Corrientes de Foucault

ESCUELA DE INGENIERIA DE MATERIALES
ESCUELA DE INGENIERIA DE MATERIALES
NOVIEMBRE DEL 2010
SANTIAGO DE CALI
Introducción
Inspección por corrientes de Foucault se basa en los principios de la inducción electromagnética y
se utiliza para identificar o diferenciar entre una amplia variedad de condiciones físicas,
estructurales y metalúrgicas de piezas en metal conductoras de la electricidad, metales
ferromagnéticos y no ferromagnéticos. La inspección de corrientes de Eddy
en curso se puede utilizar para:
· Medir o determinar las condiciones y propiedades eléctricas, conductividad, la permeabilidad
magnética, tamaño de grano, la condición de tratamiento térmico, dureza, y dimensiones físicas
· Detección de costuras, traslape, grietas, huecos, y las inclusiones
· Metales disímiles y detectar diferencias en su composición, microestructura y las propiedades de
otros
· Medir el espesor de un recubrimiento no conductor en un metal conductor, o el grosor de un
recubrimiento de metales no magnéticos en un metal magnético
Debido a las corrientes de Foucault se crean mediante la inducción electromagnética, el método
de inspección no requiere contacto eléctrico directo con la parte que se está inspeccionando. El
método actual se adapta a la inspección de alta velocidad y, porque no es destructivo, se puede
utilizar para inspeccionar toda una salida de producción. El método se basa en la medición, y la
correlación entre las lecturas del instrumento y las características estructurales y de servicio de
las partes objeto de inspección, que deben ser cuidadosamente establecidos.
Áreas de aplicación principal
Las áreas de aplicación principales son las siguientes:
Inspección de tuberías en plantas de energía nuclear y combustibles fósiles, plantas químicas y
petroquímicas, en los submarinos nucleares, y en sistemas de aire acondicionado
Inspección de estructuras aeroespaciales y motores
Pruebas en producción de tubos, tuberías, cables, varillas y vigas
Ventajas y limitaciones de la inspección por Corrientes de Foucault
La inspección por corrientes de Foucault es extremadamente versátil, que es a la vez una ventaja
y una desventaja. La ventaja es que el método se puede aplicar a muchos problemas siempre que
los requisitos físicos de los materiales sean compatibles con el método de inspección. En muchas
aplicaciones, sin embargo, la sensibilidad del método a las muchas propiedades y características
propias dentro de un material puede ser una desventaja, algunas de las variables en un material
que no son importantes en términos de materiales o de servicio de este puede provocar señales
de instrumento que enmáscaran variables críticas o interpretar erróneamente variables críticas.
Corrientes de Foucault Vs. Métodos de Inspección magnética. En la inspección, las
corrientes de Foucault crean su propio campo electromagnético, que puede ser detectado a
través de los efectos del campo en la bobina de excitación primaria o por medio de un sensor
independiente. En los materiales no ferromagnéticos, el campo electromagnético secundario se
deriva exclusivamente de las corrientes de Foucault. Sin embargo, con materiales
ferromagnéticos, otros efectos magnéticos que se presentan son por lo general de magnitud
suficiente como para eclipsar los efectos causados por el campo de corrientes de Foucault
inducidas. Aunque no deseados, estos resultados adicionales de los efectos magnéticos de la
permeabilidad magnética del material objeto de la inspección normalmente pueden ser eliminados
por magnetización del material por saturación en un campo magnético estático(corriente
continua). Cuando el efecto de la permeabilidad no se elimina, el método de inspección es más
correctamente clasificado como electromagnético o magnetoinductivo.
Principios de funcionamiento
El método de inspección de corrientes de Foucault y la técnica de calentamiento por inducción
que se utiliza para la calefacción de metal, templado por inducción y revenido tienen varias
similitudes. Por ejemplo, ambos dependen de los principios de la inducción electromagnética
induciendo corrientes de Foucault en una muestra Y colocando dentro o adyacente a esta una o
varias bobinas de inducción.El calentamiento es una consecuencia de pérdidas de potencia=I2R
causadas por el flujo de las corrientes de Foucault en la pieza. Cambios en el acoplamiento entre
las bobinas de inducción y la pieza se inspecciona y cambios en las características eléctricas de
la muestra causa variaciones de la carga y ajuste del generador.
El sistema de calentamiento por inducción se opera a niveles de alta potencia para producir la
velocidad de calentamiento deseado. Por el contrario, el sistema utilizado en la inspección de la
corriente de Foucault suele funcionar a niveles de potencia muy baja para reducir al mínimo las
pérdidas de calefacción y los cambios de
temperatura. Además, en el sistema de
corrientes de Foucault, los cambios de
carga eléctrica causada por las
variaciones en la muestra objeto de la
inspección, tales como las causadas por
la presencia de grietas o cambios de las
dimensiones, son supervisados por los
circuitos electrónicos. Tanto en la
inspección por corrientes parásitas y
calentamiento por inducción, la selección
de frecuencia de funcionamiento se rige
en gran medida por el efecto de
piel. Este efecto hace que las corrientes
de Foucault se concentren hacia las
superficies adyacentes a las bobinas
llevando las corrientes que ellas
inducen. El efecto piel se vuelve más
pronunciado con el aumento de la
frecuencia.
Las bobinas utilizadas en la inspección
de la corriente de Foucault difieren de
los utilizados en la inducción por
calefacción en las diferencias del nivel
de potencia y la resolución de requisitos
de inspección de la bobina para facilitar
el seguimiento del campo
electromagnético en las proximidades del objeto inspeccionado.
Funciones de un Sistema Básico. La parte que se va a inspeccionarse se coloca dentro o
cerca de una bobina eléctrica en la que
una fuente de corriente está
fluyendo. Como se muestra en la
figura. 1, esta corriente alterna,
llamada la corriente de excitación,
causa que las corrientes de Foucault
fluyan en la muestra como resultado de
la inducción electromagnética. Estas
corrientes fluyen en circuitos cerrados
en la muestra, y su magnitud y el
momento (o fase) dependen de:
· El campo original o primario
establecido por las corrientes de
excitación
· Las propiedades eléctricas de la
muestra
· Los campos electromagnéticos
establecidos por las corrientes que
fluyen dentro de la muestra
Fig. 1 Dos tipos comunes de bobinas de
inspección y los patrones de flujo de corrientes
parásitas generadas por excitación de corriente en
las bobinas. La bobina tipo solenoide se aplica a
piezas cilíndricas o tubulares; la bobina tipo
panqueque, a una Superficie plana.
Fig. 2 Efecto de una grieta en el patrón de flujo de corrientes
de Foucault en una tubería
El campo electromagnético en la región y en la
parte que rodea la muestra depende de la
corriente de excitación de la bobina y las
corrientes de Foucault que fluye en la zona. El
flujo de las corrientes de Foucault en la
muestra depende de:
· La presencia o ausencia de defectos o
discontinuidades en la muestra
· El campo electromagnético total, muestra
El cambio en el flujo de las corrientes inducidas
por la presencia de una grieta en una tubería
se muestra en la figura. 2. El tubo viaja a lo
largo de la longitud de la bobina de control
como se muestra en la figura. 2. En la sección
A-A en la figura.2, ninguna grieta está presente
y el flujo de corrientes de Foucault es
simétrica. En la sección B-B en la figura. 2,
cuando una grieta está presente, el flujo de
corrientes de Foucault es impedido y cambió de dirección, provocando cambios significativos en
el campo electromagnético asociado. De la figura. 2 se ve que el campo que rodea una muestra
depende en parte de las propiedades y características de la pieza. Por último, la condición de la
muestra se puede controlar con las características eléctricas de la bobina excitada mediante la
observación del efecto del campo resultante, como impedancia eléctrica, voltaje inducido o
corrientes inducidas.
