Curso Partículas Magnéticas.

El Primer Nombre
En Pruebas No Destructivas
Curso Partículas Magnéticas.
Contenido
Capítulo 1: Principios de Partículas Magnéticas.
Capítulo 2: Características de campos Magnéticos.
Capítulo 3: Efectos de discontinuidades y materiales.
Capítulo 4: Magnetización con corriente eléctrica.
Capitulo 5: Selección del método apropiado.
Capitulo 6: Materiales de Inspección.
Capitulo 7: Principios de Desmagnetización.
Capitulo 8: Equipo de Inspección.
Capitulo 9: Discontinuidades en los Materiales.
Capitulo 10: Interpretación de Indicaciones.
Capitulo 11: Documentos.
Capítulo 1:
Principios de Partículas Magnéticas.
1. Principios de Partículas Magnéticas.
i. Principios básicos
El principio físico en el que se basa el método de inspección por partículas magnéticas
es el “Magnetismo”. El principio se basa en el comportamiento de los imanes.
Magnetismo es: “La fuerza invisible que tiene la habilidad de desarrollar trabajo
mecánico de atracción y repulsión de materiales magnetizables”.
La inspección por partículas magnéticas es un ensayo no destructivo que se emplea
para detectar discontinuidades superficiales y subsuperficiales, en muestras que
pueden ser magnetizadas.
Consta de tres operaciones básicas:
a) Establecer un flujo magnético adecuado,
b) Aplicación de las partículas magnéticas, y
c) Interpretación y evaluación de los resultados.
ii. Antecedentes históricos
En 1868 un Ingeniero Inglés publicó un reporte, en el cual se mencionaba la localización de discontinuidades presentes en el cañón de una pistola utilizando un
compás magnético, en el que se registro un cierto flujo.
En el siglo XX, en 1922, el Físico Ingles William E. Hoke observó que partículas metálicas que se encontraban sobre piezas de acero endurecido conectadas a tierra, sobre
un mandril magnético, formaban patrones sobre la cara de la pieza, estos frecuentemente correspondían a sitios en donde se localizaban grietas en la superficie. Esta
observación marcó el nacimiento de la inspección por partículas magnéticas.
Imagen 1.- Principios de magnetismo- levitación de un imán.
1. Principios de Partículas Magnéticas.
iii. Aplicaciones
El método de inspección por partículas magnéticas es utilizado en diferentes ramas de
la industria, como: metalmecánica, aeronáutica, naval, construcción, etc.
Se aplica en:
● Inspección de materia prima;
● Inspección en proceso;
● Inspección de producto terminado;
● Mantenimiento de equipo y maquinaria.
Se utiliza para inspección de materiales soldados, fundidos, forjados, rolados, etc.
iv. Ventajas
Las principales ventajas del método de inspección por partículas magnéticas son:
● Inspección relativamente rápida y de bajo costo,
● Equipo relativamente simple, provisto de controles utilizados para ajustar la corriente y
un amperímetro visible para verificar la fuerza de magnetización que ha sido creada
para la inspección,
● Equipo portátil y adaptable a muestras pequeñas o grandes,
● Se requiere menor limpieza que en líquidos penetrantes,
● Se pueden detectar discontinuidades subsuperficiales,
● Las indicaciones se forman directamente en la superficie de la muestra,
● No se requiere de lecturas electrónicas de calibración o mantenimiento excesivo,
● Se obtienen mejores resultados en la detección de discontinuidades llenas de algún
contaminante (como carbón, escoria, etc.) y que no pueden ser detectadas en una
inspección por líquidos penetrantes.
Imagen 2.- Mantenimiento de equipo y maquinaria
1. Principios de Partículas Magnéticas.
v. Limitaciones
Las limitaciones del método de inspección por partículas magnéticas son:
● Es aplicable solamente en materiales ferromagnéticos,
● Se requiere un suministro de corriente eléctrica,
● No se pueden detectar discontinuidades localizadas a grandes profundidades,
● La detección de una discontinuidad depende de varios factores,
● Su aplicación en el campo es de mayor costo, ya que se necesita suministro de
energía eléctrica,
● La rugosidad superficial puede distorsionar el campo,
● Se requiere de dos o más magnetizaciones,
● Generalmente, es necesario desmagnetizar después de la inspección,
● Se pueden generar quemadas en la superficie, al aplicar la técnica de puntas de
contacto.
● Aunque las indicaciones son fácilmente observables, la experiencia para su
interpretación y evaluación es necesaria,
● Capas de pintura o de algún otro recubrimiento no magnético afectan la sensibilidad
del método.
Imagen 3.- No se puede inspecionar grietas en otros materiales o muy
profundas.
1. Principios de Partículas Magnéticas.
vi. Teoría de los campos magnéticos
1. Campo magnético de la Tierra
Si consideramos a la tierra como un imán gigante, ya que tiene un polo
norte y un polo sur, la aguja de una brújula normal, la cual es simplemente
una manecilla de acero magnetizada y suspendida en un eje libre para girar,
es atraída por el campo magnético de la tierra, siempre indicando la misma
dirección, imagen 4.
Al estar magnetizada, la aguja de la brújula es atraída por los polos de la
tierra y siempre apuntará hacia el polo norte, independientemente del lugar
en donde se encuentre.
La aguja de la brújula es un imán pequeñito y el polo sur del imán es atraído
hacia el polo norte de la Tierra.
Igual que la tierra tiene un polo norte y un polo sur, cada imán tiene, al
menos, un polo norte y un polo sur.
2. Imantación de un material ferromagnético
Los materiales ferromagnéticos están constituidos por grupos de átomos en
regiones microscópicas llamados “Dominios magnéticos”. Estos dominios en
sí son pequeños imanes dentro de la pieza, tienen una polaridad positiva y
una negativa en sus extremos opuestos.
Si el material no está magnetizado, tales dominios están orientados al azar,
normalmente paralelos con los ejes de los cristales del material, y la componente magnética es nula, como se ilustra en la imagen 5.
Imagen 4.- Campo magnético de la tierra.
1. Principios de Partículas Magnéticas.
Cuando el material es sujeto a un campo magnético, los dominios se orientan o
alinean paralelamente con el campo magnético externo, produciendo así un imán.
Una vez que los dominios han sido orientados, como se muestra en la figura No. 6 el
material ferromagnético se ha convertido en un imán, con un polo norte y un polo
sur.
Con los dominios orientados, el material ferromagnético desarrolla una fuerza total
que es igual a la suma de la fuerza de todos los dominios. Ésta fuerza total es conocida como “Flujo Magnético”.
El flujo magnético es representado por las “líneas de fuerza magnética”.
Las líneas de fuerza magnética describen y definen la dirección de un flujo magnético, además, cuentan con una cantidad de propiedades importantes:
Imagen 5.- Dominios magnéticos en un material sin magnetizar.
1. Tienen una dirección definida, salen por el polo norte, entran por el polo sur y continúan así su camino a través del imán, desde el polo sur al polo norte,
2. Son continuas y siempre forman una curva o circuito cerrado,
3. Las líneas de fuerza magnética, son individuales y jamás se cruzan ni unen entre
ellas,
4. Su densidad disminuye con el aumento de distancia desde los polos, y
5. Siguen caminos de menor resistencia magnética.
El espacio dentro y alrededor de un imán, en el cual actúan las líneas de fuerza, se
conoce como “Campo Magnético”.
Imagen 6.- Dominios magnéticos en un material magnetizado.
1. Principios de Partículas Magnéticas.
3. Polos magnéticos.
Un imán tiene la propiedad de atraer materiales ferromagnéticos. Esta habilidad
de atraer o repeler no es uniforme sobre toda la superficie del imán, se localiza
únicamente en las áreas conocidas como “polos”.
S
Consideremos la presencia de las líneas de fuerza en los imanes. El flujo magnético, o las líneas de fuerza, entran o abandonan el imán por los polos magnéticos.
Por lo que, un imán podrá atraer materiales ferromagnéticos, solamente donde
las líneas de fuerza salen o entren al imán, es decir, donde se encuentren localizados los polos magnéticos.
N
S
N
Atracción
La imagen 7 ilustra un imán de la forma más común, el imán de herradura, y sus
polos magnéticos.
S
N
N
4. Ley del magnetismo.
Dos imanes que se colocan de tal manera que el polo sur de uno se orienta hacia
el polo norte del otro, entonces son atraídos entre sí, como se observa en la imagen
??.
Entonces, las leyes del magnetismo de atracción y repulsión para imanes, son las
siguientes:
● Polos magnéticos diferentes se atraen (N> <S / S> <N).
● Polos magnéticos semejantes se repelen (N< >N / S< >S).
Repulsión
Imagen 7.- Leyes del magnetismo.
S
1. Principios de Partículas Magnéticas.
5 Unidades de medición
El término “flujo magnético” es usado cuando se refiere a todas las líneas de fuerza
en un área dada. La unidad de flujo magnético originalmente fue llamada “Maxwell”,
siendo un Maxwell equivalente a una línea de fuerza.
De acuerdo con el Sistema Internacional de Unidades, el flujo magnético se mide
usando el “Weber” (Wb), siendo un Weber igual a 108 líneas de fuerza.
El flujo magnético por unidad de área se llama “densidad de flujo”, por lo cual se
puede definir como “el número de líneas de fuerza que pasan transversalmente a
través de una unidad de área”.
La unidad de densidad de flujo era el “Gauss”, siendo un Gauss igual a un Maxwell
por centímetro cuadrado. La nueva unidad del Sistema Internacional para la densidad de flujo es el “Tesla” (T), siendo un Tesla igual a un Weber por metro cuadrado.
La densidad de flujo es expresada matemáticamente como se indica a continuación:
B=φ/A
Donde:
B = Densidad de flujo, en Wb/m2 (1 Wb/m2 = 1 Tesla)
(1 Tesla = 10,000 Gauss, ó 1 Gauss = 10-4 Tesla)
φ = Flujo magnético, en Weber (Wb)(1 Wb = 108 líneas de fuerza)
A = Área perpendicular al flujo magnético, en m2
Imagen 8.- Líneas de fuerza y campo magnético en un imán de barra.
1. Principios de Partículas Magnéticas.
6 Tipos de materiales magnéticos
Los principios de aplicación de las pruebas por partículas magnéticas dependen
del establecimiento de un campo magnético dentro de una pieza de prueba, por lo
tanto, la pieza que será inspeccionada deberá estar fabricada de un material que
pueda ser fuertemente magnetizado.
Se puede considerar que todos los materiales tienen propiedades magnéticas,
que son afectados en algún grado por los campos magnéticos. Sin embargo, la
influencia de un campo magnético puede variar ampliamente en diferentes materiales, en otras palabras, son permeables aunque sea en alguna pequeña cantidad.
La “permeabilidad magnética” (µ) de un material se define como “la facilidad con
la cual los materiales pueden ser magnetizados”.
El recíproco de la permeabilidad magnética es la “reluctancia”, definida como “la
resistencia de un material a una fuerza de magnetización”, en otras palabras, podríamos decir que es la dificultad para magnetizar un material.
Las propiedades magnéticas varían ampliamente entre los materiales. Estas
propiedades son afectadas por la composición química, la micro estructura y el
tamaño de grano.
La influencia que tiene un campo magnético sobre los materiales proporciona un
medio para su clasificación en diferentes grupos:
Materiales paramagnéticos
En general, los materiales que son atraídos por campos magnéticos son llamados
“paramagnéticos”.
Imagen 9.- Materiales paramagnéticos.
1. Principios de Partículas Magnéticas.
● Materiales no ferrosos (no magnéticos)
Cuentan con una permeabilidad ligeramente mayor que la del aire (1), por lo que no
pueden ser magnetizados fuertemente. Algunos materiales no magnéticos son: aluminio, platino, magnesio, molibdeno, litio, cromo, estaño y algunos aceros inoxidables.
● Materiales ferrosos (ferromagnéticos)
Tienen una permeabilidad que es mucho mayor que la del aire. Los materiales ferrosos
son los más fuertemente afectados por el magnetismo debido a que el hierro puede ser
fácilmente magnetizado, y éstos materiales son llamados “ferromagnéticos”.
Los materiales ferromagnéticos tienen las siguientes características:
● Son fuertemente atraídos por campos magnéticos,
● Son fácilmente magnetizados ya que el valor de su permeabilidad es mayor de 100, y
● Son capaces de retener cierta cantidad de magnetismo.
Los materiales ferromagnéticos son el hierro, acero, níquel y cobalto, y muchas de sus
aleaciones.
Materiales diamagnéticos
Pocos materiales son ligeramente repelidos por campos magnéticos, dichos materiales
son conocidos como diamagnéticos. Son materiales que no pueden ser magnetizados
debido a que el valor de su permeabilidad es menor a 1. Algunos materiales diamagnéticos son el bismuto, mercurio, oro, plata, zinc y otros.
Imagen 10.- Materiales ferrosos.
1. Principios de Partículas Magnéticas.
7 Fuentes de magnetismo
Imanes permanentes
Los imanes permanentes son producidos por el tratamiento térmico de aleaciones,
especialmente formuladas, dentro de un campo magnético fuerte. Durante el tratamiento térmico los dominios magnéticos son alineados y permanecen así después
de remover el campo magnético externo.
Son esenciales para la tecnología moderna, y se incluyen en aplicaciones tales
como magnetos, motores, teléfonos, bocinas y muchos instrumentos eléctricos.
Los ejemplos más comunes de utilizados para la fabricación de imanes permanentes incluyen aleaciones de aluminio, níquel y cobalto (alnico); cobre, níquel y cobalto (cunico); cobre, hierro y níquel (cunife); y cobalto y molibdeno (comol).
Campo magnético de la Tierra
El Planeta Tierra es, por él mismo, un enorme imán, con un polo norte y un polo sur
ligeramente desplazados de su eje; este desplazamiento resulta en una ligera desviación entre el norte geográfico y el norte magnético.
Como en un imán, la Tierra es circundada por líneas de fuerza, llamadas en ocasiones “campo terrestre”, las cuales pueden causar problemas en la magnetización y
desmagnetización de objetos ferromagnéticos. El campo terrestre es reducido, y se
encuentra en el orden de 0.03 mT (0.3 Gauss).
El movimiento de objetos ferromagnéticos a través del “campo terrestre” puede
inducir una ligera magnetización. Esto puede ser un problema en los aviones,
cuando algunos componentes magnetizados puedan afectar los compases usados
en la navegación. De la misma forma, la desmagnetización puede ser difícil si ciertos objetos, usualmente flechas, no se orientan en dirección este-oeste durante el
proceso de desmagnetización.
Imagen 11.- Imanes permanentes.
1. Principios de Partículas Magnéticas.
Magnetismo mecánico inducido
El trabajo en frío de algunos materiales ferromagnéticos, por operaciones de
conformado o durante el servicio, puede magnetizar los objetos. Cuando se ha
inducido magnetización mecánicamente, podría ser necesario aplicar el proceso de
desmagnetización a un objeto.
La desmagnetización de objetos magnetizados mecánicamente puede ser
complicada. Cuando los objetos se encuentran cerca de componentes
ferromagnéticos. Desensamblar es normalmente impráctico por lo que se debe
utilizar yugos portátiles o cables para habilitar una bobina y, además, al
desmagnetizar pueden magnetizarse los objetos adyacentes por lo que deben
realizarse operaciones secuenciales de desmagnetización.
Electroimanes
Los campos magnéticos son generados dentro y alrededor de conductores
eléctricos en los que fluye corriente eléctrica. Imagen 12.
Imagen 12.- ejemplo de un Electroimán.
Capítulo 2:
Características de Campos Magnéticos.
2. Características de Campos Magnéticos.
i. Imanes tipo barra
Si enderezamos un imán de herradura, tendríamos como resultado un imán
tipo barra, como se ilustra en la imagen 13.
El imán de barra tiene las mismas características que el imán de herradura.
ii. Imanes tipo anillo
Si al imán de herradura lo doblamos y sus extremos los cerramos, formando casi
un círculo cerrado, este se comporta de manera idéntica al imán de herradura.
Los polos magnéticos aún existen y las líneas de fuerza salen y entran por los
polos.
Cuando los extremos del imán son doblados y fundidos para formar un anillo, en
lugar de tener un imán circular abierto, se tendrá un imán circular cerrado.
Las líneas de fuerza existen pero quedan contenidas completamente dentro del
anillo, ya que no existen polos magnéticos, por lo tanto, este imán no atrae
materiales ferromagnéticos.
Imagen 13.- Imán tipo barra.
Capítulo 3:
Efectos de discontinuidades en materiales.
3. Efectos de discontinuidades en materiales.
i. Discontinuidades superficiales
Supongamos que el imán tipo anillo completo tiene una grieta en la superficie
externa, creándose inmediatamente un polo norte y un polo sur en los bordes
de la discontinuidad. Ésta grieta interrumpe el flujo uniforme de las líneas de
fuerza dentro del imán, por lo que algunas de ellas se verán forzadas a salir del
imán. Las líneas de fuerza que se ven forzadas a salir del imán, como resultado de la grieta, se conocen como “fugas de flujo”. El campo magnético
creado por las fugas de flujo es llamado “campo de fuga”.
Por lo tanto, si se espolvorean partículas magnéticas sobre el citado imán,
éstas serán atraídas por los polos creados por la grieta, produciendo una indicación, por la concentración de partículas en la zona de la grieta.
Una grieta en el imán de barra producirá un efecto similar, por lo que también
causará fugas de flujo, como se observa en la imagen 14.
Imagen 14.- Grieta en una imán de barra.
Las líneas de fuerza en el fondo de la grieta tienden a seguir el camino de
menor resistencia magnética y permanecen en el imán. Aquellas líneas de
fuerza que saltan por encima y a través de la grieta, causan fugas de flujo
(campos de fuga), debido a la formación de polos norte y sur originados por la
grieta.
Si ahora, también consideramos un imán de barra con un corte en el centro,
imagen 15, también se tendrán fugas de flujo.
El imán con el corte en el centro se comporta de la misma forma que el imán
de barra con la grieta. En cualquier imán, los materiales como el hierro y el
acero serán atraídos hacia sus polos magnéticos.
Cuando se detecta una discontinuidad abierta a la superficie, tal como una
grieta, se forman indicaciones angostas y bien definidas.
Imagen 15.- Ranura en un iman de barra.
3. Efectos de discontinuidades en materiales.
ii. Superficies onduladas
Si ahora observamos una irregularidad superficial, tal como una superficie
ondulada, en la zona de la superficie irregular ondulada, las líneas de fuerza
permanecen dentro del imán.
Como ya se mencionó, las líneas de fuerza tienden a seguir el camino de menor
resistencia magnética, por lo cual permanecen dentro del imán. Como resultado,
no se crean polos magnéticos por lo que no existen fugas de flujo.
iii. Discontinuidades subsuperficiales
Supongamos ahora que tenemos otro imán, que contiene una grieta
subsuperficial. Con ésta grieta subsuperficial algunas de las líneas de fuerza
pasan por encima y por debajo de ella. Algunas pasan a través de la grieta y, si
la discontinuidad esta cerca de la superficie, algunas son forzadas a salir a la
superficie, provocando fugas de flujo, como ilustra la imagen 16. Si
espolvoreamos partículas magnéticas, se producirá una acumulación de
partículas donde se encuentran las fugas de flujo.
Cuando se detecta una discontinuidad subsuperficial normalmente se forman
indicaciones anchas y difusas. El tamaño y la intensidad de la indicación
dependen de: la proximidad de la discontinuidad con la superficie, el tamaño y
orientación de la discontinuidad, la intensidad y distribución del flujo magnético.
Imagen 16.- Discontinuidad subsuperficial.
3. Efectos de discontinuidades en materiales.
iv. Fuerza de un campo de fuga
La distorsión o fuerza de un campo de fuga, producido por una discontinuidad, depende de varios factores indicados a continuación:
1.- El número de las líneas de fuerza; éste factor es afectado por varias características de la propia discontinuidad:
a) El ancho de la discontinuidad (la distancia entre sus polos);
b) La longitud de la discontinuidad;
c) La profundidad de la discontinuidad;
d) La forma de la discontinuidad;
e) La orientación de la discontinuidad. La discontinuidad debe estar orientada a 90°, y hasta 45°, con respecto a la dirección del flujo magnético.
2.- La condición de la superficie.
3.- La fuerza del flujo magnético generado, el cual es controlado por el amperaje utilizado para generar el campo magnético.
La fuerza del campo de fuga determina directamente el número de partículas magnéticas que pueden ser atraídas para formar una indicación.
v. Formación de indicaciones
Cuando las partículas magnéticas son atraídas al sitio donde se localiza una fuga de flujo, ellas producen una indicación que es visible para el ojo humano, bajo condiciones de iluminación adecuada. La formación de las indicaciones depende de las características de las líneas de fuerza.
Cuando las partículas son atraídas hacia las fugas de flujo y se acercan a los polos magnéticos, más líneas de flujo fluyen hacia ellas. Esto concentra las líneas de flujo
a través de los caminos de baja reluctancia que forman las partículas de material ferromagnético. Esta es la acción principal que provoca que las partículas sean
recolectadas por las fugas de flujo y subsecuentemente formen indicaciones de discontinuidades.
Ya que las partículas magnéticas son solamente atraídas y se mantienen donde las líneas de fuerza salen y entran de la superficie de la pieza inspeccionada, no se producen indicaciones verdaderas a menos que las líneas de fuerza crucen una discontinuidad.
Capítulo 4:
Magnetización con Corriente Eléctrica.
4. Magnetización con Corriente Eléctrica.
i. Campo circular
1. Campo alrededor de un conductor
Cuando una corriente eléctrica circula por un conductor, se crea un campo
magnético circular, como se muestra en la imagen 17.
Campo Magnético
El campo magnético alrededor de un conductor existe a todo lo largo del
conductor por el que fluye corriente eléctrica. Cuando el conductor tiene una
configuración uniforme, la densidad de flujo o número de líneas de fuerza por
unidad de área, es uniforme a lo largo del conductor y es directamente
proporcional a la intensidad de la corriente eléctrica, y disminuye con el incremento
de distancia desde el conductor.
Corriente
eléctrica
Variando la intensidad de la corriente eléctrica en el conductor, el número de líneas
de fuerza variará en el campo magnético. Al incrementar la fuerza de
magnetización (la intensidad de la corriente eléctrica) se incrementa el número de
las líneas de fuerza, resultando en un incremento de la densidad del campo
magnético. Y en el caso contrario, al reducir la fuerza de magnetización se reduce
la densidad del campo magnético.
La magnetización circular utiliza los principios del establecimiento de un campo
magnético por inducción. Debido a que el cobre y el aluminio son materiales no
magnéticos, las líneas de fuerza no permanecerán en el material. En su lugar, el
campo magnético se establece alrededor del material.
Una característica de los campos magnéticos circulares es que las líneas de fuerza
forman circuitos completos sin que existan polos magnéticos.
Imagen 17.conductor.
Campo
magnético
alrededor
de
un
4. Magnetización con Corriente Eléctrica.
2. Regla de la mano derecha
La forma más sencilla para determinar la dirección de las líneas de fuerza, alrededor
de un conductor recto en el que fluye corriente eléctrica y en cual se conoce el
sentido del flujo de corriente, es la regla de la mano derecha, ver la imagen 18.
Esta ayuda simple requiere imaginar que el conductor se empuña con la mano
derecha, con el dedo pulgar apuntando en la dirección del flujo de corriente
eléctrica (de positivo a negativo) y los dedos restantes, cerrados alrededor del
conductor, estarán indicando la dirección y el sentido en los que fluyen las líneas de
fuerza.
+
Raramente es de importancia práctica el sentido actual del campo magnético, lo
más importante del concepto es que la dirección del campo magnético tiene una
relación perpendicular con la dirección del flujo de corriente.
La regla de la mano derecha funciona idénticamente para materiales magnéticos y
no magnéticos. La única diferencia entre los dos, es que el campo magnético se
forma fuera del material no magnético, y en el material magnético el campo
permanece en su interior.
3. Magnetización circular inducida en materiales
Cuando fluye una corriente eléctrica a través de un material ferromagnético, el
campo magnético se establece dentro del material. Las líneas de fuerza
permanecen dentro de él, porque es permeable y las conduce fácilmente. También
en este caso el campo magnético se encuentra a 90° con respecto a la dirección del
flujo de corriente eléctrica.
Corriente
Eléctrica
Campo magnético
Imagen 18.- Regla de la mano derecha.
4. Magnetización con Corriente Eléctrica.
a) Pasando corriente eléctrica directamente a través de la pieza
● Piezas largas cilíndricas sólidas
Por ejemplo, en la inspección de una barra de material ferromagnético, se conoce
como magnetización entre cabezales y produce un campo magnético circular.
Cuando una barra es magnetizada entre cabezales, el campo magnético es más
fuerte cerca de la superficie de la barra. El campo se incrementa desde cero, en el
centro de la barra, hasta un máximo en la superficie.
