Preview only show first 10 pages with watermark. For full document please download

Balances De Masa, P. Navarro

Descripción: SFDAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAA

   EMBED


Share

Transcript

2009 ENSAYOS NO DESTRUCTIVOS Recalde Gonzalo Federico LU 81674 MATERIA: ELEMENTOS DE MAQUINAS 28/12/2009 ENSAYOS NO DESTRUCTIVOS – ELEMENTOS DE MAQUINAS IE – RECALDE GONZALO FEDERICO 1-OBJETIVO: Conocer los principios básicos de los diferentes métodos de los ensayos no destructivos Elegir el método más adecuado de ensayo según el caso y tipo de falla. Conocer las diferentes limitaciones de los ensayos no destructivos. Diferenciar entre indicaciones originadas por discontinuidades verdaderas por proceso de fabricación y las ocasionadas por indicaciones por fallas (mecánicas, químicas o proceso) 2-INTRODUCCIÓN: Se denomina ensayo no destructivo (también llamado END, o en inglés NDT de nondestructive 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, elásticas, emisión de partículas subatómicas, capilaridad, absorción y cualquier tipo de prueba que no implique un daño considerable a la muestra examinada. El objetivo de estos ensayos es detectar discontinuidades superficiales e internas en materiales, soldaduras, componentes e partes fabricadas. Estos no ofrecen una gran cantidad de información comparados con los ensayos destructivos, sin embargo tiene la ventaja, como su nombre los dice, de no destruir lo ensayado, lo que hace que sean más baratos para el propietario de la pieza. Su finalidad es verificar la homogeneidad del material encontrando grietas o microfisuras en la pieza. Los materiales que se pueden inspeccionar son los más diversos, entre metálicos y no metálicos, normalmente utilizados en procesos de fabricación, tales como: laminados, fundidos, forjados y otras conformaciones. Todas las soldaduras/uniones presentan fallos, grietas, defectos, discontinuidades, localizar y determinar el tamaño. Los ensayos son realizados bajo procedimientos escritos, que atienden a los requisitos de las principales normas o códigos de fabricación, tales como el ASME, ASTM, API y el AWS entre otros. Los inspectores son calificados como Nivel I, II y III por la ASNT (American Society for Non destructive Testing) según los requisitos de la Práctica Recomendada SNT-TC-1A, CP-189. 3-ELEMENTOS BÁSICOS DE UN ENSAYO NO DESTRUCTIVO: 1. Fuente: Una fuente que proporciona un medio de sondeo, es decir, algo que puede usarse con el fin de obtener información de la pieza bajo prueba. 2. Modificación: Este medio de sondeo debe cambiar o ser modificado como resultado de las variaciones o discontinuidades dentro del objeto sometido a prueba. 3. Detección: Un detector que puede determinar los cambios en el medio de sondeo. 4. Indicación: Una forma de indicar o registrar las señales del detector. 5. Interpretación: Un método de interpretar estas indicaciones. Página | 2 ENSAYOS NO DESTRUCTIVOS – ELEMENTOS DE MAQUINAS IE – RECALDE GONZALO FEDERICO Estos elementos permiten que el ensayo produzca una cantidad de información relevante para el propietario de la pieza. La parte más importante de estos 5 elementos es la interpretación, puesto que una mala interpretación de los datos, produce resultados erróneos a la hora de tomar las decisiones sobre el estado de la pieza. 4-CLASIFICACIÓN DE LOS ENSAYOS NO DESTRUCTIVOS: Los ensayos no destructivos se los puede por el alcance que poseen en cuanto a la detección de fallas, por lo que se dividirán los mismos de acuerdo a los siguientes parámetros:   Discontinuidades Superficiales: - Ensayo de líquidos penetrantes - Ensayo de partículas magnéticas Discontinuidades Internas: - Ensayo Radiográfico - Ensayo ultrasónico 4.1 DISCONTINUIDADES SUPERFICIALES: 4.1.1 ENSAYOS DE LÍQUIDOS PENETRANTES: El análisis no destructivo con Líquidos Penetrantes se emplea generalmente para evidenciar discontinuidades superficiales sobre casi todos los materiales no porosos (o con excesiva rugosidad o escamado) como metales, cerámicos, vidrios, plásticos, etc. característica que lo hace utilizable en innumerables campos de aplicación. El método de LP se introdujo en la industria en los años que precedieron a la Segunda Guerra Mundial, la causa principal fue la necesidad de poder disponer de un control válido alternativo al de Partículas Magnetizables el cual requiere, para su aplicación, materiales con características ferromagnéticas, especialmente en el campo aeronáutico. Su origen se remonta a fines del siglo pasado en los talleres ferroviarios de Harford (EEUU) en donde se aplicaba el procedimiento de “aceite y blanqueo” para la detección de fisuras de fatiga en componentes de vagones y locomotoras. 4.1.1.3 VENTAJAS Y DESVENTAJAS DE EL ENSAYO CON LÍQUIDOS PENETRANTES Ventajas Relativamente simple de aplicar y controlar. Aplicable a materiales metálicos y no metálicos. No requiere costosos equipos. Desventajas Sólo detecta discontinuidades abiertas a la superficie. No para materiales porosos. Difícil en superficies muy rugosas o porosas. Página | 3 ENSAYOS NO DESTRUCTIVOS – ELEMENTOS DE MAQUINAS IE – RECALDE GONZALO FEDERICO 4.1.1.3.1 CLASIFICACIÓN DE L.P. Norma IRAM-CNEA Y 500-1001 (1986) Penetrantes: Por color A: B: C: D: Por Solubilidad 1 Lavables con agua. Penetrante fluorescente. 