Ensayos Destructivos y No Destructivos
ENSAYOS DESTRUCTIVOS Y NO DESTRUCTIVOS
Introducción Las pruebas que determinan la resistencia e integridad de las soldaduras, están destinadas a garantizar la seguridad y funcionalidad de los productos elaborados mediante este procedimiento. A través de los ensayos destructivos y no destructivos se precisan las condiciones de inspección, con el fin de determinar el control de calidad establecido y el fiel cumplimiento de sus requerimientos; todo esto, como aseguramiento de requisitos y características que deben cumplir los procedimientos de soldadura, tanto en los materiales y procesos, como en los equipos de inspección utilizados y en la evaluación de resultados entregados.
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ESTRUCTURA DE CONTENIDOS Introducción .................................................................................2 Mapa Conceptual. ..........................................................................5 1.MÉTODOS DE CONTROL DE CALIDAD SEGÚN CRITERIOS DE ACEPTACIÓN O RECHAZO EN LOS CÓDIGOS APLICABLES AL PRODUCTO FABRICADO..................................................................................6 2. TIPOS DE ENSAYOS....................................................................7 2.1 ENSAYOS NO DESTRUCTIVOS.....................................................7 2.2 ENSAYOS DESTRUCTIVOS........................................................ .8 3. TÉCNICAS DE ENSAYOS NO DESTRUCTIVOS...................................8 3.1 VISUAL..................................................................................8 3.2 TINTAS PENETRANTES..............................................................9 3.3 PARTÍCULAS MAGNETIZABLES.................................................10 3.4 ULTRASONIDO.......................................................................10 3.5 RADIOGRAFÍA X....................................................................11 4. PROCEDIMIENTOS DE ENSAYO DESTRUCTIVO...............................11 4.1 DOBLEZ GUIADO....................................................................12 4.2 ROTURA NICK........................................................................12 4.3 TENSIÓN..............................................................................12
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4.4 CHARPY V NOTCH....................................................................13 5. TIPOS DE HALLAZGOS ..............................................................13 5.1 GRIETAS................................................................................14 5.2 POROS.................................................................................14 5.3 FALTA DE FUSIÓN....................................................................14 5.4 INCLUSIONES SÓLIDAS............................................................14 5.5 RESISTENCIA A LA TENSIÓN.....................................................15 5.6 TENACIDAD............................................................................16 Bibliografía..................................................................................17 Glosario......................................................................................18 Control de Documentos ................................................................19
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MAPA CONCEPTUAL
s o v i t c u r t s e d o N
s e l d o b a n a c ó d i i i l l c a a p c t a e p s o o d e d g l c i a o a d r c e i t d ó r n s c o o s b a c i o l f e r o e t d t n i e s r c u o c o d d n z o a r o ú t h p é g c l e e M s r a
s s o o v v i i t t c c u u r r t t s s e e D D
s o p i t s u S
o n s s a a v c i i n t c c u é t r t s s a e L d
s s a a v c i i n t c c u é t r t s s a e L d
s e o d g s z a l o l p a i T h
s s o o v i v i t t c c u r u r t t s s e D e o D N s o y y a s n E
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1. MÉTODOS DE CONTROL DE CALIDAD SEGÚN CRITERIOS DE ACEPTACIÓN O RECHAZO EN LOS CÓDIGOS APLICABLES AL PRODUCTO FABRICADO. Según el modelo de la norma ISO 9000, la calidad es el “grado en el que un conjunto de características inherentes cumple con los requisitos”, entendiéndose por requisito la “necesidad o expectativa establecida, generalmente implícita u obligatoria”. Ahora bien, los documentos normativos en soldadura brindan una serie de requisitos pre establecidos por comités de normalización, que están perfectamente delimitados según el producto a fabricar; es decir, uno son los requisitos para la fabricación de los recipientes de contención de un reactor nuclear, y otro son los requisitos para un edificio de bodegas de almacenamiento. Al momento de firma r el contrato, estos requisitos implícitos se tornan en obligatorios. Los contratistas o subcontratistas de la estructura metálica tienen la obligación de garantizar que los diseños, cálculos, materiales y juntas soldadas satisfagan la expectativa del cliente. Para ello, se emplean una serie de técnicas de ensayos no destructivos y procedimientos de ensayo destructivo, que deben ser efectuados por el talento humano formado, entrenado y certificado, para que los informes que ellos generen tengan la validez de ley en Colombia, y de esta manera asegurar la trazabilidad de los procedimientos de soldeo aplicados en la estructura metálica.