Por otra parte, el efecto del campo electromagnético se puede controlar mediante la observación
de la tensión inducida en una o varias bobinas colocadas en el campo cerca de la muestra que es
monitoreada.
Los efectos más utilizados para monitorear la muestra inspeccionada son la impedancia eléctrica
de la bobina o la tensión inducida de ya sean las de la bobina de excitación o de otra bobina o
bobinas adyacentes.
Los sistemas de corrientes parásitas varían en complejidad dependiendo de los requerimientos de
inspección. Sin embargo, la mayoría de sistemas proporcionan las siguientes funciones:
· La excitación de la bobina de inspección
· La modulación de la señal de salida de la bobina de inspección en la muestra
· Tratamiento de la señal de la bobina de inspección antes de la amplificación
· Ampliación de señales de la bobina de inspección
· Detección y demodulación de la señal de la bobina de inspección, por lo general acompañado
por un análisis de discriminación de señales
· Visualización de señales a través de un medidor, un osciloscopio, un oscilógrafo, o
un registrador de banda, o la grabación de los datos de señal en cinta magnética o de otros
medios de grabación
· Manipulación de la muestra objeto de inspección y bobina de inspección o la manipulación de la
bobina adyacente a la muestra objeto de la inspección
ELEMENTOS DE UN TIPICO
SISTEMA DE INSPECCION.
se muestra esquemáticamente en la
Fig. 3. Los elementos particulares de la
figura. 3 son para un sistema
desarrollado para inspeccionar barras o
tubos.
EL GENERADOR SUMINISTRA CORRIENTE DE
EXCITACIÓN A LA BOBINA DE CONTROL Y UNA
SEÑAL DE SINCRONIZACIÓN A LA PALANCA DE
CAMBIOS DE FASE, QUE PROPORCIONA UNA
CONMUTACIÓN DE
SEÑALES PARA EL DETECTOR.
LA CARGA DE LA MUESTRA POR LA BOBINA DE
INSPECCIÓN MODULA EL CAMPO
ELECTROMAGNÉTICO DE LA BOBINA. ESTO
PROVOCA CAMBIOS EN LA AMPLITUD Y LA FASE
DE LA SALIDA DE VOLTAJE DE LA BOBINA DE CONTROL.
LA SALIDA DE LA BOBINA DE CONTROL SE CONECTA AL AMPLIFICADOR Y ES DETECTADA O DEMODULA POR EL
DETECTOR.
LA SEÑAL DE SALIDA DEMODULADA, DESPUÉS DE FILTRADA Y ANÁLIZADA, SE MUESTRA A CONTINUACIÓN EN UN
OSCILOSCOPIO O UN REGISTRADOR GRÁFICO.
LAS SEÑALES QUE APARECEN, DESPUÉS DE HABER SIDO DETECTADA O DEMODULADA, VARÍAN A UN RITMO MUCHO
MÁS LENTO, DEPENDIENDO DE:
· LA VELOCIDAD A LA QUE LA MUESTRA SE ALIMENTA A TRAVÉS DE LA BOBINA DE INSPECCIÓN
· LA VELOCIDAD CON LA QUE BOBINA DE INSPECCIÓN ES PASADA PARA INSPECCIONAR LA
MUESTRA.
VARIABLES DE FUNCIONAMIENTO
Las principales variables de operación encontradas en la inspección de corrientes de Foucault
son impedancia de la bobina, conductividad eléctrica, permeabilidad magnética, el despegue y los
factores de llenado, efecto de borde, y el efecto piel.
Impedancia de la Bobina
Consta de:
· La resistencia de CA del cable, R (afectada por la componente continua de la señal)
· Una cantidad conocida como reactancia inductiva, XL (afectada por la componente alterna
de la señal)
La reactancia inductiva, XL, se denomina a la oposición ofrecida al paso de la corriente alterna
por inductores (bobinas) y se mide en Ohms.
La Total resistencia al flujo de la corriente alterna en una bobina se llama impedancia, Z, y
comprende tanto la resistencia de corriente alterna, I, y la reactancia inductiva, XL. La impedancia
se puede expresar como Z =
, donde :
L = 2πfL0
f es la frecuencia de la prueba (en Hertz)
L0 es la inductancia de la bobina (en henrios)
La impedancia es por lo general es representada en un diagrama de impedancia - plano. En el
diagrama, la resistencia se traza a lo largo de un eje y la reactancia inductiva a lo largo del otro
eje. Debido a que cada condición específica en la muestra inspeccionada puede resultar en una
específica impedancia de la bobina, cada estado puede corresponder a un punto particular en el
diagrama de impedancia de plano. Por ejemplo, si una bobina se coloca de forma secuencial en
una serie de piezas gruesas de metal, cada uno con una resistencia diferente, cada parte podría
causar una diferente impedancia en la bobina y correspondería a un punto diferente de un lugar
en el plano de impedancia. La curva generada podría parecerse a la que se muestra en la
figura. 4, que se basa en la Norma Internacional de cobre recocido calificaciones de conductividad
(IACS). Otras curvas se generarían para las variables de otros materiales, como el espesor de
corte y tipos de desperfectos en su superficie.
Fig. 4 esquema tipo impedancia-plano derivados
mediante la colocación de una bobina de inspección
de forma secuencial en una serie de espesores en
piezas de metal, cada una con un sistema integrado
de diferente resistencia eléctrica o rata de
conductividad. La frecuencia de las inspecciones fue
de 100 kHz.
Conductividad Eléctrica
Todos los materiales tienen una resistencia característica para el flujo de electricidad. Aquellos
con la mayor resistencia se clasifican como aislantes, los que tienen una resistencia intermedia se
clasifican como semiconductores, y los que tienen una baja resistividad se clasifican como
conductores. Los conductores, que incluyen la mayoría de los metales, son de mayor interés en la
inspección de la corriente de Foucault.
La conductividad relativa de los metales comunes y sus aleaciones varía en un amplio rango. La
capacidad para conducir la corriente se puede medir en términos de conductividad o
resistividad. En la inspección de Foucault, el uso frecuente es hecho basado en el International
Annealed Copper Standard. En este sistema, la conductividad del cobre recocido, sin mezcla es
arbitraria nominal de 100%, y la conductividad de otros metales y aleaciones se expresan como
un porcentaje de esta norma. Por lo tanto, la conductividad del aluminio sin alear, está clasificado
61% IACS, o sea el 61% de cobre puro. Las clasificaciones de resistividad y conductividad de
varios metales comunes y sus aleaciones se presentan en la Tabla 1.
