Universidad Tecnológica de Tabasco Alumno: Ricardo Acopa Pérez Cuatrimestre: 4 Grupo: A Carrera: ING. Mantenimiento Industrial Materia: Ensayos no Destructivos Tema: Inspección visual Facilitador: In. !es"s Manuel #ópez $%&'le Turno: (espertino Periodo Escolar: )eptiem're* Diciem're
+,- Jueves 17 de Septiembre Septiembre del 2015
Introducción
En esta unidad se hablara un poco de los imanes sus características de los campos magnéticos, el magnetismo, las pruebas de PM, los efectos de las condiciones en los materiales y la magnetización por medio de corrientes eléctricas se dice que Todos los imanes atrae objetos de hierro !a razón por la que ocurre este hecho es el magnetismo !os imanes generan un campo magnético por su naturaleza Este campo magnético es m"s intenso en dos zonas opuestas del im"n, que son los polos norte y sur del im"n El magnetismo es un fenómeno físico por el que los materiales ejercen fuerzas de atracción o repulsión sobre otros materiales #ay algunos materiales conocidos que han presentado propiedades magnéticas detectables f"cilmente el níquel, hierro, cobalto y sus aleaciones que com$nmente se denominan imanes En general, todos los materiales son influenciados, en mayor o menor medida, por la presencia de un campo magnético En si con esta peque%a información podremos entender cómo funcionamiento de los campos magnéticos y sus características en fin algunas teorías del magnetismo son& Teoría de 'eber, Teoria de E(ing, Teoría de )mpere&
TEMA 1: Principios de los imanes y caractersticas de los campos magn!ticos a" Teora de los campos magn!ticos /n campo manético es una descripción matem&tica de la in0uencia manética de las corrientes eléctricas y de los materiales manéticos. El campo manético en cual1uier punto est& especi2cado por dos valores3 la dirección y la manitud de tal 5orma 1ue es un campo vectorial. Espec62camente3 el campo manético es un vector a7ial3 como lo son los momentos mec&nicos y los campos rotacionales. El campo manético es m&s com"nmente de2nido en términos de la 5uerza de #orentz e8ercida en caras eléctricas. $ampo manético puede re5erirse a dos separados pero muy relacionados s6m'olos 9 y :. #os campos manéticos son producidos por cual1uier cara eléctrica en movimiento y el momento manético intr6nseco de las part6culas elementales asociadas con una propiedad cu&ntica 5undamental3 su esp6n. En la relatividad especial3 campos eléctricos y manéticos son dos aspectos interrelacionados de un o'8eto3 llamado el tensor electromanético. #as 5uerzas manéticas dan in5ormación so're la cara 1ue lleva un material a través del e5ecto :all. #a interacción de los campos manéticos en dispositivos eléctricos tales como trans5ormadores es estudiada en la disciplina de circuitos manéticos.
b) Teoría del magnetismo Teoría de Weber El magnetismo seg$n Ma* 'eber se debe a imanes moleculares, pues decía que un im"n se puede partir indefinidamente y cualquiera de las partes continua siendo un im"n e incluso en tal partición se puede llegar a la molécula del im"n y ésta conser+a sus polos magnéticos, como característica fundamental de los mismos Esta teoría establece también que el proceso de imantación de cualquier material ferromagnético consiste en alinear los imanes moleculares en filetes magnéticos, que antes de la imantación tenían direcciones aleatorias cada uno En los
e*tremos de los filetes se localizan los polos formados, tal como se muestra enseguida
c) Teoria de !"ing asado en e*perimentos, E(ing considera que los dipolos magnéticos moleculares no eran, propiamente, los que se mo+ían orient"ndose al magnetizar un material ferromagnético- sino que, en los materiales se formaban grupos de "tomos con el mismo momento magnético del orden de ./.0 a ./1. "tomos localizados en regiones limitadas por otros grupos con momentos magnéticos diferentes- y que, al magnetizar un material los grupos se agrandaban y orientaban con el mismo campo que los inducía para magnetizar el material ) estas regiones se les denomina dominios magnéticos y son del tama%o de una partícula de pol+o Momento magnético de un "tomo es una cantidad en el "tomo debida al giro de rotación que tienen los electrones del "tomo sobre su propio eje, este momento se conoce también como spin El proceso de magnetización de un material consiste, seg$n E(ing en& .2 El agrandamiento de los dominios que tengan la dirección ó dirección cercana a la del campo magnetizador si éste es débil 12 El giro de los dominios y agrandamiento de éstos en dirección del campo magnetizador si la intensidad de éste es fuerte
d) Teoría de #mpere !a teoría de )mpere es parecida a la de 'eber solo que menciona corrientes elementales en el interior de un material ferromagnético, con direcciones di+ersas, en lugar de dipolos magnéticos, como se muestra en la figura siguiente
Magnetizar un material seg$n )mpere significaba ordenar las corrientes elementales El resultado de este ordenamiento es una corriente en la periferia de un im"n de barra por ejemplo, corriente que ocasionaba dos polos de nombre contrario en los e*tremos de la barra )ctualmente, se ha querido relacionar a las corrientes elementales con los mo+imientos e*ternos de los electrones alrededor de sus n$cleos
!a suma de las corrientes elementales en la misma dirección en una reja, forman una corriente periférica de reja y la suma de las corrientes de reja forman el campo magnético con polos en los e*tremos de la barra
e3 !$plicar las propiedades magn%ticas de los materiales no &errosos
M!todos de inspección con Partculas Magn!ticas en Pruebas #o $estructivas
)e de'en considerar cuatro propiedades •
Manéticas.