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Existen básicamente dos tipos de inspección, una de ellas no afecta a las uniones soldadas ni a su componente, definiendo su denominación como técnicas de ensayos no destructivos; ejemplo de éstos, son: ensayos de radiografía industrial X, ultrasonido e inspección visual, siendo ésta última la más común. La segunda técnica implica la acción directa sobre los cordones de soldadura elaborados; como consecuencia, éstos se rompen en sus respectiva uniones; tal es el caso de las denominadas pruebas de sanidad y los ensayos de doblez guiado. Las técnicas destructivas y no destructivas deben ser ejecutadas o “conducidas” por profesionales entrenados y calificados. De estos ensayos se obtienen una serie de hallazgos, los cuales deben ser valorados según los criterios definidos en la normatividad establecida, orientando con ello, la aceptación o rechazo del procedimiento efectuado. El objetivo de este análisis dirige el desarrollo de la Actividad de Aprendizaje AA4. “Diferenciar características de ensayos destructivos y no destructivos según criterios normativos aplicados en soldadura”; con el claro objetivo de documentar y reconocer sus métodos de ensayo, los cuales se aplican a los ensambles soldados, para determinar si cumplen con los mínimos requisitos de aceptación.
2. TIPOS DE ENSAYOS En la industria del aseguramiento de la calidad para las uniones soldadas existen dos maneras de verificación: uno, no dañando la estructura o ensamble soldado, otro, rompiendo ese ensamble soldado.
2.1 Ensayos No Destructivos. Se denomina ensayo no destructivo (también llamado END, o en inglés NDT de non destructive testing) a cualquier tipo de prueba practicada a un material que no altere de forma 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 como ondas electromagnéticas, acústicas, 7 FAVA - Formación en Ambientes Virtuales de Aprendizaje
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elásticas, emisión de partículas subatómicas, capilaridad, absorción y cualquier tipo de prueba que no implique un daño considerable a la muestra examinada. Los ensayos no destructivos tienen como objetivo hallar discontinuidades de los elementos sometidos a prueba.
2.2 Ensayos Destructivos. Los ensayos destructivos se realizan mediante el uso de herramientas o máquinas que producen una alteración irreversible en la composición química, mecánica, geométrica o dimensional sobre la junta soldada. Para aplicación de los procedimientos de ensayo destructivo, se deben realizar operaciones de trazado, corte y ajuste (empleando cizallas, tornos, fresas, pulidoras) para obtener una probeta de ensayo.
3. Técnicas de Ensayos No Destructivos. Son ensayos que suministran información referida a la variable establecida y sometida a medición; los datos que este tipo de ensayo entrega resultan menos precisos que los destructivos; aunque más baratos, debido a que la pieza sometida a verificación se conserva. Generalmente se aplican con el fin de verificar la homogeneidad y continuidad del cordón de soldadura elaborado, resultando complementarios a los resultados que entrega un ensayo destructivo.
3.1 Visual. Realiza evaluación de uniones soldadas por comparación con elementos denominados galgas o calibres; el inspector certificado en esta técnica debe poseer agudeza visual 20-20, natural o corregida; no debe ser daltónico. Esta inspección se debe realizar antes, durante y posterior a la terminación de la soldadura.
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Medimos la garganta en ángulo
Medimos el sobre espesor a tope
3.2 Tintas Penetrantes. Este ensayo utiliza como principio básico de acción, la capilaridad. Gracias a esta propiedad de los líquidos, los compuestos químicos que conocemos como Tintas Penetrantes, entran dentro de las discontinuidades de los materiales (cavidades internas, fisuras, poros, rayones, etc.), permaneciendo allí para luego ser extraídos por el revelador y así formar la indicación en la superficie. En la industria se emplean dos tipos de tintas penetrantes: de observación con luz normal, y las fluorescentes que se observan con luz ultravioleta.
Líquido penetrante aplicado
9
Penetrante en exceso removido
El revelador saca al penetrante de la grieta
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3.3 Partículas Magnetizables. La aplicación consiste básicamente en magnetizar la pieza a inspeccionar, aplicando partículas magnéticas (polvo fino de limaduras de hierro) y, evaluando las indicaciones producidas por la agrupación de las partículas en ciertos puntos. Este proceso varía según los materiales que se usen, los defectos a buscar y las condiciones físicas del objeto de inspección.
Polo sur
Polo norte
ura no se ubiquen en los valores fijados en los WPS, por ello, se requiere llevar una ficha de mantenimiento de cada equipo y accesorio empleado en acciones de soldadura.