Muchos factores influyen en la conductividad de
un metal, en particular, la temperatura,
composición, tratamiento térmico y la
microestructura resultante, tamaño de grano,
dureza y tensiones residuales. Por el contrario,
las corrientes de Foucault se pueden utilizar para
controlar la composición y características
metalúrgicas diferentes, siempre que su
influencia en la conductividad sea suficiente para
proporcionar el contraste necesario.
PERMEABILIDAD MAGNÉTICA
metales ferromagnéticos y aleaciones, como el
hierro, el níquel, el cobalto, y algunas de sus
aleaciones, actuan para concentrar el flujo de un
campo magnético. Son fuertemente atraídos por
un imán o un electroimán, tienen sensibilidad
extremadamente alta y variable, y tiene
permeabilidades muy altas y variables.
la permeabilidad magnética no es
necesariamente constante para un determinado
material, pero depende de la intensidad del
campo magnético que actúa sobre ella. Por
ejemplo, considere una muestra de acero que ha
sido completamente desmagnetizado y luego se
coloca en una bobina. Como la corriente en la
bobina se incrementa, el campo magnético
asociado con la corriente aumentará. El flujo
magnético en el acero, sin embargo, aumenta
rápidamente al principio y luego se estabiliza de
manera que, además, un aumento grande en la
fuerza del campo magnético lograría sólo un
pequeño aumento en el flujo en el acero.
Debido a que las corrientes de Foucault son inducidas por un campo magnético variable, la
permeabilidad magnética del material objeto de inspección influye fuertemente en la respuesta a
las corrientes de Foucault. En consecuencia, las técnicas y las condiciones utilizadas para la
inspección de los materiales magnéticos difieren de los utilizados para la inspección de
materiales no magnéticos. Sin embargo, los mismos factores que pueden influir en la
conductividad eléctrica (tales como la composición, dureza, tensiones residuales, y defectos)
pueden también influir en la permeabilidad magnética. Por lo tanto, la inspección de Foucault
puede ser aplicada tanto a los materiales magnéticos y no magnéticos. Aunque los conductores
magnéticos también tienen una conductividad eléctrica que puede variar con los cambios en las
condiciones de los materiales, los cambios de permeabilidad en general tienen un efecto mayor
sobre la respuesta de las corrientes de Foucault en las frecuencias de análisis sensorial inferior a
las variaciones de conductividad.
El hecho de que la permeabilidad magnética es constante cuando un material ferromagnético está
saturado puede utilizarse para permitir la inspección de la corriente de Foucault de materiales
magnéticos con una influencia muy reducida de las variaciones de permeabilidad. La parte que
vaya a inspeccionarse se coloca en una bobina en corriente directa que fluye. La magnitud de la
corriente utilizada es suficiente para producir la saturación magnética de la pieza. La bobina de
inspección (cerco) encuentra dentro de la bobina de saturación y cerca de la muestra objeto de la
inspección. Esta técnica se utiliza generalmente en inspección de materiales magnéticos ya que
por discontinuidades y debido a pequeñas variaciones de la permeabilidad que no son de interés
pueden causar el rechazo de material aceptable.
FACTOR DE LIFT-OFF (DESPEGUE)
Fig. 9 diagrama de impedancia de plano que
muestra curvas de conductividad eléctrica y el
despegue(100 kHz.)
Cuando una bobina de inspección
sonda, conectada a un instrumento de
control adecuado, se activa en el aire,
se dan algunas indicaciones, incluso si
no hay un material conductor en las
cercanías de la bobina. La indicación
inicial comenzará a cambiar a medida
que la bobina se mueve más cerca de
un conductor. Debido a que el campo
de la bobina es más fuerte cerca de la
bobina, el cambio que se indica en el
instrumento seguirá aumentando a un
ritmo más rápido hasta que la bobina
está directamente sobre el
conductor. Estos cambios en la
indicación con cambios en el espacio
entre la bobina y el conductor, o
muestra, se llaman despegue. El efecto
del despegue es tan pronunciado que
pequeñas variaciones en el espaciamiento pueden enmascarar muchas indicaciones o
condiciones de mayor interés. En consecuencia, suele ser necesario mantener una relación
constante entre el tamaño y la forma de la bobina y el tamaño y forma de la pieza que se
inspecciona. El efecto despegue también es responsable de la extrema dificultad de realizar una
inspección que requiere análisis de una muestra que tiene una forma compleja. El cambio de
impedancia de la bobina con el despegue se puede derivar a partir del diagrama de la impedancia
- plano se muestra en la figura 9. Cuando la bobina está suspendida en el aire lejos del conductor,
la impedancia está en un punto en el extremo superior de la curva a la izquierda en la figura 9. A
medida que la bobina se acerca al conductor, los movimientos de impedancia se indicadan en la
dirección por las líneas discontinuas hasta que la bobina está en contacto con el
conductor. Cuando ocurre el contacto, la impedancia está en un punto que corresponde a la
impedancia de la muestra objeto de inspección, que en este caso representa su conductividad. El
hecho de que las curvas de despegue se acercarse a la curva de conductividad en un ángulo, se
pueden utilizar en algunos instrumentos para separar las señales de despegue de los resultantes
de variaciones en la conductividad o algún otro parámetro de interés.
Aunque es problema en muchas aplicaciones, el despegue puede ser útil también. Por ejemplo,
con el efecto despegue, Los actuales instrumentos Foucault son excelentes para medir el espesor
de los recubrimientos no conductores, tales como revestimientos de pintura y anodizado, en los
metales.
FACTOR DE RELLENO
En la bobina cerco, una condición comparable a la del despegue se conoce como factor de
relleno. Es una medida de qué tan bien se está inspeccionando la parte llena de la bobina. Al
igual que con el despegue, los cambios en el factor de relleno resultan en factores tales como las
variaciones en el diámetro exterior que deben ser controlados porque pequeños cambios pueden
dar indicaciones de gran tamaño. La curvas de despegue de la figura. 9 es muy similar a la de los
cambios en el factor de relleno. Para un determinado despegue o el factor de relleno, la curva de
conductividad se desplazará a una nueva posición, como indica en la figura 9. El factor de relleno
a veces puede ser utilizado como un método rápido para el control de las variaciones en las
mediciones del diámetro exterior de las barras y vigas.
Para una interna, o la bobina de tipo serpentín, las medidas de factor de relleno llena el interior de
la tubería que se está inspeccionando. Las variaciones en el diámetro interior de la pieza deben
ser controladas porque pequeños cambios en el diámetro puede dar indicaciones de gran
tamaño.
EFECTO BORDE
Cuando una bobina de inspección se acerca al final o al borde de una pieza objeto de inspección,
las corrientes de
Foucault son
distorsionados
debido a que no
fluyen más allá
del borde. La
distorsión de las
corrientes de
Foucault resulta
en una indicación
conocida como
efecto de borde.
Debido a que la
magnitud del
efecto es muy
grande, esto
limita la inspección cerca de los bordes. A diferencia del despegue, poco se puede hacer para
eliminar el efecto de borde. Una reducción en el tamaño de la bobina disminuirá el efecto en algo,
pero hay límites prácticos que determinan el tamaño de las bobinas para determinadas
aplicaciones. En general, no es aconsejable inspeccionar a menos de 3,2 mm (1/8 pulgada) del
borde de una pieza, en función de variables como el tamaño de la bobina y la frecuencia de
prueba.