2 Postemulsificables. 3 Removibles con solvente. 1 Lavables con agua. Penetrante coloreado. 2 Postemulsificables 3 Removibles con solvente 1 Lavables con agua. Penetrante de uso dual. 2 Postemulsificables. 3 Removibles con solvente Penetrante para usos especiales Removedores: se agrupan en tres clases: a) agua b) emulsionantes 1) de base oleosa 2) de base acuosa c) disolventes Reveladores: pueden ser: I) Polvos secos. II) Dispersiones y soluciones acuosas: a) dispersión de polvo en agua. b) solución de polvo en agua. III) Suspensión de polvo en disolventes volátiles no acuoso. a) no inflamable. b) inflamable. 4.1.1.4 PRINCIPIOS FÍSICOS DEL ENSAYO 4.1.1.4.1 TENSIÓN SUPERFICIAL: La tensión superficial es la forma de cohesión de las moléculas de la superficie del líquido en función de la cual, a igualdad de volumen, asume la forma correspondiente a la mínima superficie compatible con el vínculo externo. La forma de la gota simplifica este concepto. La tensión superficial está definida como una fuerza que actúa sobre toda “saliente” en una superficie acabada. (Fig. 2) Página | 4 ENSAYOS NO DESTRUCTIVOS – ELEMENTOS DE MAQUINAS IE – RECALDE GONZALO FEDERICO 4.1.1.4.2 MOJABILIDAD O PODER DE HUMECTACIÓN Por mojabilidad se entiende a la propiedad de un líquido de expandirse adhiriéndose a la superficie de un sólido. Esta depende de la interacción del líquido con la fase sólida y gaseosa en la que se encuentra. La mojabilidad está estrechamente ligada a la tensión superficial, y está determinada por el ángulo “q“ de contacto con la superficie. Ver Fig. 3 en donde se muestran tres condiciones intermedias con q < 90°; q = 90°, q > 90° Fig. 3 Angulo de contacto Un líquido penetrante de buena calidad debe necesariamente poseer un bajo ángulo de contacto a fin de asegurar una buena mojabilidad de la superficie de examen y una óptima penetración en las discontinuidades. Por ejemplo el agua, teniendo una alta tensión superficial, posee un ángulo de contacto grande que la hace escasamente penetrable. Si a esta se le agregan agentes humectantes, el ángulo es drásticamente reducido y aunque se obtiene una consiguiente reducción de la tensión superficial, ella podrá resultar en un buen penetrante. Página | 5 ENSAYOS NO DESTRUCTIVOS – ELEMENTOS DE MAQUINAS IE – RECALDE GONZALO FEDERICO 4.1.1.4.3 CAPILARIDAD: Se ha visto que la superficie de un líquido contenido en un recipiente presenta cierta curvatura en las fronteras del líquido y las paredes sólidas del recipiente. Sobre el resto de la superficie, conserva una forma plana. Pero si el tamaño total de la superficie es pequeño, toda la superficie del líquido “sentirá” la influencia de las paredes y este aparece curvo en toda su extensión. En este caso, cuando las dimensiones del recipiente en el que se encuentra el líquido o, en el caso más general, si la distancia entre las superficies limitantes del líquido es comparable al radio de curvatura de su superficie, a estos recipientes se los llamará “capilares”. El desnivel obtenido podrá ser positivo o negativo, según el ángulo de contacto y la mojabilidad del líquido. Fig. 4 Angulo de contacto. 4.1.1.2.4 VISCOSIDAD La viscosidad de un fluido, propiedad física debida a la interacción interna de las moléculas, es la fuerza tangencial o de corte debido a esa cohesión, que hay que vencer para separar dos capas adyacentes en el líquido. El coeficiente de viscosidad “h” es la fuerza por unidad de superficie para mantener una diferencia de velocidad de 1 cm/seg. Entre dos estratos paralelos y distantes 1 cm entre ellos. Se expresa en dina/ cm2 seg. La inversa del coeficiente de viscosidad es llamada “fluidez” y se representa con: j= 1/h De por sí la viscosidad no influye directamente sobre la valoración cuantitativa del penetrante, pero asume una particular importancia en la fase operativa del ensayo. El penetrante debe poseer la suficiente fluidez para entrar con facilidad y rapidez en los defectos tanto como para salir de ello cuando se lo requiera. Al mismo tiempo debe ser lo suficientemente viscoso como para no ser extraíble fácilmente de las discontinuidades en la etapa de remoción del exceso, ya sea por la acción directa el agua (penetrantes lavables con agua) o asociarse al emulsificador (postemulsificables). Página | 6 ENSAYOS NO DESTRUCTIVOS – ELEMENTOS DE MAQUINAS IE – RECALDE GONZALO FEDERICO Los penetrantes de alta viscosidad (tixotrópicos) son usados para aplicaciones en spray o electrostáticamente por cuanto tienen una lenta velocidad de drenaje. Son particularmente usados sobre superficies verticales. Aquellos con baja viscosidad son usados para aplicaciones por inmersión donde se requiere un rápido drenaje para disminuir el consumo de penetrante y la contaminación del