•
Geométricas.
•
Movilidad.
•
(isi'ilidad El é7ito de la prue'a depende de la selección del medio y del método utilizado para el desarrollo. Medio; Material a través del cual las dispersiones en el campo manético se %acen visi'les y 1ue pueden aplicarse so're la pieza en 5orma seca o %"meda.
De'en tener alta permeabilidad para ser 5&ciles de manetizar3 tener ba%a retentividad para no ser atra6das unas a otras y evitar su alomeración.
+.
$ontrol de tama>o y 5orma; redondas y alaradas.
?.
No de'en ser tó7icas.
4. .
De'en estar li'res de mo%o3 rasa3 pintura3 suciedad y otros materiales e7tra>os. De'en tener 'uena visi'ilidad visi'les y 0uorescentes.
/)@)
Part6culas secas
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PARB$/#A) :/MEDA) EN )/)PEN$I@N
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d) Tipos de imanes &eg'n su origen: (MA#E& #ATU)A*E&; se re2ere a minerales naturales3 los cuales tienen la propiedad de atraer elementos como el %ierro3 el n61uel3 etc.
#a manetita es un im&n de este tipo3 compuesto por ó7ido 5erroso 5érrico3 cuya particularidad principal consiste en atraer 5ramentos de %ierro natural.
(MA#E& A)T(F(C(A*E&; esta denominación recae so're a1uellos cuerpos manéticos 1ue3 tras 5riccionarlos con manetita se trans5orman de manera arti2cial en imanes. &eg'n la perduración de sus propiedades magn!ticas: (MA#E& TEMP+)A*E&; los imanes temporales est&n con5ormados por %ierro dulce y se caracterizan por poseer una atracción manética de corta duración. (MA#E& PE)MA#E#TE&; con este término se alude a a1uellos imanes constituidos por acero3 los cuales conservan la propiedad manética por un tiempo perdura'le. (MA#E& CE),M(C+& + FE))(TA&. Esta clase de imanes tiene un aspecto liso y color ris&ceo. )uelen ser de los m&s utilizados de'ido a su malea'ilidad. Aun1ue3 por otro lado3 al ser 5r&iles3 corren el rieso de romperse con 5acilidad. (MA#E& $E A*#(C+; el nom're deriva de una contracción de las pala'ras; aluminio3 n61uel y co'alto3 elementos de los 1ue se compone. Esta clase de imanes presentan un 'uen comportamiento 5rente a la presencia de altas temperaturas3 sin em'aro3 no cuentan con considera'le 5uerza. (MA#E& $E T(E))A& )A)A&; esta clase de imanes se su'dividen en dos cateor6as de acuerdo al material 1u6mico del 1ue se compone; #eodimio: est&n 5ormados por %ierro3 neodimio y 'oro. Presentan una o7idación 5&cil3 y se utilizan en a1uellos casos donde las temperaturas no alcanzan los ,F $. &amario cobalto: no suelen o7idarse de manera 5&cil3 aun1ue el precio al 1ue cotizan es muy elevado. (MA#E& F*E-(.*E&: como su nom're lo indica3 estos imanes poseen una ran 0e7i'ilidad. Est&n compuestos por part6culas manéticas como el estroncio y el %ierro. #as desventa8as de los imanes 0e7i'les son la 'a8a resistencia a la o7idación y su escasa potencia manética.