EFECTO PIEL
Además de la relación geométrica que existe entre la bobina de inspección y la muestra objeto de
inspección, el grosor y la forma de la pieza va a afectar la respuesta de las corrientes de
Foucault. Las corrientes de Foucault no están distribuidas uniformemente a lo largo de una
muestra objeto de inspección, sino que son más densas en la superficie inmediatamente debajo
de la bobina y son cada vez menos densas, con aumento de la distancia por debajo de la
superficie - un fenómeno conocido como efecto piel. A cierta distancia por debajo de la superficie
de una pieza gruesa no habrá esencialmente corrientes que fluyen.
La figura 10 muestra cómo la corriente de Foucault varía en función de la profundidad bajo la
superficie. La profundidad a la que se reduce la densidad de la corriente de Foucault a un nivel de
alrededor del 37% de la densidad en la superficie se define como la profundidad del nivel de
penetración. Esta profundidad depende de la conductividad eléctrica y permeabilidad magnética
del material y de la frecuencia de la corriente magnetizante. La profundidad de penetración
disminuye con el aumento en la conductividad, la permeabilidad, o frecuencia de inspección. La
profundidad estándar de penetración se puede calcular a partir de:
Donde:
S es la profundidad de penetración estándar (en pulgadas)
ρ es la resistencia (en ohm-cm)
µ es la permeabilidad magnética (uno de los materiales no magnéticos)
f es la frecuencia de las inspecciones (en hertz)
La Resistividad, cabe señalar, es el inverso de la conductividad. La profundidad de penetración
estándar, en función de la frecuencia de las inspecciones, se muestra en algunos metales en
diferentes conductividades eléctricas de la figura. 11.
Fig. 10 La variación en la densidad de corriente de Foucault como una función de la profundidad
por debajo de la superficie de un conductor - variación conocida como el efecto piel
Fig. 11 Norma profundidades de penetración en función de las frecuencias utilizadas en la inspección de la corriente de Foucault para varios
metales de diferentes conductividades eléctricas
Las respuesta de las corrientes de Foucault obtenidas reflejan el espesor del material de la pieza.
Es necesario, por lo tanto, hay que asegurarse de que el material tiene un grosor constante o es
lo suficientemente gruesa para que las corrientes de Foucault no penetran por completo a través
de él. Hay que recordar que las corrientes de Foucault no cesan en la profundidad de penetración
estándar, pero siguen a cierta distancia más allá de ella. Normalmente, una muestra objeto de
inspección debe tener un espesor de al menos dos o tres profundidades estándar antes de que el
espesor deje de tener un efecto significativo sobre la respuesta de la corriente de Foucault. Al
calibrar correctamente un instrumento de Foucault, si es posible medir el espesor del material
debido a que la respuesta que varía con espesor. Cambiar el grosor del material en las siguientes
curvas en el plano de impedancia como los que se muestran en la figura. 12. Según lo indicado
por las curvas, las mediciones del espesor por el método de corrientes de Foucault es más
precisas en materiales delgados (Fig. 12b) que en materiales gruesos (Fig. 12a). Lo contrario
ocurre con las mediciones de espesores realizadas por ultrasonido, por lo que los dos métodos se
complementan entre sí.
Fig. 12 diagramas típicos impedancia-plano para
cambiar el espesor del material. (A) Diagrama
para el material grueso. (B) Diagrama de material
fino en una escala ampliada. Frecuencia
inspección 100 kHz.
Secuencia de prueba de
Corrientes de Foucault
El proceso de inducción se modeló previamente
usando un par de bobinas como circuitos
primario y secundario. El proceso de prueba de
corrientes de Foucault es resumido con un
espécimen de prueba como circuito secundario.
1. El instrumento de prueba generador de CA
aplica un voltaje alterno de una cierta frecuencia
a la bobina de prueba, causando que una fuente
de corriente fluya a través de la bobina (Figura
8.18).
2. La corriente en la bobina primaria se desarrolla un campo magnético alrededor de la bobina (Figura
8 -19)
.
El campo magnético principal inicia los siguientes procesos de inducción:
a. El flujo de la bobina induce un back voltage en la bobina, causando reactancia inductiva (Figura 820).
b. El flujo de la bobina induce una tensión en el material de ensayo, que hacen las corrientes de
Foucault circular
(Figura 8.21).
3. Las corrientes de Foucault generan un campo magnético secundario, que reacciona con el campo
principal que la bobina está generando (Figura 8-22).
Cualquier cambio en el flujo de las corrientes de Foucault produce cambios en el campo magnético
que las corrientes de Foucault hacen volver a la bobina de prueba. Cualquier cambio en este campo
magnético provocará cambios en la reactancia inductiva y la resistencia efectiva de la bobina, lo que
produce cambios en el flujo de corriente a través de la bobina.
4. Por último, los cambios en el flujo de corriente a través de la bobina producirá un cambio en la
indicación de la impedancia en la pantalla del instrumento.
Prueba de Desempeño
Criterios de prueba del desempeño no parecen estar formalmente definidos para las pruebas de
corrientes de Foucault como para las pruebas de ultrasonido y radiografía. Sin embargo, la misma
terminología de prueba de desempeño puede ser empleada útilmente de la siguiente manera:
- Sensibilidad: El tamaño mínimo de la discontinuidad que se pueden mostrar desde una profundidad
de material dado. la sensibilidad de la superficie es especialmente importante con el método de
corrientes de Foucault.
- Penetración: La profundidad máxima dada por una señal útil se puede mostrar para una aplicación
particular.
- Resolución: El grado de separación entre las señales pueden mostrarse.
El rendimiento de la prueba depende sobre todo de la conductividad del material, la permeabilidad,
Prueba de frecuencia, diseño de la bobina, y el despegue. La frecuencia de prueba y diseño de la
bobina son fácilmente seleccionables, y por lo tanto son los controles primarios sobre el desempeño
de la prueba. Directrices para la realización de unos resultados óptimos para una aplicación específica
se dan en la Sección 8.6. En los párrafos siguientes se resumen cómo probar las principales variables
que afectan el desempeño.
1. Conductividad. Cuanto mayor sea la conductividad del material de ensayo, mayor es la sensibilidad en las
discontinuidades de superficie, pero menor la penetración de las corrientes de Foucault en el material.
Inicialmente, esta reducida penetración puede parecer contradictoria, pero es en realidad bastante lógica.
Como el campo de la bobina de flujo se expande, el voltaje es inducido por primera vez en la superficie y luego
a profundidades cada vez mayores en el material de prueba. En materiales de alta conductividad, un
considerable flujo de corrientes parásitas y por lo tanto una fuerte corriente secundaria de flujo se desarrolla en
la superficie. Esto da lugar a una sustancial cancelación de flujo de corriente principal. Debido a que el flujo
principal ha sido en gran medida débil, existe menos corriente primaria para desarrollar las corrientes de
Foucault en mayor profundidad.
