualmente, una soldadura inspeccionada visualmente será aceptable en conformidad con los siguientes requerimientos: - La soldadura no debe tener fisuras - Debe existir fusión entre los pases de soldadura y entre la soldadura y el metal base -Todos los cráteres deben ser rellenados la longitud completa de la soldadura, excepto en los extremos de las soldaduras intermitentes donde el cráter queda por fuera de la longitud efectiva de la soldadura. - La presentación de la soldadura deberá estar conforme a lo mostrado en la figura 4, que corresponde al punto 3.6 del código AWS D1.5. - En miembros principales, las mordeduras no deben tener más de 0.25 mm de profundidad en soldaduras transversales a los esfuerzos de tensión. Para otras soldaduras las mordeduras no deben tener una profundidad mayor a 1mm. - La frecuencia de porosidad tubular en la superficie de soldaduras de filete no debe | ENSAYOS NO DESTRUCTIVOS
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ser mayor a 1 en cada 100 mm o 6 en 1200 mm de longitud de soldadura y el diámetro máximo del poro aceptable es 2.4 mm.
Fig. 3 Soldaduras aceptables e inaceptables | ENSAYOS NO DESTRUCTIVOS
UNIVERSIDAD TÉCNICA DE AMBATO CARRERA DE INGENIERÍA MECÁNICA PRÁCTICA 3 Una inspección superficial de porosidades se hará si cualquier porosidad de 2.4 mm de diámetro o mayores aparece cada 300 mm o menos, en una longitud de 1200 mm de soldadura de filete o cuando las condiciones del electrodo, fundente, metal base o la presencia de fisuras en la soldadura indican que hay la posibilidad de la existencia de poros. La inspección se hará en 300 mm de soldadura expuesta por desbaste o por corte con arco de carbono y gas a una profundidad de la mitad de la garganta de diseño. Con la soldadura expuesta la suma de los diámetros de los poros no debe ser mayor a 10 mm en una longitud de 25 mm de soldadura o no debe ser mayor a 20mm en la longitud de 300mm. - En las juntas de penetración total a tope con ranura donde los esfuerzos de tensión se aplican de forma transversal, no deben presentar porosidad tubular. Para todas las otras juntas con ranura la frecuencia de la porosidad tubular no debe exceder una en 100 mm de longitud y el diámetro no debe s ser mayor a 2.4mm. La inspección visual en aceros se debería hacer inmediatamente después de que las soldaduras han s ido terminadas y se han enfriado a temperatura ambiente. En aceros de grado 100 se debe hacer por lo menos 48 horas después que la soldadura se ha ter minado.
CÓDIGO DE COLORES PRESENTES EN LOS LÍQUIDOS PENETRANTES Norma reguladora NFPA 70 Es el código que explica el diamante de materiales peligrosos establecido por la Asociación Nacional de Protección contra el Fuego (inglés: National Fire Protection Association), utilizado para comunicar los riesgos de los materiales peligrosos. Es importante para ayudar a mantener el uso seguro de productos químicos. Se emplea para el almacenamiento, no en el transporte
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Significado de simbología presente en la etiqueta del producto Las cuatro divisiones tienen colores asociados con un significado. El azul hace referencia a los peligros para la salud, el rojo indica la amenaza de inflamabilidad y el amarillo el peligro por reactividad: es decir, la inestabilidad del producto. A estas tres divisiones se les asigna un número de 0 (sin peligro) a 4 (peligro máximo). Por su parte, en la sección blanca puede haber indicaciones especiales para algunos materiales, indicando que son oxidantes, corrosivos, reactivos con agua o radiactivos.
Azul/Salud 4. Elemento que, con una muy corta exposición, pueden causar la muerte o un daño permanente, incluso en caso de atención médica inmediata. Por ejemplo, el cianuro de hidrógeno 3. Materiales que bajo corta exposición pueden causar daños temporales o permanentes, aunque se preste atención médica, como el hidróxido de potasio. 2. Materiales bajo cuya exposición intensa o continua puede sufrirse incapacidad temporal o posibles daños permanentes a menos que se dé tratamiento médico rápido, como el cloroformo o la cafeína. 1. Materiales que causan irritación, pero solo daños residuales menores aún en ausencia de tratamiento médico. Un ejemplo es la glicerina.