&) Terminología empleada en las pruebas de '( +b%etivo de las aplicación de partculas magn!ticas Aplicar la técnica de part6culas manéticas3 para la detección de posi'les discontinuidades en la inspección de materiales 5erromanéticos. #a técnica de part6culas manéticas es una técnica no destructiva relativamente sencilla3 'asada en la propiedad de ciertos materiales de convertirse en un im&n. $escripción de las Partculas Magn!ticas Es un método 1ue utiliza principalmente corriente eléctrica para crear un 0u8o manético en una pieza y al aplicarse un polvo 5erromanético produce la indicación donde e7ista distorsión en las l6neas de 0u8o <5ua de campo=. Propiedad /sica en la 0ue se basa 2Permeabilidad" •
•
Propiedad de alunos materiales de poder ser manetizados. #a caracter6stica 1ue tienen las l6neas de 0u8o de alterar su trayectoria cuando son interceptadas por un cam'io de permea'ilidad. #os materiales se clasi2can en ;
•
•
•
Diamanéticos; )on levemente repelidos por un campo manético3 se manetizan po'remente. Paramanéticos; )on levemente atra6dos por un campo manético3 No se manetizan. erromanéticos; )on 5&cilmente atra6dos por un campo manético3 se manetizan 5&cilmente. 4iamagnéticos 56o son magnetizables 56o son atraídos por un campo magnético 57on ligeramente repelidos por un campo magnético Mercurio 58ro 5ismuto 59inc 5:obre 5Plata 5Plomo
TEMA 3: E/ectos de las discontinuidades en los materiales
a) *escribe las características de las grietas super&iciales )uponamos 1ue el im&n tipo anillo completo tiene una rieta en la super2cie e7terna3 cre&ndose inmediatamente un polo norte y un polo sur en los 'ordes de la discontinuidad. Csta rieta interrumpe el 0u8o uni5orme de las l6neas de 5uerza dentro del im&n3 por lo 1ue alunas de ellas se ver&n 5orzadas a salir del im&n. .Por lo tanto3 si se espolvorean part6culas manéticas so're el citado im&n3 éstas ser&n atra6das por los polos creados por la rieta3 produciendo una indicación3 por la concentración de part6culas en la zona de la rieta. /na rieta en el im&n de 'arra producir& un e5ecto similar3 por lo 1ue tam'ién causar& 5uas de 0u8o. Grieta en un im&n de 'arra #as l6neas de 5uerza en el 5ondo de la rieta tienden a seuir el camino de menor resistencia manética y permanecen en el im&n. A1uellas l6neas de 5uerza 1ue saltan por encima y a través de la rieta3 causan 5uas de 0u8o
b) *escribe las características de las ra+ones $uando las part6culas manéticas son atra6das al sitio donde se localiza una 5ua de 0u8o 1ue son producidas por los rayones3 ellas producen una indicación 1ue es visi'le para el o8o %umano3 'a8o condiciones de iluminación adecuada. #a 5ormación de las indicaciones depende de las caracter6sticas de las l6neas de 5uerza. $uando las part6culas son atra6das %acia las 5uas de 0u8o y se acercan a los polos manéticos3 m&s l6neas de 0u8o 0uyen %acia ellas. Esto concentra las l6neas de 0u8o a través de los caminos de 'a8a reluctancia 1ue 5orman las part6culas de material 5erromanético. Esta es la acción principal 1ue provoca 1ue las part6culas sean recolectadas por las 5uas de 0u8o y su'secuentemente 5ormen indicaciones de discontinuidades. a 1ue las part6culas manéticas son solamente atra6das y se mantienen donde las l6neas de 5uerza salen y entran de la super2cie de la pieza inspeccionada3
no se producen indicaciones verdaderas a menos 1ue las l6neas de 5uerza crucen una discontinuidad.