2. Permeabilidad. Esta variable sólo se aplica a los materiales ferromagnéticos. A medida que aumenta la
permeabilidad de materiales, las señales de ruido resultante de las variaciones de la permeabilidad muestra
mayores variaciones de la señal actual de las corrientes de Foucault. Este efecto se acentúa con mayor
profundidad. La Permeabilidad por tanto, limita la penetración efectiva de las corrientes de Foucault. El
problema puede ser eliminado por saturación del material magnético. Sin embargo, la oportunidad para saturar
está limitada por la geometría de la bobina /material de ensayo.
3. Frecuencia. Las pruebas por corriente de Foucault se realizan dentro de un rango de frecuencia de
aproximadamente 50 Hz a 10 MHz, aunque la mayoría de las aplicaciones muestran un buen desempeño en
los extremos de ese rango. Como la frecuencia de prueba se
aumenta, la sensibilidad a las discontinuidades de superficie aumenta, lo que permite cada vez más detectar
pequeñas discontinuidades en la superficie .Como la frecuencia se reduce, la penetración de las corrientes de
Foucault en el material aumenta. Además, si la frecuencia disminuye, la velocidad del movimiento de la bobina
debe ser disminuida con el fin de obtener una cobertura total. La frecuencia de prueba para la obtención de una
penetración adecuada en un determinado material puede ser estimada mediante la ecuación de profundidad de
piel o mediante una carta de la penetración trazada a partir de la ecuación de profundidad de la piel de
diferentes materiales conductores. Tabla 8-1 muestra las profundidades de piel obtenida en varias frecuencias
para una selección de materiales. Sin embargo, debido al número de variables que afectan el comportamiento
de la corriente de Foucault, esta frecuencia sólo se debe utilizar como punto de partida. La frecuencia óptima
se determina mejor por la experimentación.
4. Diseño de la bobina. La penetración y la sensibilidad se ven afectados por los requisitos en
conflicto para la geometría de la bobina. La sensibilidad a discontinuidades pequeñas de superficie
requiere que el campo de corrientes de Foucault sea lo suficientemente compacto para que sea
distorsionado por la discontinuidad.
Por el contrario, la penetración requiere que el campo de corrientes de Foucault se extienda a la
necesaria profundidad en el material de ensayo. Las reglas básicas son que la penetración de
corrientes de Foucault se limite a una profundidad equivalente al diámetro de la bobina, mientras que
la sensibilidad suficiente requiere que el diámetro de la bobina sea limitado al mínimo length de la
discontinuidad para ser detectado.
5. lift-off. Dado que la densidad de flujo disminuye exponencialmente con la distancia de la bobina de
prueba,la cantidad de lift-off, o la separación entre la muestra y la bobina de prueba, tiene un impacto
significativo sobre la sensibilidad. Cuanto más cerca el acoplamiento entre la bobina y el modelo de
prueba, más denso es el campo de la corriente de Foucault que se pueden desarrollar, y por tanto
más sensible el material de prueba a cualquier variable. Por el contrario, cerca del acoplamiento
aumenta la sensibilidad al lift-off noise, debido a causas como la oscilación de la sonda.
EQUIPO DE PRUEBA
Hardware Básicos de Foucault actualmente incluye instrumentos, bobinas y accesorios para bobinas,
Equipo de transporte de muestras, dispositivos de grabación, y normas de referencia.
Los instrumentos de prueba pueden ser de propósito general o diseñados para una aplicación
específica. Las bobinas se diseñan generalmente para una categoría particular de aplicación.
Los instrumentos por corrientes de Foucault
Una amplia variedad de instrumentos de Foucault actual se encuentra disponible para su uso, de lo
simple a lo complejo. Aunque estos instrumentos varían mucho en la flexibilidad de aplicaciones así
como el tamaño, la mayoría de ellos operan en principios similares. Además de una fuente de
alimentación, todos los instrumentos de Foucault requieren por lo menos tres circuitos elementales:
generador de corriente alterna, el circuito de la bobina, y el display. El nivel de flexibilidad de
diseño en cada uno de estos elementos en general, determina la forma como los instrumentos de
Foucault actuales difieren entre sí.
*Generadores de corriente alterna proporcionar la tensión que conduce la bobina. Pueden funcionar
con una sola frecuencia fija, ofrecen una selección de frecuencias conmutable, continuamente
variable, o incluso ofrece múltiples frecuencias simultáneamente. En algunos instrumentos, hay un
ajuste de la amplitud de la tensión aplicada a la bobina.
*Circuitos de bobina gama de diseños destinados a trabajar con sólo una bobina específica, una
gama limitada de bobinas especificas, o con casi cualquier configuración de la bobina disponibles.
*Displays puede variar desde un solo LED de lecturas y medidor para presentaciones de múltiples
frecuencias en las pantallas de varios colores.
Instrumentos Especializados
Instrumentos están diseñados para una aplicación específica y generalmente son capaces de realizar
dicha solicitud de manera más eficiente que los instrumentos de uso general. Ejemplos de
instrumentos especializados son los detectores de crack, medidores de espesor de revestimiento y
medidores de conductividad. medidores de la conductividad, por ejemplo, puede dar la lectura directa
de la conductividad en los valores de la IACS. Además, algunos instrumentos de detección de grietas
proporcionan lift-off para evitar la supresión de las señales de ruido causado por las variaciones en la
bobina de prueba por la separación de materiales. Cuando hay suficiente trabajo en una aplicación
dada para justificar la inversión de un instrumento de una sola función, es probable que sea la mejor
opción. Sin embargo, hay que tener cuidado con los instrumentos actuales de Foucault tipo
medidor. Debido a que no proporcionan la cantidad de información disponible del plano de
impedancia en pantalla, los instrumentos de tipo de medidor-puede inducir a error a los usuarios
menos cualificados. Dado que los instrumentos medidor puede mostrar sólo las desviaciones
ascendentes o descendente de la escala, deben ser operados de manera que sólo una variable del
material sea mostrada. Sin embargo, con los instrumentos de impedancia de pantalla plana, cada tipo
de condición material desvía la pantalla de puntos de una manera característica, lo que facilita la
separación de variables y la interpretación de las señales.
Instrumentos de display plano de Impedancia Standart
El generador AC de estos instrumentos dirige la bobina de prueba a una sola frecuencia, que suele
ser seleccionable de una amplia gama de frecuencias. Estos instrumentos de uso general pueden
llevar a cabo una extensa variedad de aplicaciones de corrientes de Foucault.
