Líquidos penetrantes. Objetivo. Objetivo. La inspección por líquidos penetrantes es empleada para detectar e indicar discontinuidades que afloran a la superficie de los materiales examinados.
Introducción. En términos generales, esta prueba consiste en aplicar un líquido coloreado o fluorescente a la superficie a examinar, el cual penetra en las discontinuidades del material debido al fenómeno de capilaridad. Después de cierto tiempo, se remueve el exceso de penetrante y se aplica un revelador, el cual generalmente es un polvo blanco, que absorbe el líquido que ha penetrado en la discontinuidad y sobre la capa de revelador se delinea el contorno de ésta. Actualmente existen 18 posibles variantes de inspección empleando este método; cada una de ellas ha sido desarrollada para una aplicación y sensibilidad especifica. especifica. Así por ejemplo, si se requiere detectar detectar discontinuidades con un tamaño de aproximadamente medio milímetro (0,012” aprox.), debe emplearse un penetrante fluorescente, removible por pos-emulsificación y un revelador seco. Por otra parte, si lo que se necesita es detectar discontinuidades mayores a 2,5 mm (0,100” aprox.), conviene emplear un penetrante contraste, lavable con agua y un revelador en suspensión acuosa. En la figura 1 se muestra el principio de inspección por líquidos penetrantes.
Figura 1. Principio de líquidos penetrantes. Principio físico. Cohesión. Es la fuerza que mantiene unidas a las moléculas de una misma sustancia. Por la fuerza de cohesión, si 2 gotas de agua se juntan, forman una sola. Adherencia. Es la fuerza de atracción que se manifiesta entre las moléculas de dos sustancias diferentes en
contacto. Comúnmente las sustancia líquidas se adhieren a los cuerpos sólidos. Capilaridad. Se presenta cuando existe contacto entre un líquido y una pared sólida, especialmente si son tubos muy delgados (casi del diámetro de un cabello) llamados capilares. Al introducir un tubo de diámetro muy pequeño en un recipiente con agua se observa que el líquido asciende por el tubo alcanzando una altura mayor que la de la superficie libre del líquido. La superficie del líquido no es plana, sino con forma de menisco cóncavo. Si se introduce un tubo capilar en un recipiente con mercurio, se observa que el líquido desciende debido a una depresión. En este caso se forma un menisco convexo. Ejemplo: Cuando se introduce un tubo en el agua, está sube debido a que su fuerza de adherencia es mayor que su fuerza de cohesión, y en el mercurio baja posición del mercurio debido a que su fuerza de cohesión es más fuerte que su fuerza de adherencia con el vidrio. Figura 2.
Fig 2. Capilaridad en agua y mercurio.
Equipo e instrumentos. Tipos de penetrantes. Removibles con agua: Se retiran de la superficie con agua, la cual no debe exceder una temperatura de 45 Celsius. Se puede realizar lavado por rociado de gota gruesa o con mezcla de agua y presión; en el último caso no se debe exceder una presión de 35psi. El lavado no debe remover el penetrante introducido en las discontinuidades. Pos-emulsificables: Requieren de una sustancia que provoque la solubilización del penetrante con agua. Se pueden emplear emulsificantes hidrosolubles o liposolubles. Ya que ha transcurrido el tiempo de emulsificación, el exceso de penetrante se lava de forma similar a los penetrantes removibles con agua.
Removibles con solvente: Se retiran de la superficie empleando un material absorbente como tela o papel, con la condición de que no dejen pelusa, se puede humedecer el material absorbente con el removedor que se emplea para la limpieza previa. Una recomendación es evitar lavar la superficie con el removedor, ya que el removedor disuelve y elimina el penetrante de las discontinuidades.
Tipos de reveladores: Reveladores secos: Solo se recomienda para líquidos fluorescentes. Tiene la más alta resolución al formar indicaciones. Se recomienda para no dejar residuos después de la inpección. Reveladores en suspensión: Tipo acuoso y no acuoso. Están compuestos de un material sólido con tamaño de partícula controlado, las cuales se mantienen en suspensión mediante una agitación vigorosa. Reveladores en suspensión acuosa: Se recomienda para penetrantes removibles con agua. Tienen la má baja resolución. Se aplican por inmersión, seguido de secado, o por rociado y secado al aire. Reveladores en suspensión no acuosa: Tienen evaporación muy rápida, lo que permite la formación de indicaciones claras y definidas. Recomendado para los penetrantes removibles con solventes. Se aplican por aspersión. Reveladores en solución: Generalmente son soluciones acuosas y no necesitan agitación para mantener la solución homogénea. Se aplican por inmersión o rociado, seguido de un secado al aire o en estufa. Inspección. Requisitos para inspección. Se debe conocer las características de las discontinuidades y el nivel de sensibilidad que desea de las mismas, 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. Si se tiene una superficie rugosa se usa un líquido removible con agua. Si se tiene una superficie tersa y pulida se usa un líquido removible con solvente. Para una inspección de alta calidad se utilizan líquidos penetrantes pos-emulsificables. Para el acero inoxidable, titanio, aluminio o aleaciones de níquel, se debe tener un alto grado de control en los contaminantes de los líquidos, como los compuestos halógenos (derivados del cloro, bromo, flúor, yodo) o de azufre (sulfato y sulfuros) ya que estos pueden ocasionar fracturas o fragilidad del material. Antes de la inspección se realizan operaciones previas, estas dependen del tipo de penetrante que se emplee. Limpieza previa: Se debe eliminar los contaminantes de la superficie (óxidos, grasa, aceite,
pintura, etc.) pues impiden al penetrante introducirse en las discontinuidades. 2 pasos: 1) pre-limpieza en la que se emplean medios químicos o mecánicos para remover los contaminantes de la superficie. 2) limpieza con solvente afín con el penetrante.