emulsificador y/o el agua. 4.1.1.2.5 DENSIDAD: Siendo generalmente compuestos orgánicos oleosos, los Líquidos Penetrantes poseen generalmente un Peso específico (PE) muy bajo. La densidad y el PE del producto no inciden en forma directa sobre la sensibilidad y confiabilidad del ensayo. Especialmente en el caso en el cual la inspección se efectúa con la técnica de inmersión, son más adecuados los penetrantes con Pe<1 (comercialmente entre 0,85 a 0,95). Esta exigencia deriva principalmente del hecho que una eventual contaminación del Líquido Penetrante con agua, usada durante el control, no producirá consecuencia irreparable, por cuanto al ser el Pe de la misma mayor que la del líquido penetrante, se depositará en el fondo del contenedor, facilitando así la separación del agua. 4.1.1.2 DESCRIPCIÓN GENERAL DEL MÉTODO. Actualmente la técnica de LP, se puede resumir en los siguientes pasos: 1. Limpieza inicial y secado: (Fig. 1-a) Consiste en limpiar perfectamente la zona de interés a ser ensayada de tal forma de dejar, las posibles discontinuidades, libres de suciedad o materiales extraños y su posterior secado. 2. Aplicación del Líquido Penetrante y Tiempo de penetración: (fig. 1-b) Cubrir la superficie de interés con el LP y dejar transcurrir el tiempo necesario para permitir que el LP se introduzca por capilaridad en las discontinuidades. 3. Limpieza intermedia: (Fig. 1-c) Se removerá el exceso de LP de la superficie, evitando extraer aquel que se encuentra dentro de las fallas. Esta remoción, podrá hacerse, según la técnica empleada, mediante: a) lavado con agua, b) aplicando un emulsionante y posterior lavado con agua, c) mediante solventes. 4. Secado (según la técnica): Se secará la pieza del agente limpiador. Este paso puede ser obviado según la técnica utilizada. 5. Aplicación del revelador: (fig. 1-d) Sobre la superficie ya preparada se colocará el revelador en forma seca o finamente pulverizada en una suspensión acuosa o alcohólica, que una vez evaporada, deja una fina capa de polvo. Página | 7 ENSAYOS NO DESTRUCTIVOS – ELEMENTOS DE MAQUINAS IE – RECALDE GONZALO FEDERICO 6. Inspección y evaluación: Esta fina capa de revelador absorberá el LP retenido en las discontinuidades, llevándolo a la superficie para hacerlo visible, ya sea por contraste o por fluorescencia (según la técnica empleada) las indicaciones podrán registrarse y evaluarse. 7. Limpieza final: Aunque los agentes químicos utilizados no deberían ser corrosivos de los materiales ensayados, se eliminarán sus restos para prevenir posteriores ataques. 4.1.1.5 PROCESAMIENTO 4.1.1.5.1 PREPARACIÓN DE LA PIEZA DE TRABAJO, TRATAMIENTO, IDENTIFICACIÓN Y PROTECCIÓN DE LAS ÁREAS QUE NO SERÁN INSPECCIONADAS. Para su ensayo la pieza debe ser perfectamente identificada. Luego se procederá a su limpieza protegiendo antes las áreas que no serán ensayadas. Se recuerda se deberá ensayar la pieza por lo menos una pulgada hacia las adyacencias de la zona de interés. Se deberá tener especial cuidado de no cubrir con penetrante áreas sin importancia para lo que la aplicación con pincel es recomendable. Se deberá medir o estimar la temperatura de la pieza para efectuar el ensayo dentro de las temperaturas normalizadas. Una vez limpia la superficie asegurarse de su buen secado. 4.1.1.5.1 LIMPIEZA PRELIMINAR A LA INSPECCIÓN La preparación superficial, o mejor el acondicionamiento superficial, es una de las fases críticas del proceso de examen por cuanto si esta no es idónea, las discontinuidades pueden quedar obturadas con suciedad y el penetrante no poder penetrar. Varias técnicas aplicables: a) Solventes. b) Vapor desengrasante c) Soluciones de detergentes d) Soluciones que tienen una acción química (decapantes ácidos y alcalinos, etc.) e) Limpieza ultrasónica. f) Modos mecánicos (amolado, arenado, cepillado, etc.) g) Removedores de pinturas h) Quemado con aire Página | 8 ENSAYOS NO DESTRUCTIVOS – ELEMENTOS DE MAQUINAS IE – RECALDE GONZALO FEDERICO 4.1.1.5.2 CONDICIONES Y REQUERIMIENTOS PARA EFECTUAR EL SECADO. Luego de la limpieza preliminar la pieza deberá secarse perfectamente. Esto puede llevarse a cabo a través de la evaporación natural, recirculación de aire frío o caliente (secadores) manuales, lámparas, o estufas. La temperatura y tiempo mínimo de secado deberá determinarse experimentalmente según los productos y materiales en uso, temiendo en cuenta que la pieza deberá estar a una temperatura entre 16° a 52° C (ASME V T652). 4.1.1.5.3 APLICACIÓN DEL AGENTE PENETRANTE. La aplicación del penetrante puede realizarse por inmersión, con pincel o por spray. Si para este último caso se usan equipos de aire comprimido se deben colocar filtros en la entrada de aire para evitar contaminar al penetrante con aceites, partículas de polvo, agua, etc. o sedimentos que pueden estar presentes en el circuito. El tiempo de penetración es crítico y depende de la temperatura de ensayo, tipo de discontinuidad y materiales, por lo que el mínimo será el recomendado en las normas o el que determine el procedimiento calificado La temperatura es la anteriormente especificada (16° a 52 ° C). 