La imagen 19 muestra la distribución gráfica del campo magnético generado en
una barra de acero redonda. La intensidad o fuerza del campo magnético es
referida, a menudo, como la densidad de flujo.
En la gráfica anterior se puede observar que la intensidad del campo (fuerza), es
cero en el centro de la barra. La densidad de flujo se incrementa gradualmente
hasta alcanzar su máximo valor (F1) en la superficie de la barra. También, se puede
observar que inmediatamente fuera de la superficie de la barra, la fuerza del
campo decrece rápidamente. La mayor pérdida es inmediata y el remanente es
imperceptible.
Fuerza del campo
En la práctica, la magnetización circular se realiza de dos formas:
F1
Conductor ferromagnético por el que fluye
corriente alterna.
R
2R
3R
F1 = Campo en la superficie del conductor.
R = Radio del conductor.
Imagen 19.- Distribución del campo magnético.
● Piezas de forma irregular
Si consideramos una barra de acero cuadrada, cuando circula una corriente a
través de ella, en su interior será establecido un campo magnético circular, ver la
imagen 20.
imagen 20.- Barra cuadrada.
4. Magnetización con Corriente Eléctrica.
Conductor central
Campo magnético
b) Pasando corriente eléctrica a través de un conductor central
● Piezas tubulares
Cuando se inspeccionan tubos pasando corriente eléctrica a través de ellos, el
flujo magnético se eleva hacia la superficie externa, con un flujo casi imperceptible
en la superficie interna. Pero, la superficie interna puede ser tan importante como
la superficie externa para detectar discontinuidades.
Con un campo magnético creado alrededor de un conductor, es posible inducir un
campo satisfactorio en un tubo, tanto en la superficie externa como en la superficie
interna.
Esta forma de inspección se lleva a cabo insertando una barra de cobre, o de
algún otro material conductor, a través del componente y pasando la corriente
eléctrica a través de la barra, ver la imagen 21.
Este método es llamado magnetización con “conductor central”.
Alrededor del conductor central se crea un campo magnético circular que se
induce en la pieza. Debido a que la densidad de flujo es máxima en la superficie
del conductor, el campo magnético inducido en la pieza será el máximo. Utilizando
el conductor central, se establecerá el flujo magnético en las superficies interna y
externa de la pieza. La densidad de flujo es máxima en la superficie interna y
dependiendo del espesor de pared, algo menor en la superficie externa como se
ilustra en la imagen 22.
Imagen 21.- Conductor central en la inspección de un tubo.
Fuerza del campo
Recordemos que en un conductor en el que fluye una corriente eléctrica se crea un
campo magnético en su alrededor, con las líneas de fuerza que giran alrededor del
conductor, y lo hacen en sentido contrario a las manecillas del reloj.
(+)
F2
F1
R
2R
3R
F1 = Campo en la superficie del conductor.
F2 = Campo en la superficie interna de la pieza.
Imagen 22.- conductor central en la inspección de un tubo.
(-)
4. Magnetización con Corriente Eléctrica.
4. Métodos de magnetización circular
La magnetización circular induce un campo magnético dentro de las piezas en tres
formas:
Campo magnético
● Por inducción directa, que se conoce como magnetización entre cabezales,
● Inducción directa por medio de electrodos,
● Inducción indirecta, conocida como magnetización con conductor central.
a) Magnetización entre cabezales (por placas de contacto)
Cabezal
fijo
Cabezal
movil
En este método de magnetización las placas de contacto introducen la corriente en
la pieza inspeccionada, como a un conductor, y se crea un campo circular a su
alrededor, ver la imagen 23.
La inspección debe ser realizada de tal manera que las superficies de la pieza no
sean dañadas físicamente por la presión ejercida, o bien, por el calor producido por
un arco eléctrico o alta resistencia en los puntos de contacto. Para asegurar que la
resistencia al paso de corriente sea lo más baja posible y evitar quemadas en la
superficie de la pieza, los puntos de contacto deben ser lo más grandes posible.
La magnitud de la corriente utilizada depende de las dimensiones transversales (el
diámetro) de la pieza.
b) Electrodos (puntas de contacto)
Los electrodos, o puntas de contacto, son conductores de corriente, los cuales se
utilizan para magnetizar áreas localizadas.
Las puntas usadas son típicamente barras de cobre de 3/4” de diámetro y de 6” a
8” de longitud, montadas en soportes o manerales individuales o duales, como se
observa en la imagen 24 y pueden contar con puntas de contacto de cobre o
aluminio intercambiables, y un interruptor integrado.
Discontinuidad
(+)
Corriente electrica
Imagen 23.- Magnetización entre cabezales.
(-)
4. Magnetización con Corriente Eléctrica.
Debe tenerse mucha precaución debido a la posibilidad de producir quemaduras por
arco en las piezas inspeccionadas, específicamente en los puntos de contacto, por lo
cual las puntas de contacto deben mantenerse limpias. Con esta técnica se produce
un campo circular alrededor de las puntas.
Puntas de contacto
Existen algunas variables de la técnica para su aplicación: utilizando imanes o pinzas.
Las puntas se conectan a la fuente de corriente mediante cables que normalmente
son flexibles de calibre 00 con cubierta de hule. Hasta donde sea práctico, los cables
deben ser lo más cortos posible.
La magnitud de la corriente utilizada depende del espesor de la pieza inspeccionada
y de la separación entre las puntas.
(-)
(+)
Se considera que la magnetización es más efectiva cuando las puntas están
separadas de 15 a 20 cm (6 a 8 pulgadas), pero pueden usarse con separaciones de
7.6 a 20 cm (3 a 8 pulgadas).
Discontinuidad
c) Magnetización con conductor central
Para la inspección de piezas cilíndricas huecas, por ejemplo tubos o anillos, se utiliza
un conductor central que induce un campo circular.
La posición del conductor puede ser diferente, y es muy importante:
a) Si el conductor se coloca al centro de la pieza, el campo es simétrico alrededor.
b) Si el conductor se coloca adyacente a la superficie interna de la pieza, el campo es
más fuerte en la pared cercana al conductor.
Para la inspección de tubos pequeños es preferible que el conductor sea colocado al
centro, para que el campo sea uniforme para la detección de las discontinuidades
que existen en cualquier punto sobre las superficies del tubo. Sin embargo, en el caso
de tubos, anillos o recipientes a presión de diámetros grandes, la corriente necesaria
para producir campos magnéticos con la fuerza adecuada para la inspección de la
circunferencia completa, podría ser excesivamente grande.
Campo magnético
Imagen 24.- Puntas de contacto con manerales individuales.
4. Magnetización con Corriente Eléctrica.
En cambio, colocando el conductor adyacente a la pared, dejando activada la
corriente o realizando una serie de “disparos” conforme el tubo es girado sobre su
eje, puede ser producido un campo con la fuerza suficiente, y utilizando corrientes
mucho menores. Para este caso, se considera que la región efectiva para la
inspección es de aproximadamente cuatro veces el diámetro del conductor central.
La ventaja principal de utilizar un conductor central es que, al no existir contacto
entre el conductor y la pieza inspeccionada, virtualmente se elimina la posibilidad de
quemaduras por arco.
La magnitud de la corriente utilizada depende de varios factores, por ejemplo la
posición del conductor, el diámetro exterior y el espesor de la pieza, y el diámetro del
conductor.
Con el conductor colocado al centro de la pieza el campo producido es máximo en
su superficie interna, y los requisitos de corriente de magnetización son los mismos
que para una pieza sólida con el mismo diámetro exterior.
En algunas ocasiones las piezas inspeccionadas son demasiado grandes, cuando
este caso se presenta, se puede emplear el cable que conduce la corriente eléctrica
desde el generador, como conductor central.
5. Discontinuidades detectadas con campo circular
Un campo magnético circular es adecuado para detectar discontinuidades que
sean transversales al flujo magnético, en este caso, que sean paralelas al eje de la
pieza inspeccionada, como se ilustra en la imagen 25.
Una discontinuidad que sea paralela al flujo magnético no provocará fugas de flujo
y no serán atraídas las partículas magnéticas.
Imagen 25.- Inspección en un Árbol de levas con magnetización circular.
4. Magnetización con Corriente Eléctrica.
ii. Campo longitudinal
Con un campo magnético longitudinal, la pieza se magnetiza en su longitud. Un
ejemplo es colocar un árbol de levas en un campo magnético longitudinal, como
se observa en la imagen 27.
Las líneas de fuerza viajan a través de la longitud de la barra, de sur a norte.
Cualquier discontinuidad que forme un ángulo comprendido entre 45° y 90°, con
respecto a las líneas de fuerza, provocará fugas de flujo que ejercerán la atracción
de partículas magnéticas.
1. Campo producido por flujo de corriente en una bobina
La magnetización longitudinal se produce pasando corriente a través de un
conductor eléctrico enrollado en espiras múltiples o bobina.
Ya que las líneas de fuerza forman circuitos cerrados, entran al espacio interno de
la bobina salen y giran alrededor de ella, por la parte externa, de forma “toroidal”.
Entonces, el campo producido es paralelo al eje de la bobina.
Los conductores eléctricos enrollados, que
frecuentemente identificados como “solenoides”.
forman
una
bobina,
son
Imagen 26.- Inspección de un árbol de levas con un campo
longitudinal.
Cuando se utiliza una bobina fabricada con un conductor eléctrico, las líneas de
fuerza alrededor de cada vuelta del enrollado se combinan, con lo cual se
incrementa la densidad de flujo.
Un objeto magnetizado longitudinalmente se caracteriza porque en él existen polos
magnéticos, dependiendo de su longitud, normalmente en sus extremos.
Imagen 27.- Campo longitudinal en un imán de barra.
4. Magnetización con Corriente Eléctrica.
2. Intensidad del campo producido por una bobina
La mayor densidad del campo se encuentra cerca de la superficie interna de la
bobina y disminuye hacia el centro de la bobina. La unidad de medición de la
intensidad en una bobina es amperios-vuelta (NI), esto es el amperaje actual
multiplicado por el número de vueltas o espiras de la bobina.
30”
1er Disparo
El campo efectivo se extiende hacia ambos lados de la bobina. Para hierro suave, el
cual es altamente permeable, corresponde a una distancia de 22.86 cm (9”); la
longitud efectiva para acero duro, el cual tiene baja permeabilidad, es de 15.24 cm
(6”).
De lo anterior se puede concluir que cualquier discontinuidad dentro del rango de
15.24 cm a 22.86 cm (6” a 9”) hacia ambos lados de la bobina, desarrollará fugas de
flujo con suficiente fuerza para atraer partículas magnéticas.
Las discontinuidades que no se encuentren dentro del rango mencionado no
producirán fugas de flujo con suficiente fuerza; en otras palabras, una pieza mayor
de 30.48 cm a 45.72 cm (12” a 18”) necesitaría, al menos, dos magnetizaciones para
que sean atraídas las partículas magnéticas hacia las discontinuidades.
Por ejemplo, de acuerdo con la imagen 28 la pieza deberá desplazarse hacia la
derecha, de tal forma que la discontinuidad quede entre 15.24 cm a 22.86 cm (6” a 9”)
a partir del extremo de la bobina.
3”
2° Disparo
18”
Imagen 28.- Magnetización con bobina de una pieza larga.
4. Magnetización con Corriente Eléctrica.
3. Campo magnético inducido por yugo electromagnético
Los yugos son equipos portátiles en forma de “C” (herradura), los cuales, inducen un
campo magnético longitudinal entre sus polos (piernas), y son usados para
magnetización local.
Yugo
El campo magnético es generado en un sistema de bobina, localizada dentro del
yugo, y transmitido a la pieza a través de sus polos. En la magnetización con yugo
no existe el riesgo de producir quemadas por arco, gracias a que se transmite a la
pieza solamente el campo magnético, la corriente no entra a la pieza, ver la imagen
29.
Existen yugos electromagnéticos que operan con corriente alterna solamente y
otros que operan con corriente alterna y rectificada de media onda.
Pueden contar con piernas fijas o articuladas, las cuales permiten ajustar el
contacto en superficies irregulares o en superficies unidas en ángulo, como el que
se ilustra en la imagen ??.
Campo Magnético
El valor de la corriente de magnetización utilizada depende del modelo del yugo. La
magnetización con yugo es más efectiva cuando las piernas se encuentran
separadas entre 7.6 cm y 20 cm (3 a 8 pulgadas).
Discontinuidad
4. Discontinuidades detectadas con campo longitudinal
En conclusión, mencionaremos que con la magnetización longitudinal (bobina,
cable enrollado y yugo) se pueden detectar discontinuidades perpendiculares a la
dirección del flujo magnético (90°) y hasta 45°, esto significa que, en el caso de la
bobina y el cable enrollado, serán detectadas las discontinuidades transversales al
eje de la pieza.
Imagen 29.- Magnetización con yugo.
4. Magnetización con Corriente Eléctrica.
5. Ventajas de la magnetización longitudinal
La magnetización longitudinal ofrece la facilidad de inspeccionar piezas con posibles discontinuidades orientadas transversalmente al eje principal, por ejemplo en barras,
flechas, tubos, etc.
La rapidez y forma práctica de colocar la bobina sobre la pieza, permite realizar con agilidad la inspección.
Capítulo 5:
Selección del método apropiado.
5. Selección del método apropiado.
i. Aleación, forma y condiciones de la pieza
La aleación del objeto inspeccionado es importante porque ya mencionamos que de ello depende la permeabilidad de un material. Para la aplicación de este método son
una limitante las aleaciones con alto contenido de níquel y cromo, que vienen siendo los aceros inoxidables y austeníticos en general.
La forma de identificar estos materiales es por medio de un imán; si el imán se adhiere fuertemente a la pieza, es indudable que el método de partículas magnéticas se
puede aplicar; si la adherencia es muy débil, se recomienda utilizar otro método de examen. La forma geométrica de las piezas también es una limitante para el método ya
que las esquinas, los chaveteros, los estriados, los barrenos, etc., producen indicaciones falsas o indicaciones no relevantes.
Así mismo, se debe tener en cuenta si la pieza fue sometida a un tratamiento térmico o si ha sido trabajada en frío o en caliente, o si es nueva o usada, es decir, se deben
tomar en cuenta las condiciones de las piezas porque de ello depende, en gran parte, la interpretación y evaluación de las indicaciones resultantes ya que pueden ser
relevantes o no relevantes.
ii. Tipo de corriente de magnetización
Con la expansión y desarrollo de los procesos de inspección por partículas magnéticas y los continuos avances en los circuitos eléctricos, hoy en día se encuentran
disponibles varios tipos de corrientes de magnetización.
a) Corriente alterna
La corriente alterna (CA) es el tipo más conveniente de corriente eléctrica debido a que es utilizada para casi todos los servicios. Su rango de voltaje comercialmente
disponible es de 110 a 440 voltios. Los circuitos eléctricos para producir CA son simples y relativamente baratos, porque solo se requiere transformar el suministro
comercial en voltajes bajos y corrientes de magnetización con altos amperajes.
5. Selección del método apropiado.
Por todo esto, la CA es el tipo de corriente más ampliamente utilizada para efectuar
la prueba por partículas magnéticas.
(+)
La fase de CA simple (comúnmente utilizada) requiere de dos conductores y
dirección inversa a razón de 50 o 60 ciclos por segundo, como se muestra en la
curva sinusoidal de CA de la imagen 30.
La corriente alterna puede ser aumentada o disminuida con relativa facilidad y
economía mediante el uso de transformadores. Por lo tanto, la CA puede convertirse
fácilmente a los altos amperajes utilizados en la prueba por partículas magnéticas.
La corriente alterna tiene poca capacidad de penetración, por lo que, el campo
magnético inducido por la CA se concentra cerca de la superficie de la pieza que
está siendo magnetizada, a esto se le conoce como “efecto de piel”. Por tal razón, la
CA es considerada como la mejor para detectar discontinuidades superficiales.
Tiempo
(-)
Imagen 30.- La corriente alterna.
Debido a que la CA cambia continuamente de dirección, a razón de 60 ciclos por
segundo, el cambio de dirección constante del campo magnético tiene la tendencia
de agitar o proporcionarles movilidad a las partículas magnéticas. Esto provoca que
las partículas sean atraídas más fácilmente a los campos producidos por las fugas
de flujo.
Los campos magnéticos producidos por CA son muy fáciles de remover durante la
desmagnetización.
0
Intensidad
(+)
Tiempo
0
Intensidad
b) Corriente directa rectificada de media onda
Cuando se rectifica una fase de CA, la corriente resultante es conocida como
corriente directa rectificada de media onda (CDRMO). Esto significa simplemente
que la polaridad inversa o porción negativa de la curva sinusoidal de CA es
(-)
Imagen 31.- Corriente alterna rectificada.
5. Selección del método apropiado.
La corriente directa rectificada de media onda consiste de pulsos individuales de
corriente alterna, con intervalos de tiempo en los que no fluye corriente, ver la
imagen 32.
Cada pulso dura medio ciclo, lo que resulta en una corriente que fluye en una sola
dirección.
La corriente máxima de pico es la misma que la de la corriente alterna, y el valor
de la corriente promedio es considerablemente menor que la corriente pico.
Aunque la corriente directa es rectificada de media onda es un tipo de corriente
directa, se identifica como CDRMO (HWDC por su nombre en inglés Half Wave
Direct Current), lo que permite diferenciarla de la verdadera CD.
En la inspección por partículas magnéticas, una diferencia importante entre la
corriente alterna y la CDRMO y CD, es que los campos producidos por estas
últimas penetran en la pieza.
La corriente directa rectificada de media onda tiene un valor de densidad de flujo
de cero en el centro de la pieza inspeccionada, y se incrementa hasta que alcanza
un valor máximo en la superficie, por lo que, la densidad de flujo en el interior de
una pieza es mucho mayor con CDRMO y CD que con CA.
Entonces, la CDRMO y la CD se emplean siempre en los ensayos para detectar
discontinuidades subsuperficiales, aunque se podrá detectar también
discontinuidades superficiales, pero no son tan eficaces como la CA para éste
último caso.
La mejor aplicación de la CDRMO es en la inspección de soldaduras y fundiciones,
en combinación con el uso de polvo seco y magnetización con puntas.
(+)
0
Intensidad
Tiempo
(-)
Imagen 32.- Corriente directa rectificada de
media.
5. Selección del método apropiado.
c) Corriente directa
Como se puede observar en la imagen 33, la corriente directa es un flujo continuo
de corriente en una sola dirección.
Una fuente común de CD es la batería o la pila normal.
Intensidad
Una desventaja del uso de CD es porque las altas corrientes sólo pueden ser
mantenidas mientras la carga de la batería o pila es adecuada y, muchas veces,
es necesario contar con el flujo de corriente durante intervalos de tiempo
prolongados.
Tiempo
0
Imagen 33.- Corriente directa rectificada de media.
d) Corriente directa rectificada de onda completa
Puede ser corriente de fase simple o de tres fases.
(+)
● Corriente directa rectificada de onda completa de fase simple
Con circuitos eléctricos no sólo es posible bloquear (o rectificar) el flujo negativo
de la corriente alterna, sino también invertirlo, para duplicar el número de pulsos
positivos.
Intensidad
0
Tiempo
La imagen 34 muestra la forma de la corriente alterna rectificada de onda
completa de fase simple, normalmente identificada como corriente directa de
onda completa de fase simple.
Esencialmente, tiene la misma habilidad de penetración que la corriente directa
de onda completa de tres fases. Por lo simple de sus componentes el costo
inicial del equipo es mucho menor que el equipo de onda completa de tres fases.
Imagen 34.- Corriente directa de onda completa de fase simple.
5. Selección del método apropiado.
● Corriente directa rectificada de onda completa de tres fases
Tiene las ventajas de la corriente directa de onda completa de fase simple más algunos beneficios adicionales. La demanda de corriente está balanceada y se
reduce a la mitad.
La corriente de tres fases es la más usada para la inspección por partículas magnéticas en equipos de alto poder, por ejemplo con capacidades de hasta 20,000
amperios. Es el tipo de corriente comúnmente utilizada cuando se emplea el método residual.
e) Ventajas del uso de Corriente directa rectificada de media onda
Si se examinan las ventajas relacionadas con la CDRMO y CD, se obtienen las siguientes conclusiones:
● La densidad de flujo en una pieza se determina por la corriente máxima de pico de la CDRMO.
● Los requisitos de potencia y los efectos térmicos se determinan por la corriente promedio.
Con base en lo anterior, se puede ver que una alta densidad de flujo se puede generar utilizando el mínimo de corriente.
Por ejemplo, si se utiliza una corriente promedio de 400 amperios, la corriente de pico estará alrededor de 1,200 amperios y la densidad de flujo reflejará esta corriente
máxima de pico.
Otra ventaja de la CDRMO es la fuerte acción de pulsaciones de flujo magnético. Esto sirve para agitar las partículas magnéticas secas y las hace más sensibles a
las fugas de flujo.
iii. Requisitos de corriente
a) Para magnetización circular
La cantidad de corriente eléctrica empleada varía con la forma de la pieza y con la permeabilidad del material.
Demasiada corriente puede quemar la pieza o la puede saturar, causando un exceso de concentración de partículas magnéticas. Por otro lado, insuficiente
corriente puede provocar la falta de flujo, para que sean atraídas las partículas magnéticas.
5. Selección del método apropiado.
Debido a que no existen muchas variables involucradas para determinar los
requisitos de corriente para piezas individuales, para calcular la corriente de
magnetización necesaria para una magnetización circular entre cabezales y con
conductor central, tradicionalmente se ha utilizado la siguiente regla: “de 700 a 900
amperios por pulgada del diámetro de la pieza” (el diámetro se refiere al diámetro
exterior en el caso de componentes tubulares inspeccionados con conductor
central). Algunos documentos la consideran como parte de sus recomendaciones,
como es el caso del Código ASME para Recipientes a Presión y Calderas, Sección
V, Artículo 7.
15"
3/4” ο
a
5”
1”
Recordemos que el campo circular alrededor de un conductor de sección
transversal uniforme (redonda, cuadrada, etc.), es uniforme, constante y simétrico
a lo largo de la longitud total del conductor.
b
Ejemplos de aplicación de la regla en componentes redondos:
10”
1. Para magnetizar una barra de 3/4 pulgada de diámetro se necesita una corriente
de magnetización de 525 a 675 amperios, ver la imagen 35a.
2. Para magnetizar una barra de 1 pulgada de diámetro se necesita una corriente
de magnetización de 700 a 900 amperios, ver la imagen 35b.
3. Para magnetizar una barra de 4 pulgadas de diámetro se necesita una corriente
de magnetización de 2,800 a 3,600 amperios, ver la imagen 35c.
4”
C
Imagen 35.- Requisitos de corriente para magnetización circular.
5. Selección del método apropiado.
Conforme la sección transversal o forma de la pieza inspeccionada es más
compleja, se incrementa la dificultad para determinar el camino probable del
campo magnético.
Formas complicadas pueden requerir experimentación y magnetización por
separado en varias proyecciones de la pieza, para asegurar la dirección adecuada
del campo y la corriente de magnetización, en todas sus localizaciones.
Por ejemplo, cuando se magnetiza una pieza de sección transversal cuadrada o
rectangular, la fuerza del campo generado no es uniforme. La fuerza del campo se
reduce rápidamente hacia las esquinas, con una fuerza de solamente la mitad que
en el centro de las caras.
10”
2” ο
Cuando la sección transversal de la pieza varía grandemente, la regla no es
práctica.
Con esta regla, la corriente de magnetización determinada puede ser altamente
irreal. Además, conforme el tamaño de la pieza que será magnetizada se
incrementa, la regla también es muchas veces impráctica.
En resumen, cuando se inspeccionan formas y secciones transversales irregulares,
es más difícil calcular la corriente de magnetización necesaria, por lo tanto, es
mejor aplicar la regla en objetos de forma cilíndrica uniforme.
La regla para el uso de 700 a 900 amperios por pulgada también se aplica para la
magnetización circular con conductor central. En éste caso estamos tratando con
piezas huecas, como las que se ilustran en la imagen 36, así que se toma el
diámetro exterior de la pieza como si fuera el diámetro o espesor de una pieza
sólida.
1”
Imagen 36.- Piezas huecas.
5. Selección del método apropiado.
b) Para magnetización longitudinal
El diámetro de la bobina con relación a la dimensión y forma del objeto que está siendo magnetizado, es un factor importante para asegurar la magnetización adecuada.
En particular, cuando se decide la cantidad de corriente que debe utilizarse para realizar una magnetización adecuada, la longitud y el diámetro de la pieza deben ser
considerados con relación a la longitud y el diámetro de la bobina.
La relación del área de la sección transversal de la pieza magnetizada, con respecto al área de la sección transversal de la bobina es conocida como “factor de llenado”.
En general, la relación entre el diámetro de la pieza y el diámetro de la bobina no debería ser mayor a un décimo. Si la pieza es colocada adyacente a la pared interna de la
bobina, entonces el factor de llenado es menos importante.