La capacidad de ver señales reales del plano de impedancia proporciona al usuario una gran
cantidad de información valiosa. Algunos de estos nuevos instrumentos ofrecen una mayor
portabilidad, como la unidad que se muestra en la Figura 8.23. Sin embargo, instrumentos de tipo
prueba-sistema (Figura 8-24) no ofrecen portabilidad, pero se puede operar 24 horas al día para
testear la producción continua de tubos, cilindros, varillas, alambre o molinos.
los instrumentos de Impedancia de pantalla plana muestran variaciónes de reactancia inductiva y
resistencia durante la prueba. Las funciones de control de estos instrumentos pueden incluir, pero no
se limitan a, lo siguiente:
* Frecuencia: Ajusta la frecuencia con la que el generador de CA maneja la bobina de prueba
*Ganancia (sensibilidad, dB): Ajusta la amplificación de la señal de salida del puente al display(Véase
el modo de operación)
* Puntos de posición Horizontal / vertical: Ajusta la posición del punto en la pantalla
*Rotación de fase: Gira la dirección del punto de deflexión
* Balance (Null, Zero): Ajusta la impedancia para que sean idénticas en ambos lados del puente
Erase (Borrar): Borra la pantalla
Puerta: sensibiliza alguna porción de la pantalla para activar una alarma
Filtros: señal preventiva en pantalla por encima y por debajo de un determinado rango de frecuencias
Sonda de impulsión: Ajusta la amplitud del voltaje aplicado a la bobina de prueba
Amplificación Horizontal y vertical de la pantalla: Permite que uno de los ejes de la pantalla que sea
ampliado en relación con los demás para mejorar la señal
Instrumentos Multifrecuencia
El desarrollo de instrumentos multifrecuencia fue uno de los avances más significativos en la
evolución del hardware de prueba de corrientes de Foucault actuales. Estos instrumentos
prácticamente eliminan lo que había sido una de las más graves limitaciones del método, el hecho de
que las señales causadas por diferentes variables de los materiales pueden combinarse en una señal
que llega a ser difícil de interpretar. Además, ofrecen un potencial para la mejora sustancial del
rendimiento.
Conduciendo la bobina de prueba en más de una frecuencia, los instrumentos multifrecuencia no sólo
pueden mostrar la actividad de la prueba en cada frecuencia por separado, sino que también puede
mostrar el resultado de una llamada "mezcla de salida" de las señales de diferentes frecuencias
sustraídas una de otra. Estas capacidades resultan en las siguientes cuatro ventajas:
1. Supresión de las variables no deseadas. La capacidad de restar las señales de las demás y
mostrar la diferencia de cómo salidas mixtas permiten la eliminación de señales no deseadas en la
pantalla. Esta característica es la razón por la cual los instrumentos multifrecuencia fueron
desarrollados originalmente: para suprimir las señales de soportes de acero durante la inspección de
tubos no ferromagnéticos, así como reducir el ruido
del lift-off debido a la oscilación de la sonda. Un
instrumento de dos frecuencias puede eliminar una
fuente de señal no deseada. Cada frecuencia
adicional permite la salida de mezcla de un tipo
adicional de la señal.
2. Optimización de las variables de prueba
Normalmente contradictorias. El uso de múltiples
frecuencias permite más de una variable de
rendimiento dependiente de la frecuencia que se
optimizará de forma simultánea. Por ejemplo, durante
la
inspección de tubos utilizando bobinas internas, una mayor frecuencia proporciona sensibilidad al
diámetro de discontinuidades internas de, mientras que una baja frecuencia proporciona la
penetración necesaria para detectar diámetro discontinuidades exteriores.
3. Señal de identificación por medio de reconocimiento de patrones. Una desviación de la señal
dada podría ser causada por una serie de condiciones detectables. Sin embargo, cada una presenta
una condición de patrón de comportamiento único cuando se ven en una amplia gama de frecuencias.
instrumentos multifrecuencia muestran este comportamiento, aumentando la probabilidad de
identificar la verdadera naturaleza de la señal.
4. Operación absoluto / diferencial Simultáneas. Algunos instrumentos multifrecuencia tienen la
ventaja de permitir que un solo conjunto de bobinas dual opere simultáneamente en modo absoluto y
diferencial (véase el modo de operación, más abajo), reduciendo a la mitad el tiempo de prueba
requerido cuando la inspección es necesaria llevarla a cabo utilizando dos estas técnicas.
Hay dos tipos de instrumentos multifrecuencia que están disponibles: multiplexado y multicanal.
Equipos de multiplexado funciona a una sola frecuencia en un instante dado, cambiando rápidamente
de entre las frecuencias disponibles. Por lo tanto, la prueba no se realiza simultáneamente en todas
las frecuencias, aunque la pantalla da la ilusión de que este es el caso. El equipo multicanal es el
equivalente a tener más de un instrumento de Foucault compartiendo una pantalla única. Los
primeros instrumentos multifrecuencia requieren que la señal de la mezcla se realiza manualmente
por el técnico. diseños recientes, como la unidad se muestra en la Figura 8-25, realiza la mezcla de
forma automática.
Bobinas de prueba
las técnicas de corrientes de Foucault se clasifican según el modo de funcionamiento y configuración
básica del conjunto de la bobina de prueba. Modo de funcionamiento determina como las interfaces
de instrumento con el modelo de prueba, de alguna forma compara la entrada de la bobina de la
muestra de ensayo a una bobina de referencia ( operación absoluta) o de alguna forma comparar la
entrada de la bobina de dos partes adyacentes de la muestra de prueba a otros (operación
diferencial). La configuración básica determina la forma en que las bobinas están físicamente
encajando en el objeto de prueba, es decir, si la bobina se acerca a una porción de la superficie de
prueba de una manera similar a la sonda (bobina de superficie), ya sea rodeando totalmente la
circunferencia exterior del objeto de prueba (bobina enrollada), o si se pasa por el interior del
producto tubular (bobina interna). El diseño de la bobina, así como la magnitud y la frecuencia de la
corriente aplicada, todos afectan el campo electromagnético desarrollado por la bobina.
Modo de funcionamiento
Con en la mayoría de los instrumentos de corriente de Foucault,
el conjunto de la bobina está conectado con el equipo a través de
un circuito puente, como se ilustra en la Figura 8.26. Los puentes
son capaces de detectar muy pequeñas variaciones de
impedancia. Al comienzo de la prueba, el operador del
instrumento equilibra el puente para proporcionar una señal de
referencia. Durante la prueba, la pantalla ofrece una lectura de
desequilibrio del puente causado por la interacción de la bobina
con el material de ensayo.
Configuracion de bobina absoluta (Figura 8.27) se coloca
una sola bobina en el material de prueba y emplea una segunda
bobina, llamado equilibrio de carga, distanciada del material
de prueba para el equilibrio del puente. La Bobina absoluta
detecta cualquier condición que afecta el flujo de la corriente de
Foucault. Aunque esto significa que son capaces de detectar
cualquier tipo de condición a la que el método de corrientes de
Foucault es sensible, también significa que son potencialmente
sensibles a las señales no deseadas tales como las variaciones
de temperatura del lift-off y el material.
Configuracion de bobina diferencial (Figura 8.28) utiliza un par emparejado de bobinas para
realizar una comparación. Ambas bobinas se acoplan al material de ensayo, con una parte del
material de ensayo siendo comparado para otra. Condiciones de sensibilidad para un par de
bobinas no son detectadas, mientras que las condiciones de sensibilidad para una única bobina se
detectan. Esto tiene la ventaja de suprimir las variaciones de temperatura y lift-off. La Supresión de
lift-off ayuda a discontinuidades pequeñas a ser distinguidas del ruido lift-off. La desventaja de
bobinas diferencial es que no ofrecen ninguna señal cuando una condición de defecto es a la vez
detectada por ambas bobinas. Así, las bobinas diferencial es sólo mostrará los extremos de las
discontinuidades de largo, no son sensibles a las variaciones de discontinuidad gradual y puede
pasar por alto una discontinuidad larga del todo si sus extremos son muy estrechos. Señales
diferenciales de la bobina también son difíciles de interpretar: la señal que aparecen representa la
diferencia entre las impedancias de dos bobinas, en lugar de la impedancia de una sola bobina de
interacción con el material de prueba.