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0. Materiales bajo cuya exposición en condiciones de incendio no existe otro peligro que el del material combustible ordinario, como el cloruro de sodio. Rojo/Inflamabilidad 4. Materiales que se vaporizan rápido o completamente a la temperatura a presión atmosférica ambiental, o que se dispersan y se quemen fácilmente en el aire, como el propano. Tienen un punto de inflamabilidad por debajo de 23°C (73°F). 3. Líquidos y sólidos que pueden encenderse en casi todas las condiciones de temperatura ambiental, como la gasolina. Tienen un punto de inflamabilidad entre 23°C (73°F) y 38°C (100°F). 2. Materiales que deben calentarse moderadamente o exponerse a temperaturas altas antes de que ocurra la ignición, como el petrodiésel. Su punto de inflamabilidad oscila entre 38°C (100°F) y 93°C (200°F). 1. Materiales que deben precalentarse antes de que ocurra la ignición, cuyo punto de inflamabilidad es superior a 93°C (200°F). 0. Materiales que no se queman, como el agua. Expuesto a una temperatura de 815° C (1.500ºF) por más de 5 minutos. Amarillo/Inestabilidad/reactividad 4. Fácilmente capaz de detonar o descomponerse explosivamente en condiciones de temperatura y presión normales (nitroglicerina, RDX) 3. Capaz de detonar o descomponerse explosivamente pero requiere una fuente de ignición, debe ser calentado bajo confinamiento antes de la ignición, reacciona explosivamente con agua o detonará si recibe una descarga eléctrica fuerte (flúor). 2. Experimenta cambio químico violento en condiciones de temperatura y presión elevadas, reacciona violentamente con agua o puede formar mezclas explosivas con agua (fósforo, compuestos del potasio, compuestos del sodio). 1. Normalmente estable, pero puede llegar a ser inestable en condiciones de temperatura y presión elevadas (acetileno (etino)). 0. Normalmente estable, incluso bajo exposición al fuego y no es reactivo con agua (helio). | ENSAYOS NO DESTRUCTIVOS
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6. PROCEDIMIENTO
:
6.1 Primero procedemos a limpiar con un paño, humedecido con thinner, la superficie del cordón de soldadura para eliminar el óxido o polvo presentes en dicho elemento a ser inspeccionado. Cordón de soldadura
6.2 Seguidamente marcamos divisiones de 25 cm a lo largo de la longitud del cordón de soldadura, cada tramo deberá estar numerada, para facilitar la localización y toma de datos si se encuentra algún defecto en una de ellas.
6.3 Luego aplicamos el cleaner sobre la superficie de la soldadura y esperamos unos cinco minutos para después volver a pasar el paño que debe estar limpio y seco.
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6.4 Después aplicamos una capa de líquido penetrante (color rojo) y dejamos que penetre durante unos 15 o 20. Transcurrido este tiempo retiramos el exceso de líquido penetrante con un paño limpio.
6.5 Posteriormente aplicamos el líquido revelador, este proceso puede tardar unos 5 minutos.
6.6 Finalmente procedemos de forma visual a identificar los defectos y discontinuidades encontrados en el cordón de soldadura de la viga. También tomaremos las medidas de cada defecto encontrado para su respectivo análisis.
RESULTADOS: En algunos tramos de la longitud del cordón de soldadura hemos encontrado falta de penetración de la soldadura, mordeduras, rechupes y algunos poros.
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ESQUEMAS DE LOCALIZACIÓN Junta a Tope.