La fuerza del campo que pasa a través del interior de una bobina es proporcional al producto de la corriente, en amperios, y el número de vueltas de la bobina. Por lo tanto,
variando la corriente o el número de vueltas en la bobina se modifica la fuerza de magnetización de la bobina. La unidad de medición de la fuerza de magnetización de una
bobina es Amperios-Vuelta (NI), que corresponde al amperaje actual multiplicado por el número de vueltas de la bobina.
De acuerdo con el documento ASTM E 709, existen varias fórmulas empíricas que pueden ser usadas para calcular la corriente de magnetización, dependiendo del factor de
llenado. Aunque, estas fórmulas son consideradas solamente por continuidad histórica. Se recomienda que cuando sean usadas, estén limitadas a piezas de forma simple, y
será más rápido y exacto utilizar un magnetómetro o medidor de Tesla / gauss (Gauss-metro o Tesla-metro).
Las fórmulas son:
1. Bobinas con bajo factor de llenado. En este caso, el área de la sección transversal de la bobina excede grandemente el área de la sección transversal de la pieza, esto es
que el diámetro de la pieza es menor del 10% del diámetro interior de la bobina. Para una magnetización adecuada, tales piezas deben ser adecuadamente colocadas dentro
de la bobina y cercanas a la pared interior de la bobina.
5. Selección del método apropiado.
Con este bajo factor de llenado, la fuerza adecuada del campo, para piezas colocadas excéntricamente y con una relación longitud entre diámetro (L/D) entre 3 y 15, es calculada con las siguientes fórmulas:
● Piezas con bajo factor de llenado colocadas cerca de la pared interna de la bobina:
NI =
Donde:
45,000
_________
(± 10%)
L/D
N = Número de vueltas en la bobina
I = Corriente que será utilizada, en amperios (A)
45,000 es una constante empírica
L = Longitud de la pieza, en pulgadas
D = Diámetro de la pieza, en pulgadas
NI = Amperes-Vuelta
● Piezas con bajo factor de llenado colocadas en el centro de la bobina:
NI =
Donde:
43,000
_________
(± 10%)
6 (L / D) - 5
N = Número de vueltas en la bobina
I = Corriente que será utilizada, en amperios (A)
43,000 es una constante empírica
R = Radio de la bobina, en pulgadas
L = Longitud de la pieza, en pulgadas
D = Diámetro de la pieza, en pulgadas
NI = Amperes-Vuelta
5. Selección del método apropiado.
2. Bobinas con factor intermedio de llenado. Cuando la sección transversal de la bobina es mayor que dos veces pero menor que diez veces la sección transversal de la
pieza inspeccionada, la fórmula es:
NI = (NI)afl (10 – Y) + (NI)bfl (Y – 2)/8
Donde:
ción
N = Número de vueltas en la bobina
I = Corriente que será utilizada, en amperios (A)
NIafl = Valor de NI calculado para bobinas con alto factor de llenado
NIbfl = Valor de NI calculado para bobinas con bajo factor de llenado
Y = Relación del área de la sección transversal de la bobina y la sectransversal de la pieza:
Y=
2
π
1
r
_________
π r2 2
r1 = Radio de la bobina, en pulgadas
r2 = Radio de la pieza, en pulgadas
3. Bobinas con alto factor de llenado. En este caso, cuando son utilizadas bobinas fijas o el cable es enrollado y el área de la sección transversal de la bobina es
menor de dos veces el área de la sección transversal de la pieza (incluyendo porciones huecas), la bobina tiene un alto factor de llenado.
● Piezas colocadas dentro de una bobina con alto factor de llenado y con una relación longitud entre diámetro (L/D) igual o mayor que 3:
5. Selección del método apropiado.
NI =
45,000
_________
(± 10%)
L/D
Donde:
N = Número de vueltas en la bobina
I = Corriente que será utilizada, en amperios (A)
35,000 es una constante empírica
L = Longitud de la pieza, en pulgadas
D = Diámetro de la pieza, en pulgadas
NI = Amperes-Vuelta
Nota:
Para relaciones (L/D) menores que tres, debería ser usada una pieza polo (material ferromagnético aproximadamente del mismo diámetro que la pieza inspeccionada)
para incrementar efectivamente la relación (L/D), o un método de magnetización alterno. Para relaciones (L/D) mayores que 15, debería utilizarse un valor máximo de 15
para todas las fórmulas mencionadas.
4. Relación (L/D) para una pieza hueca. Cuando se calcula la relación (L/D) para una pieza hueca, (D) debe ser reemplazada por un diámetro efectivo (Def), calculado utilizando:
Def = [(At – Ah)/π]1/2
Donde:
At = Área de la sección transversal total de la pieza
Ah = Área de la sección transversal de la porción hueca de la pieza
Para una pieza cilíndrica, esto es equivalente a:
Def = [(DE)2 – (DI) 2]1/2
Donde:
DE = Diámetro exterior del cilindro
DI = Diámetro interior del cilindro
5. Selección del método apropiado.
Recordemos que la fuerza del campo magnético es la mayor en la pared interna de
la bobina, siendo nulo en el centro. Además, la longitud efectiva de un campo
magnético longitudinal es de 6 a 9 pulgadas, hacia ambos lados de la bobina, por
lo que cualquier pieza cuya longitud sea mayor de 18 pulgadas necesitará 2 o más
magnetizaciones.
Cuando se utilizan estas fórmulas, se obtienen valores en amperios-vueltas (NI), por
lo que, para determinar la corriente necesaria para obtener una magnetización
longitudinal adecuada, éste valor debe dividirse entre el número de vueltas que
tiene la bobina. La mayoría de las bobinas prefabricadas cuentan con 3 a 5 vueltas.
1”
Ejemplo No. 1:
Determinar la corriente de magnetización y el número de magnetizaciones
necesarias para magnetizar longitudinalmente (y al 100%) la pieza de la imagen 37.
Para este ejemplo se considera que se tiene una condición con alto factor de
llenado.
Primero, se obtiene el valor de la relación L/D:
L/D = 8/1 = 8
8”
Imagen 37.- Pieza inspeccionada.
Como se tiene un alto factor de llenado, entonces se utilizará la fórmula:
NI =
NI =
3”
35,000
_________
(± 10%)
(L/D)+2
35,000
_________
(8) + 2
35,000
NI = _________ = 3,500
10
NI = 3,500 amperios-vueltas
5. Selección del método apropiado.
Si consideramos que la bobina tiene 5 vueltas, entonces la corriente de
magnetización es de:
I = Amperios-vueltas/N = 3,500/5 = 700 amperios
Respuesta: La corriente de magnetización es de 700 amperios y sólo se necesita una
magnetización, ya que la pieza tiene una longitud menor de 18 pulgadas.
Ejemplo no. 2:
Determinar la corriente de magnetización y el número de magnetizaciones
necesarias para magnetizar longitudinalmente (y al 100%) la pieza de la imagen 38.
Para este otro ejemplo se considera que se tiene una condición con bajo factor de
llenado y la pieza será colocada cerca de la pared interna de la bobina.
Como L es mayor que 18 pulgadas, se va a considerar que este es el valor de L.
Primero, se obtiene el valor de la relación L/D:
L/D = 18/6 = 3
Como se tiene un bajo factor de llenado y la pieza será colocada cerca de la pared
interna de la bobina, entonces se utilizará la fórmula:
NI =
45,000
_________
(± 10%)
L/D
NI =
45,000
_________
= 15,000
3
NI = 15,000 amperios-vueltas
6”
24”
Imagen 38.- Pieza inspeccionada.
5. Selección del método apropiado.
Si consideramos que la bobina tiene 5 vueltas, entonces la corriente de magnetización es de:
I = Amperios-vueltas/N = 15,000/5 = 3,000 amperios
Respuesta: La corriente de magnetización es de 3,000 amperios y se necesitan dos magnetizaciones ya que la pieza tiene una longitud mayor de 18 pulgadas.
iv. Secuencia de operaciones
En la inspección por partículas magnéticas, la secuencia de operaciones se aplica a la relación entre el tiempo que se toma para la aplicación de las partículas y el establecimiento del campo magnético. El examen puede realizarse por medio de dos técnicas básicas comúnmente empleadas en la industria continua y residual.
1. Magnetización continua. La magnetización continua se emplea en la mayoría de aplicaciones, utilizando partículas secas o húmedas. Es la que debería ser utilizada a menos
que sea específicamente prohibida.
● Técnica de magnetización continua seca. A diferencia de una suspensión húmeda, las partículas secas pierden casi toda su movilidad cuando entran en contacto con la
superficie de la pieza. Por ello, es imperativo que la pieza o el área de interés se encuentre bajo la influencia del campo magnético, mientras las partículas se encuentren en
el aire y libres, para que sean atraídas hacia las fugas de flujo.
Debido a lo anterior, la corriente de magnetización debe empezar a fluir antes de la aplicación de las partículas secas, debe mantenerse hasta después que se ha terminado
la aplicación de las partículas y que cualquier exceso de partículas ha sido removido, y hasta realizar una inspección visual.
● Técnica de magnetización continua húmeda. Generalmente se aplica en la inspección de piezas en equipos estacionarios horizontales. Involucra el baño abundante de la
pieza con partículas, que termina antes de cortar la corriente de magnetización. La duración del tiempo de magnetización es típicamente de 0.5 segundos con dos o más disparos.
2. Magnetización residual. La inspección por el método residual no es tan sensible como el método continuo. En esta técnica, el medio de inspección se aplica después que la
corriente de magnetización ha sido interrumpida. Se utiliza solamente si la pieza inspeccionada tiene alta retentividad para que el magnetismo residual sea tan fuerte como para
atraer y mantener las partículas en los campos de fuga. Tiene gran aplicación en la inspección de tubería o productos tubulares.
5. Selección del método apropiado.
v. Determinación del valor de la densidad de flujo
El nivel de la densidad de flujo es crítico en la inspección por partículas magnéticas.
Se debe hacer énfasis que, para producir una buena indicación, la fuerza del campo
magnético generado debe ser adecuada y su dirección favorable. Además, para
que las indicaciones sean consistentes, la fuerza del campo debe ser controlada
dentro de límites razonables.
Por todo lo anterior es obviamente importante que al aplicar la prueba por partículas
magnéticas el operador conozca cual es la fuerza del campo dentro de la pieza que
está siendo inspeccionada.
Los factores que afectan la densidad de flujo magnético generado son el tamaño, la
forma, el espesor y el tipo de material, y la técnica de magnetización. Ya que estos
factores varían ampliamente, es difícil establecer reglas rígidas para la densidad de
flujo para cada configuración.
Hoy en día no existe un método aplicable conocido el cual permita la medición
exacta de la densidad de flujo en un punto dado dentro de cualquier pieza
magnetizada.
Se encuentran disponibles varios tipos de medidores e indicadores que son
herramientas utilizadas para determinar, en forma cuantitativa y cualitativa, la
densidad del flujo magnético.
Existen muchos medidores de campo, los cuales miden el campo magnético en el
aire, estos medidores casi siempre son usados para medir “H” (la fuerza de
magnetización), aunque pueden ser calibrados en Gauss o Teslas, las cuales son
unidades de densidad de flujo.
Algunos otros tienen una bobina de contacto la cual proporciona una medición
relativa de la fuerza del campo magnético pero no proporciona la densidad de flujo,
estos instrumentos también pueden ser usados para determinar la dirección del
flujo. Además, existen instrumentos que cuentan con una sonda que funciona por
efecto Hall, ver la imagen 39, los cuales proporcionan la medición del campo cerca
de la superficie y muestran su dirección, pero indican la componente H.
Imagen 39.- Instrumento electrónico para medir densidad de
flujo.
5. Selección del método apropiado.
Ha sido desarrollada una variedad de accesorios simples, con el propósito de
asegurar que el campo en una pieza particular que está siendo inspeccionada es
de magnitud y dirección adecuada.
Estos accesorios son colocados sobre la superficie de la pieza que está siendo
magnetizada, funcionan provocando que parte del campo salga de la superficie
de la pieza inspeccionada, que pase a través del accesorio externo de prueba y
que regrese otra vez a la pieza inspeccionada.
Algunos de estos accesorios son:
● El indicador de campo magnético tipo pastel,
● El indicador de campo del Prof. Berthold, y
● Los indicadores de magnetización de tipo placas con ranuras.
Imagen 40.- Indicador de campo magnético tipo pastel.
Estos indicadores consisten de piezas de hierro suave, dentro de las cuales ha
sido maquinado o insertado un “defecto artificial” normalmente en forma de
ranura. La imagen 40 y 41 ilustran cada uno de estos tipos de indicadores.
Para usarse, el indicador es colocado sobre la pieza inspeccionada, de tal forma
que el defecto artificial esté en la dirección de las discontinuidades que se espera
encontrar en la pieza.
Imagen 41.- Placas con ranuras.
5. Selección del método apropiado.
Indicador
La pieza se magnetiza y las partículas son aplicadas normalmente. Si es mostrado
el defecto artificial, entonces se considera que la magnetización es adecuada,
como se puede observar en la imagen 42.
El nivel adecuado de sensibilidad para varios tamaños de discontinuidades es
alcanzado variando el ancho y profundidad del defecto artificial. Si son usados
adecuadamente estos accesorios son muy valiosos.
Dirección del flujo magnético
Otra forma práctica para determinar, en forma cualitativa, la densidad de flujo
magnético es utilizando discontinuidades conocidas. Esto es, realizando pruebas
con piezas similares o idénticas a las piezas que serán inspeccionadas que
contengan discontinuidades conocidas.
Partículas magnéticas
Imagen 42.- Uso de un indicador de campo magnético.
Capítulo 6:
Materiales de Inspección.
6. Materiales de Inspección.
Las partículas magnéticas que forman una indicación, también conocidas como
“polvo o medio de inspección”, son tan importantes como el propio equipo de
magnetización. Estas partículas no actúan como una sola unidad, se amontonan
cuando son magnetizadas. Sin embargo, un amontonamiento excesivo reduce su
capacidad para moverse hacia las fugas de flujo para formar indicaciones.
Algunas partículas se suministran en forma de polvo seco, algunas como una pasta
y otras como concentrados.
i. Características de las partículas magnéticas
Las partículas magnéticas son fabricadas de materiales ferromagnéticos, con
propiedades físicas y magnéticas que afectan su funcionalidad como medio para
formar indicaciones.
1. Propiedades físicas
Las propiedades físicas principales de las partículas magnéticas son el tamaño,
forma, densidad y color.
● Tamaño de las partículas magnéticas.
Éstas partículas son mucho más pequeñas que las limaduras de hierro, por lo que,
cuando están secas parecen polvo. Sus dimensiones varían dentro de un rango,
para permitir que las fugas de flujo con diferentes fuerzas puedan atraer las
partículas de diferentes masas. Imagen 43.
El rango de dimensiones de las partículas comercialmente disponibles es de entre
0.125 a 60 micras (0.000005 a 0.0025 pulgadas). Las partículas muy finas no
tienden a moverse como unidades separadas, se aglomeran para formar grandes
acumulaciones.
Imagen 43.- Tamaño de las particulas magnéticas.
6. Materiales de Inspección.
● Forma de las partículas magnéticas
La forma de la partícula es importante. En la actualidad, las partículas magnéticas son
una mezcla de formas esféricas y alargadas, unas proporcionan movilidad adecuada
y las otras polarización magnética. Juntas se enlazan para formar cadenas o puentes
pequeños para los campos de fuga, con lo que se forman las indicaciones visibles.
● Densidad de las partículas magnéticas
Es una propiedad que afecta la movilidad de las partículas. Por ejemplo, los polvos de
tipo metálico y óxido son más densos que el agua, por lo que las partículas húmedas,
preparadas en agua o aceite, tienden a asentarse cuando no son agitadas.
● Color de las partículas magnéticas
Las partículas son coloreadas para proporcionar un color contrastante con la
superficie de la pieza inspeccionada, para resaltar la visibilidad de indicaciones
pequeñas. La presentación de las partículas es en diferentes colores, con el objeto de
proporcionar un contraste adecuado.pieza inspeccionada. Imagen 44.
Imagen 44.- Color de las particulas magnéticas.
6. Materiales de Inspección.
2. Propiedades magnéticas
Las partículas magnéticas deben ser muy sensibles al magnetismo, por lo que
deben tener características magnéticas similares a los materiales
ferromagnéticos.
Las características de las partículas magnéticas son, esencialmente, una alta
permeabilidad y una baja retentividad.
● Alta permeabilidad
La alta permeabilidad de las partículas permite que puedan ser rápidamente
magnetizadas, para que sean fácilmente atraídas y retenidas por campos de fuga
débiles.
● Baja retentividad
Imagen 45.- Partículas secas.
Se requieren partículas de baja retentividad, esto significa que no retendrán
prácticamente ningún magnetismo residual, para que no se queden sobre la pieza
cuando no son retenidas por un campo de fuga, lo que permite que sean
fácilmente removidas de la superficie de la pieza inspeccionada.
ii. Clasificación de las partículas magnéticas
Las partículas magnéticas pueden ser clasificadas en:
1. Métodos, por la forma de ser transportadas
● Partículas secas (aire) Imagen 45.
● Partículas vía húmeda (agua o petróleo ligero) Imagen 46.
Imagen 46.- Partículas vía húmeda.
6. Materiales de Inspección.
2. Tipos, por el contraste con la superficie
● Partículas visibles, no-fluorescentes, contrastantes o coloreadas
● Partículas fluorescentes
Es importante utilizar el método y tipo adecuado de partículas magnéticas para
asegurar que las indicaciones de discontinuidades prevalezcan en cualquier caso
dado.
1. Métodos
a) Partículas secas
El requisito básico para las partículas secas es que tengan las propiedades
magnéticas adecuadas, además que sean ligeras y móviles. Las partículas
empleadas en el método seco tienen características similares a las del método
húmedo, excepto que se utilizan secas, en forma de polvo.
Las partículas secas dependen de que el aire las lleve a la superficie de la pieza, por
lo que se pueden utilizar pistolas, bulbos o aplicadores racionadores en forma de
pera o tipo salero, ver la imagen 47.
El método para aplicar las partículas secas es dispersarlas en forma de una nube
ligera de polvo, lo cual les proporciona un alto grado de movilidad. Como las
partículas flotan hacia abajo, por encima de la pieza que está siendo magnetizada,
tienen libertad para moverse en cualquier dirección, por lo que pueden ser atraídas
por campos de fuga débiles. La mejor forma para proporcionarles movilidad a las
partículas secas es utilizando campos magnéticos pulsantes.
Las partículas utilizadas en el método seco pueden ser de diferentes colores, como
rojo, negro, gris, azul, amarillo o anaranjado.
Imagen 47.- Aplicadores de partículas secas.
6. Materiales de Inspección.
En resumen, a continuación se indican las ventajas y desventajas del uso del método seco:
Ventajas:
● Excelente para detectar discontinuidades subsuperficiales.
● Fácil de usar en la inspección de objetos grandes con equipo portátil.
● Adecuado para la inspección de materiales con superficie rugosa.
● Las partículas tienen una alta resistencia al calor, por lo que pueden usarse a altas
temperaturas, de hasta 315°C.
● Fácil de usar en inspecciones en campo con equipo portátil.
● Buena movilidad cuando es usado con CA o CDRMO.
● No es tan “sucio” como el método húmedo.
● El equipo utilizado es menos costoso.
Desventajas:
● No es tan sensible como el método húmedo para grietas poco profundas y muy finas
● No es fácil cubrir toda la superficie adecuadamente, especialmente de piezas con
forma irregular o grandes.
● Más lento que el método húmedo para la inspección de una gran cantidad de piezas
pequeñas.
● No es fácil de utilizar para tiempos de inspección cortos, con la técnica de “disparos”
en el método continuo.
● Difícil de adaptar a sistemas de inspección mecanizados.
Imagen 48.- Ventajas de usar partículas secas.
6. Materiales de Inspección.
b) Partículas húmedas
La presentación de estas partículas puede ser en forma de pastas, polvo y
concentrados.
Pastas
En forma de pasta las partículas magnéticas deben ser disueltas en aceite para
conseguir el tamaño de partícula y la consistencia adecuada. La pasta es difícil de
deshacer y no se puede evitar que se formen terrones que puedan mezclarse con
la suspensión. Actualmente, casi ya no se suministran las partículas en forma de
pastas.
Polvo
Con el uso del agua como vehículo, las partículas en forma de pasta son más
difíciles de dispersar, por lo que actualmente las partículas son producidas en forma
de un polvo concentrado seco, que puede ser para suspensiones en aceite o en
agua. Las partículas en polvo tienen la necesidad de mezclarse con agentes que
faciliten su dispersión, agentes humectantes, agentes inhibidores de corrosión, etc.
Las partículas en forma de polvo pueden ser vertidas directamente en el tanque
para preparar el baño, sin la necesidad de mezclarlas previamente.
Concentrados
Las partículas usadas en concentrados son recubiertas con agentes humectantes,
un tipo de detergente, que les permite combinarse fácilmente con el vehículo.
Los concentrados de partículas que son diseñados para utilizarse en agua, vienen
premezclados con un acondicionador para que puedan ser vertidas directamente
en el agua y para mejorar las características de la solución. La imagen 49 ilustra la
presentación comercial de partículas magnéticas en forma de un concentrado.
Imagen 49.- Partículas magnéticas en presentación de concetrado.
6. Materiales de Inspección.
Las partículas húmedas pueden ser aplicadas en forma manual o automática,
bombeadas a través de boquillas, pistolas y aspersores.
Las partículas húmedas normalmente son aplicadas sobre las piezas
inspeccionadas y posteriormente son recolectadas en recipientes o tanques
abiertos en donde son agitadas y bombeadas, todo esto se hace en equipos de
magnetización estacionarios.
Cuando se utiliza el método húmedo las partículas se encuentran suspendidas en
un vehículo, el cual puede ser agua o aceite (petróleo ligero o queroseno). El
vehículo de las partículas húmedas les permite flotar para que sean fácilmente
atraídas hacia las fugas de flujo, pero cuando no existen fugas salen de la pieza
junto con el líquido.
Características de las suspensiones en aceite
El aceite tiende a proporcionar una buena humectabilidad para las piezas metálicas
Imagen 50. Sin embargo, debe tener otras características para que actúe como un
buen vehículo para las partículas. Estas características son:
Viscosidad.- Para que la partícula tenga buena movilidad la viscosidad máxima a
temperatura ambiente debería ser de aproximadamente 5 centiestokes.
Punto de ignición.- Como el aceite (petróleo ligero o queroseno) es un combustible,
es preferible que la temperatura mínima para que produzca flama sea de 57 °C
(135°F). Los aceites que producen flama por debajo de esta temperatura tienen baja
presión de vapor y se evaporan rápidamente, por lo que se requiere reemplazarlos
frecuentemente para que no se formen vapores nocivos y se presente el riesgo de
producirse flama.
Imagen 50.- Partículas magnéticas suspeción en aceite.
6. Materiales de Inspección.
Color.- El color es un indicador de la presencia de contaminantes como el azufre.
Olor.- El olor es una objeción para muchos operadores que trabajan todo el día con
recipientes abiertos que contienen partículas. El olor puede ser un indicador de la
presencia de contaminantes indeseables, tal como el azufre.
Fluorescencia.- La mayoría de suspensiones húmedas utilizan partículas
fluorescentes y muchos aceites también son fluorescentes, por eso es mejor
utilizar aceites con bajo nivel de fluorescencia natural. Imagen 51.
Reacción química.- La suspensión no debe reaccionar con los materiales que son
inspeccionados.
Contaminación.- La suspensión puede ser contaminada con polvo, grasa y aceite
que permanece en las piezas inspeccionadas. Estos contaminantes pueden
provocar acumulación de partículas y producir indicaciones como de
discontinuidades. Además, en la prueba de asentamiento de las partículas, los
contaminantes pueden provocar que sea difícil medir el nivel y la concentración de
las partículas. También, los contaminantes pueden elevar la fluorescencia del
aceite y producir una alta fluorescencia de fondo durante la inspección.
Finalmente, los contaminantes pueden aumentar la viscosidad del aceite.
Características de las suspensiones en agua
El agua es bastante popular como vehículo de suspensión para las partículas
magnéticas. Las suspensiones con agua tienen ciertas características:
a) Con el agua se elimina completamente el riesgo de producirse flama.
Imagen 51.- Partículas magnéticas húmedas fluorescentes.
6. Materiales de Inspección.
b) Obviamente, las suspensiones con agua deben ser utilizadas cuando la temperatura
se encuentra por debajo del punto de evaporación y por encima del punto de
congelación.
c) Debido a que el agua es un buen conductor eléctrico, el equipo debe ser
adecuadamente conectado a tierra.
d) Como el agua se evapora más rápidamente que los aceites, la suspensión debe ser
verificada frecuentemente. También, puede ser necesaria una prueba frecuente de
rompimiento del agua para asegurar que hay suficiente agente humectante en la
suspensión.
Control del baño de suspensión
Conforme el baño de suspensión va siendo utilizado para realizar inspecciones sufre de
ciertos cambios, algunos de los cuales son:
● La pérdida de partículas magnéticas, porque se adhieran mecánica o
magnéticamente a las piezas, lo que tiende a reducir la concentración del baño.