4.1.1.5.4 TIEMPOS DE PENETRACIÓN: Tiempos aproximados de penetración para penetrantes coloreados TIPO DE DEFECTO TIEMPO DE PENETRACIÓN (min.) Fisuras de tratamiento térmico. 2 Fisuras de amolado. 10 Fisuras de fatiga 10 En plásticos 1-5 En cerámicos 1-5 En herramientas de corte 1-10 En forjados 20 En soldaduras 10-20 Solapado en frío de fundiciones en matriz 10-20 Porosidad en cerámicos 3-10 En fundiciones en matriz 3-10 En soldaduras 10-20 Solapados de forja 20 Costuras 10-20 Norma IRAM-CNEA Y 500-1001 (1986) Página | 9 ENSAYOS NO DESTRUCTIVOS – ELEMENTOS DE MAQUINAS IE – RECALDE GONZALO FEDERICO 4.1.1.5.5 REMOCIÓN DEL EXCESO DEL AGENTE PENETRANTE. Luego de que el tiempo de penetración ha transcurrido, se procederá a la remoción del excedente superficial cuidado de no remover aquel que está retenido en las discontinuidades. El resultado de esta etapa debe ser evaluado bajo luz blanca para penetrantes coloreados y bajo luz negra para fluorescentes. La remoción dependerá del tipo de penetrante utilizado. Remoción: Esta etapa es quizás la más importante para obtener reproducibilidad y el tiempo debería ser determinado experimentalmente (aproximadamente entre 10 seg. A 2 min.). Se recomienda realizar la remoción con una lluvia abundante de agua a presión de 2 Kg/cm2 (200 kPa) y a una temperatura de 10° a 40°C (50° a 100° C). Secado: cuando sea necesario y dependiendo de la técnica a aplicar, se deberá secar la pieza. El mejor secado se realiza en secadoras con recirculación de aire caliente controladas termostáticamente. La temperatura de la pieza no deberá exceder los 52° C y deberá permanecer en la secadora no más allá del tiempo necesario. 4.1.1.5.6 APLICACIÓN DEL REVELADOR. Depende del tipo de revelador usado. Deberá ser aplicado tan pronto como sea posible luego de la remoción del penetrante y el secado de la pieza. 4.1.1.5.7 OBSERVACIÓN DE LAS INDICACIONES (INSPECCIÓN). Deberá comenzar después de transcurrido el tiempo de revelado. Aquí es donde la experiencia tiene mayor importancia, ya que es la parte más impórtate del ensayo. 4.1.1.6 OTROS TIPOS DE PENETRANTES          Penetrantes tixotrópicos: alta viscosidad. Penetrantes fluorescentes base acuosa: para inspeccionar tanques O2. Penetrantes coloreados o Fluorescentes: sin S, halógenos, etc. Penetrantes coloreados fluorescentes: dispensables en H2 o para ensayos de fugas en grandes recipientes. Penetrantes Fluorescentes: sin aceites para gomas y plásticos. Penetrantes Fluorescente base aceite: para aceites de refrigeración. Penetrantes Para superficies calientes. Penetrantes coloreados: uso comestible. Penetrante micro encapsulado. Penetrantes tipo By- Lux Penetrant: no por capilaridad. Cambia de color neutro a rojo brillante con H2O o humedad. Página | 10 ENSAYOS NO DESTRUCTIVOS – ELEMENTOS DE MAQUINAS IE – RECALDE GONZALO FEDERICO 4.1.2 PARTÍCULAS MAGNETIZABLES La inspección por PM. es un método para localizar discontinuidades superficiales y subsuperficiales en materiales ferromagnéticos. En principio, el método involucra la magnetización del área a ser examinada, la aplicación de partículas ferromagnéticas a la superficie. Las partículas formarán indicaciones sobre la superficie donde fisuras y otras discontinuidades causen distorsión en el campo magnético normal. Estas indicaciones son usualmente características del tipo de discontinuidad que es detectado y pueden ser fisuras, solapes, costuras, cerramientos en frío, y laminaciones. Este método se basa en el hecho de que cuando una pieza es magnetizada, las discontinuidades que son aproximadamente perpendiculares a la dirección del campo magnético producirán un escape del campo de fuga de la superficie de la pieza. La presencia del campo de fuga y por ende la presencia de la discontinuidad se detecta aplicando partículas ferromagnéticas finamente divididas sobre la superficie de la pieza en ensayo, las que son atraídas y retenidas en los campos de fuga. Esta aglomeración de partículas “dibuja” la discontinuidad e indican su localización, tamaño, forma y extensión. Las partículas magnetizables pueden ser aplicadas sobre la superficie como partículas secas o como una suspensión en un líquido como agua o kerosén. Los materiales ferromagnéticos incluyen a la mayoría de las aleaciones de hierro, cobalto, níquel. 