Aplicación del penetrante. Se aplica por cualquier métodos que humedezca totalmente la superficie que se va a inspeccionar, dependiendo del tamaño de las piezas y de su área. Se puede emplear el rociado, inmersión, brocha, etc. Otra variable a tomar en cuenta es la sensibilidad, ya que si hace falta una alta sensibilidad (detección de fracturas muy pequeñas o cerradas), se aplica un penetrante fluorescente de alta luminosidad o si se desea una sensibilidad normal, debe emplearse un penetrante contraste (visible). El tiempo es una variable crítica. Un lapso de tiempo corto no permite que la concentración del penetrante en las discontinuidades sea óptima; así se debe determinar el tiempo experimentalmente. El tiempo puede variar desde 5 minutos, para discontinuidades grandes, hasta 45 para discontinuidades cerradas o pequeñas, como es el caso de fracturas por fatiga. Eliminación del exceso de penetrante. Aplicación del revelador. La función del revelador es absorber o extraer el penetrante atrapado en las discontinuidades, aumentando o provocando la visibilidad de las indicaciones. Tiempo de revelado. El revelador debe permanecer sobre la superficie, aproximadamente el mismo tiempo que se dio al de penetración; para dar tiempo al revelador de extraer el penetrante de las discontinuidades y forma una indicación de calidad. Las discontinuidades grandes formaran indicaciones casi inmediatamente, pero las muy finas, pequeñas o cerradas, tardaran en hacerlo; el tiempo de revelado no debe ser menor a la mitad del tiempo de penetración. Interpretación y evaporación de las indicaciones. El tipo de iluminación es: Luz blanca (normal) de suficiente intensidad para el método de penetrante visible (removibles con agua o solvente) e iluminación ultravioleta para el método de penetrante fluorescente. La calidad de la inspección depende principalmente de la habilidad del inspector. Limpieza final Este paso es importante por que aquellas piezas sujetas a altas temperaturas, pueden requerir que los residuos penetrantes sean removidos de la superficie antes de someter la pieza a procesos, para asegurar que no exista reacción con el metal. Se puede hacer con enjuague con agua a presión, por inmersión o con un removedor. En la figura 3 se muestra un diagrama del proceso completo de la aplicación de líquidos penetrantes.
Figura 3. Diagrama del proceso de aplicación de líquidos penetrantes, desde el tipo de penetrante hasta la limpieza final. Aplicaciones. Gran amplitud de aplicaciones, desde naves aeronáuticas, hasta cerámicos como vajillas.
La gran mayoría de las aplicaciones son sobre metales, pero se puede aplicar a cerámicos, cerámicos vidriados, plásticos, porcelanas etc. Ventajas.
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Extremadamente sensible a las discontinuidades abiertas a la superficie. Forma de la pieza no representa problema. Fácil aplicación. Económicos. Rápidos. Equipo portátil. Poca capacitación de los inspectores.
Desventajas.
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Aplican a defectos superficiales y materiales no porosos. Buena limpieza previa. No hay registro de la prueba. Los inspectores deben tener amplia experiencia. Configuración de revelador y penetrante.
Los líquidos penetrantes se usan en la gestión de la calidad de forma tal que las fallas pueden:
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Ser detectadas oportunamente. Identificadas en la etapa que se originó. Determinar su causa. Ser corregidas mediante la un cambio en el proceso.
Bibliografía. Introducción a los ensayos no destructivos. pp. 35-44. Física general. Héctor Pérez Montiel. Publicaciones cultural. 2005 pp. 263.
UNIVERSIDAD AUTÓNOMA METROPOLITANA.
Alumnos: Eduardo Romero García. Leobardo Portuguez Pardo. Laboratorio de metalurgia IX. Líquidos penetrantes.
Profesor: José de Jesús Hernández Villa.