3.4 Ultrasonido. Método de inspección no destructivo, en el cual un haz o un conjunto de ondas de alta frecuencia son introducidos en los materiales para la detección de fallas en la superficie y sub-superficie. Las ondas de sonido viajan a través del material, al encontrar un punto de superficie límite se refleja, ese punto límite puede ser una discontinuidad o borde de la pieza, en donde la onda es reflejada a la interface a manera de eco, determinando con ello una medida. El haz reflejado es mostrado y analizado para definir la presencia y localización de fallas y discontinuidades. El grado de reflexión depende grandemente en el estado físico de los materiales que forman la interface. Por ejemplo: las ondas de sonido son reflejadas casi totalmente en las interfaces gas/metal. Por otro lado existe una reflectividad parcial en las interfaces metal/sólido. TU I TU II Grietas, laminaciones, poros, socavados y otras discontinuidades que producen interfaces reflectivas pueden ser TU TRAYECYO ULTRAS[ONICO detectadas fácilmente. Inclusiones y otras partículas extrañas pueden ser VER NORMA IRAM 764 10 FAVA - Formación en Ambientes Virtuales de Aprendizaje
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también detectadas causando baja reflexión.
3.5 Radiografía X. Ensayo no destructivo que consiste en atravesar una radiación electromagnética ionizante (rayos X o Gamma), a través de la pieza a inspeccionar. Esta radiación es más o menos absorbida por las Discontinuidades internas de la pieza, llegando a la otra cara de la misma, con una intensidad de radiación distinta que deja una impresión en una película radiográfica, la cual, una vez revelada, muestra variaciones de densidades, siendo más oscura en la zona de menor espesor y más clara en la zona de mayor espesor. Para la interpretación de las placas radiográficas, el inspector debe considerar las impresiones producidas sobre las mismas, estimando que éstas pueden ser afectadas por otras causas, tales como: geometría de la pieza o defecto de la película. La detección de un defecto por medio del ensayo radiográfico depende de: •
Orientación del defecto, con respecto a la dirección del haz.
•
Espesor de la pieza.
•
Técnica radiográfica aplicada.
•
Selección de la película radiográfica.
•
Procesado de la película.
•
Selección de la fuente de emisión.
4. PROCEDIMIENTOS DE ENSAYO DESTRUCTIVO. Este tipo de ensayo permite verificar las propiedades mecánicas tanto del metal base como de las uniones soldadas. Su principal objetivo es el de asegurar la calidad y resistencia del conjunto diseñado, evitando de esta forma, por ejemplo, fisuraciones en soldaduras sometidas a cambios bruscos de temperatura. Los resultados arrojados por un ensayo de tipo destructivo permite evaluar la integridad de la soldadura y su rendimiento.
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4.1 Doblez Guiado. La prueba de doblez guiado se efectúa aplicando una carga hasta alcanzar el doblez completo (en forma de U) de una probeta, dirigida sobre una matriz colocada en el centro de la misma; las dimensiones del punzón y de la matriz son establecidas por la norma que se esté aplicando en el proyecto, esta probeta es apoyada en sus extremos. La prueba de doblez guiado es aplicada a determinadas muestras de materiales soldados, con el fin de analizar el comportamiento y maleabilidad del material de aporte aplicado al material base; así mismo, estos ensayos ayudan a determinar la habilidad del soldador Rodillo que está aplicando la soldadura. Se utiliza para realizar la calificación del procedimiento de soldadura.
D Línea de centro de soldadura
T Rodillo
D + 2.2 T
4.2 Rotura Nick Ensayo de ranura utilizado y definido por el standard API 1104; este ensayo verifica la sanidad de una unión soldada; la probeta soldada es sometida a una carga hasta alcanzar su fractura, la superficie expuesta para examinar no debe ser inferior a 19mm. Este testigo de ensayo de rotura debe mostrar penetración completa y completa fusión. Golpear aquí
4.3 Tensión.
Ensayo aplicado mediante una máquina que somete la probeta a un esfuerzo de Ranuras de sierra tracción. La fuerza aplicada es de tipo axial, en el sentido del eje de la muestra. La acción de esfuerzo por carga genera una deformación por alargamiento que es registrado durante todo el procedimiento. Generalmente se llega hasta la fractura de la probeta; el resultado medido configura una curva de carga frente a alargamiento, que transformados en tensión y deformación, en función de la geometría de la probeta ensayada, aportan 12 FAVA - Formación en Ambientes Virtuales de Aprendizaje
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una información más general del comportamiento estructural de esta.
4.4 Charpy V-Notch Es una prueba de impacto; consiste en determinar el comportamiento de los materiales bajo impacto, al 2 1/2” golpear con una masa de valor conocido una probeta previamente preparada y ubicada en el soporte de la máquina de ensayo. Este ensayo permite conocer cuál podría ser el comportamiento de los materiales cuando están sometidos a condiciones extremas de servicio.
Medidor
5. TIPOS DE HALLAZGOS Posición inicial
Fin del balanceo Yunque
Martillo Muestra
que en otro, considerada como reparación.