● La pérdida del líquido debido a la película que se adhiere sobre la superficie de las
piezas
● La pérdida del líquido por evaporación, lo que tiende a incrementar la concentración
de las partículas
● La acumulación gradual de polvo, suciedad, óxido, aceite y grasa de piezas sin
limpieza adecuada, y por pelusa que se desprende del trapo usado para limpiar.
Por lo anterior, es muy importante y necesario verificar el baño frecuentemente y realizar
las correcciones necesarias.
Una de las verificaciones que debería realizarse periódicamente es para determinar la
concentración del baño.
Imagen 52.- Aplicación y resultado de partículas en modo
suspesión.
6. Materiales de Inspección.
La “concentración” o “fuerza” del baño es el número de partículas magnéticas
húmedas en un recipiente.
La concentración del baño es un factor de importancia mayor para determinar la
calidad de las indicaciones obtenidas.
Por ejemplo, concentraciones muy elevadas de partículas dan como resultado un
fondo confuso y una adherencia excesiva de partículas, que puede interferir con
indicaciones de discontinuidades muy finas. O, por el contrario, pueden producirse
indicaciones muy finas que pueden llegar a perderse completamente, por un baño
con una concentración de partículas muy reducida.
La concentración del baño se determina midiendo el volumen de partículas
asentadas. Para realizar esta prueba se utiliza un Tubo centrífugo ASTM tipo pera,
como el que se muestra en la figura No. 53, que puede tener una espiga de 1 ml y
divisiones de 0.05 ml para suspensiones con partículas fluorescentes o con espiga de
1.5 ml y divisiones de 0.1 ml para suspensiones con partículas visibles o no
fluorescentes.
A continuación, se incluyen los pasos que se deben seguir en el proceso para preparar
las soluciones y para determinar la concentración del baño.
1. Se pesa la pasta o el polvo, o se mide el volumen de concentrado. La cantidad
en peso o volumen varía según las partículas, sean fluorescentes o visibles, y si
el vehículo es agua o petróleo ligero; generalmente la cantidad la recomienda el
fabricante.
2. Se agrega lentamente el polvo o el concentrado en el recipiente que contenga
la cantidad adecuada de vehículo.
3. Se mezcla y agita la suspensión, durante un mínimo de 30 minutos, para
asegurar una distribución uniforme de partículas.
Imagen 53.- Tubo centrífugo ASTM tipo pera.
6. Materiales de Inspección.
4. Se toma una muestra de 100 ml en el tubo centrífugo tipo pera o un tubo de
decantación.
5. Se deja reposar la muestra para que se asienten las partículas, durante 30
minutos si el baño es preparado con agua o durante 60 minutos si el baño es
preparado con petróleo, en un lugar libre de vibraciones.
6. Se mide el volumen de las partículas asentadas en el fondo de la espiga del tubo
centrífugo.
Si la lectura es mayor que la requerida, en general de 0.1 a 0.4 ml para partículas
fluorescentes, y de 1.2 a 2.4 ml para partículas visibles, se debe agregar más vehículo al
baño, agua o petróleo, y si la lectura es menor a la requerida, se agregan más partículas
al recipiente.
Las determinaciones de la concentración del baño, después de un tiempo de haberlo
preparado y de realizar inspecciones, pueden no ser tan confiables como se espera, esto
se debe a la contaminación del baño con diferentes materiales como polvo, óxido, etc., lo
que causa lecturas de volumen falsas.
Después de un cierto tiempo de uso, el baño puede verificarse con el Bloque MTU, que
se ilustra en la imagen 54, con el cual se puede verificar, en forma cualitativa, que el baño
contiene suficientes partículas magnéticas, ya que al bloque no se adhieren materiales
contaminantes.
Imagen 54.- Bloque MTU.
6. Materiales de Inspección.
El método húmedo tiene sus ventajas y desventajas. Las ventajas más importantes, las cuales constituyen la razón para ser un método usado ampliamente, son:
● Es el método más sensible para grietas superficiales muy finas.
● Es el método más sensible para grietas superficiales finas y muy poco profundas.
● Las partículas magnéticas cubren rápida y completamente todas las superficies de piezas con forma irregular, grandes o pequeñas.
● Es el método más rápido y completo para la inspección de lotes grandes de piezas pequeñas
● El baño se puede recuperar fácilmente y se puede re-utilizar
● Las partículas magnéticas tienen excelente movilidad en el líquido de suspensión
● Es fácil medir y controlar la concentración de partículas en el baño, lo que hace más uniforme y segura la reproducción de resultados
● Se adapta a tiempos de inspección cortos, con la técnica de “disparos” de magnetización para el método continuo
● Se adapta fácilmente a la operación en unidades automáticas
Algunas de las desventajas del método húmedo son:
● Normalmente no es capaz de detectar discontinuidades subsuperficiales
● Es sucio para trabajar, especialmente cuando no se recuperan las partículas y en inspecciones en campo
● Cuando se utiliza aceite para el baño y la magnetización circular por contacto directo, se presenta un riesgo potencial de producirse fuego
● Se requiere un sistema de recirculación diseñado adecuadamente para mantener las partículas en suspensión
● En ocasiones, en la limpieza posterior es un problema remover las partículas magnéticas adheridas a la superficie
6. Materiales de Inspección.
2. Tipos
Aún desarrollando un sistema de inspección altamente sofisticado, sin embargo, si el inspector tiene dificultades para observar las indicaciones, entonces el sistema es
inadecuado. La mejor visibilidad para el ojo humano es proporcionada por condiciones de alto contraste.
Uno de los requisitos principales para observar la presencia de indicaciones es contar con una buena iluminación.
a) Partículas visibles, no-fluorescentes, contrastantes o coloreadas
Las indicaciones de partículas visibles son examinadas con luz blanca, que puede ser natural, proveniente del sol, o artificial, proveniente de lámparas, focos, etc.
Con partículas visibles la selección del color de la partícula a utilizar depende únicamente de cuál proporcione el mayor contraste con el color de la superficie de la pieza
inspeccionada, como en el caso de una hoja blanca, la impresión de color negro es una condición con alto contraste.
Por ejemplo, polvos blancos o grises sobre la superficie gris de fundiciones de arena son difíciles de ver, por el contrario, polvos de color rojo proporcionan buen contraste.
Algunas partículas son cubiertas con tintes que proporcionan colores brillantes, con los cuales se tiene un mejor contraste que los colores naturales menos brillantes.
En algunos casos, se puede utilizar un tipo de recubrimiento sobre la superficie de la pieza inspeccionada, conocido como tinta de contraste, con el objeto de proporcionar
una superficie que contraste con el color de las partículas. Su espesor debe ser el menor posible (no mayor de 0.05 mm) para que no ocasione interferencias con la formación
de indicaciones, no debe interferir con la movilidad de las partículas, no debe interferir con los puntos de contacto eléctrico y no deben ser solubles en el vehículo de las
partículas húmedas.
Para efectuar la inspección utilizando partículas visibles se debe contar con una intensidad mínima de luz sobre la superficie de la pieza inspeccionada. Por ejemplo, de
acuerdo con el Código ASME para Recipientes a Presión y Calderas, Sección V, Artículo 7, se requiere una intensidad mínima de 1000 lux (100 pies-candela, fc) sobre la
superficie inspeccionada para asegurar una sensibilidad adecuada durante el examen y evaluación de las indicaciones, y del Volumen 03.03 de ASTM el documento E-709
considera esa intensidad como una recomendación.
6. Materiales de Inspección.
Longitud de onda en nanómetros.
b) Partículas fluorescentes
Existen partículas magnéticas cubiertas con un tinte fluorescente, el cual
proporciona el máximo contraste para el ojo humano.
En partículas magnéticas, “Fluorescencia” es “la propiedad que tienen ciertas
sustancias para emitir luz blanca, dentro del rango de luz visible, cuando son
iluminadas o expuestas a la luz ultravioleta”.
La luz visible y la luz ultravioleta pertenecen a una familia de ondas llamadas
“Ondas Electromagnéticas”. El espectro electromagnético puede describirse con
base en la longitud de onda, como se ilustra en la imagen 55.
10 6
10 5
10 4
103
10 2
10
1
10 -1
10 -2
10 -3
10 -4
Rayos “X”
Radio
Infrarrojos
Rayos “Gamma”
Ultravioleta
Luz Visible
Imagen 55.- Espectro electromagnético.
La luz ultravioleta utilizada es conocida como “luz negra”, la que se encuentra en
un rango de longitudes de onda de 330 a 390 nanómetros (1 nm = 10-9 metros),
cercano a las longitudes de onda de la luz visible, siendo la predominante de 365
nanómetros, que es equivalente a 3650 Ángstrom (1 nm = 10 Ángstrom).
Normalmente las partículas fluorescentes tienen una coloración verde-amarilla, la
cual tiene la particularidad de ser la más fácilmente visible para el ojo humano,
por encontrarse al centro del espectro visible. La imagen 56 muestra la respuesta
del ojo humano al espectro de colores del rango de luz visible. Con los colores de
los extremos del espectro la apariencia es mucho más atenuada que con los
colores en el centro.
Con excepción de algunas aplicaciones, las partículas fluorescentes son usadas
en el método húmedo. Con ello, la inspección con partículas fluorescentes es
más rápida, más confiable y más sensible para discontinuidades muy finas, en la
mayoría de aplicaciones.
Longitud de onda en nm
400
Violeta
500
Azul
Verde
600
700
Rojo
Naranja
Amarillo
Imagen 56.- Respuesta del ojo humano a los colores.
10 -5
10 -6
Rayos
Cósmicos
6. Materiales de Inspección.
Con el uso de partículas fluorescentes se requiere cumplir con varias condiciones. Una de
ellas es contar con un área de trabajo con cierto nivel de oscuridad y otra es utilizar una
fuente de luz negra, con lo que se obtiene un muy alto contraste.
Para llevar a cabo la inspección utilizando partículas fluorescentes es necesario cumplir
con ciertos requisitos:
● Se debe contar con una intensidad mínima de luz negra sobre la superficie de la pieza
inspeccionada. Imagen 57.
Por ejemplo, de acuerdo con el Código ASME para Recipientes a Presión y Calderas,
Sección V, Artículo 7 y del Volumen 03.03 de ASTM el documento E-709, la intensidad de
luz negra sobre la superficie inspeccionada no debe ser menor a 1000 µW/cm2. Esto se
debe a que la intensidad de luz negra utilizada para energizar un material fluorescente
determina la cantidad de luz visible emitida.
● La intensidad de la luz negra debe medirse periódicamente con un medidor de luz
negra adecuado.
● Se debe permitir que la lámpara de luz negra se caliente durante un tiempo mínimo de
5 minutos antes de usarla o de medir la intensidad de la luz negra emitida.
● Se recomienda que el técnico adapte sus ojos a las condiciones del área oscura, por
ejemplo, de acuerdo con el Código ASME para Recipientes a Presión y Calderas,
Sección V, Artículo 7, debe esperar al menos 5 minutos y del Volumen 03.03 de ASTM
el documento E-709, recomienda esperar al menos 1 minuto, antes de iniciar el trabajo
de inspección.
● Se recomienda que la intensidad de luz blanca ambiental, dentro del área oscura, no
sea mayor a 20 luxes (2 pies candela).
Imagen 57.- Uso de particulas Magnéticas y lámpara de luz negra.
6. Materiales de Inspección.
Lámparas de luz negra
Existen diferentes tipos de lámparas de luz negra comercialmente disponibles,
dentro de las que se encuentra a las lámparas tubulares, las lámparas
incandescentes y las lámparas de vapor de mercurio. Imagen 58.
Lámparas tubulares.- Son similares, en construcción y operación, a las lámparas
tubulares fluorescentes para iluminación general. Emplean el arco de vapor de
mercurio de baja presión. El interior del tubo está cubierto con fósforo que
produce fluorescencia con la energía de descarga del vapor de mercurio. Imagen
59. Los tubos pueden ser de diferentes longitudes, los más largos (de hasta 36”)
no son portátiles como los de 5” o 6”, pero proporcionan más luz sobre áreas
grandes. Pueden ser montados en bancos de 4 a 6 tubos. Un problema inherente
es que su salida cae rápidamente con el uso.
Imagen 58.- Lámpara de luz negra.
Lámparas incandescentes.- Son similares a las lámparas foto-reflectoras
ordinarias, excepto que son fabricadas con vidrio rojo-púrpura. Producen luz de
baja intensidad, su tiempo de vida es corto y generan una gran cantidad de calor.
Lámparas de vapor de mercurio.- La lámpara de arco de vapor de mercurio de
alta presión es la fuente de luz negra más importante para la inspección con
partículas fluorescentes. Casi es la lámpara universalmente utilizada, la imagen
60, muestra este tipo de lámpara. Por el proceso para el funcionamiento interno
de la lámpara, al encenderla le toma cerca de 5 minutos para alcanzar la máxima
intensidad de luz.
Estas lámparas utilizan bulbos de 100 vatios (watts) identificados como
iluminadores “spot” o “flood” (puntuales o de inundación). Las lámparas con
bulbos “spot” concentran su energía en áreas relativamente pequeñas, lo que
proporciona la máxima iluminación en el sitio hacia donde se dirige y en el cual
se observan las indicaciones.
Imagen 59.- Lámparas Tubulares.
6. Materiales de Inspección.
En otras palabras, proporciona la intensidad adecuada para casi todas las
inspecciones en el área de un círculo de 6” de diámetro a una distancia de 15” del
filtro de la lámpara.
Las lámparas con bulbos “flood” proporcionan más iluminación sobre áreas
grandes, pero no son tan adecuadas para utilizarse en inspecciones críticas. El
nivel de iluminación es menor que el mínimo requerido normalmente, a menos
que la lámpara se mantenga extremadamente cerca de la superficie de interés.
Cuando una lámpara de luz negra se apaga, por cualquier razón, los bulbos no
responden inmediatamente cuando son encendidas nuevamente. Debe
permitirse que transcurra un tiempo para que la lámpara se enfríe y se restablezca
el arco, lo cual puede tardar varios minutos. Por lo anterior, una vez que la lámpara
de luz negra esté en operación, es mejor dejarla encendida todo el tiempo aunque
no sea utilizada en forma continua.
Otra razón para dejar la lámpara encendida es porque cada vez que se enciende
se afecta la vida útil del bulbo, posiblemente reduciéndola hasta tres horas cada
que se enciende, y la vida del bulbo es limitada. La expectativa de vida nominal
para un bulbo es de aproximadamente 1000 horas.
Imagen 60.- Lámpara de vapor de mercurio.
Filtros para lámparas de luz negra
Todas las lámparas de luz negra utilizan un filtro de vidrio, de color rojo-púrpura
oscuro, que tiene la función de remover efectivamente toda la luz visible y la
radiación de onda corta dañina, igualmente producidas por la lámpara. El filtro
permite el paso de la radiación óptima (de 365 nm) para energizar la mayoría de
tintes fluorescentes usados.
6. Materiales de Inspección.
Medidores de intensidad de luz negra
Para cumplir con el control del proceso de inspección, y porque una intensidad
de luz menor a la óptima puede afectar seriamente los resultados de las
inspecciones, la intensidad de la luz negra debe medirse a intervalos regulares de
tiempo. Tales mediciones pueden realizarse fácil y rápidamente con equipo muy
simple, como el que se ilustra en la imagen 61.
iii. Condición de la superficie
Sin tener en cuenta las partículas que se van a utilizar, bien sean húmedas o
secas, es primordial que las piezas examinadas estén bien limpias y libres de
grasa, aceite, polvo, etc. Si las piezas no están limpias, puede disminuirse la
movilidad de las partículas y provocar que no sean atraídas hacia los campos
de fuga.
Si la pieza no está limpia, un baño húmedo puede dar como resultado una
superficie grasosa o aceitosa, ya que la grasa, aceite y polvo también pueden
contaminar el recipiente. También, las partículas secas se pegarán a una
superficie sucia o húmeda, por lo cual, las piezas además de estar limpias
también deben encontrarse secas.
iv. Sensibilidad de los métodos
Anteriormente se explicó que la corriente alterna (CA) es la corriente más
efectiva para detectar discontinuidades superficiales, lo cual es cierto porque
la CA tiene la tendencia de fluir cerca de la superficie de las piezas (efecto de
piel), por lo que crea el campo magnético máximo en la superficie. Ahora bien,
ya que se ha establecido que la CA es superior para detectar discontinuidades
superficiales, ahora se enfocará el tema a la detección de discontinuidades
subsuperficiales.
Imagen 61.- Medidor de instensidad de luz negra.
6. Materiales de Inspección.
La imagen 62 muestra un anillo de prueba de acero (ketos) que contiene 12
barrenos localizados a distintas profundidades. Este anillo de prueba puede ser
utilizado para evaluar y comparar la funcionalidad y sensibilidad del método
húmedo y seco, de las técnicas de partículas no fluorescentes y fluorescentes, y de
los diferentes tipos de corrientes de magnetización.
A continuación, la imagen 63 ilustra en forma gráfica los resultados de pruebas
realizadas en un anillo de prueba. Estas pruebas tienen el fin de comparar la
capacidad de diferentes tipos de corrientes de magnetización para detectar
discontinuidades localizadas por debajo de la superficie.
Cada prueba se realizó usando un conductor central y una cantidad mínima de
corriente de cada tipo, para producir una cantidad apreciable de partículas en la
superficie exterior del anillo de prueba, para cualquier profundidad de barreno
dado.
Barreno
Diámetro
“D”
1
2
3
4
5
6
7
8
.07
.07
.07
.07
.07
.07
.07
.07
.07
.14
.21
.28
.35
.42
.49
.56
9
10
11
12
.07
.07
.07
.07
.70
.77
.84
.63
1
2
3 / 4”
3
4
5
6
D
5”
1 1/4”
7
12
11
10
9
8
7/8 ”
Imagen 62.- Anillo de pruebas.
6. Materiales de Inspección.
Con corriente alterna, utilizando ambos tipos de partículas, se necesitó entre 700 y
900 amperios para provocar fugas de flujo suficientes para que fueran atraídas las
partículas y formaran la indicación correspondiente al primer barreno, ver imagen
64.
La cercanía entre las líneas de CA y partículas húmedas, y CA y partículas secas,
indica que existe muy poca diferencia entre ambos métodos. También se muestra
que la CA no se debería usar normalmente para detectar discontinuidades
subsuperficiales.
A pesar de la falta de penetración, cuando se utiliza CA, el método más efectivo es
con partículas secas. Como la línea de CA y partículas secas está a la derecha de la
línea de CA y partículas húmedas, se puede ver que se requiere una cantidad
menor de corriente para provocar fugas de flujo suficientes para atraer partículas
secas hacia la superficie del anillo, en la proximidad del primer barreno.
Ahora, se van a comparar las partículas secas y húmedas utilizando CD en lugar de
CA, ver imagen 65.
Al comparar los dos métodos, es importante recordar que fue utilizada la mínima
cantidad de cada tipo de corriente para atraer las partículas magnéticas. Con el
método húmedo y CD las partículas fueron atraídas hacia la superficie sobre el
barreno No. 2, con una corriente de 735 amperios, y con partículas secas y CD solo
se necesitaron 475 amperios para atraer las partículas sobre el mismo barreno No.
2.
CA
húmedas
CA
secas
CD
húmedas
CD
Secas
800
CDRMO
secas
600
400
200
0
2
4
6
8
10
12
No. de Barreno
Imagen 63.- Gráfica de resultados de pruebas.
CA
húmedas
CA
secas
800
600
400
200
0
2
4
6
8
10
12
No. de Barreno
Imagen 64.- Resultados de pruebas con corrientes alterna.
6. Materiales de Inspección.
De lo anterior se puede concluir que, bien se utilice CA o CD, las partículas secas son
atraídas más fácilmente hacia las fugas de flujo producidas por discontinuidades
subsuperficiales, lo cual es cierto porque las partículas secas están flotando en una
nube y pueden desviarse fácilmente sobre la superficie de la pieza que se está
magnetizando, lo cual permite que las partículas secas sean atraídas más fácilmente
hacia los campos de fuga débiles.
CD
húmedas
800
Utilizando el método húmedo y CD se necesitaron 1,000 amperios para provocar
fugas de flujo y atraer partículas hacia el barreno No. 3, mientras que con CD y
partículas secas solo se necesitaron 550 amperios para atraer las partículas hacia el
mismo barreno No. 3.
Dado que las partículas secas son atraídas más fácilmente hacia las fugas de flujo,
se puede decir que el método seco y CD es el más sensible para detectar
discontinuidades subsuperficiales, en este caso.
Lo que siempre se debe recordar es que las partículas secas son más sensibles que
las partículas húmedas, ya sea con CA o CD, que la corriente alterna es más efectiva
para localizar discontinuidades superficiales y que la corriente directa es más
efectiva para detectar discontinuidades subsuperficiales.
En resumen, la CD y las partículas secas son siempre más sensibles que la CD y las
partículas húmedas.
CD
Secas
600
Corriente
(Amperios)
400
200
0
2
4
6
8
10
Imagen 65.- Resultados de las pruebas con corriente directa.
12
No. de Barreno
6. Materiales de Inspección.
Ahora, puede surgir la siguiente pregunta ¿Y que sucede con la CDRMO?
Veamos la imagen 66, en ella se aprecia que con CDRMO y partículas secas se
necesitaron solamente unos 400 amperios para crear fugas de flujo en el barreno
No. 6 del anillo de prueba.
La conclusión es que la CDRMO tiene la máxima cualidad de penetración.
La habilidad de penetración de la CDRMO se debe a que su acción pulsante
continua agita las partículas, lo cual tiende a darles movilidad, por lo que las
partículas pueden ser atraídas hacia campos de fuga débiles.
800
Ahora se va a comparar la funcionalidad de los diferentes métodos de partículas
magnéticas, secas y húmedas.
Corriente
De acuerdo con los resultados de las pruebas realizadas, se puede asegurar que el
método por partículas secas es superior para detectar discontinuidades localizadas
por debajo de la superficie (subsuperficiales), lo que se debe a la alta permeabilidad
y a la forma favorablemente alargada de las partículas. También, se puede decir que
las partículas secas en combinación con CA son excelentes para detectar grietas
superficiales, siempre y cuando no sean excesivamente finas.
En la figura se ve claramente que el método seco es superior al método húmedo
para este propósito, a cualquier valor utilizado de corriente.
Se puede observar la comparación de la efectividad del método seco y el método
húmedo para detectar discontinuidades localizadas por debajo de la superficie.
Sin embargo, no debemos olvidar que cuando el problema es detectar
discontinuidades superficiales muy finas, no hay cuestionamiento alguno acerca de
la superioridad del método húmedo, utilizando cualquier tipo de corriente de
magnetización.
600
CDRMO
Secas
(Amperios)
400
200
0
2
4
6
8
Imagen 66.- Resultados de la prueba con CDRMO.
10
12
No. de Barreno
Capítulo 7:
Principios de Desmagnetización.
7. Principios de Desmagnetización.
i. Magnetismo residual
Anteriormente se mencionó que la permeabilidad magnética de un material es la facilidad con la que puede ser magnetizado. En otras palabras, es la facilidad con la que
se producen líneas de fuerza en el interior del material.
Los hierros suaves y los hierros de bajo contenido de carbono son sumamente fáciles de magnetizar y son altamente permeables. Estos materiales magnéticos conducen
fácilmente las líneas de fuerza.
Los materiales magnéticos que son difíciles de magnetizar tienen baja permeabilidad. Los aceros duros, con alto contenido de carbono son difíciles de magnetizar y tienen
baja permeabilidad.
Después de haber sido magnetizados, en todos los materiales ferromagnéticos permanece un campo magnético en algún grado.
El campo magnético que retienen los materiales ferromagnéticos se conoce como “magnetismo residual”.
La propiedad de un material ferromagnético para retener cierta cantidad de magnetismo residual se conoce como “retentividad”.
Aunque los aceros duros tienen baja permeabilidad y son difíciles de magnetizar, conservan algo del magnetismo después que la corriente de magnetización haya sido
desconectada.
El magnetismo residual es siempre menor que el campo magnético presente cuando está actuando la corriente de magnetización y varía con el tipo de material. Por
ejemplo, las herramientas de acero, con alto contenido de carbono, retendrán un campo magnético residual mayor que el que retendría un acero con bajo contenido de
carbono. En algunos casos este campo puede llegar a compararse con los campos intensos asociados con aleaciones especiales usadas para fabricar imanes
permanentes.
A diferencia del acero duro, el hierro suave retendrá solamente una cantidad pequeña de magnetismo, que puede ser imperceptible, después que la corriente de
magnetización haya sido suprimida.
El hierro suave y el acero de bajo contenido de carbono retienen muy poco magnetismo residual.
Entonces, los materiales magnéticos con baja permeabilidad tendrán gran cantidad de magnetismo residual, y los materiales magnéticos con alta permeabilidad tendrán
poca cantidad de magnetismo residual.