Configuraciones de bobina de referencia externa (Figura 8-29) se combinan características de
ambos modos absoluta y diferencial, colocando una bobina en contacto con el material de prueba y la
otra bobina acoplada a un patrón de referencia. Esta técnica proporciona una indicación donde sea
que el material de ensayo difiere de la norma.
Configuraciones básicas
Bobinas de Superficie . Generalmente están diseñados para ser de mano y están encerrados en
cajas tipo sonda, para la digitalización de las superficies de materiales. Las bobinas de superficie
están disponibles en diferentes formas y tamaños para satisfacer diferentes necesidades de
aplicación. Hay mucha más variedad en el diseño de bobinas de superficie en comparación con las
bobinas enrolladas y las bobinas internas. Algunos de ellas son sorprendentemente pequeños, con el
hilo más fino que un cabello humano. Algunas bobinas de superficie pueden realizar una variedad de
aplicaciones, mientras que otros se han configurado para adaptarse a un tamaño específico y la forma
de la probeta. Por ejemplo, las sondas de superficie han sido equipados con guías para habilitar el
seguimiento de la bobina a lo largo del borde de las láminas de turbina.
La mayoría de bobinas de superficie son "bobinados" como un carrete de hilo (figura 8-30a) y se
diseña para que el eje de la bobina sea perpendicular a la superficie de la probeta. Estas bobinas son
sensibles a las grietas de superficie y las discontinuidades que se orientan perpendicularmente a la
superficie de prueba. Son generalmente insensibles a discontinuidades de subsuperficie
planares. Discontinuidades planares pueden ser detectadas utilizando la llamada "herradura" o sonda
"brecha" (figura 8-30b). Estas sondas utilizan un par de bobinas en cada extremo de un tipo de ferrita
en forma de U, para que los campos de flujo vayan de un polo de la "herradura" hasta el otro y por lo
tanto paralelo a la superficie de prueba. El campo de corrientes de Foucault por lo tanto los fluyen
perpendiculares a la superficie de ensayo, proporcionando la sensibilidad a discontinuidades
planares.
Amplia superficie de las bobina permite un rápido escaneo y una penetración más profunda, pero son
menos eficaces en la localización de la ubicación de pequeñas discontinuidades. A menudo son
seleccionados para las pruebas de conductividad debido a que tienden a promediar las variaciones
de conductividad localizada a lo largo de superficies del material. Por el contrario, las bobinas
estrechas son las preferidas para detectar e identificar la ubicación de las discontinuidades de
superficie pequeña. Debido a su pequeño diámetro de los campos electromagnéticos, bobinas
estrechas son menos susceptibles al efecto de borde. Las bobinas de superficie se hacen en
numerosas configuraciones para satisfacer las necesidades específicas de la aplicación. Las
configuraciones típicas de bobinas de superficie son las siguientes:
Sonda Lápiz (figura 8-31a): en
forma, como su nombre lo indica, que
se celebrará entre los dedos y dibuja
a través de la muestra de ensayo.
Sonda 90 °(figura 8-31b): Similar en
función a una sonda de lápiz, excepto
que la bobina esta en ángulo recto
con el soporte de la sonda para el uso
donde el acceso es limitado
Sonda agujero de Perno(Figura 831c): Diseñado para caber dentro de los agujeros de perno con el eje de la bobina perpendicular a la
pared del agujero. sondas agujero de perno manuales se han equipado con retenes a fin de que se
puede girar a una cierta profundidad en el agujero y puede ser en forma de tenedor para garantizar un
ajuste perfecto. Sondas agujero del perno motorizadas están también disponibles. Su salida es por lo
general se muestra en una pantalla de tiempo, permitiendo al usuario determinar la posición
circunferencial de las discontinuidades.
Sonda Sujetadora (anillos) (Figura 8-31d): Una sonda diseñada para encajar sobre agujeros
sujetadores (remaches) del fuselaje de aeronaves. Se utiliza para inspeccionar las grietas alrededor
de la agujero y se puede equipar con un plástico transparente para ayudar en la adaptación de la
sonda con el agujero.
Sonda Panqueque (Figura 8-31e): Una bobina de bajo perfil generalmente se utiliza para la
digitalización de las superficies
que tienen poca o ninguna curvatura.
Sonda Resorte de superficie (Figura 8-31F): La bobina se monta como un pistón en un cilindro, con
resorte para que se repliega en una cubierta externa cuando se presiona contra la superficie de
ensayo, lo que minimiza el ruido del despegue debido a la oscilación de la sonda.
Bobinas blindadas están encerradas dentro de un cilindro de ferrita, no conductor, material
ferromagnético. Como se muestra en la Figura 8-32, el blindaje contiene el campo de flujo de la
bobina para evitar la interacción con los límites de material de ensayo. Sin embargo, la protección sólo
opera en la dirección lateral, no impidan la penetración.
Conjunto bobina eje transversal se compone de un par de bobinas adyacentes interactuando con el
material de ensayo, con los ejes de las bobina orientados 90 º entre sí. Por lo tanto, hay sensibilidad
a los defectos de todas las orientaciones. Estas se pueden colocar en una configuración lado a lado
como se muestra en la figura 8-33a, donde una bobina genera corrientes de Foucault en paralelo a la
superficie de ensayo, mientras que la otra bobina genera corrientes de Foucault perpendicular a la
superficie de ensayo. También se puede enrollar como una unidad con capas alternas en un ángulo
de 90 ° entre sí (x-wound), como se muestra en la figura 8-33b.
Configuraciones de emisión-recepción, tales como de reflexión y bobinas de transmisión a través,
utiliza un conjunto de bobinas para inducir corrientes de Foucault en el material de prueba y un
segundo conjunto de la bobina para detectar el campo secundario.
Técnica de bobina de reflexión, que se muestra esquemáticamente en la figura 8-34a, utiliza dos
bobinas
ensambladas en
una caja única,
situada en el
mismo lado del
objeto de
prueba. Solo una
larga bobina
externa funciona
como un
transmisor
rodeando un par de pequeñas, apiladas bobinas interiores que forman un circuito receptor (figura 834b).
El término "bobina de reflexión" resulta del hecho de que las bobinas internas forman un par
coincidente, enrollado en oposición. La bobina externa induce corrientes de Foucault en la muestra de
ensayo. El flujo secundario desarrollado por las corrientes de Foucault induce un voltaje en la bobina
encerrada por el espécimen de prueba, causando un desequilibrio en el circuito del receptor de las
dos bobinas, proporcionando así una señal. Las bobinas de reflexión tienen la ventaja de ser
insensibles al cambio de la temperatura. Éstas funcionan bien en frecuencias bajas y puede funcionar
en un amplio rango de frecuencias.