4.1.2.1 LIMITACIONES Y VENTAJAS DEL MÉTODO Los materiales no ferromagnéticos no pueden ser inspeccionados por este método. Tales materiales incluyen aleaciones de aluminio, magnesio, cobre, plomo titanio y aleaciones de aceros inoxidables austeníticos. Además de los métodos convencionales utilizados en la inspección por PM, hay otros (no convencionales) que emplean partículas magnetizables sobre la pieza magnetizada. Tres de estos métodos son: inspección con goma magnética, impresión magnética y pintado magnético. Ventajas: Este método es un medio sensible para localizar fisuras superficiales pequeñas y angostas en materiales ferromagnéticos. Se pueden producir indicaciones de fisuras con tamaños suficientes para ser vistas a ojo desnudo, pero si la apertura de las fisuras son demasiadas grandes puede no formarse la indicación. También se indican en muchos casos discontinuidades que no son abiertas a la superficie, aunque se debe reconocer algunas limitaciones y comprensión del problema. Si una discontinuidad es delgada, marcada y cercana a la superficie, tal como una larga inclusión no metálica, se puede producir una indicación clara. Si la discontinuidad está ubicada más profundamente la indicación aparecerá cada vez más difusa hasta no llegar a detectarse. En general la mayor sensibilidad es para discontinuidades superficiales y disminuye rápidamente con el incremento de la profundidad de las discontinuidades (sub- superficiales) por debajo de la superficie. Hay pocas o ninguna limitación en el tamaño o forma de las piezas a ser inspeccionadas. Normalmente no es necesario una complicada limpieza inicial ya que las fisuras rellenas de materiales extraños pueden ser detectadas. Página | 11 ENSAYOS NO DESTRUCTIVOS – ELEMENTOS DE MAQUINAS IE – RECALDE GONZALO FEDERICO Limitaciones Hay ciertas limitaciones que el operador debe considerar, por ejemplo el espesor de capas de pintura u otros recubrimientos no magnéticos como plateados que pueden afectar adversamente a la inspección. Otras limitaciones son:  El método sólo puede ser usado sobre materiales ferromagnéticos.  Los mejores resultados se obtienen cuando el campo intercepta perpendicularmente al plano principal de la discontinuidad, por lo que muchas veces hay que magnetizar secuencialmente en diferentes direcciones.  Frecuentemente es necesaria la desmagnetización de la pieza después del ensayo.  Algunas veces se requiere una limpieza final para eliminar las partículas.  Para piezas grandes se necesita una excesiva intensidad de corriente.  Se debe tener cuidado de no producir recalentamiento o quemados localizados en los puntos de contactos sobre pieza terminadas.  Aunque las indicaciones de partículas son vistas fácilmente, el operador debe tener conocimiento y experiencia para poder juzgar su significado. 4.1.2.3 INSPECCIÓN DE PIEZAS 4.1.2.3.1 CILÍNDRICAS HUECAS. 4.1.2.3.1.1 TUBERÍAS DE POZOS DE PETRÓLEO: Son piezas realizadas con aceros de alta tenacidad, con operaciones finales en caliente y tienen extremos especiales para su roscado. Las discontinuidades mayormente esperadas serán longitudinales en el cuerpo principal y transversal en los extremos. Por esta razón son inspeccionados en su totalidad con magnetización circular (discontinuidades longitudinales), y en sus extremos magnetizados longitudinalmente (discontinuidades transversales). Estas tuberías son normalmente de más de 6 m (20ft) de longitud. Se utiliza un conductor central aislado (Fig. 5a) para producir la magnetización circular en lugar de pasar corriente a través de la pieza (contactos en los extremos) con lo que podría no alcanzarse el campo requerido. El conductor central también facilita la inspección de la superficie interior en los extremos. Las partículas magnetizables son aplicadas sobre la superficie exterior y se usa la técnica de magnetismo residual. Los requerimientos de corriente para este ensayo son de 31 a 39 A/mm (800 a 1000 A/in) de diámetro del tubo. Para magnetizar los extremos en forma longitudinal se utiliza una bobina (Fig. 5b), con la técnica de magnetización residual. Así se inspecciona tanto la superficie exterior como la interior. Fig. 5: Inspección de tuberías. a) Magnetización circular con conductor central, b) Magnetización de los extremos con bobina. Página | 12 ENSAYOS NO DESTRUCTIVOS – ELEMENTOS DE MAQUINAS IE – RECALDE GONZALO FEDERICO 4.1.2.3.1.2 SOLDADURAS EN TUBERÍAS DE ACERO AL CARBONO: Un modo confiable de inspección para detectar discontinuidades tanto en la primera pasada de raíz de la soldadura como en la soldadura final, es el uso de la técnica por puntas. Para tuberías con diámetros mayores, se pueden utilizar otras técnicas que consuman menos tiempo. Las figuras 6 a y b muestran respectivamente los tipos de discontinuidades que pueden encontrarse en la raíz como en la soldadura final. Fig. 6: Discontinuidades en soldaduras. a) En la pasada de raíz; b) En la soldadura final La ubicación de las puntas es muy importante para la confiabilidad de la inspección. La magnetización circular, utilizada para detectar discontinuidades longitudinales, se lleva a cabo colocando las puntas en intervalos a 90° (cuatro posicionamientos) alrededor del tubo como se muestra en la Fig. 5 c. Fig. 6c Página | 13 ENSAYOS NO DESTRUCTIVOS – ELEMENTOS DE MAQUINAS IE – RECALDE GONZALO FEDERICO 4.1.2.3.2 CILINDROS HUECOS CERRADOS EN UN EXTREMO: Carcazas laminadas o cilindros para fluidos forjados cerrados en un extremo, se pueden magnetizar circunferencialmente para detectar discontinuidades longitudinales usando la técnica entre cabezales. Esta técnica, cuando se realiza entre los extremos de la pieza, no