7. Principios de Desmagnetización.
Casi cualquier material ferromagnético puede, por una u otra razón ser sujeto a una inspección por partículas magnéticas, por lo tanto, puede ser necesario desmagnetizarlo
posteriormente. La desmagnetización puede ser fácil o difícil, dependiendo del tipo de material.
ii. Razones que obligan a la desmagnetización
La intensidad del magnetismo residual depende de la retentividad del material. Sin embargo, una alta retentividad no significa necesariamente una mayor dificultad en la
desmagnetización, ya que esto depende esencialmente de la fuerza necesaria para remover el magnetismo residual. A veces, resulta más difícil desmagnetizar la pieza que
magnetizarla.
No siempre es necesario desmagnetizar las piezas después de una inspección, ya que el proceso es costoso y consume tiempo, no hay necesidad de realizarlo al no existir
alguna buena razón para hacerlo.
Cuando se iniciaron los exámenes por partículas magnéticas, la desmagnetización se realizaba como una operación de rutina, bien fuese necesaria o no.
Sin embargo, en muchos de los casos la desmagnetización es esencial, por lo que el operador debe comprender por qué se realiza, junto con los problemas involucrados y las
formas de resolverlos. Veamos unas cuantas razones por las que es preciso desmagnetizar.
La desmagnetización es necesaria cuando el campo residual en una pieza:
● Pueda interferir con subsecuentes operaciones de maquinado o mecanizado, haciendo que la rebaba o viruta se adhiera a la superficie de la pieza o de la herramienta o
cuchilla, con lo que resultará afectado el acabado de aquella o la vida de esta.
● Pueda interferir con operaciones de los procesos de soldadura por arco, ya que si el campo es suficientemente intenso, producirá sensibles desviaciones del arco.
● Pueda afectar la correcta operación de instrumentos sensibles a los campos magnéticos, tales como brújulas, etc., o porque pueda interferir de alguna forma en el
funcionamiento de equipos o instrumentos incorporados en la estructura donde va a ser instalada la pieza.
● Pueda afectar el funcionamiento de la propia pieza; cuchillas o sierras de corte trabajarán mal, e incluso llegarán a romperse, si se adhieren las rebabas o virutas a la
superficie.
● Pueda causar daños en partes móviles, por captura de partículas de metal o incluso partículas magnéticas. Este es el caso de las bolas o rodillos de los rodamientos o los
dientes de engranes.
7. Principios de Desmagnetización.
● Pueda impedir la correcta limpieza de las piezas después del ensayo, debido a la retención magnética de las partículas en la superficie, haciendo así difíciles otras
operaciones posteriores, como el plaqueado o la aplicación de pintura.
iii. Cuando la desmagnetización no es necesaria
La desmagnetización no es necesaria y no se lleva a cabo cuando:
● Las piezas son de un material suave (aceros blandos de bajo contenido de carbono) y de baja retentividad. En este caso, el campo remanente es muy bajo o desaparece
prácticamente al dejar de actuar la fuerza de magnetización.
● La pieza forma parte de una estructura soldada, una fundición grande, una caldera, etc. En estos casos, aunque el material presente algún campo residual, no es probable
que afecte el funcionamiento adecuado de la pieza.
● La pieza sufrirá, posteriormente, un tratamiento térmico por encima del punto de Curie *, cerca de 770°C. Por encima de esta temperatura, el acero se vuelve no magnético
y en el enfriamiento queda totalmente desmagnetizado.
● La pieza va a ser magnetizada de cualquier forma en procesos posteriores, por ejemplo, al sujetarla en un plato magnético.
● La pieza va a ser subsecuentemente magnetizada en diferentes direcciones, con el mismo nivel o a un nivel más alto que el utilizado originalmente.
● El campo magnético contenido en una pieza terminada es tal que no existen fugas de flujo externas que puedan medirse por medios ordinarios. Por ejemplo, en la
magnetización circular de tubería soldada o sin costura.
* Punto de Curie: Temperatura a la cual un material ferromagnético no podrá ser mayormente magnetizado por fuerzas externas y en donde se pierde su magnetismo
residual; aproximadamente entre 649 a 871°C para la mayoría de los metales.
7. Principios de Desmagnetización.
iv. Campo residual longitudinal y circular
Una pieza magnetizada circularmente no presenta prácticamente evidencias
externas de su magnetismo, aunque el campo residual sea elevado.
Sin embargo, en el caso de la magnetización longitudinal, es fácil detectar los polos
formados.
Cuando es suficiente que la pieza no manifieste evidencias externas de su
magnetismo residual, deberá ser magnetizada primero longitudinalmente y luego
circularmente, con lo que no será necesario el proceso de desmagnetización. Pero
esta desmagnetización aparente puede causar problemas durante el maquinado
de la pieza o bien si se pone en contacto con otra pieza no magnetizada.
Para evitar los problemas mencionados anteriormente, es útil magnetizar primero
circular y luego longitudinalmente, ya que al crear el último campo se supone
necesariamente la desaparición del primero, esto se debe a que no pueden
coexistir dos campos en diferentes direcciones, simultáneamente, en la misma
pieza y, además, es más fácil eliminar el campo magnético longitudinal y controlar
la eficacia de la desmagnetización.
v. Curva de histéresis
Todos los materiales ferromagnéticos tienen ciertas propiedades magnéticas
que son específicas para ese material. La mayoría de estas propiedades se
describen por medio de una “curva de histéresis”. Los datos utilizados para el
trazado de una curva de histéresis se obtienen colocando una barra del material
ferromagnético dentro de una bobina y aplicando corriente alterna.
Incrementando gradualmente la fuerza de magnetización, “H”, y midiendo la
densidad de flujo inducida, “B”, en cada incremento, se obtiene, y puede ser
trazada, la relación entre la fuerza del campo magnético o fuerza de
magnetización y la densidad de flujo inducida, como se ilustra en la imagen 67.
B+
a
b
Densidad de flujo cero
f
H-
c
0
H+
Fuerza de magnetización cero.
e
d
BImagen 67.- Curva de histéresis
7. Principios de Desmagnetización.
B+
La relación entre la fuerza del campo magnético y la densidad de flujo no es lineal
para los materiales ferromagnéticos. Un cambio específico en “H” puede producir un
cambio pequeño o grande en “B”.
La curva inicial, para un material que nunca ha sido magnetizado, comienza en el
punto “0” (fuerza del campo magnético cero y densidad de flujo magnético cero);
aumentando “H” en incrementos pequeños, la densidad de flujo en el material
primero se incrementa rápidamente y después lentamente, en forma gradual, hasta
que se alcanza el punto “a”, figura No. 68. En este punto, se dice que el material está
magnéticamente saturado. Más allá de este “punto de saturación”, cualquier
aumento en la fuerza de magnetización no incrementa la densidad de flujo en el
material. En la curva de histéresis completa, la curva de “0” hasta “a” normalmente se
dibuja como una línea punteada ya que ocurre solamente durante la magnetización
inicial de un material sin magnetizar. A esta curva inicial se le conoce como “curva
virgen”.
Cuando la fuerza de magnetización se reduce a cero, hasta el punto “0”, como se
muestra en la imagen 69, la densidad de flujo se reduce lentamente, retrasándose
con respecto a la fuerza de magnetización, sin llegar a cero. La cantidad de densidad
de flujo remanente en el material, la línea de “0” hasta “b”, es el magnetismo residual.
a
(punto de saturación)
Densidad de flujo cero
H-
H+
0
Fuerza de magnetización cero.
B-
Imagen 68.- Curva virgen
B+
a
b
Magnetismo residual
H-
0
BImagen 69.- Magnetismo residual.
H+
7. Principios de Desmagnetización.
B+
La remoción del magnetismo residual requiere la aplicación de una fuerza de
magnetización en dirección opuesta o negativa, ver la imagen 70. Cuando la fuerza
de magnetización primero se invierte y después se aplica solamente una cantidad
pequeña, la densidad de flujo se reduce lentamente a cero, en el punto “c”.
La cantidad de fuerza de magnetización inversa necesaria para reducir el
magnetismo residual a cero se llama “fuerza coercitiva”. La fuerza coercitiva es un
factor importante para la desmagnetización de un material.
Conforme la fuerza de magnetización inversa se incrementa a partir del punto “c”,
la densidad del flujo magnético cambia su polaridad y aumenta hasta alcanzar el
punto “d”, imagen 71. Este es el punto de saturación de polaridad inversa, donde el
aumento de la fuerza de magnetización no produce un incremento en la densidad
de flujo.
a
b
H-
c
Fuerza coerciva
B-
Imagen 70.- Fuerza coercitiva
Cuando la fuerza de magnetización inversa se reduce a cero, la densidad de flujo
nuevamente se retrasa con respecto a la fuerza de magnetización, dejando otra
vez magnetismo residual en el material, pero ahora en dirección inversa, punto “e”.
La densidad de flujo del magnetismo residual con polaridades opuestas es la
misma, esto es, la distancia de “0” a “b” es la misma que la distancia de “0” a “e”.
Para remover el magnetismo residual inverso se requiere aplicar fuerza de
magnetización en la dirección original. La densidad de flujo cae a cero en el punto
“f”, imagen 72, con la aplicación de la fuerza coercitiva de “0” a “f”. Continuando con
el incremento de la fuerza de magnetización resulta en el cambio de polaridad del
campo, de regreso a la dirección original. Esto completa la curva de histéresis
“abcdef”.
H+
0
B+
a
b
H-
Punto de saturación inverso
c
0
H+
d
B-
Imagen 71.- Punto de saturación inverso.
7. Principios de Desmagnetización.
La curva de histéresis obtiene su nombre por el retraso entre la fuerza de
magnetización y la densidad de flujo a través del ciclo. Este retraso es llamado
histéresis.
Las propiedades magnéticas y las curvas de histéresis varían ampliamente entre
materiales y sus condiciones.
Recordemos que una pieza de acero muy duro es difícil de magnetizar, pero retiene
un campo magnético residual mayor. Si se trazara una curva de histéresis para el
caso de un acero muy duro, la distancia entre “0” y “f” sería mayor que para un acero
blando, esto se debe a que la fuerza coercitiva requerida sería más fuerte, debido a
que una pieza de acero muy duro retendrá un campo magnético residual más fuerte
y la fuerza de magnetización inversa, requerida para eliminar el magnetismo residual,
tendrá que ser mayor.
B+
a
b
f
H-
c
e
d
BImagen 72.- Curva de histéresis “abcdef”
B+
La imagen 73 muestra una curva de histéresis ancha, típica para piezas de acero muy
duro. En resumen, esta curva muestra las siguientes cualidades que tendrá un acero
duro:
a
b
● Baja permeabilidad: Difícil de magnetizar.
● Alta reluctancia: Gran resistencia a la fuerza de magnetización.
● Alta retentividad: Retiene un campo magnético residual fuerte.
H-
c
● Alta cantidad de magnetismo residual: Retiene un campo magnético residual alto.
● Alta fuerza coercitiva: Requiere de una gran fuerza de magnetización inversa para
eliminar el campo magnético residual.
H+
0
f
0
H+
e
d
B-
Imagen 73.- Curva de histéresis de un acero muy duro.
7. Principios de Desmagnetización.
vi. Principios básicos de la desmagnetización
Cuando una pieza no magnetizada se somete a la acción de un campo magnético
por primera vez, el campo en el interior de la pieza pasa de cero al punto de
saturación.
Una vez que ha sido magnetizada la pieza, el campo residual no se reduce a cero,
a menos que la pieza sea completamente desmagnetizada.
Un material ferromagnético como el acero, una vez magnetizado, es
extremadamente
difícil
desmagnetizarlo
completamente
mediante
manipulaciones de tipo magnético.
El único camino práctico para una completa desmagnetización es calentar la
pieza por arriba del punto Curie y enfriarla, de preferencia con su longitud
orientada entre el este y el oeste para evitar que sea magnetizada nuevamente con
el campo magnético terrestre.
Cuando el acero es calentado y pasa a través de un punto de transformación,
aproximadamente a 770°C para aceros suaves, se convierte en un material no
magnético, y su permeabilidad decae a 1, que es la misma que la del aire. Por
arriba de esta temperatura el acero viene siendo austenítico.
La imagen 74 ilustra el cambio que toma lugar en las propiedades magnéticas
cuando el hierro es calentado por arriba del punto Curie.
En la tabla siguiente son proporcionados los valores del punto Curie, para varios
materiales ferromagnéticos.
Cualquier otro medio de desmagnetización deja siempre algo de magnetismo en
la pieza, por lo tanto, en la práctica es necesario que:
● Sean utilizados los medios disponibles de la mejor manera posible.
Permeabilidad
Temperatura
800° C
Aproximadamente
Imagen 74.- Efecto de la temperatura en las propiedades del
hierro.
Material
Punto Curie, °C
Hierro
770
Cobalto
1,130
Niquel
358
Hierro, 5% Silicio
720
Hierro, 10% Cromo
740
Hierro, 4% Manganeso
715
Hierro, 6% Vanadio
815
7. Principios de Desmagnetización.
● Se considere el nivel permisible de magnetismo residual. La desmagnetización
completa casi nunca es necesaria, a pesar de que así se especifique muchas veces. La
razón para exigir la total desmagnetización es para evitar que se vean afectados a
campos magnéticos débiles, instrumentos muy sensibles.
En general, el límite inferior de desmagnetización viene dado por el campo terrestre, que
afecta sobre todo a piezas alargadas de estructuras, por lo que será inútil intentar
desmagnetizarlas totalmente.
Es normal que piezas de aviones, trenes y automóviles, con alta retentividad, se
magneticen sensiblemente al cabo de cierto tiempo de servicio, bien sea por la acción
del campo terrestre o bien por la proximidad de líneas de alta tensión, favorablemente
orientadas.
El que tales piezas hayan prestado un servicio satisfactorio a ese nivel de
magnetización, hace pensar que las exigencias de una desmagnetización completa no
tienen justificación práctica.
B+
H-
H+
Curva de flujo
B-
vii. Métodos de desmagnetización
Para llevar a cabo la desmagnetizando existen varias formas y medios más o
menos eficaces. Los fundamentos de la desmagnetización pueden explicarse
mediante el ciclo de histéresis. Todos los sistemas de desmagnetización están
basados en el principio de someter la pieza a un campo magnético alterno, cuya
intensidad gradualmente decrece hasta anularse.
La imagen 75 muestra la variación del ciclo de histéresis y su descomposición en
las variaciones de la corriente (hacia abajo) y de la inducción de la pieza (hacia la
derecha).
Curva de corriente.
Imagen 75.- Curva de flujo durante la desmagnetización.
7. Principios de Desmagnetización.
Claramente se observa que a medida que la corriente disminuye en cada ciclo también
disminuye la inducción en la pieza, tendiendo ambos a anularse simultáneamente.
Para que esto ocurra así, primero, es necesario asegurarse que el campo inicial es
suficientemente fuerte para vencer la fuerza coercitiva y conseguir así la inversión del
campo residual inicial de la pieza y, segundo, que la disminución entre las reducciones
sucesivas de corriente sea tan pequeña como sea posible, para que la fuerza de
magnetización inversa generada, en cada ciclo, pueda invertir el campo magnético
remanente en la pieza, desde la última inversión.
La frecuencia, para alternar el campo, es un factor importante que afecta los resultados.
La alternancia afecta la penetración del campo magnético en la pieza, así, será
preferible trabajar bajo número de ciclos para conseguir la desmagnetización de toda la
masa, ya que el poder de penetración disminuye incrementando la frecuencia. Sin
embargo, en la práctica, se utiliza la corriente normal de 50 a 60 hz., y se obtienen
resultados totalmente aceptables.
Desmagnetización con bobina y corriente alterna
De los diversos métodos de desmagnetización que se utilizan en la práctica, el más
importante, por su extenso uso, es el que emplea corriente alterna, bien la normal de 50
o 60 hz., o bien de frecuencia reducida a 10 hz., que es más eficaz por su mayor
penetración.
El método más común de desmagnetización para piezas de tamaño pequeño a
moderado, es utilizando una bobina por la que circula la corriente alterna, con lo que se
someten al campo magnético alterno.
Existen dos métodos para hacer que el campo disminuya progresivamente:
● El 1ero, es mover las piezas desde el núcleo de la bobina (imagen 76), por la que fluye
corriente con la intensidad máxima constante, hacia el exterior, el campo que estén
sometidas las piezas será cada vez menor a medida que se aleje de la bobina y a una
distancia relativamente pequeña; de 1 a 1.5 metros el campo se habrá anulado a efectos
prácticos.
Imagen 76.- Desmagnetización con bobina.
7. Principios de Desmagnetización.
● El segundo método, es mantener las piezas fijas dentro de la bobina y disponer de un dispositivo que permita reducir progresivamente la intensidad de la corriente.
Ambos métodos son simples, rápidos y fáciles para desmagnetizar y producir un nivel bajo aceptable del campo residual. El primer método es más cómodo y económico, por lo que es
el más utilizado.
Para obtener mejores resultados en la desmagnetización con bobina se debe tener en cuenta que:
a) Conviene pasar las piezas cerca de la pared de la bobina, ya que en la proximidad de las espiras el campo magnético es más intenso.
b) Si se trata de piezas pequeñas, no pasarlas apiladas en paquetes o bolsas, sino de una en una o bien en soportes magnéticos que permitan mantenerlas fijas y sin contactos mutuos.
Debido a que la corriente alterna no penetra en una pila de piezas, solamente pocas piezas, las que se localizan en los extremos de la pila, serán desmagnetizadas adecuadamente.
c) Normalmente da buenos resultados hacer girar la pieza a la vez que se desplaza a través de la bobina.
d) Si la pieza es alargada, conviene que su eje longitudinal sea paralelo al de la bobina.
e) Si la pieza no tiene ninguna dimensión preferente (L/D = 1), a veces es conveniente colocarla entre dos trozos de acero suave, de manera que se constituya un conjunto en forma de
barra.
f) Para desmagnetizar piezas en forma de anillo, el mejor método es hacer pasar a través de ellas un conductor central por el que fluya la corriente alterna y, mediante un dispositivo,
disminuir la intensidad de la corriente.
El método para reducir la intensidad de la corriente ha sido simplificado al incorporar en los equipos medios como interruptores de pasos bajos, transformadores variables, etc., para
reducir automáticamente la corriente hasta cero, haciendo a este método fácil de aplicar.
Desmagnetización con corriente directa
Existen varios métodos de desmagnetización con corriente directa. Aunque el más efectivo es esencialmente idéntico en principio a los métodos de corriente alterna, esto es, invirtiendo
y reduciendo la dirección de la corriente directa.
La desmagnetización con corriente directa requiere un instrumental más complicado ya que es necesario disponer, además del reóstato para disminuir la corriente, de un dispositivo
que permita invertir el paso de corriente cada cierto periodo de tiempo. Una inversión por segundo es una frecuencia comúnmente utilizada, con la cual la desmagnetización se lleva a
cabo en toda la masa de la pieza en forma más efectiva.
7. Principios de Desmagnetización.
El ciclo de desmagnetización con corriente directa es normalmente controlado
automáticamente y requiere cerca de treinta segundos para completarse. Cuando se
utiliza una bobina en conjunto con este método, la parte debe permanecer dentro de la
bobina durante el ciclo completo de desmagnetización.
Desmagnetización con yugo
Los yugos, de corriente alterna o directa, proporcionan un medio portátil para
desmagnetizar cuando otros métodos son imprácticos de acuerdo con las
circunstancias.
En algunos casos, los yugos son más efectivos que las bobinas de desmagnetización,
porque el campo generado por el yugo puede ser concentrado en áreas relativamente
pequeñas. Por ejemplo, en el caso de desmagnetizar piezas que tengan una alta fuerza
coercitiva. Imagen 77.
Un método para desmagnetizar es ajustar el espacio entre los polos del yugo para que
piezas pequeñas sean pasadas a través de ellos, mientras fluye la corriente alterna en
el yugo.
En ocasiones, el yugo es utilizado en piezas grandes para desmagnetización local,
colocando los polos del yugo sobre la superficie, moviéndolo alrededor del área y
después alejándolo mientras sigue siendo energizado.
Los yugos de corriente directa son similares en apariencia a los de corriente alterna,
pero son más efectivos en cuanto a penetrar secciones transversales grandes. Con
estos yugos, el método para desmagnetizar piezas grandes es girar el yugo 180°,
invertir la posición de los polos y con ello la polaridad del campo, mientras se aleja de
la superficie y se mantiene energizado.
Verificación del grado de desmagnetización
Debido a que los métodos de desmagnetización varían ampliamente en efectividad,
conforme son usados en partes con diferentes configuraciones y características
magnéticas (dureza y fuerza coercitiva), en muchas ocasiones es importante verificar
la efectividad del proceso de alguna forma.
Imagen 77.- Desmagnetización con yugo.
7. Principios de Desmagnetización.
No existe una forma efectiva de verificar el grado de remoción del magnetismo
circular. Sin embargo, es relativamente fácil verificar la efectividad de la
desmagnetización en el caso de campos longitudinales, ya que siempre están
presentes los polos externos.
Cuando no se requiere un control cuantitativo del magnetismo residual, da buenos
resultados emplear una simple cadena fabricada con clips que será atraída por una
pieza al acercarla a ella si la desmagnetización no ha sido efectuada correctamente.
Este método es suficientemente bueno cuando la pieza va a trabajar en un sistema
al que no afectará el magnetismo de aquella.
Sin embargo, en sistemas de gran responsabilidad, es necesario controlar con
precisión el magnetismo remanente de sus componentes. Para este fin, se utilizan
equipos especialmente diseñados para proporcionar una medida cuantitativa. El
accesorio más simple es el medidor manual de campo residual (magnetómetro)
como el que se muestra en la imagen 78.
Imagen 78.- Medidor manual de campo residual.
Para utilizar el medidor manual de campo residual, este se coloca cerca de donde
se sospecha que está localizado uno de los polos residuales, con el medidor en
posición normal a la superficie. Si no existe campo residual la aguja permanece
estacionaria, pero si hay un campo residual la aguja se mueve hacia la dirección de
mas o menos, dependiendo de la polaridad del campo.
También pueden ser usados medidores de la fuerza de campo para medir el
magnetismo retenido. Estos equipos utilizan sondas Hall como elementos
detectores. Las sondas se localizan en un sensor remoto conectado al instrumento
por un cable conductor flexible, como se observa en la imagen 79, lo que permite
medir la fuga de campo sobre la superficie del objeto, estos instrumentos son más
efectivos para medir el campo residual ya que las lecturas son mayores
comparadas con las obtenidas con el medidor de campo residual.
En el pasado el uso de estos instrumentos estaba confinado a trabajos de
laboratorio, debido al costo del instrumento, lo complicado del procedimiento de
operación y lo delicado de la sonda Hall.
Imagen 79.- Medidor de la fuerza de
Capítulo 8:
Equipo de Inspección.
8. Equipo de Inspección.
i. Consideraciones para seleccionar el equipo
El equipo de inspección por partículas magnéticas puede ser tan pequeño como un yugo
portátil o tan grande como una unidad de inspección de billets, encontrada en una
fundición de acero.
El equipo de inspección por partículas magnéticas sirve para cumplir con dos propósitos
básicos, los cuales dictan el tamaño, forma y funciones de las unidades. Imagen 80.
Los propósitos del equipo son:
1. Proporcionar medios convenientes para realizar la magnetización
adecuada.- Magnetización adecuada con respecto a la fuerza y dirección. Medios
convenientes que proporcionen poder suficiente y de la clase adecuada, contactos
y bobinas adecuadas, medios para aplicar las partículas magnéticas y espacio bien
iluminado para realizar el examen cuidadoso de las indicaciones en las piezas. Todo
esto puede ser alcanzado solamente con equipo diseñado para cumplir estos
requisitos para varios tipos de piezas y condiciones bajo las cuales se realiza la
inspección.
2. Realizar la inspección tan rápida como sea posible a la velocidad requerida,
con la certeza que los resultados serán confiables y reproducibles.- Con el
equipo adecuado todas las piezas pueden ser inspeccionadas bajo condiciones
idénticas, tipos y valores de corriente, técnicas de aplicación de partículas, etc.,
cuando es usado en diferentes lugares y por diferentes operadores.
Imagen 80.- Equipo de inspección por particulas magnéticas.
La siguiente lista es un resumen de las consideraciones que determinan la configuración
del sistema de inspección por partículas magnéticas para una aplicación específica:
8. Equipo de Inspección.
1. Tipo de partículas.
2. Requisitos de magnetización del objeto.
3. Grado de automatización requerido.
4. Requisitos de desmagnetización.
5. Requisitos de corriente.
6. Tamaño del objeto y del sistema de inspección correspondiente.
7. Suministro eléctrico disponible.
8. Requisitos de suministro de aire.
9. Accesorios necesarios.
10. Especificaciones de la inspección que requieren verificación.
Cada una de estas consideraciones es afectada por muchos otros parámetros de la
propia inspección o del proceso de manufactura de las piezas. Por ejemplo, puede ser
necesario realizar la magnetización con un tipo específico de corriente, lo que
depende de la naturaleza del objeto y el propósito de la inspección. Imagen 81
ii. Equipo portátil
Imagen 81.- Equipo para realizar la inspección y algunos accesorios.