Las discontinuidades encontradas durante el proceso de inspección son denominadas por los inspectores como hallazgos; éstos son valorados según los criterios de códigos de soldadura. Dependiendo del código, una discontinuidad puede ser defecto, mientras discontinuidad que no requiere de
Se invita a los aprendices virtuales interesados en este tema, continuar con el estudio de los requisitos de los códigos en soldadura, por medio de seminarios o realizar su formación para ser inspectores.
5.1 Grietas. La grieta es la consecuencia de factores de resistencia a la tensión y esfuerzos residuales o de trabajo, se presentan cuando se sobrepasan los esfuerzos mecánicos mínimos de los ensambles soldados, dando como resultado la separación de los metales.
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5.2 Poros.
Grieta transversal en la cara de la soldadura
Grieta longitudinal en la cara de la soldadura
Describen huecos globulares libres de Grieta en el metal de soldadura todo material sólido en los cordones de soldadura. En realidad, los huecos Grietas de son una forma de inclusión que acuerdo Grieta en la zona resulta de las reacciones químicas afectada térmicamente Grietas en Grieta en Grietas en la ZAT la raíz (ZAT) que tienen lugar durante la aplicación la ZAT Grieta en la intercara de la soldadura de la soldadura. Difieren de las inclusiones de escoria en que contienen gases y no materia sólida. Los gases que forman los huecos se derivan de la liberación por el enfriamiento del metal de la soldadura, como consecuencia de la reducción de solubilidad al descender la temperatura y de las reacciones químicas que tienen lugar dentro de la propia soldadura.
5.3 Falta de Fusión. Situación en que el metal depositado y el metal base no se funden en forma integral en la raíz de la soldadura, en los biseles o entre cordones y pases de soldadura. Generalmente la falta de potencia eléctrica impide alcanzar la temperatura de fusión, derivando en un metal de soldadura que no llega a la raíz del filete, y deja un hueco ocasionado por el puenteo del metal de la soldadura desde un miembro al otro.
5.4 Inclusiones Sólidas.
Falta de fusión
Pueden presentar discontinuidades de variada procedencia. Las inclusiones de escoria, por ejemplo se conforman por residuos del revestimiento del electrodo o material fundente; los óxidos metálicos, por ejemplo, como producto del óxido de aluminio aprisionado durante el proceso de solidificación del cordón; las partículas de Falta de metales diversos (wolframio, cobre, otros.) fusión 14 FAVA - Formación en Ambientes Virtuales de Aprendizaje
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que son atrapadas durante el
proceso en el metal fundido.
Durante la formación del depósito y la subsecuente solidificación del metal de la soldadura, tienen lugar muchas reacciones químicas, ya sea entre entre los materiales (plancha y electrodo), o con la escoria producida. Algunos de los productos de dichas reacciones son compuestos no metálicos solubles sólo en cierto grado en el metal fundido. Debido a su menor densidad, tienden a buscar la superficie exterior del metal fundido, salvo que encuentren restricciones para ello.
5.5 Resistencia a la Tensión. Se denomina prueba de tensión al ensayo que permite conocer las características de un material cuando se somete a esfuerzos de tracción. El objetivo es determinar la resistencia a la rotura y las principales propiedades mecánicas del material que es posible apreciar en el diagrama carga-deformación: 80
Tensión de rotura
70 ) 60 a
Límite elástico Cuello
P M ( 50 n 40 ó i s n30 e T
Deformación elástica no líneal
20 10
Deformación plástica
Deformación elástica líneal
0 0
100 200 Deformación (%)
300
Los datos obtenidos en el ensayo deben ser suficientes para determinar esas propiedades, y otras que se pueden determinar con base en ellas. Por ejemplo, la ductilidad se puede obtener a partir del alargamiento y de la reducción de área.
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5.6 TENACIDAD Es la energía de deformación total que puede absorber o acumular un material soldado antes de alcanzar la rotura en condiciones de impacto, por acumulación de deformaciones. Se debe principalmente al grado de cohesión entre los átomos del metal.
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BIBLIOGRAFÍA
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GLOSARIO
Fluencia: fenómeno metalúrgico que tiene lugar en la zona de transición entre las deformaciones elásticas y plásticas, se caracteriza por un rápido incremento de la deformación sin aumento apreciable de la carga aplicada. Mandatorio: Actividad que debe ser realizada tal y como fue diseñada, dado que no puede pasar por desapercibido; normalmente se refiere a una instrucción o procedimiento que necesita ser realizado bajo las instrucciones de ingeniería. Material base: Aleación de Hierro con pequeñas cantidades de Carbono, Silicio, Manganeso y otros elementos como Vanadio y Titanio, que es diseñado para ser soldado.
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