Técnica de la transmisión a través (Figura 8-35), las
posiciones de transmisión y recepción de montajes de bobina
en lados opuestos del objeto de prueba.Proporciona una
valiosa ventaja de rendimiento en que las discontinuidades
pueden ser detectados a mayores profundidades. Sin
embargo, esto es compensado por el hecho de que la
profundidad de la discontinuidad no se puede mostrar
porque la técnica no proporciona información de la fase.
Detector Hall. Otra técnica de emisión-recepción emplea una
bobina que provee un flujo primario para generación de las
corrientes de Foucault, utilizando un dispositivo de estado
sólido llamado detector Hall como receptor. En 1879, EH
Hall descubrió que un pequeño voltaje es desarrollado a
través de un conductor current-carrying cuando un flujo magnético inducido es perpendicular a la
dirección del flujo de corriente. Aunque la tensión no fue significativa con los conductores típicos,
ciertos semiconductores desarrollan voltaje de magnitud adecuada para propósitos de la prueba de
corrientes de Foucault . Una bobina receptora ordinaria opera de acuerdo a la ley de Faraday, con
tensión inducida proporcional a la rata de cambio de flujo inducido, por lo tanto depende de los
efectos de frecuencia y amplitud, con lo que el resultado de salida decrece conforme lo hace la
frecuencia. Sin embargo, un detector de Hall sólo responde a la magnitud instantánea de inducción de
flujo, ofreciendo un buen rendimiento a bajas frecuencias. Además, un detector de Hall puede ser
físicamente muy pequeño. Además de los tipos de bobina ampliamente conocido descritos
anteriormente, una serie de diseños avanzados se han desarrollado en los últimos años. Un factor
notable en esta área es el del Atomic Energy of Canadá Limited, cuyo personal ha desarrollado una
reputación para el desarrollo de las bobinas de última generación para aplicaciones de poder
.
Bobinas envolventes (Figura 8-36) rodean completamente el material de ensayo y se utilizan
normalmente para las pruebas en producción de varilla, alambre, tubos, y estanterías. El Material de
prueba con las bobinas que lo rodean debe estar centrado en las bobinas por medio de guías, para
que toda la circunferencia se ponga a prueba con la misma sensibilidad. Bobinas envolventes de la
línea de producción tienen más experiencia de uso pesado más que cualquier otro tipo de bobina de
corriente de Foucault. Algunas de ellas pueden funcionar de forma continua, con el producto en
movimiento a través de ellos tan rápido como 5000 pies por minuto. Una pesada, línea de producción
rodeada con un montaje de bobina con módulos intercambiables de tamaño de la bobina se muestra
en la figura 8-37a.Ligeros, portátiles pares de bobinas envolventes pueden ensamblarse para el uso
diferenciado o separados para uso de referencia absoluta o externa se muestran en la figura 8-37b.
Debido al "efecto de centro", las corrientes de Foucault se oponen y por lo tanto se anulan en el
centro de materiales sólidos cilíndricos probados con bobinas envolventes. Por lo tanto, las
discontinuidades situadas en el centro de las barras y no se pueden detectar con bobinas
envolventes.
Dado que las bobinas envolventes inspeccionan toda la circunferencia del objeto de prueba, no
pueden determinar la ubicación exacta de una discontinuidad a lo largo de la circunferencia. Llamadas
bobinas de hilado (Figura 8-38), son en realidad bobinas de superficie que giran alrededor del
material de ensayo cilíndrico, se emplean cuando la identificación de localización circunferencial es
requerida en aplicaciones de bobinas envolventes. Desde un par de bobinas hiladas hasta solo un
sector circular limitado del material ensayo, no están sujetos al efecto de centro. Sin embargo, las
bobinas de hilado inspeccionan con un patrón espiral, por lo que la cobertura de aplicación al material
depende de la velocidad de rotación de la bobina frente a la velocidad de transporte del material. Se
debe tener cuidado para asegurar una cobertura adecuada.
Bobinas internas (Figura 8-39) pasan a través del núcleo del producto hueco y se emplean
normalmente para la inspección de tuberías y tubos en servicio. Al igual que las bobinas envolventes,
la bobina interna inspecciona toda la circunferencia del objeto de prueba al mismo tiempo, pero no
puede señalar la localización exacta de una discontinuidad a lo largo de la circunferencia.
Una vez más, diseños especiales están disponibles para determinar la ubicación circunferencial de
discontinuidades. Manuales y procedimientos automatizados se utilizan para impulsar las bobinas
internas a lo largo de un tubo largo. montajes de bobina Flexible "sifón" están disponibles para
navegar curvaturas extremas de tubería. Una selección de los típicas bobinas internas se muestra en
la Figura 8-40.
Inspección de tubos de intercambiadores de calor en la figura 8-41 es la aplicación más común de las
bobinas internas.
Estándares de Referencia
Prueba de calibración o la normalización es el proceso de ajuste de pantalla del instrumento para
representar un nivel de referencia conocido, para que la prueba puede ser una comparación entre el
material de prueba y la norma de referencia. La validez de la prueba por lo tanto depende de la
validez de la norma de referencia. Por otra parte, el sistema de ensayo debe comprobarse a intervalos
regulares contra la norma de referencia para asegurarse de que funciona correctamente y este
configurado correctamente para la prueba que se realiza. Si una variación en el rendimiento del
instrumento o instalación se descubre, todo el material de prueba desde la última verificación de la
correcta ejecución y puesta en marcha deben ser reexaminados.
Puesto que hay una infinita variedad de condiciones de discontinuidad, no es ni posible ni práctico
tener un conjunto de normas de referencia tan completa como para reproducir todas las condiciones
posibles que podrían ser detectadas durante un examen. El ensayo no es tanto una cuestión de
emparejar cada señal de prueba con una señal de referencia idéntica. En su lugar, se obtiene normas
prácticas de referencia que contienen un número manejable de las condiciones de discontinuidad
representante. Las señales que varían de estos a continuación debe ser interpretado a través de
técnicas como el análisis de impedancia plana.
Las reglas siguientes se aplican a la selección y la fabricación de las normas:
1. El estándar de prueba debe ser el del mismo material, con el mismo espesor de pared y
configuración, y recibir el tratamiento igual que el material a ensayar.
2. Las discontinuidades artificiales en la norma modelarían las discontinuidades naturales esperadas
en el material de prueba. Por ejemplo:
a. agujeros perforados pueden simular hoyos.
b. EDM muescas o cortes de sierra puede simular grietas.
c. reducción de espesor en el tubo puede simular el desgaste.
d. Tratamiento térmico puede simular un cambio de conductividad.
3. discontinuidades artificiales en las normas de prueba debe ser lo suficientemente separados para
que sus señales no se interfieran entre sí.
4.Las Normas no deben contener discontinuidades con excepción de ésas que se prepusieron por
referencia.
Figura 8-42 muestra los tubos normas, así como las normas utilizadas para calibrar los instrumentos actuales
de Foucault para la detección y evaluación de las grietas en las superficies de materiales y los agujeros en el
interior de pernos. Aumentar las normas que contienen discontinuidades artificiales, es útil para construir una
biblioteca de las discontinuidades naturales mediante la obtención de muestras reales fuera de servicio o
rechazadas durante la fabricación. Esto es muy valiosos para agudizar las habilidades interpretativas propias.