c) *escribe las características de los de&ectos super&iciales 7on límites de grano que tienen 1 direcciones y normalmente separan regiones del material que tienen diferente estructura cristalina u orientación cristalogr"fica
Tipos de de/ectos super4ciales Super&icies e$ternas • • • •
7on de los m"s e+identes 4elimitan la estructura cristalina !os "tomos superficiales no est"n enlazados con el m"*imo de +ecinos )umenta la energía superficial ;<=m13
,ímites de grano •
• • • • •
7epara dos peque%os granos o cristales que tienen diferente orientación cristalogr"fica !igero desorden #ay densidad baja en las fronteras de grano Mo+ilidad alta 4ifusi+idad alta >eacti+idad química alta
,ímites de macla
!ímite de grano que tiene simetría de red especular& los "tomos de un lado del límite son im"genes especulares de los "tomos del otro lado 7e generan por desplazamientos atómicos causados por fuerzas mec"nicas cizallantes y por tratamientos térmicos *e&ectos de apilamiento •
:uando se interrumpe la secuencia de apilamiento
*e&ectos de &ase
•
En materiales polif"sicos donde hay un cambio radical en las características físicas y=o químicas
-aracterísticas de de&ectos super&iciales • •
?nfluyen en la adherencia, corrosión, dureza, brillo, etc @ronteras de grano& cortan el desplazamiento de dislocaciones
Tema 5: magneti6ación por medio de corriente el!ctrica a) !$plicar las características del campo circular En muc%os dispositivos 1ue utilizan una corriente para crear un campo manético3 tales como un electroim&n o un trans5ormador3 el %ilo 1ue transporta la corriente est& arrollado en 5orma de 'o'ina 5ormada por muc%as espiras. Estudiaremos3 en primer luar3 el campo creado por una espira. Polaridad de una espira:
El espectro manético resultante se parece muc%o al de un im&n recto con sus polos norte y sur. #a cara norte de una corriente circular3 considerada ésta como un im&n3 es a1uella de donde salen las l6neas de 5uerza y la cara sur es a1uella otra por donde entran dic%as l6neas. #a relación entre la polaridad manética de una espira y el sentido de la corriente 1ue circula por ella la esta'lece la rela de la mano derec%a de la 1ue se deriva esta otra; una cara es norte cuando un o'servador situado 5rente a ella ve circular la corriente en sentido anti %orario y es sur en el caso contrario.
b) !$plicar las características campo alrededor de un conductor recto Para comprender de una manera m&s 5&cil el campo manético en una 'o'ina o solenoide3 es importante estudiar el campo manético 1ue enera una corriente eléctrica en un conductor recto.
$uando se esparcen limaduras de %ierro so're el atraviesa un conductor recto por el 1ue se %ace corriente eléctrica3 se o'serva como las limaduras alinean alrededor de conductor3 tomando la de c6rculos concéntricos. Ampere ideo una rela determinar la dirección del campo 1ue rodea un recto denominada rela de pular de la mano derec%a. #a densidad del 0u8o manético 93 enerada por una corriente a través de un conductor.
papel y se pasar se 5orma para conductor
c) .egla de la mano derec/a )egla o ley de la mano derec7a o del sacacorc7os
Es un método para determinar direcciones vectoriales3 y tiene como 'ase los planos cartesianos. )e emplea en dos maneras; para direcciones y movimientos vectoriales lineales y para movimientos y direcciones rotacionales. En electromanetismo3 la rela de la mano derec%a esta'lece 1ue si se e7tiende la mano derec%a so're el conductor en 5orma de 1ue los dedos estirados sian la dirección de la corriente3 el pular en &nulo recto con los dem&s dedos indicar& el sentido de desplazamiento del polo norte de una au8a imantada. El campo creado por la corriente eléctrica a través de un conductor recto como todo campo manético3 est& interado por l6neas 1ue se disponen en 5orma de circun5erencias concéntricas dispuestas en planos perpendiculares al conductor. As63 cuando se %ace irar un sacacorc%os o un H%acia la derec%aH
tornillo au8as irar un
d) -ampo ue produce una plaa al &luir corriente a trav%s de el #A RE)I)EN$IA E#C$RI$A #a resistencia eléctrica es una propiedad 1ue tienen los materiales de oponerse al paso de la corriente. #os conductores tienen 'a8a resistencia eléctrica3 mientras 1ue en los aisladores este valor es alto. #a resistencia eléctrica se mide en o%m3 1ue se representa con la letra riea omea <= donde su ley esta'lece 1ue la tensión entre los e7tremos de materiales conductores es directamente proporcional a la corriente 1ue 0uye a través del material3 representado con la 5órmula; v J Ri donde la constante de proporcionalidad R reci'e el nom're de resistencia. #a unidad de resistencia es el o%m3 1ue corresponde a - (KAy suele a'reviarse mediante una omea may"scula; L #a ley de o%m dice 1ue; Hla intensidad de la corriente eléctrica 1ue circula por un conductor eléctrico es directamente proporcional a la di5erencia de potencial aplicada e inversamente proporcional a la resistencia del mismoH. En el )istema internacional de unidades; I J Intensidad en amperios
e) *escribir la generación del campo a trav%s de piea regulares $ual1uiera 1ue tena un conocimiento m6nimo de 56sica y termodin&mica <'&sica= se dar& cuenta 1ue esto es imposi'le. #a termodin&mica se aplica en todos los campos de la 56sica3 no solo en los motores de com'ustión o m&1uinas térmicas. #a ley de conservación de ener6a est& presente %asta en el interior del &tomo3 y la mec&nica cu&ntica se %a encarado de demostrarlo emp6ricamente miles de veces.