HHHH
Espesor material base t = 10 mm Diámetro tanque = 2 m Longitud = 4 m
TABULACIÓN DE RESULTADOS Tramo
Defecto encontrado
Observación
Evaluación/Inspección
T1.1
Mordedura
Profundidad = 0,2 mm
Aceptada
T1.2
Poro
Diámetro = 2,1 mm
Aceptada
T1.2
Mordedura
Profundidad = 0,15 mm
T1.3
No existe
No existe
Aceptada | ENSAYOS NO DESTRUCTIVOS
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No existe
No existe
-
T1.5
Falta de penetración
No existe
-
T1.6
Poro
Diámetro = 1,8 mm
Aceptada
T1.7
Mordedura
Profundidad = 0,22 mm
Aceptada
T1.8
No existe
No existe
-
T1.9
Rechupe
No existe
-
T1.10
Mordedura
Profundidad = 0,5 mm
Aceptada
T1.11
Poro
Diámetro = 2,4 mm
Aceptada
T1.12
No existe
No existe
-
T1.13
No existe
No existe
-
T1.14
No existe
No existe
-
T1.15
Fisura
No existe
-
T1.16
Mordedura
Profundidad = 0,2 mm
Aceptada
Evolución e inspección realizadas en conformidad con los criterios de aceptación y rechazo de la norma AWS D1.5 parte D de la sección 6.
Fecha: 17/05/2013
Lugar:
Tanque para almacenamiento de
combustible
Inspectores: V. Tonato/W. Flores/H. Ronquillo
Pieza de ensayo: Junta a Tope
Método: Líquidos Penetrantes
Revelado: 10 minutos
Tiempo de penetración:15-20 minutos) 7. CONCLUSIONES.
Con este ensayo las uniones saldadas del tanque de almacenamiento para combustible de la gasolinera, junto al sindicato de choferes de la ciudad de Pelileo provincia de Tungurahua fueron sometidas al ensayo mediante líquidos penetrantes antes de que se aplique cualquier tratamiento superficial que pueda tapar o disimular los defectos. Este ensayo es de gran ayuda para que el tanque no presente problemas de fugas debido al proceso de soldadura, cuando este tenga que almacenar combustible. | ENSAYOS NO DESTRUCTIVOS
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Al finalizar la inspección no hemos encontrado defectos importantes que afecten la resistencia de la junta soldada.
La inspección por líquidos penetrantes ha sido de gran ayuda para evaluar el estado de la soldadura para posteriormente dar una aprobación de la misma.
El método de Ensayo por Líquidos Penetrantes puede ser usado en la inspección de materiales metálicos ferrosos y no ferrosos, y en materiales como consecuencia de un proceso de fabricación (fusión, soldadura, tratamiento térmico) o con motivo de su uso (fatiga, corrosión, erosión, etc.)
8. RECOMENDACIONES:
Hay que tener mucho cuidado al momento de manipular los líquidos penetrantes ya que algunos de estos causan cáncer, por esto se recomienda tener muy en cuenta la toxicidad de cada uno de estos.
Siempre se debe limpiar las superficies a ser inspeccionadas ya que de esto dependerá el resultado final de la inspección.
Al momento de adquirir el Kit de líquidos penetrantes hay que tener en cuenta las propiedades de los mismos, ya que estas cambian dependiendo del fabricante.
9. BIBLIOGRAFIA:
Fernandez Alfonso Ensayos No Destructivos por Líquidos Penetrantes y Partículas Magnéticas [Libro]. - España: Instituto de Fomento regional, 1998. Vol. 2.
A Moot. Metal Handbook [Libro]. - 1996. - Vol. 11. EchevarriaIng.RicardoE.D.D Generalidades [Libro]. - [s.l.]: COMAHUE, 2001. - Vol. 1.
OSHMASuministros y Servicios para la Industria [Publicación periódica]. México: [s.n.], 2000. www.magnaflux.com
http://www.obtesol.es/index2.php?option=com_content&do_pdf=1&id=178 | ENSAYOS NO DESTRUCTIVOS
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ANEXO A).- REPORTE DE INSPECCIÓN POR LÍQUIDOS PENETRANTES ANEXO B).- TANQUE PARA ALMACENAMIENTO DE COMBUSTIBLE
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TANQUE PARA ALMACENAMIENTO DE COMBUSTIBLE
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