Yugos
El sistema de inspección por partículas magnéticas más simple y quizá el más
común es el yugo magnético portátil. Usado para la inspección ocasional de piezas
pequeñas o piezas maquinadas, para detectar grietas superficiales. También son
ampliamente usados para la inspección de soldaduras. El yugo magnético es
muchas veces adecuado para la inspección y muy fácil de usar. Imagen 82.
En general, existen dos tipos de yugos:
● Yugos de imán permanente.- En la actualidad no son utilizados frecuentemente. Su
fuerza del campo es baja, en comparación con un yugo electromagnético. Sus
principales aplicaciones son en inspecciones donde no está disponible el suministro
de corriente eléctrica o en medios explosivos, donde solo puede ser utilizado equipo
eléctrico especial. Normalmente es usado en áreas pequeñas aisladas y no para
inspecciones generales.
Imagen 82.- Diferentes tipos de yugos.
8. Equipo de Inspección.
● Yugos electromagnéticos.- Es un equipo de inspección práctico que tiene muchas
aplicaciones. Se ha extendido rápidamente su uso, especialmente donde se
inspeccionan piezas pequeñas. Con el yugo se crea un campo longitudinal de
dirección conocida. Es seguro para usarse sobre piezas tratadas térmicamente sin
ningún riesgo de quemar la superficie, o sobre cualquier superficie en la que no se
permite quemadas por arco. Son capaces de generar campos fuertes en la
porción de la pieza que se encuentra entre sus polos. Están disponibles para
operar con corriente alterna, corriente directa rectificada de media onda o
corriente directa pulsada. Pueden ser usados con partículas secas y húmedas.
Imagen 83.
La mayoría de los yugos electromagnéticos está equipado con corriente alterna,
por lo que también son usados para la desmagnetización y para la inspección con
partículas secas. Algunos yugos tienen piernas articuladas que pueden ajustarse
para cambiar su distancia de separación y variar la densidad de flujo, y para
proporcionar un ajuste para formas complejas.
Imagen 83.- Yugos electromagnéticos.
Bobinas
Para la magnetización longitudinal de flechas o ejes y artículos similares, se encuentran
disponibles juegos portátiles de magnetización que incluyen una bobina prefabricada,
ver imagen 84. Estas bobinas consisten de muchas vueltas de alambre fino con un
recubrimiento protector de hule. La bobina también puede ser usada para la
desmagnetización de muchos tipos de objetos.
Imagen 84.- bobinas portátiles.
8. Equipo de Inspección.
Unidades portátiles
Cuando se requiere una corriente de magnetización elevada o ciclos grandes de trabajo, es
necesario recurrir a equipo portátil grande. Los equipos de magnetización pueden contar
con transformadores pesados, por lo que pueden fácilmente pesar al menos 30 Kg, pero
pueden ser manejados por una sola persona.
Las unidades de magnetización están diseñadas para producir bajo voltaje y alta corriente.
Las unidades portátiles pueden operar con suministros de corriente de entre 120 y 440
voltios. La corriente de magnetización de salida se encuentra en un rango de 400 a 2000
amperios, para inspecciones con corriente alterna o directa rectificada de media onda. Se
utilizan puntas o pinzas para magnetización por contacto directo, en combinación con
cables flexibles que transportan la corriente. La mayoría de los cables tiene una conexión en
ambos extremos, lo que permite formar manualmente una bobina de magnetización
enrollando el cable. Puede ser usado el método continuo con partículas secas o húmedas.
El equipo portátil es usado para la inspección de soldaduras, pero no está limitado a esta
aplicación.
Los componentes típicos, imagen 85, de una unidad portátil son:
● Control de corriente- Un selector ajustable o un control infinitamente variable
● Cables- Flexibles para conectar a las puntas o pinzas
● Puntas- Montadas en soportes y conectadas en línea para realizar el contacto eléctrico
con la pieza
● Pinzas- Accesorio alterno para aplicar corriente, cuando se tiene acceso a los extremos o
bordes de la pieza
● Asa- Para posicionar o transportar la unidad
● Conexión de corriente alterna- Junto con la conexión común suministra la corriente
alterna a los cables.
● Conexión de corriente directa rectificada de media onda- Junto con la conexión común
suministra la corriente a los cables
Imagen 85.- Ejemplos de unidades portátiles.
8. Equipo de Inspección.
● Conexión común- Junto con cualquiera de las otras conexiones suministra la
corriente a los cables
● Receptáculo remoto- Para conectar el cable de control
● Indicador de poder- Indica cuando la unidad está encendida
● Cable de control- Conecta el interruptor remoto de las puntas
● Amperímetro- Mide la salida de corriente
iii. Equipo móvil
Existen equipos de magnetización más grandes, con salidas de corriente de hasta
6000 amperios. Pueden proporcionar salida de corriente alterna y directa rectificada
de media onda. Son usadas para inspección de fundiciones, forjas, soldaduras y
otros objetos que requieran tales corrientes de magnetización.
Algunas unidades están equipadas con un sistema de desmagnetización y un
interruptor de pasos con hasta 30 puntos.
Las unidades se encuentran montadas sobre carretillas o ruedas, por lo que se
identifican como unidades móviles, como se ilustra en la imagen 86. La ventaja de
la configuración es que pueden ser movidas al sitio de la inspección.
Pueden ser usadas puntas o pinzas para magnetización directa. Para realizar la
magnetización longitudinal o la desmagnetización, puede ser usado un cable
enrollado. Un cable largo puede servir como un conductor central o una barra junto
con pinzas.
Los equipos móviles pueden operar con suministro de corriente en un rango de 230
a 460 voltios de corriente alterna de fase simple.
Imagen 86.- Unidad móvil.
8. Equipo de Inspección.
iv. Equipo estacionario
Existe una gran variedad de unidades de banco estacionarias disponibles, con
varias características para que cumplan con aplicaciones y requisitos específicos.
Estas unidades se encuentran permanentemente instaladas en un taller o laboratorio y el tamaño del sistema de inspección está determinado por el tamaño del
objeto inspeccionado. Los equipos más pequeños son usados para piezas pequeñas que son fácilmente transportadas y manejadas con la mano sobre la unidad.
Los modelos más grandes son usados para inspeccionar componentes grandes
como cigüeñales de máquinas diesel o secciones de trenes de aterrizaje, donde el
manejo se realiza con grúa o polipasto.
Las unidades estacionarias generalmente son diseñadas para operar con suministros de 440 voltios de corriente alterna de tres fases y para proporcionar corriente
alterna y directa rectificada de media onda. El selector de corriente normalmente es
infinitamente variable.
Estas máquinas tienen cabezales de contacto para magnetización circular y una
bobina prefabricada para magnetización longitudinal. Normalmente utilizan
partículas en suspensión y cuentan con un tanque para recolectar la suspensión y
una bomba para agitarla y para su recirculación. Imagen 87.
Las unidades son diseñadas para alta producción. En algunos casos, un interruptor
cambia el tipo de corriente de salida. También, un interruptor puede alternar el
suministro de corriente de los cabezales a la bobina sin necesidad de mover la
pieza. Algunas unidades tienen un sistema de desmagnetización con hasta 30
puntos.
Imagen 87.- Esquipo estacionario.
8. Equipo de Inspección.
Para la inspección de fundiciones complejas y grandes, estructuras soldadas o placas, normalmente se magnetiza completamente empleando altas corrientes de
magnetización, para ahorrar costos. Los valores máximos de salida para tales aplicaciones son de alrededor de 12,000 amperios.
Sistemas de magnetización multi-direccional
Algunos equipos proporcionan corriente de magnetización en dos o más direcciones. Estos sistemas utilizan magnetización multi-direccional a través de dos o tres circuitos
de magnetización, haciendo posible la detección de discontinuidades en todas direcciones.
Los circuitos son individualmente energizados en una sucesión rápida. El cambio rápido de corriente de magnetización produce la magnetización total de la pieza, permitiendo
su cobertura completa. Los sistemas de inspección multi-direccional son diseñados para aplicaciones muy específicas.
Con sistemas de magnetización multi-direccional son usadas principalmente las suspensiones de partículas fluorescentes húmedas.
Teóricamente, la magnetización multi-direccional puede ser aplicada en la mayoría de aplicaciones de piezas de producción con mejoras en la resolución y costos.
Sistemas automatizados
Los sistemas automáticos o semiautomáticos en muchos casos requieren magnetización en dos direcciones, para detectar discontinuidades orientadas al azar.
Como dos campos magnéticos no pueden existir simultáneamente en una pieza, se necesita cambiar el campo desde una dirección a otra. Los interruptores electrónicos le
proporcionan la ventaja a estos sistemas, como en ninguna otra configuración. Con esos interruptores, la corriente puede ser cambiada varias veces por segundo. De esta
forma, la pieza es magnetizada circular y longitudinalmente.
Estas unidades son utilizadas en gran cantidad hoy en día en muchas aplicaciones. Se consideran unidades especiales porque son diseñadas especialmente para manejar
situaciones fuera de lo normal que, por una u otra razón, no pueden ser manejadas manualmente. Son especiales por el método de magnetización o aplicación de las
partículas, o porque han sido diseñadas para un manejo inusual de tamaño, forma o cantidad de piezas. Estas unidades pueden dividirse en dos grupos:
● Especiales- A su vez se dividen en unidades para propósitos simples y para propósitos generales
● Automáticas
8. Equipo de Inspección.
Las unidades para propósitos simples son para inspeccionar piezas de un solo tipo.
Las unidades para propósitos generales tienen un diseño especial para aplicar la
magnetización a una variedad de piezas con técnicas de proceso especial. Cuando
se plantea el problema de controlar el 100% de una producción en serie,
generalmente se adopta la automatización de la inspección que, a la larga, resulta
más económico, más seguro y rápido, aunque presenta el problema de un mayor
costo inicial.
La característica más importante de esas unidades es que las piezas se inspeccionan
en condiciones óptimas y todas reciben el mismo procedimiento de inspección.
Equipo horizontal húmedo
El equipo para inspección por partículas magnéticas más utilizado para la inspección
de piezas en producción es la “unidad horizontal húmeda”, como el que se muestra
en la imagen 88.
La longitud nominal de tales unidades está determinada por el tamaño de las piezas
que pueden ser fijadas dentro del sistema de sujeción. Las longitudes de 1 a 4 metros
son las usadas para la mayoría de aplicaciones. Muchos otros sistemas tienen
longitudes diseñadas para piezas muy pequeñas o para piezas muy grandes.
Antes de realizar la inspección, la pieza se sujeta entre un cabezal fijo y un cabezal
ajustable, que se mueve horizontalmente a lo largo de los rieles de la unidad. El
cabezal fijo sujeta la pieza por medio de un cilindro que puede ser activado por aire
comprimido. La posición del cabezal móvil puede ser controlada por una manivela,
un juego de tornillos o simplemente colocándolo en una posición a lo largo de la
unidad.
Un sistema horizontal húmedo normalmente es capaz de producir magnetización
circular por contacto directo y magnetización longitudinal con una bobina o una
configuración de yugo.
Imagen 88.- Equipo automatizado.
8. Equipo de Inspección.
Una vez que la pieza se sujeta en posición, para la magnetización circular se pasa la corriente a través de la pieza o de un conductor central.
Para magnetización longitudinal, la mayoría de sistemas tiene una bobina de magnetización montada sobre rieles, por lo que puede moverse a lo largo del eje horizontal de
la unidad. Mientras la pieza es cargada y magnetizada circularmente, la bobina se desplaza fuera del espacio entre los cabezales. Posteriormente, la bobina se mueve para
quedar colocada alrededor de la pieza. En sistemas con yugo, los campos longitudinales son establecidos a lo largo de toda la pieza.
Normalmente, las unidades utilizadas para inspección en servicio y en proceso son sistemas de corriente alterna de fase simple. Sin embargo, en aplicaciones específicas se
requiere equipo de corriente directa, para el cual se utiliza corriente alterna rectificada de onda completa de tres fases. La salida y el ciclo de trabajo varían con el modelo y el
fabricante del sistema. El equipo de corriente alterna normalmente tiene salida máxima de 1500 a 3000 amperios, aunque en ciertos casos puede ser de hasta 6000 amperios.
Para equipo de corriente alterna rectificada de onda completa normalmente se tiene salidas de 2000, 4000 o 6000 amperios. Para piezas más grandes, los sistemas pueden
ser fabricados con corriente directa de 10,000 amperios o más.
Capítulo 9:
Discontinuidades en los materiales.
9. Discontinuidades en los Materiales.
Las discontinuidades pueden ser definidas como cambios en la geometría o
composición de un objeto. Tales cambios afectan las propiedades físicas del objeto y
pueden tener un efecto en su habilidad para satisfacer completamente sus
expectativas de vida y servicio.
Recordemos que no todas las discontinuidades son defectos. La definición de defecto
puede cambiar con el tipo de componente, su construcción, sus materiales y las
especificaciones o códigos que los cubren. Debe entenderse muy bien que una
discontinuidad menos dañina o riesgosa en un objeto puede ser muy crítica en otro
tipo de objeto.
La detección de discontinuidades es un proceso que depende grandemente de las
características físicas de la discontinuidad; por ejemplo, en el caso de una grieta, un
parámetro crítico es la relación de su abertura superficial y su profundidad. Sin
embargo, la profundidad y ancho no son los únicos factores que afectan la
detectabilidad, la longitud y orientación también son importantes.
Con el objeto de detectar e interpretar lo mejor posible las indicaciones de
discontinuidades, es necesario conocer las características básicas de los materiales.
Imagen 89.
También es importante considerar cómo fue producido el material, qué procesos de
fabricación fueron utilizados para formar el producto final y qué discontinuidades son
típicamente iniciadas por las operaciones del proceso.
Pueden esperarse ciertas discontinuidades durante las diferentes operaciones del
procesado. Típicamente, una discontinuidad forma parte de una de cuatro categorías,
dependiendo la etapa de manufactura o el uso en el cual se inicio. Estas categorías
son: discontinuidades inherentes, de proceso primario, de proceso secundario y de
servicio.
Imagen 89.- Discontinuidad, definida como cambios en a geometría o composición de
un objeto.
9. Discontinuidades en los Materiales.
i. Discontinuidades inherentes
Discontinuidades inherentes
Cuando son producidos materiales ferromagnéticos, el metal fundido solidifica
en forma de lingotes, generándose discontinuidades conocidas como
“inherentes”. Muchas de estas discontinuidades son removidas, pero una cierta
cantidad de ellas permanece en el lingote.
Traslape en frío (Cold
Shut)
Superficial o
Subsuperficial
El encuentro de dos corrientes de
metal líquido que no se funden.
Después, tales discontinuidades pueden ser roladas, forjadas y seccionadas
con el material en operaciones de proceso subsecuentes.
En la tabla siguiente se incluye un resumen de estas discontinuidades:
Contracción, rechupe,
tubería (Pipe)
Subsuperficial
Una ausencia de metal fundido
durante el proceso de solidificación
final.
Desgarre en caliente (Hot
Tears)
Superficial
Restricción desde el corazón o el
molde durante el proceso de
enfriamiento.
Porosidad (Porosity)
Superficial o
Subsuperficial
Gases
atrapados
durante
solidificación del metal.
Inclusiones (Inclusions)
Superficial o
Subsuperficial
Contaminantes introducidos durante
el proceso de fundición.
Segregación
(Segregation)
Superficial o
Subsuperficial
Diferencias
localizadas
composición del material.
Discontinuidad
Localización
Traslape en frío (Cold Shut)
Un traslape en frío es generado durante el proceso de fundición del metal.
Ocurre por la fusión imperfecta entre dos corrientes de metal que convergen.
Los traslapes en frío también pueden ser atribuidos a una sobre tensión, metal
fundido inactivo, una interrupción en el vaciado o cualquier factor que evite la
fusión donde se encuentran dos superficies fundidas.
Esta discontinuidad produce indicaciones por partículas magnéticas similares a
las producidas por grietas o costuras con bordes tersos o redondeados.
Causa
la
Contracción, rechupe, tubería (Pipe)
Durante la solidificación de metal fundido, ocurre una reducción progresiva del
volumen. En el caso de una fundición, eventualmente el metal fundido puede ser
insuficiente para llenar completamente la parte superior del molde. Como
resultado, se forma una cavidad, normalmente con la forma de un cono
invertido o cilindro.
Si esta cavidad no es removida completamente antes del rolado o forjado hasta
una configuración final, se alarga y aparece como un hueco llamado tubería
(pipe) en el producto terminado. La tubería también puede ser generada por el
proceso de extrusión, causada por la superficie oxidada de un billet, que fluye
en
la
9. Discontinuidades en los Materiales.
Desgarre en caliente (Hot Tear)
A las temperaturas elevadas asociadas con la solidificación, los materiales fundidos
son susceptibles de desgarrarse. La segregación de impurezas con bajo punto de
fusión resulta en la pérdida localizada de ductilidad y resistencia. Con esta deficiencia, durante el enfriamiento el metal puede desgarrarse y agrietarse dentro del molde
por la restricción del propio molde. Además, el enfriamiento desigual en secciones
delgadas o esquinas colindantes con masas gruesas de metal puede resultar en
superficies del metal con altos esfuerzos que producen desgarres en caliente.
Imagen 90.
Los desgarres en caliente aparecen en la superficie como una línea dentada de
ancho variable y numerosas ramificaciones. En algunos casos, los desgarres no
pueden ser detectados hasta después de maquinar, porque pueden ser subsuperficiales.
Porosidad y sopladuras
La porosidad por gas, o sopladura, son cavidades redondeadas (aplanadas, alargadas o esféricas) causadas por la acumulación de burbujas de gas en el metal fundido durante la solidificación. Un pequeño porcentaje de estas burbujas se eleva a
través del metal fundido y escapa. Sin embargo, muchas burbujas son atrapadas en
o cerca de la superficie del lingote, cuando se ha completado la solidificación. Durante el rolado o forjado del lingote, algunos de estos paquetes de gas son fusionados y cerrados.
Los paquetes remanentes pueden aparecer como costuras en el producto rolado. La
porosidad profunda que no se cierra puede aparecer como laminaciones después
de haber sido alargadas en la operación de rolado.
Imagen 90.- Desgarre en caliente en materiales fundidos.
9. Discontinuidades en los materiales.
Inclusiones no metálicas
Las inclusiones en aleaciones ferrosas normalmente son óxidos, sulfuros o silicatos
introducidos en el lingote original. Durante la operación de fundido, la chatarra
sucia, el crisol o barrillas, un revestimiento dañado puede introducir inclusiones no
metálicas en el metal fundido. Otros factores que contribuyen, son una práctica
inadecuada de vaciado y un mal diseño de las compuertas de alimentación que
puede producir turbulencia en la entrada del metal.
Las inclusiones no metálicas pueden ser elevadoras de esfuerzos por su forma, su
naturaleza discontinua e incompatibilidad con el material a su alrededor. En
muchas aplicaciones, su presencia reduce la habilidad del metal para resistir altos
impactos, esfuerzos estáticos o fatiga. El efecto de las inclusiones depende de su
tamaño y forma, de su resistencia a la deformación, su orientación con relación a
los esfuerzos aplicados y la resistencia a la tensión del material. Muchas inclusiones
pueden ser de una composición más compleja que el material en el que se
encuentran y cada grado y tipo de metal tiene sus propias inclusiones
características.
Típicamente, las inclusiones son mecánicamente trabajadas (por rolado o
conformado), provocando que se deformen plásticamente en formas alargadas y
aparecen en secciones longitudinales como encordados y líneas, y en secciones
transversales, la forma de las inclusiones es globular o plana.
Segregación
La segregación es la diferencia localizada en la composición química de un
material. Durante la solidificación del metal fundido, ciertos elementos pueden
concentrarse en áreas limitadas, resultando en una distribución no uniforme de
algunos elementos de aleación del acero. La igualdad en las diferencias de
composición puede lograrse trabajando en caliente (forjado o rolado); sin embargo,
la segregación en ocasiones se lleva en el producto extruído.
Imagen 91.- Durante la operación de fundido, se pueden producir las inclusiones
no metálicas.
9. Discontinuidades en los materiales.
ii. Discontinuidades de proceso primario
1. Discontinuidades de conformado
Las discontinuidades que se originan durante el conformado en caliente o en frío
se dice que son discontinuidades de proceso primario. El procesado de un
producto extruído, por medio de rolado, forjado, fundición o estirado puede
producir discontinuidades específicas en el producto, además las
discontinuidades inherentes que no fueron detectadas o que eran insignificantes
pueden propagarse y volverse en detrimento del material.
Discontinuidades de proceso primario
Discontinuidad
Localización
Cuando un lingote es procesado, las discontinuidades inherentes tales como los
paquetes de gas, sopladuras y grietas son roladas y estiradas longitudinalmente.
Cuando existen estas discontinuidades, ocurre una falta de llenado del material
durante la operación de rolado. Las costuras también pueden generarse en
laminados semi-terminados y terminados por la falta de o pobre lubricación, o
dados de tamaño excesivo.
Como resultado de pasos múltiples de operaciones de rolado, las áreas con falta
de llenado son roladas y se juntan para formar una costura. Las superficies que se
encuentran oxidadas y pueden ser soldadas intermitentemente se juntan y se
forman muy estrechas, normalmente son como grietas rectas que varían en su
profundidad desde la superficie.
Laminaciones
Las laminaciones son separaciones que típicamente están alineadas con la
superficie de trabajo de un material. Estas pueden ser resultado de sopladuras,
fisuras internas, costuras, tubería (pipe), segregaciones o inclusiones que se
alargan y aplanan durante el proceso de rolado.
Elongación de discontinuidades
superficiales sin fundir, en productos
rolados.
Costuras (Seams)
Superficial
Laminaciones
Subsuperficial
Elongación
y
compresión
de
discontinuidades inherentes durante
el proceso de rolado.
Encordados (Stringers)
Subsuperficial
Elongación
y
compresión
de
discontinuidades inherentes durante el
proceso de rolado.
Cupping
Subsuperficial
Esfuerzos internos durante el estirado
en frío.
Grietas en frío
Superficial
Enfriamiento
no
uniforme
productos de estirado en frío.
Traslapes (Laps)
Superficial
Material doblado
comprimido.
Reventón (Bursts)
Superficial o
Subsuperficial
Procesos
de
conformado
temperaturas excesivas.
Hojuelas por hidrógeno
(Flakes)
Subsuperficial
Una abundancia de hidrógeno
durante los procesos de conformado.
En la tabla siguiente se incluye un resumen de estas discontinuidades:
Costuras (Seams)
Causa
o
plegado
de
y
a
9. Discontinuidades en los materiales.
Las laminaciones pueden ser superficiales o subsuperficiales, son generalmente
planas y extremadamente delgadas.
Las laminaciones pueden ser detectadas por partículas magnéticas en el extremo o
en una sección transversal a través de la placa rolada.
Encordados (Stringers)
Los encordados son principalmente encontrados en barras. Son originados por el
aplanado y alargado de inclusiones no metálicas durante las operaciones de rolado.
Imagen 92.
Los encordados son típicamente subsuperficiales, líneas rectas semi-continuas y
paralelas a la longitud de la barra.
Cupping
Típicamente ocurre durante las operaciones de extrusión o como resultado de un
estirado en frío severo, el cupping es una serie de rupturas internas (chevron) dentro
de barras o alambres. Debido a que el interior de un metal no puede fluir tan
rápidamente como la superficie, los esfuerzos internos provocan grietas
subsuperficiales transversales.
Grietas en frío
Después de la operación de rolado de barras estiradas en frío, pueden desarrollarse
las grietas en frío debido a esfuerzos internos causados por un enfriamiento no
uniforme del material. Tales grietas son típicamente longitudinales y varían en su
profundidad y longitud. Aunque en ocasiones se confunden con costuras, las grietas
en frío no presentan superficies oxidadas.
Imagen 92.- Durante las operaciones de rolado, se pueden producir encorados.
9. Discontinuidades en los materiales.
Traslapes de forja y de rolado (Laps)
Los traslapes de forja son el resultado de metal que está siendo doblado o plegado,
formando un área que es apretada fuertemente pero que no llega a ser soldada. Es
causado por falla de los dados, dados con espacios mayores o manejo inapropiado
del metal dentro de los dados. Los traslapes de forja son normalmente abiertos a la
superficie, pueden ser paralelos o inclinados a un ángulo muy pequeño con
respecto a la superficie.
Los traslapes de rolado son una condición similar a las costuras. Material excesivo
es doblado o plegado durante un paso del rolado, causando un sobre llenado o
aleta aguda.
Cuando la barra es girada para los pasos siguientes, el sobrellenado es rolado sobre
la superficie.