uién no %a 8uado de ni>o con imanesO odos sa'emos 1ue cuando en5rentamos dos polos de distinto tipo se atraen. $uando en5rentamos dos polos del mismo tipo se repelen.
aluien tuvo la 'rillante idea; si aprovec%amos la 5uerza de repulsión de los imanes y los colocamos en una ruedaO
&) eneración del campo a trav%s de pieas regulares largas #os e5ectos electromanéticos so're un conductor3 o conductores paralelos3 ya descritos en apartados estudiados anteriormente3 tienen su e7tensión en los conductores 1ue adoptan 5ormas di5erentes a una l6nea recta. As63 cuando un conductor es enrollado so're aluna 5orma tu'ular con o'8eto de darle sentido circular
l6neas
/n conductor en 5orma de espira se comporta como un pe1ue>o im&n3 con su polo norte y sur Por lo tanto3 la espira act"a como un im&n con un polo norte en un lado y un polo sur en el otro. El norte estar& en el lado en 1ue las l6neas de 5uerza salen de la espira3 y el sur en el lado en 1ue entran en ella.
El im&n 5ormado as6 es muy dé'il3 pero puede aumentarse la potencia del campo manético arrollando varias espiras para 5ormar una 'o'ina3 como se e7plica a continuación.
g) eneración del campo a trav%s de pieas regulares solidas $uando 0uye una corriente eléctrica a través de un material 5erromanético3 el campo manético se esta'lece dentro del material. #as l6neas de 5uerza permanecen dentro de él3 por1ue es permea'le y las conduce 5&cilmente. am'ién en este caso el campo manético se encuentra a ,Q con respecto a la dirección del 0u8o de corriente eléctrica )i consideramos una 'arra de acero cuadrada3 cuando circula una corriente a través de ella3 en su interior ser& esta'lecido un campo manético circular3 ver la imaen +,.
/) eneración del campo a trav%s de pieas regulares cilíndricas Piezas laras cil6ndricas sólidas Por e8emplo3 en la inspección de una 'arra de material 5erromanético3 se conoce como manetización entre ca'ezales y produce un campo manético circular. $uando una 'arra es manetizada entre ca'ezales3 el campo manético es m&s 5uerte cerca de la super2cie de la 'arra. El campo se incrementa desde cero3 en el centro de la 'arra3 %asta un m&7imo en la super2cie. #a imaen - muestra la distri'ución r&2ca del campo manético enerado en una 'arra de acero redonda. #a intensidad o 5uerza del campo manético es re5erida3 a menudo3 como la densidad de 0u8o. En la r&2ca anterior se puede o'servar 1ue la intensidad del campo <5uerza=3 es cero en el centro de la 'arra. #a densidad de 0u8o se incrementa radualmente %asta alcanzar su m&7imo valor <-= en la super2cie de la 'arra. am'ién3 se puede o'servar 1ue inmediatamente 5uera de la super2cie de la 'arra3 la 5uerza del campo decrece r&pidamente. #a mayor pérdida es inmediata y el remanente es impercepti'le.
i) eneración del campo a trav%s de pieas ue contienen agu3eros mauinados + cu4eros Métodos de manetización circular #a manetización circular induce un campo manético dentro de las piezas en tres 5ormas;
Por inducción directa3 1ue se conoce como manetización entre ca'ezales3 Inducción directa por medio de electrodos3 Inducción indirecta3 conocida como manetización con conductor central. a= Manetización entre ca'ezales adas 56sicamente por la presión e8ercida3 o 'ien3 por el calor producido por un arco eléctrico o alta resistencia en los puntos de contacto. Para aseurar 1ue la resistencia al paso de corriente sea lo m&s 'a8a posi'le y evitar 1uemadas en la super2cie de la pieza3 los puntos de contacto de'en ser lo m&s randes posi'le. #a manitud de la corriente utilizada depende de las dimensiones transversales
ibliografía
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