es sensible para discontinuidades en la superficie interior. Como se muestra en la Fig. 7, se puede usar un conductor central (rígido) de tal forma que la parte ciega del cilindro sirva para cerrar el circuito de corriente. Además, a través de la parte abierta es posible la aplicación de partículas húmedas en la superficie interior para ser inspeccionada directamente. Para cilindros de paredes finas, las discontinuidades en la superficie interior producen indicaciones de tipo subsuperficial en la cara externa por lo que este método de magnetización es ventajoso cuando el diámetro interior es demasiado pequeño para permitir la visualización interna directa. Fig. 7 4.1.2.3.3 INSPECCIÓN DE FUNDICIONES Y FORJADOS. Las fundiciones y forjados pueden ser difíciles de inspeccionar debido a sus tamaños y formas. Las superficies externas usualmente pueden ser inspeccionadas con puntas aunque en piezas grandes esto puede consumir grandes tiempos de ensayo, y la inspección interior no ser la adecuada. Equipos que suministren altos amperajes junto a cables flexibles usados con agarraderas de sujeción (como cabezales de contactos), conductores centrales, y cables arrollados a la pieza pueden reducir efectivamente los tiempos de ensayo debido a que se pueden inspeccionar grandes áreas en cada ciclo del proceso. 4.1.2.3.4 DISCO O ENGRANAJE SOBRE EL EJE. Un disco o engranaje montado sobre un gran eje continuo puede ser inspeccionado arrollando un cable sobre el eje de tal manera de formar dos arrollamiento “opuestos” a cada lado del disco o engranaje como se muestra en la Fig. 8. Los dos arrollamientos opuestos producirán un campo magnético radial en cada cara del disco. Este tipo de campo revelará discontinuidades circunferenciales sobre las caras del disco y transversales sobre el eje. También el eje puede ser usado como conductor central para localizar discontinuidades radiales en el disco y longitudinales en el eje. En piezas donde el eje se extienda sólo hacia un lado del Página | 14 ENSAYOS NO DESTRUCTIVOS – ELEMENTOS DE MAQUINAS IE – RECALDE GONZALO FEDERICO disco, se puede acoplar un suplemento para simular el eje. El suplemento debería tener aproximadamente el mismo diámetro que el eje. Fig. 8. 4.1.2.4 OTROS MÉTODOS DE INSPECCIÓN 4.1.2.4.1 INSPECCIÓN CON GOMAS MAGNÉTICAS: Este método utiliza partículas magnetizables muy finas, dispensas en gomas especialmente formuladas para curar a temperatura ambiente. Esto se aplica sobre la superficie a inspeccionar y luego es magnetizada. Las partículas son atraídas por los campos de fuga de las discontinuidades. Luego que la goma cura (alrededor de 1 hora), la réplica sólida se retira de la pieza y se examina ya sea visualmente o con un microscopio de bajo aumento en busca de acumulación de partículas, correspondiente a indicaciones de discontinuidades superficiales o subsuperficiales. 4.1.2.4.2 IMPRESIÓN MAGNÉTICA: Este método emplea una bobina de magnetización (impresora), partículas magnetizables y un recubrimiento plástico de la superficie de la pieza. El proceso puede ser usado sobre materiales de piezas con muy baja retentividad magnética. La bobina o impresora magnética consiste en un arrollamiento plano de un material conductor y es conectado a una fuente capaz de entregar alto amperaje y bajo voltaje. Cuando la bobina se conecta, produce un campo magnético pulsante distribuido a lo largo de su eje que produce un efecto vibratorio sobre la pieza y las partículas. Este efecto de vibración hace que las partículas “manchen” o imprimar el recubrimiento plástico donde las partículas han sido atraídas por cambios en la permeabilidad magnética. 4.1.2.4.3 PINTURAS MAGNÉTICAS: Son lodos tipo pinturas con partículas incorporadas: Se aplican pincelando la superficie o zona de interés y luego se magnetiza. Las indicaciones negras aparecen por contraste sobre un fondo ligeramente gris. También pueden ser fluorescentes. Estas indicaciones son semipermanentes o sea pueden permanecer intactas durante largos períodos a menos que se la borre intencionalmente. Página | 15 ENSAYOS NO DESTRUCTIVOS – ELEMENTOS DE MAQUINAS IE – RECALDE GONZALO FEDERICO 4.2 DISCONTINUIDADES INTERNAS: 4.2.1 ENSAYO RADIOGRÁFICO: La radiografía de metales se puede realizar mediante rayos X o rayos gamma, rayos electromagnéticos de longitud de onda corta capaces de atravesar espesores de metal relativamente grandes. Los rayos gamma se pueden obtener ya sea de un material radioactivo natural (como el radio) o de un isótopo radioactivo (como el cobalto 60). La radiación gamma es más penetrante que los rayos X, pero su sensibilidad inferior limita su aplicación. No hay forma de que la fuente se pueda regular para examinar espesores variables o con contrastes, y generalmente requiere mucho más tiempo de exposición que el método de rayos X. Los rayos X se producen cuando la materia es bombardeada por un haz de electrones que se mueven rápidamente. Cuando los electrones se detienen de repente por la materia, parte de su energía cinética