Debido a que su superficie se encuentra fuertemente oxidada, el sobrellenado no
puede ser soldado por las operaciones de rolado. Los traslapes de rolado son
normalmente rectos o ligeramente curvos, pueden ser paralelos o inclinados a un
ángulo muy pequeño con respecto a la superficie. Imagen 93.
Estallido (reventón) interno o externo (Bursts)
Los estallidos internos se encuentran en barras y forjas, resultan de temperaturas
excesivas de trabajo. Las discontinuidades que existen antes del conformado
(porosidad tubería, segregaciones o inclusiones) son desgarradas por los altos
esfuerzos de tensión desarrollados durante la operación de conformado.
Los metales rolados y forjados también pueden desarrollar estallidos internos
cuando es insuficiente la capacidad del equipo para trabajar el metal a través de su
sección transversal.
Los estallidos externos típicamente se producen cuando la sección conformada es
demasiado grande o donde las secciones son delgadas. Los estallidos externos
también pueden formarse cuando el equipo no tiene suficiente capacidad, lo que
puede provocar que las capas más externas del metal sean más deformadas que el
Imagen 93.- Los traslape de rolado por las operaciones de rolado.
9. Discontinuidades en los materiales.
Hojuelas por hidrógeno (Flakes)
Las hojuelas se forman mientras el enfriamiento después de las operaciones de
forjado o rolado. Son fisuras internas atribuidas a: (1) esfuerzos producidos por
transformaciones metalúrgicas localizadas; (2) reducción de la solubilidad del
hidrógeno (fragilización por hidrógeno) que resulta por un enfriamiento
excesivamente rápido.
El hidrógeno está presente en abundancia durante todas las operaciones de
manufactura. Cuando se le permite, el hidrógeno se disipa libremente a
temperaturas arriba de 200°C (390°F), así que la solubilidad del hidrógeno en un
material se incrementa proporcionalmente con el incremento del tiempo y la
temperatura.
Las hojuelas por hidrógeno, que también se les conoce como copos, se encuentran
normalmente en posiciones profundas en productos forjados gruesos de acero, son
extremadamente delgadas y están alineadas paralelamente con el grano.
2. Discontinuidades de soldadura
Las siguientes discontinuidades están primeramente relacionadas con los procesos
de soldadura por fusión, aunque unas pocas también pueden aplicar a procesos de
resistencia y estado sólido. La recopilación cubre solamente aquellas
discontinuidades que típicamente podrían ser detectadas por la inspección con
partículas magnéticas.
En la tabla siguiente se incluye un resumen de estas discontinuidades:
Discontinuidades de proceso primario
Discontinuidad
Localización
Causa
Grietas frías
Superficial o
Subsuperficial
Una combinación de hidrógeno
atómico, endurecimiento del material y
altos esfuerzos residuales
Grietas
calientes
Solidificación
Superficial o
Subsuperficial
Segregación
dendrítica
de
constituyentes con bajo punto de
fusión, abierta durante la solidificación
Licuación
Superficial o
Subsuperficial
Segregación de material en la zona
afectada por el calor en el estado
líquido, durante la solidificación
Superficial
De-laminación del material
base durante la solidificación y
enfriamiento del metal soldado
Fusión incompleta
Subsuperficial
Falla del metal de aporte para producir
coalescencia con el metal base
Penetración incompleta
Superficial o
Subsuperficial
Penetración inadecuada del metal
soldado en la raíz de la junta soldada
Porosidad
Superficial o
Subsuperficial
Constituyentes vaporizados dentro
del metal de aporte fundido que son
atrapados durante la solidificación
Socavado (Undercut)
Superficial
Desgarre laminar
(Lamellar tearing)
Tamaño excesivo del charco de
soldadura (relacionado con el amperaje
excesivo, velocidad de viaje y tamaño
del electrodo)
9. Discontinuidades en los materiales.
Grietas frías
Las grietas frías también son conocidas como “grietas debajo de cordón” o “grietas
retrasadas”. Es una forma de agrietamiento por hidrógeno, que aparece en la zona
afectada por el calor o en el metal de soldadura, en aceros al carbón de baja aleación o
endurecidos. Pueden ocurrir inmediatamente durante el enfriamiento, o después de
varias horas o, inclusive, días. Los principales factores que contribuyen a las grietas frías
son: (1) la presencia de hidrógeno atómico; (2) micro-estructura martensítica dura en la
zona afectada por el calor; y (3) esfuerzos elevados de tensión residual. Imagen 94.
Las fuentes de hidrógeno atómico incluyen a la humedad en la cubierta del electrodo, el
gas de protección o la superficie del metal base, así como, contaminación del metal de
aporte, con aceite o grasa. La disociación del vapor de agua o un hidrocarburo en el arco
de soldadura, provoca la difusión rápida de hidrógeno atómico dentro del charco de
soldadura y subsecuentemente en la zona afectada por el calor en el metal base.
Imagen 94.- Ejemplo de grietas frias. (Cold cracks)
Si la velocidad de enfriamiento en la zona es bastante alta y el acero se endurece
bastante (como función del contenido de carbón y la aleación), se puede formar una
micro-estructura martensítica y entonces los átomos de hidrógeno pueden ser
colectados como discontinuidades. Los esfuerzos residuales causados por la
contracción de la soldadura o esfuerzos externos de tensión aplicados, resultan en el
inicio de grietas inducidas por hidrógeno en las discontinuidades ricas en hidrógeno.
Las grietas frías producen indicaciones con partículas magnéticas bien definidas y
agudas. Las grietas en el metal de aporte pueden estar orientadas en cualquier
dirección y en ocasiones son asociadas con inclusiones no metálicas. Las indicaciones
de grietas frías subsuperficiales son menos definidas o pueden no ser detectadas.
Grietas calientes
Grietas calientes es un término que se aplica a una variedad de grietas del metal de
soldadura y en la zona afectada por el calor, las cuales se generan a temperaturas
elevadas. Los siguientes son dos tipos de los más comunes de grietas calientes. Imagen
95
Imagen 95.- Ejemplo de grietas calientes. (hot cracks)
9. Discontinuidades en los materiales.
1. Grietas de solidificación.- Se producen cerca de la temperatura de solidificación del
metal de soldadura y son causadas por la presencia de constituyentes con bajo
punto de fusión, típicamente sulfuros de hierro, que segrega la dendrita
superficial del metal de soldadura durante el proceso de transformación de
líquido a sólido.
Los esfuerzos de contracción inducidos por el enfriamiento producen grietas que se
abren entre la dendrita superficial.
Una forma común de grietas de solidificación es llamada agrietamiento caliente en
línea central, porque sigue la línea central longitudinal del cordón de soldadura
depositado. Durante el depósito de soldadura, la solidificación progresiva del charco
de soldadura ocurre desde los lados externos, iniciando en ambos dedos y
encontrándose en el centro.
Las impurezas con bajo punto de fusión son empujadas enfrente de estos dos
frentes de solidificación y se concentran en la línea central y se abren como
una grieta caliente longitudinal, bajo los esfuerzos de contracción de la
solidificación transversal. Esto se incrementa por altas velocidades de viaje,
una alta relación profundidad contra ancho del cordón de soldadura y un
pequeño cordón de soldadura, particularmente en el paso de raíz.
Otro tipo, frecuentemente observado, de grieta de solidificación se llama grieta
de cráter, ver imagen 96, la cual se produce en el cráter formado en la
terminación de un paso de soldadura. Las grietas de cráter típicamente son en
forma de estrella sobre la superficie y resultan de esfuerzos de contracción
tridimensionales, relacionados con la solidificación del cráter. La terminación
repentina del arco y la pausa al final del paso de soldadura para llenar el cráter,
contribuyen al agrietamiento de cráter.
Imagen 96.- Ejemplo de una grieta de cráter en soldadura.
9. Discontinuidades en los materiales.
2. Grietas de licuación o desgarres en caliente.- Se producen en la zona afectada por
el calor, cuando la temperatura en la región produce la licuación de constituyentes
con bajo punto de fusión, como inclusiones o elementos segregados de la aleación.
Esto forma una película con borde de grano líquido que es incapaz de soportar los
esfuerzos de contracción del proceso de soldadura. En muchas ocasiones, tales
grietas son de tamaño microscópico pero pueden enlazarse, bajo esfuerzos
aplicados, para formar una grieta continua superficial o subsuperficial.
En general, las grietas calientes son asociadas con aceros que tienen alto contenido
de azufre y el efecto se acentúa con el incremento en el contenido de carbono. La
detección de las grietas calientes con partículas magnéticas es similar que con las
grietas frías y depende de su proximidad a la superficie.
Desgarre laminar
El desgarre laminar es una grieta del metal base.
El desgarre laminar se produce en placas y formas de acero rolado que presentan
alto contenido de inclusiones no metálicas. Las inclusiones son aplanadas con el
rolado, durante el proceso de manufactura de placas de acero, que reduce
severamente la resistencia y la ductilidad en dirección transversal al espesor. Cuando
son impuestos los esfuerzos de contracción sobre la placa del metal base, inducidos
por la solidificación de la soldadura, puede ocurrir la separación del metal base en las
inclusiones aplanadas, resultando en una fractura escalonada.
El desgarre laminar es fácilmente detectado por partículas magnéticas y se puede
ver en el metal base, sobre los extremos de una placa de acero o forma estructural,
adyacente al cordón depositado de soldadura.
Fusión incompleta
La fusión incompleta se presenta cuando una parte del metal de soldadura falla en la
coalescencia con el metal base adyacente o el metal de soldadura de un paso previo.
Imagen 97.
Imagen 97.- Fusión incompleta.
9. Discontinuidades en los materiales.
En los procesos de soldadura que no utilizan metal de aporte, la fusión incompleta
se refiere a la coalescencia incompleta entre dos componentes de metal base que
están siendo unidos.
Esta condición se presenta cuando la superficie del metal base falla al alcanzar la
temperatura de fusión después de la aplicación del metal de soldadura. Esto ocurre
típicamente cuando se suelda un componente grande que puede transferir calor
rápidamente por su conductividad térmica, particularmente cuando se encuentra a
una temperatura relativamente baja antes de soldar, por lo que el calor aplicado es
absorbido en su superficie por el proceso de soldadura. La fusión incompleta
muchas veces es vista al inicio del primer paso de soldadura, donde el metal base
se encuentra a la más baja temperatura durante el depósito de soldadura; a esto se
le conoce como inicio frío.
Un proceso de soldadura que es particularmente susceptible a esta discontinuidad
es el GMAW, en el modo de arco con circuito corto, por su bajo calor de entrada.
La fusión incompleta puede o no presentarse cerca de la superficie exterior de la
junta soldada. Se encuentra normalmente orientada en dirección paralela a la
soldadura y las indicaciones producidas con partículas magnéticas muchas veces
aparecen en o cerca del dedo de la soldadura.
Penetración incompleta
La penetración incompleta es penetración inadecuada (menor a lo especificado)
del metal de soldadura en la raíz de la junta soldada. Esta condición puede resultar
por una variedad de parámetros incorrectos, la mayoría de los cuales está
relacionado con la técnica para soldar. Estos parámetros incluyen a un bajo
amperaje, el uso de un electrodo de mayor tamaño, velocidad excesiva de viaje,
ángulo inadecuado del electrodo, manipulación inadecuada del electrodo y
limpieza previa inadecuada. Imagen 98.
Imagen 98.- Penetración incompleta.
9. Discontinuidades en los materiales.
En ocasiones el diseño de la junta no permite una buena penetración, como por
ejemplo, debido a que sean demasiado grandes las caras de raíz, demasiado
pequeña la abertura de raíz o demasiado pequeño el ángulo de bisel.
Las indicaciones de partículas magnéticas producidas por la penetración
incompleta tienen una apariencia similar a las grietas longitudinales
subsuperficiales y normalmente siguen la línea central de la soldadura.
Porosidad
La porosidad está compuesta de cavidades o poros que se forman cuando algunos
constituyentes dentro del metal de soldadura fundido se evaporan y forman
pequeños paquetes de gas que quedan atrapados cuando el metal soldado
solidifica. Los poros pueden tomar una variedad de formas y tamaños, aunque son
normalmente esféricos. La distribución de la porosidad dentro del metal soldado
puede ser al azar, agrupada o alineada. Imagen 99.
En general, la porosidad es el resultado de polvo, suciedad o humedad sobre la
superficie del metal base antes de soldar, y puede evitarse manteniéndola limpia y
seca. Otros factores que contribuyen incluyen a la composición del metal base (alto
contenido de azufre), velocidades altas de solidificación y técnica inadecuada para
soldar.
Una indicación de partículas magnéticas de porosidad subsuperficial es típicamente
difusa y no es claramente definida. Pero todos los poros superficiales aunque sean
pequeños llegar a ser visibles sin ayuda.
Inclusiones
Muchos procesos de soldadura utilizan flujo de protección, incluyendo a los
procesos SMAW, SAW, FCAW. Las soldaduras fabricadas por estos métodos son
Imagen 99.- Porosidad uniforme dispersa.
9. Discontinuidades en los materiales.
La escoria puede quedar atrapada en el metal de soldadura durante la
solidificación, si es incapaz de flotar hacia fuera mientras el charco aún es líquido.
Los factores que provocan que sea atrapada la escoria incluyen a las altas
velocidades de solidificación, alta viscosidad del charco de soldadura, el uso de un
electrodo de tamaño excesivo y la geometría inadecuada de la junta. Imagen 100.
La escoria que permanece en la superficie de un cordón de soldadura depositado
raramente se disuelve completamente por los pasos subsecuentes. Por lo tanto, es
esencial remover toda la escoria de cada paso. Las juntas que presentan una
relación alta entre la profundidad y el ancho, y cordones de soldadura con perfil
excesivamente convexo, son promotores de la escoria atrapada.
Una indicación de partículas magnéticas, producida por inclusión de escoria, es
difusa y poco definida y se requieren campos de magnetización elevados para su
detección.
Las inclusiones de tungsteno se encuentran en el metal soldado depositado por el
proceso GTAW, las cuales resultan por permitir que el charco de metal fundido o el
metal de aporte entren en contacto con la punta de un electrodo de tungsteno. Este
tipo de inclusión virtualmente no puede ser detectada por partículas magnéticas.
Las inclusiones de óxido son partículas de óxidos con alto punto de fusión,
presentes sobre la superficie del metal base. Durante la soldadura, estos óxidos se
mezclan con el charco de soldadura. Las indicaciones producidas por partículas
magnéticas de inclusiones de óxidos de tamaño significativo son similares a las
producidas por porosidad subsuperficial, y las inclusiones de óxido pequeñas y
aisladas son extremadamente difíciles de detectar.
Socavado (Undercut)
El socavado se presenta en el dedo de una soldadura, cuando el espesor del metal
base se reduce. Se forma una hendidura angosta en el metal base, paralela al dedo
de la soldadura e inmediatamente adyacente.
Imagen 100.- Porosidad agrupada.
9. Discontinuidades en los materiales.
El socavado reduce la resistencia de la junta por la reducción del espesor de metal
base. También crea una concentración de esfuerzos que reduce las propiedades
de impacto, fatiga y baja temperatura. El socavado es generado por un tamaño
excesivo del charco de soldadura, el cual está relacionado con amperaje y
velocidad de viaje excesivos, y el diámetro del electrodo.
La indicación de un socavado, producida por partículas magnéticas, aparece
menos pronunciada que la producida por la falta de fusión. El socavado es
fácilmente detectado por inspección visual.
Traslape (Overlap)
El traslape es metal de soldadura que sobresale del dedo de la soldadura,
produciendo una forma de fusión incompleta que crea una muesca
mecánicamente aguda o la concentración de esfuerzos. La condición es causada
por amperaje y velocidad de viaje insuficientes.
El traslape produce una indicación en el dedo de la soldadura, similar a la
producida por una fusión incompleta. En muchas ocasiones es detectado por
inspección visual.
iii. Discontinuidades de proceso secundario
Las discontinuidades originadas por rectificado o esmerilado, tratamiento
térmico, plaqueado y operaciones relacionadas con el acabado son
consideradas como discontinuidades de proceso secundario.
Tales discontinuidades pueden ser las más costosas, por todos los costos de
procesos previos y la pérdida, cuando el componente es separado del servicio.
En la tabla siguiente se incluye un resumen de estas discontinuidades:
Discontinuidades de proceso secundario en materiales ferromagnéticos
Discontinuidad
Grietas por esmerilado
Causa
Localización
Superficial
Sobrecalentamiento
material.
localizado
del
Calentamiento
y
enfriamiento
desigual que produce esfuerzos
excesivos a la resistencia del
material
Grietas por tratamiento
térmico
Superficial
Grietas de templado
Superficial
Enfriamiento repentino
Desgarres de
maquinado
Superficial
Prácticas
maquinado
Grietas de plaqueado
Superficial
Esfuerzos
relevados
inadecuadas
residuales
que
de
son
9. Discontinuidades en los materiales.
Grietas por esmerilado
Las grietas por esmerilado pueden ser atribuidas al uso de ruedas vidriadas,
enfriamiento inadecuado, velocidad excesiva de desbaste o al intentar remover
demasiado material en una sola pasada.
Las grietas por esmerilado se desarrollan donde se produce sobrecalentamiento
localizado en el material. Típicamente, forman ángulos rectos con la dirección de
esmerilado y son muy poco profundas.
Cuando se localizan en áreas de altos esfuerzos, tales grietas pueden resultar en
fallas por fatiga. Los materiales que son endurecidos o tratados térmicamente son
más susceptibles a las grietas por esmerilado por los altos esfuerzos residuales
retenidos durante las operaciones de templado.
Grietas por tratamiento térmico y por templado
Para obtener una dureza y micro-estructura específica, los materiales son tratados
térmicamente. Durante las operaciones de los tratamientos térmicos, los materiales
son calentados y enfriados bajo condiciones controladas. Imagen 101. Sin embargo,
en algunos casos, este proceso produce esfuerzos que exceden la resistencia a la
tensión del material, lo que da como resultado el agrietamiento. De forma similar,
cuando un objeto es calentado a una temperatura muy elevada y enfriado
rápidamente (en aire, aceite o agua), pueden desarrollarse grietas por templado.
En la transformación de austenita a ferrita y martensita durante el enfriamiento,
ocurre una expansión volumétrica. Cuando un objeto es templado, la transformación
inicial se produce en la superficie. Inmediatamente después de iniciado el proceso,
se forma una capa de ferrita y martensita en la superficie. Cuando el interior se enfría
y se transforma, toma lugar la expansión volumétrica, pero la expansión del interior es
restringida por la capa solidificada. Si la capa sólida no se expande lo suficiente o si
la expansión interna es bastante mayor, resulta en agrietamiento a través de la capa
exterior.
Imagen 101.- Grietas por tratamiento térmico.
9. Discontinuidades en los materiales.
Las grietas por templado actúan como puntos de concentración de esfuerzos, para el inicio y propagación de grietas por fatiga. También sirven como puntos de inicio de fallas
por sobrecarga.
La cantidad de expansión volumétrica está gobernada por la composición química del metal, particularmente el carbono. Con el incremento en contenido de carbono, se
incrementa la expansión.
Las grietas por tratamiento térmico y por templado normalmente se generan en sitios donde se localizan secciones transversales delgadas, esquinas, filetes, ranuras o cambios
de espesor, debido a que esas áreas se enfrían más rápidamente y por lo tanto inicia primero la transformación.
Las indicaciones superficiales de las grietas por tratamiento térmico y por templado son bifurcadas, localizadas al azar y en cualquier dirección sobre la superficie.
Desgarres de maquinado
Una herramienta sin filo corta material de una forma que produce superficies rugosas y rasgadas.
Como resultado de lo mencionado anteriormente, la superficie se endurece a un grado que depende grandemente de la profundidad del corte, el tipo y forma de la herramienta
y las propiedades del material.
Los cortes profundos y las marcas residuales de herramienta producidas por un maquinado burdo, actúan como elevadores de esfuerzos y pueden contribuir a la falla prematura
del componente.
Grietas de plaqueado
El plaqueado es usado para la decoración, protección contra la corrosión, resistencia al desgaste y para corregir dimensiones menores, en una variedad de componentes de
acero. Sin embargo, los materiales específicos de plaqueado producen esfuerzos residuales, que pueden ser de tensión o compresión. Los materiales de plaqueado que
desarrollan esfuerzos residuales de tensión, como el cromo, cobre y níquel, pueden reducir la resistencia a la fatiga de un componente.
Las grietas de plaqueado pueden desarrollarse donde se presenta la penetración de hidrógeno o del material de plaqueado caliente en el material base. Esta acción produce la
propagación o inicio de grietas. Los materiales altamente endurecidos o con esfuerzos residuales son más susceptibles al daño por absorción de hidrógeno durante las
operaciones de plaqueado.
9. Discontinuidades en los materiales.
iv. Discontinuidades de servicio
La expectativa de vida de un componente depende del medio ambiente en el que
opera (mecánico y/o químico), la calidad de su mantenimiento y lo apropiado de
su diseño. Es esencial conocer las condiciones de servicio de un componente, con
el objeto de realizar adecuadamente la inspección por partículas magnéticas.
Aunque las discontinuidades inducidas en el servicio parecen similares, el
mecanismo que las produce es completamente diferente en cada caso.
En la tabla siguiente se incluye un resumen de estas discontinuidades:
Agrietamiento por fatiga
La fatiga es un mecanismo de fractura inducido por esfuerzos aplicados
cíclicamente, que son menores en magnitud que la última resistencia a la tensión
de un material, pero bastante elevados para iniciar una grieta o propagar una
grieta existente.
Las grietas por fatiga pueden desarrollarse por elevadores de esfuerzos tales como
marcas de maquinado o herramienta, inclusiones no metálicas presentes o
cercanas a la superficie del material, poros, huecos o ranuras. Imagen 102.
Conforme una grieta por fatiga empieza a propagarse, la intensidad del esfuerzo
en la punta de la grieta comienza a incrementarse. Con cada periodo de
crecimiento de la grieta, hay un incremento proporcional en la intensidad de los
esfuerzos. Este proceso continúa hasta que la intensidad de los esfuerzos alcanza
un valor crítico donde ocurre la falla.
Este factor, también conocido como tenacidad de fractura, es único para cada
material. La variación en la tenacidad de la fractura explica parcialmente el
comportamiento de las grietas por fatiga: ¿por qué existe un rango de tamaños de
grieta por fatiga?; ¿por qué algunas grietas pueden propagarse poco?; y ¿por qué
otras se propagan casi a través de todo el material antes de la fractura final?
Imagen 102.- Ejemplos de grietas por fatiga.
9. Discontinuidades en los materiales.
Las grietas por fatiga normalmente se originan sobre la superficie pero pueden iniciar
por debajo de la superficie en donde se localizan discontinuidades, si los esfuerzos
aplicados y residuales exceden la resistencia a la fatiga subsuperficial del material.
La probabilidad de generarse grietas por fatiga puede ser reducida dramáticamente
si el diseñador está consiente de las propiedades de fatiga del material y diseña los
componentes adecuadamente. Es necesario un cuidado adecuado durante el
maquinado para asegurar que no son producidos elevadores de esfuerzos
anticipadamente. Adicionalmente, puede incrementarse la resistencia a la fatiga
relevando de esfuerzos el componente.
Discontinuidades de proceso secundario en materiales ferromagnéticos
Discontinuidad
Fatiga
Deformación (Creep)
Localización
Causa
Superficial
Esfuerzos aplicados cíclicamente por
debajo de la última resistencia a la
tensión
Superficial
Material sujeto a temperaturas y
esfuerzos elevados, por debajo de la
resistencia a la cedencia
Agrietamiento por deformación (Creep)
A temperaturas mayores que la mitad del punto de fusión y esfuerzos por debajo de
la resistencia a la cedencia del material, puede ocurrir la deformación por la acción de
la separación gradual de granos durante un periodo de tiempo. Esto puede
eventualmente conducir al agrietamiento y finalmente la falla. Este mecanismo de
deformación o falla es llamado creep.
La deformación o creep puede ser detectada y controlada. Pruebas periódicas,
particularmente aquellas que involucran metalografía de campo y las mediciones
dimensionales pueden ser usadas para monitorear el proceso de deformación.
Reduciendo ligeramente la temperatura o esfuerzos de operación, reduce
sustancialmente la velocidad de deformación e incrementa la vida útil.
En general, se reconoce que la forma más directa para mejorar las propiedades de
deformación de un metal es agregando elementos de aleación. Elementos que
forman carburos, tales como el molibdeno, tungsteno y en menor grado cromo y
vanadio, incrementan efectivamente la resistencia del acero a la deformación.
Agrietamiento
por
esfuerzos de corrosión
Superficial
Agrietamiento
hidrógeno
Superficial
por
Efectos combinados de una carga de
tensión estática y un medio ambiente
corrosivo
Efectos combinados de tensión
aplicada o esfuerzos residuales y
medio ambiente enriquecido con
hidrógeno
9. Discontinuidades en los materiales.
Agrietamiento por esfuerzos de corrosión
El agrietamiento por esfuerzos de corrosión es un mecanismo de fractura que resulta
de los efectos combinados de cargas estáticas de tensión y un medio ambiente
corrosivo. Los esfuerzos involucrados pueden ser de cargas aplicadas en el momento
o de esfuerzos residuales. Una de las causas más comunes de esfuerzos residuales
es la contracción que ocurre durante el enfriamiento de metal soldado.