se convierte en energía de radiación o rayos X. Las condiciones esenciales para la generación de rayos X son: a) un filamento (cátodo) que proporciona la fuente de electrones que se dirigen hacia el objetivo. b) un objetivo (ánodo) localizado en la trayectoria de los electrones. c) una diferencia de voltaje entre el ánodo y el cátodo, con lo que se regulará la velocidad de los electrones que inciden sobre el objetivo, regulando la longitud de onda de rayos X producidos. d) un medio de regular la corriente del tubo para controlar el número de electrones que chocan contra el objetivo. Los requisitos a) y b) los proporciona generalmente el tubo de rayos X. Aunque la radiografía de metales se ha utilizado principalmente para revisar piezas fundidas y productos soldados, también puede usarse para medir el espesor de los materiales. La figura 9 muestra una forma sencilla de medir el espesor de un material por medio de radiación. Fig. 9: Medidor del espesor de un material por medio de radiación. Página | 16 ENSAYOS NO DESTRUCTIVOS – ELEMENTOS DE MAQUINAS IE – RECALDE GONZALO FEDERICO 4.2.1.1 TIPOS DE MAQUINARIA PARA LA GENERACIÓN DE RAYOS X: Rayos X (Tubo de descarga): Técnica similar a la radiografía médica, donde se emplea un tubo de descarga o tubo de Crookes/Coolidge para generar Rayos X que son dirigidos hacia la pieza metálica que se desea analizar. Los Rayos X al atravesar el metal son absorbidos en mayor grado por las secciones más gruesas y en menor grado por las secciones finas. En general, estos equipos son relativamente voluminosos, costosos y poco portátiles, pero tienen la ventaja de tener alta potencia, buena resolución y alta capacidad de control, aunque hoy en día se están fabricando equipos para uso en campo que son más portátiles. Rayos X (Isótopos): En esta técnica se emplean los Rayos X emitidos en forma continua por un elemento químico, bien sea por su naturaleza radiactiva, p. ej. Radio, o preparado artificialmente, p. ej. Isótopo de Cobalto, de Iridio, etc. Al igual que en el caso anterior los Rayos X atraviesan la muestra metálica e impresionan una película fotográfica, produciendo un sombreado en la película (gammagrafía) que dependerá de la densidad del material. Los equipos son portátiles y relativamente económicos, pero van degradándose continuamente y tienen poca capacidad de control, por lo que deben ser manejados por personal bien entrenado. 4.2.1 ENSAYO ULTRASÓNICO: El método consiste en utilizar ondas de sonido fuera del intervalo auditivo, con una frecuencia de 1 a 5 millones de Hz (ciclos por segundo)- de aquí el término ultrasónico. El método ultrasónico es una prueba no destructiva, confiable y rápida que emplea ondas sonoras de alta frecuencia producidas electrónicamente que penetrarán metales, líquidos y muchos otros materiales a velocidades de varios miles de metros por segundo. Las ondas ultrasónicas para ensayos no destructivos generalmente las producen materiales piezoeléctricos, los cuales sufren un cambio en su dimensión física cuando se someten a un campo eléctrico. 4.2.1.1 GENERACIÓN DE ULTRASONIDO 4.2.1.1.1 PROCEDIMIENTOS MECÁNICOS. Existe un gran número de métodos para generar ultrasonidos; en principio sirven ya los mismos procedimientos que se emplean para generar sonidos audibles. Si los dispositivos capaces de oscilar se construyen con una frecuencia propia correspondientemente alta. Sin embargo, estos procedimientos mecánicos, y algunos otros principios, no se utilizan en el ensayo no destructivo de materiales, recurriéndose por el contrario a otros efectos físicos, a saber: el efecto magnetoestrictivo, y sobre todo el efecto piezoeléctrico. 4.2.1.1.2 EFECTO MAGNETOESTRICTIVO Los materiales ferromagnéticos (muy especialmente el níquel, además del acero), tienen la propiedad de contraerse o expandirse por efecto de un campo magnético. Inversamente, en una barra de acero ferromagnético se produce un campo magnético si es expuesta a un esfuerzo de tracción o compresión. Página | 17 ENSAYOS NO DESTRUCTIVOS – ELEMENTOS DE MAQUINAS IE – RECALDE GONZALO FEDERICO 4.2.1.1.4 EFECTO PIEZOELÉCTRICO El efecto piezoeléctrico reviste una importancia mucho mayor, siendo aprovechado casi universalmente para el ensayo no destructivo de materiales. Ciertos cristales naturales o sintetizados tienen la propiedad de que en presencia de un esfuerzo de tracción o compresión se originan cargas eléctricas en su superficie. La carga cambia de signo si se invierte la dirección del esfuerzo. Así es que en las superficies de un cristal expuesto alternativamente a un esfuerzo de tracción y un esfuerzo de compresión existe un potencial alternativamente positivo y negativo (tensión alterna). El efecto piezoeléctrico es reversible, es decir, cuando se aplica una carga eléctrica a la superficie del cristal, esta se contrae o se expande según el signo de la carga eléctrica. 4.2.1.2 PROCEDIMIENTO DE ENSAYO ULTRASONICO. Como se sabe, una onda ultrasónica incidente, en parte se refracta y en parte se refleja si existe una variación de la resistencia a la onda sonora, como en el caso en que exista un defecto dentro del material. De ello se derivan dos procedimientos de ensayo, basados respectivamente, en la evolución de la parte transmitida de la onda o de la parte reflejada de la misma. 4.2.1.2.1 PROCEDIMIENTO DE TRANSMISIÓN En este procedimiento se evalúa la parte del ultrasonido que ha sido transmitido a través de la pieza que se ensaya. A un lado de la pieza se aplica un emisor de sonido y al otro lado, un receptor. En presencia de un defecto, la intensidad sonora en el receptor disminuye a causa de la reflexión parcial o se hace nula en caso de reflexión total (Fig. 10). Lo mismo da que se emplee sonido continuo o impulsos de sonido para el ensayo, pues el emisor y el receptor eléctricamente están separados entre sí. En este ensayo no se puede determinar la profundidad a la que está localizado el defecto de la pieza. Cuando existen daños en el material, deformaciones o variaciones en las forma de este se producen impedancias de onda diferentes a la normal que producen reflexión de la onda ultrasónica. Página | 18 ENSAYOS NO DESTRUCTIVOS – ELEMENTOS DE MAQUINAS IE – RECALDE GONZALO FEDERICO Fig. 10: Método por transmisión (esquema) Página | 19 ENSAYOS NO DESTRUCTIVOS – ELEMENTOS DE MAQUINAS IE – RECALDE GONZALO FEDERICO 4.2.1.2.2 PROCEDIMIENTO DE PULSO-ECO. Este procedimiento que se designa también como procedimiento de pulsos o impulsos reflejados, utiliza la porción reflejada del sonido para la evaluación de defectos. El oscilador piezoeléctrico funciona a la vez como emisor y como receptor. Como la energía recibida es mucho más débil que la emitida, aquí no puede operarse sobre la base sonido continuo, empleándose exclusivamente impulsos de sonido. Un impulso eléctrico de cortísima duración genera una análoga onda ultrasónica; inmediatamente después, mientras aún se está propagando la onda, el mismo oscilador está listo para la recepción. La onda sonora penetra en el material, hasta que, como resultado de una superficie límite, tiene lugar una reflexión parcial o total. Si la superficie reflectante se encuentra perpendicularmente a la dirección de propagación de la onda sonora, ésta es reflejada en su primitiva dirección y al cabo de un tiempo determinado, que depende de la velocidad del sonido en el material objeto de ensayo y de la distancia que existe entre el oscilador y la superficie reflectante, llega de vuelta al oscilador, siendo reconvertida en un impulso eléctrico. No toda la energía que regresa es reconvertida en energía eléctrica, sino que en la interfaz entre el palpador y la superficie de la pieza tiene lugar de nuevo una reflexión parcial; una parte menor del sonido atraviesa por segunda vez a la pieza, y así sucesivamente. De este modo se origina una sucesión de ecos (Fig. 11). Fig. 11: Formación de ecos múltiples (esquema) Puesto que se puede medir el tiempo de recorrido y se conoce la velocidad del sonido de la mayor parte de los materiales, este método permite establecer la distancia existente entre el oscilador y la superficie refractante, o dicho de otro modo, determinar la posición del reflector. Página | 20 ENSAYOS NO DESTRUCTIVOS – ELEMENTOS DE MAQUINAS IE – RECALDE GONZALO FEDERICO 4.1.2.3 SISTEMAS DE REPRESENTACION 4.1.2.3.1 TIPO A 4.1.2.3.1 TIPO B 4.1.2.3.1 TIPO C Página | 21 ENSAYOS NO DESTRUCTIVOS – ELEMENTOS DE MAQUINAS IE – RECALDE GONZALO FEDERICO 5-CONCLUSIÓN: Es importante resaltar que este tipo de ensayo son muy usados debido a dos parámetros: son baratos ya que no se destruye la pieza cuando se realiza el ensayo y dan datos muy fehacientes del estado de la pieza de manera rápida. Toda la clase de ensayos que se mostraron son utilizados en todo los ámbitos de la industria, no importa de qué tipo sea esta. Por ejemplo en grandes generadores como es la planta Piedra Buena, esto ensayos son realizados una vez al año en la parada de planta a casi todas las partes del generador y turbinas. Lo más importante de estos ensayos es la experiencia del que los realiza, ya que al momento de la interpretación de los datos obtenidos, una mala interpretación de los indicadores puede llevar a tomar malas decisiones sobre la pieza. Esto resulta en gastos para el propietario, ya sea por una decisión de cambiar la pieza cuando no es necesario ó cuando no se la desecha y produce un desastre en el momento de funcionamiento, quizás hasta rompiendo otras piezas de la maquinaria. 6-BIBLIOGRAFIA: 1. Faculta de de ingeniería – Universidad nacional del Comahue: http://fain.uncoma.edu.ar/materias/ensayos_no_destructivos/ 2. ASM Metals Handbook Volume 17 - Nondestructive Evaluation and Quality Control 3. Goggle Books: a. Partículas magnéticas: ensayos no destructivos. Nivel II Escrito por Asociación Española de Ensayos no Destructivos. b. Metalurgia general, Volumen 2 Escrito por F.R. Morral. c. Ensayos no destructivos, líquidos penetrantes: nivel II Escrito por AEND (Asociación Española de ensayos no destructivos) Página | 22