El medio ambiente corrosivo actúa en forma diferente de material a material. Algunos
ejemplos comunes de materiales y sus medios ambientes corrosivos incluyen a: el
aluminio y acero inoxidable austenítico expuestos a agua de sal; cobre y sus
aleaciones expuestos a amoníaco; y acero expuesto a hidróxido de sodio.
El sitio de inicio de una grieta por esfuerzos de corrosión puede ser una
discontinuidad existente o puede ser una picadura pequeña producida por ataque de
corrosión en la superficie, que actúa como un elevador de esfuerzos. Una vez que se
forma la grieta, el medio ambiente corrosivo penetra la superficie del material. La
punta de una grieta avanza y tiene un radio pequeño y los esfuerzos tienden a
concentrarse grandemente. Los esfuerzos en la punta de la grieta rompen la película
de protección contra la corrosión lo que ayuda en el proceso de corrosión.
Además, la formación de productos de corrosión por ataque local, en áreas
confinadas, produce altos niveles de esfuerzos en materiales, si los productos de
corrosión ocupan un mayor volumen que el metal desde el cual se ha formado. Esta
acción de cuña que produce la corrosión en la grieta ayuda en su propagación.
El agrietamiento por esfuerzos de corrosión produce falla por fragilización
ínter-granular o trans-granular, dependiendo del tipo de aleación o el medio ambiente
corrosivo. Imagen 103. En muchas ocasiones, mientras grietas finas penetran en la
sección transversal de un componente, la superficie muestra poca evidencia de
corrosión.
Para mantener la intensidad de los esfuerzos a un mínimo, debe tenerse cuidado de
evitar concentradores de esfuerzos, tales como marcas de maquinado, ranuras o
muescas, arcos eléctricos e inclusiones grandes cercanas a la superficie.
Imagen 103.- Agrietamiento por esfuerzos de corrosión.
9. Discontinuidades en los materiales.
Agrietamiento por hidrógeno
El agrietamiento por hidrógeno o fragilización por hidrógeno es un mecanismo de
fractura que resulta del medio ambiente corrosivo, producido por un medio con
hidrógeno, y normalmente se produce en conjunto con un esfuerzo de tensión
aplicado o esfuerzo residual. El hidrógeno se introduce en un material por
procesos tales como electro-plaqueado y soldadura, en una atmósfera húmeda.
El hidrógeno también puede venir de corrosión o la presencia de sulfuros de
hidrógeno, gas de hidrógeno, agua, metano y amoníaco.
Si sobre la superficie de un material no están presentes grietas o elevadores de
esfuerzos, el hidrógeno puede difundirse dentro del metal y, en muchas ocasiones,
inicia grietas en sitios subsuperficiales, donde las condiciones de esfuerzos
triaxiales se encuentran en máximos niveles. En aleaciones de baja resistencia,
esta condición puede llevar a una condición conocida como “ampolla por
hidrógeno”.
Si una grieta ya está presente, es bastante común ver agrietamiento por hidrógeno
inducido iniciado en las puntas de las grietas existentes.
En ocasiones, el hidrógeno se encuentra presente internamente en el material
antes de ponerlo en servicio. Imagen 104. El hidrógeno es fácilmente absorbido en
el metal fundido durante la solidificación inicial del material y durante los procesos
de soldadura. La solubilidad del hidrógeno es bastante alta a temperaturas
elevadas y los metales pueden ser sobresaturados con hidrógeno durante el
enfriamiento.
El agrietamiento por hidrógeno sigue los bordes de grano y raramente muestra
cualquier señal de ramificación. Cuando se produce una grieta por ampolla o por
cargas estáticas, siempre se origina por debajo de la superficie del componente. El
Imagen 104.- Agrietamiento y corrosion por hidrógeno.
Capítulo 10:
Interpretación de indicaciones.
10. Interpretación de indicaciones.
Las indicaciones de discontinuidades, producidas por la inspección con
partículas magnéticas, sobre la superficie de la pieza inspeccionada, no sirven
para algún propósito hasta que son detectadas e interpretadas.
La interpretación y evaluación es la culminación del proceso de inspección.
Después de formarse las indicaciones deben ser detectadas e interpretadas, para
determinar si son producidas por una discontinuidad y, posteriormente,
determinar su severidad y el efecto que tendrán sobre el servicio de la pieza.
i. Determinación de la naturaleza de una indicación
La acumulación de partículas magnéticas en la superficie de un material
inspeccionado se conoce como indicación. Imagen 105.
El primer paso en la interpretación es decidir el tipo de indicación detectada, si es
relevante o verdadera, si es no relevante o si es falsa.
Indicaciones relevantes o verdaderas
Las indicaciones relevantes o verdaderas son generadas por la acumulación de
partículas magnéticas sobre las fugas de flujo producidas por una discontinuidad.
Si la indicación es relevante (representativa de la presencia de una), la indicación
debe ser evaluada, esto con base en los parámetros proporcionados por un criterio
de aceptación y rechazo para el tipo de pieza inspeccionada.
Si la discontinuidad se encuentra dentro de los parámetros del criterio de
aceptación, entonces la pieza puede ser aceptada, aunque exista la presencia de
una discontinuidad. Se considera que tales discontinuidades no afectan la calidad,
el uso futuro o la vida útil de la pieza. Si la discontinuidad no cumple con el criterio
de aceptación, la pieza debe ser rechazada.
En ocasiones, el reporte generado de una pieza rechazada, se turna a un comité
que revisa y decide la acción futura para la pieza inspeccionada, si es chatarra, se
usa así, se re-trabaja o repara. Si la decisión corresponde a re-trabajar o reparar la
pieza debe ser inspeccionada posteriormente.
Imagen 105.- Determinación de la naturaleza de una indiciación.
10. Interpretación de indicaciones.
Indicaciones no relevantes
Las indicaciones no relevantes son generadas por fugas de flujo producidas por
otros motivos que no sean discontinuidades.
Es muy importante entender e interpretar correctamente las indicaciones por
partículas magnéticas, para reconocer a las indicaciones no relevantes.
Las indicaciones no relevantes no son causa de rechazo, pero pueden provocar dos
principales problemas: (1) pueden cubrir o enmascarar discontinuidades presentes
en la pieza inspeccionada, y (2) las indicaciones de discontinuidades presentes
pueden ser confundidas e interpretadas como indicaciones no relevantes. Las
técnicas apropiadas de inspección reducen la formación de indicaciones no
relevantes.
Las indicaciones no relevantes pueden ser producidas por cuatro causas principales:
el diseño estructural de la pieza; el uso de una corriente de magnetización excesiva;
variaciones de permeabilidad dentro de la misma pieza; y por escritura magnética.
1. Diseño estructural de la pieza.- Una de las indicaciones no relevantes más común
es provocada por la construcción o diseño estructural de la pieza, en la trayectoria
del material, a través del cual deben pasar las líneas de fuerza.
Cambios abruptos en la sección de un objeto magnetizado incrementan la
densidad de flujo interna, lo cual crea polaridad externa local que puede producir
indicaciones de partículas magnéticas. Esquinas agudas, cuerdas, ranuras,
barrenos o huecos internos cercanos y paralelos a la superficie, son los tipos de
características de diseño de componentes que producen indicaciones no
relevantes. Tales indicaciones se caracterizan por su ancho y la falta de claridad,
además su relación con el diseño de la pieza es evidente. Imagen 106.
Imagen 106.- Debido al diseño estructural podrian aparecer indicaciones no
relevantes.
10. Interpretación de indicaciones.
Por ejemplo, una pieza que tenga un cuñero en el diámetro interno y es
magnetizada circularmente. Las líneas de fuerza tienden a permanecer dentro del
metal y tratan de circular por la parte inferior del cuñero. Como las líneas de fuerza
se amontonan, algunas se ven forzadas a salir del material, por el diámetro exterior,
provocando fugas de flujo. Como consecuencia, si son espolvoreadas partículas
magnéticas, serán atraídas hacia las fugas de flujo produciendo una indicación no
relevante. Como la mayoría de indicaciones no relevantes, será borrosa y poco
definida.
2. Corriente de magnetización excesiva.- Una causa frecuente que produce
indicaciones no relevantes es el uso excesivo de corriente de magnetización.
Cada tipo de material puede soportar un número límite de líneas de fuerza, y cuando
se excede ese límite, las líneas de fuerza en exceso son forzadas a salir del material,
provocando fugas de flujo. Estos campos de fuga se presentan primero en las orillas
o en los cambios bruscos de espesor en la pieza. Imagen 107.
Cuando se magnetiza circularmente una pieza entre cabezales, la densidad de flujo
es mayor en la superficie de la pieza. Si se utiliza una corriente excesiva, la densidad
de flujo se incrementa tanto que las líneas de fuerza son forzadas a salir de la pieza
por las orillas. Si se espolvorean partículas magnéticas, serán atraídas hacia las
fugas de flujo produciendo indicaciones no relevantes.
Este tipo de indicación no relevante puede eliminarse reduciendo la corriente de
magnetización, de tal manera que sea ligeramente menor que la requerida para la
pieza inspeccionada.
3. Variaciones de permeabilidad.- En una misma pieza las variaciones
permeabilidad producen indicaciones no relevantes.
La aleación y la dureza influyen directamente sobre las propiedades de los metales
como el acero. Las variaciones de dureza producidas por el trabajo en frío crean
variaciones localizadas en las propiedades magnéticas y, dependiendo de la
aleación, generan patrones distintivos agudos de partículas magnéticas.
Imagen 107.- Corriente de magnetización excesiva.
10. Interpretación de indicaciones.
Por ejemplo, un clavo doblado, cuando es enderezado con un martillo, es trabajado en frío, por lo que el área de doblez es endurecida; si el clavo, una vez recto, se magnetiza,
el área endurecida producirá fugas de flujo, generando una indicación no relevante.
Muchas herramientas son fabricadas con áreas duras y suaves. Un cortafrío o cincel tiene una parte endurecida para cortar mejor y conservar su filo. La parte superior es más
suave que el filo de corte, para que no se fracture cuando se le golpea con un martillo. Si se magnetiza el cortafrío, se formaría un campo de fuga en la zona de transición de
duro a suave. La alta reluctancia de la parte dura producirá un campo de fuga, el cual dará lugar a una indicación no relevante.
La zona afectada por el calor, cercana a una soldadura, también puede producir indicaciones no relevantes.
Cuando dos metales con diferentes propiedades magnéticas son fusionados, la interfase produce una indicación muy aguda.
4. Escritura magnética.- La escritura magnética es quizá la indicación no relevante más fácil de crear e interpretar. Para producirse, basta que una pieza de acero toque otra
pieza, sin magnetizar o magnetizada en un grado diferente. En el punto de contacto entre las piezas se distorsionará el flujo magnético de la pieza magnetizada, provocando
la formación de polos locales en la superficie y, si se espolvorean partículas magnéticas, se producirá una indicación no relevante.
La escritura magnética raramente se parece a un modelo de indicación de discontinuidad. Las indicaciones pueden estar en cualquier dirección.
Si la pieza es desmagnetizada y se magnetiza nuevamente, las indicaciones producidas no volverán a aparecer.
Las indicaciones no relevantes tienen características que las hace fáciles de identificar:
● Son normalmente borrosas.
● Pueden asociarse con la geometría de la pieza.
● Son uniformes en dirección y tamaño.
Para eliminar las indicaciones no relevantes, la pieza se debe desmagnetizar y magnetizar nuevamente, pero utilizando una corriente de magnetización inferior.
En algunos casos, tendrá que repetirse esta secuencia varias veces para que desaparezcan completamente las indicaciones no relevantes.
10. Interpretación de indicaciones.
Indicaciones falsas
Las indicaciones falsas normalmente son producidas por:
● Superficies irregulares, por ejemplo escamas de laminación
● Contornos superficiales abruptos y no sujetos al campo magnético, como la raíz de una cuerda
● Contornos que forman líneas de drenaje o lubricación
● Grasa, aceite o agua en la superficie de la pieza, debido a una limpieza inapropiada
Como las indicaciones falsas no permanecen en la pieza por fuerza magnética, se pueden eliminar fácilmente, por ejemplo utilizando una presión ligera de aire o enjuagando
con un solvente limpiador.
ii. Registro de indicaciones relevantes o verdaderas
En muchos casos, es necesario contar con un registro permanente de las indicaciones relevantes o verdaderas detectadas durante la inspección por partículas magnéticas.
En ocasiones, el registro es usado para documentar y justificar el regreso de una pieza rechazada y, en otros casos, para demostrar que una discontinuidad era bastante
pequeña como para haber sido aceptada.
En inspecciones para detectar discontinuidades en servicio, algunas de ellas pueden ser toleradas, si no exceden una longitud específica o si no se han propagado. Por ello,
la longitud de la discontinuidad debe incluirse en los registros que serán mantenidos, para que pueda determinarse el crecimiento o la propagación que se ha presentado
en inspecciones subsecuentes.
Los siguientes son algunos métodos de registro de indicaciones que pueden ser utilizados durante la inspección.
Dibujos o croquis
Es el método más simple para el registro de indicaciones. El dibujo o croquis debe ser detallado y descriptivo, por lo que debe incluir una marca fácil de reconocer y rastrear
sobre el área inspeccionada para que la indicación pueda ser localizada y orientada adecuadamente.
Las dimensiones y orientación de la indicación, con relación a la pieza, deben ser bastante exactas, esto se debe a que ello puede originar una evaluación enfática o
acentuada, de ser necesario.
10. Interpretación de indicaciones.
Es recomendable, acompañar al dibujo o croquis la descripción del tipo de indicación,
para indicar si fue grande, una línea fina, brillante o sin brillo, indicaciones pequeñas
alineadas y su semejanza. Este tipo de descripción es importante como parte del
registro.
Transferencia con cinta adhesiva
Uno de los métodos mecánicos más simples y antiguos de registro de indicaciones de
partículas magnéticas es la trasferencia con cinta adhesiva transparente.
Una vez que se ha producido la indicación se remueve el exceso de partículas a su
alrededor, se coloca una pieza de cinta adhesiva transparente lo suficientemente larga
y se presiona firmemente sobre la indicación. Se retira la cinta y se adhiere al papel que
será retenido como registro.
Fotografía
La fotografía es el método recomendado para obtener registros de indicaciones de
partículas magnéticas de alta calidad, pero no es el método más simple ni menos
costoso.
En ocasiones se necesita experiencia para obtener resultados de calidad, junto con
equipo apropiado.
La fotografía proporcionará la localización y orientación de la discontinuidad con
relación a las piezas, así como también su dimensión. Ver Imagen 108. Aunque puede
ser necesario fotografiar la pieza y la indicación por separado con marcas guía sobre
la pieza.
La fotografía en blanco y negro con frecuencia puede revelar las indicaciones con
buen contraste, en cambio, la fotografía de color es más difícil debido a que el color real
es difícil de reproducir. Sin embargo, pueden obtenerse muy buenas fotografías si se
desarrolla una buena técnica.
En el caso de la fotografía de indicaciones fluorescentes son muy importantes los filtros
utilizados. Debido a la baja brillantez, la fotografía de indicaciones fluorescentes
requiere el uso de tiempos largos de exposición. Por todo esto, la fotografía de
indicaciones fluorescentes requiere un procedimiento especializado.
Imagen 108.- Tomar una fotografía apoyandonos con un instrumento de
medición.
Capítulo 11:
Documentos.
11. Documentos.
El técnico en ensayos no destructivos calificado como Nivel II o III debe estar familiarizado con el manejo e interpretación de documentos que son aplicables al método en el
que está calificado y a los productos que le corresponde inspeccionar.
Dentro de la industria, la aplicación de la inspección por Partículas Magnéticas en un componente que esté regulado o que sea crítico, puede estar cubierta por múltiples
documentos, como códigos, normas y especificaciones.
Cada inspección puede estar gobernada por uno o más procedimientos que han sido elaborados y estructurados para cumplir con reglas o criterios de esos documentos
aplicables.
Existe un gran número de organizaciones responsables de la edición y revisión de estos documentos, por mencionar algunos: ASME (Sociedad Americana de Ingenieros
Mecánicos), AWS (Sociedad Americana de Soldadura), API (Instituto Americano del Petróleo), etc.
Para cumplir con los objetivos y requisitos de estos documentos, el personal debe ser capaz de entender el punto de vista que dirige lo establecido en ellos, además, debe
ser capaz de elaborar procedimientos escritos e interpretar los resultados de la inspección basándose en los requisitos que son tomados de los documentos aplicables al
producto o material inspeccionado, y por último, debe asegurar que quien realiza actividades de inspección por partículas magnéticas, documentada en procedimientos,
i. Códigos, normas y especificaciones
La forma en la cual los requisitos se encuentran establecidos en los Códigos o normas varia de documento a documento. A continuación se describe en forma breve estos
documentos.
Código
Es una colección de estándares y especificaciones relacionadas entre ellas, documentos que definen los requisitos técnicos de prueba, materiales, procesos de fabricación,
inspección y servicio con los que debe cumplir una línea en particular de partes, componentes o equipo.
Ejemplos:
●
●
●
●
Código ANSI / ASME, Boiler and Pressure Vessel Code (Código para Recipientes a Presión y Calderas, de la Sociedad Americana de Ingenieros Mecánicos).
Código ANSI / AWS D 1.1, Structural Welding Code – Steel (Código para Estructuras Soldadas de Acero, de la Sociedad Americana de Soldadura).
Código ANSI / API 570, Piping Inspection Code (Código para Inspección de Tubería, del Instituto Americano del Petróleo).
Código ANSI / ASME B31. Code for Pressure Piping (Código para Tubería a Presión, de la Sociedad Americana de Ingenieros Mecánicos).
11. Documentos.
Los códigos se aplican o se siguen de forma obligatoria solo cuando se establece en un contrato de compra-venta, o en la fabricación de una parte, componente o equipo.
Los códigos americanos que llevan las siglas ANSI son documentos normativos nacionales en los Estados Unidos. Es importante siempre recordar que los Códigos no se
combinan o sustituyen entre sí.
Como ejemplo, a continuación se menciona la estructura general del Código ASME para Recipientes a Presión y Calderas.
El documento está dividido en varias secciones, las cuales se puede considerar forman dos grupos:
1. Para clases específicas de componentes (recipientes a presión, calderas, etc.), y
2. Para la tecnología de soporte (soldadura, pruebas no destructivas y materiales).
Ya que el Código contempla varios niveles de componentes críticos, lo que debe ser inspeccionado se reserva para algunas Secciones, las que están determinadas por la
referencia específica del producto, por ejemplo:
● La Sección III (para construcciones nucleares nuevas)
● La Sección VIII (para la construcción de recipientes a presión nuevos)
● La Sección XI (para inspección en servicio de instalaciones nucleares)
Además, esas secciones definen los criterios de aceptación y la certificación del personal, que deben ser aplicados al uso de pruebas no destructivas, completamente por
separado de la Sección V.
Como parte del Código, se establecen reglas y requisitos de pruebas no destructivas en la Sección V, que tiene aplicación similar a documentos de ASTM, y que utiliza algunos
de ellos como base técnica para las actividades de inspección.
Norma (Estándar)
Es una especificación publicada, método de prueba, clasificación o práctica que ha sido preparada por un cuerpo editor, con el fin de satisfacer las necesidades de un contrato,
un estándar o parte de uno, para que pueda funcionar como una especificación.
Son documentos que establecen:
● Y definen reglas para adquirir, comprar, dimensionar o juzgar un servicio, material, parte, componente o producto;
● Definiciones, símbolos, clasificaciones.
11. Documentos.
Ejemplos de estos documentos:
●
●
●
●
●
Normas ASTM (Sociedad Americana para Pruebas y Materiales)
Normas Internacionales ISO (Organización Internacional de Normalización)
Normas Mexicanas (NOM)
Normas Alemanas DIN
Normas Americanas ANSI (Instituto Americano de Estándares Nacionales)
Las normas ASTM relacionadas con las pruebas no destructivas hacen énfasis de la forma en la cual deben realizarse las actividades de inspección, pero dejan el criterio de
aceptación para que sea decidido entre el comprador y el vendedor del servicio de acuerdo con el producto.
Especificación
Es un documento que establece, con detalle, el juego de requisitos asociados con un método. La fuente de una especificación es normalmente el comprador del producto
o servicio.
Describen, definen y establecen:
●
●
●
●
De forma detallada un servicio, material o producto;
Propiedades físicas o químicas de un material;
La forma de realizar pruebas, inspecciones, etc., y tolerancias aplicables para la aceptación o rechazo;
Como realizar la compra de un servicio o material.
En lugar de un documento técnico complejo, el comprador elige un documento particular que cubre adecuadamente el método.
Tienen condiciones que deben ser establecidas por el comprador o que pueden ser aplicadas por el vendedor a su consideración.
Ejemplos de estos documentos:
●
●
●
Especificaciones particulares de los clientes
Especificaciones API
Especificaciones ASTM
11. Documentos.
ii. Procedimiento de inspección
Un Procedimiento de Inspección es un documento escrito, en forma de una secuencia ordenada de acciones que describen como debe ser aplicada una técnica específica.
Es un documento que define los parámetros técnicos, requisitos de equipos y accesorios, así como los criterios de aceptación y rechazo que son aplicables a materiales,
partes, componentes o equipos, todo de acuerdo con lo establecido en códigos, normas y /o especificaciones.
El alcance de un procedimiento es intentado para cubrir componentes complejos o críticos o un grupo de artículos semejantes. Aún el técnico más experimentado no podrá
determinar el estado de un producto sin la información aplicable al bien o servicio, de cómo se requiere que sea el producto en función de su calidad y, por lo tanto, de cómo
el producto va a ser inspeccionado y evaluado.
Los procedimientos de inspección aportan una serie de beneficios para quién los utiliza:
● Apego a los documentos aplicables (Códigos, normas o especificaciones)
● Se mantiene homogénea la técnica de inspección
● El criterio de aceptación y rechazo es homogéneo
● Se mantiene un nivel de calidad constante de los productos inspeccionados
● Se obtienen resultados repetitivos
● Evita discrepancias entre el fabricante y el comprador durante la inspección de recepción de materiales, cuando el comprador está enterado y ha autorizado la aplicación
del procedimiento.
Con base en los documentos aplicables, los procedimientos de inspección deben ser elaborados preferentemente por un técnico nivel II o III, calificado y certificado en el
método de inspección aplicable. Además, frecuentemente se establece que deben ser revisados y aprobados por un técnico nivel III, calificado y certificado en el método de
inspección aplicable.
El procedimiento debería contener cada aspecto que el técnico necesita saber para llevar a cabo la inspección, como sea requerido, por lo que antes de elaborar un
procedimiento de inspección deberían considerarse varios aspectos preliminares importantes, como los siguientes:
● Definir los documentos que sean aplicables, por acuerdo entre el prestador del servicio y el cliente, tales como: especificaciones del cliente, códigos, normas, dibujos,
pedido, etc.
● Definir el alcance y requisitos específicos
● Verificar los requisitos específicos que sean aplicables contenidos en: notas técnicas, planos, especificaciones, pedido, etc.
● Determinar los equipos y accesorios necesarios
● Definir los niveles de calidad requeridos.
● Considerar los programas de fabricación o mantenimiento, para que puedan determinarse los puntos críticos de la inspección como: las áreas de interés, la etapa de la
inspección, la preparación de las superficies, etc.
● Seleccionar y preparar las muestras en caso que sea requerida la calificación del procedimiento.
11. Documentos.
Reporte de resultados
Los procedimientos de inspección normalmente hacen referencia a un formato de reporte de los resultados de la inspección.
Cuando se reportan y documentan los resultados de las inspecciones, se debe incluir la información completa y exacta de la inspección realizada, con el objeto de hacerla
reproducible.
Lo anterior se debe a que podrían existir revisiones por parte del cliente o por alguna agencia (durante auditorias, monitoreos, etc.). Esas revisiones pueden ocurrir mucho
tiempo después de haber realizado la inspección y la aceptación por el cliente. Entonces, la falta de información y documentación puede resultar en retrasos costosos, al tratar
de resolver la aparente o sospechosa presencia de discontinuidades.
La información necesaria para minimizar confusiones durante la revisión de un reporte de resultados debe incluir, pero no está limitada, a los requisitos establecidos por el
Código, norma o especificación que sea aplicable.
iii. Criterios de aceptación y rechazo
Los criterios de aceptación son incluidos en algunos documentos para proporcionar rangos, clases, grados y niveles de calidad que son aceptables.
Los documentos que contienen criterios de aceptación y rechazo presentan un método para la calificación de ciertos de materiales o productos. Son consideradas ciertas
variables tales como la aleación, el proceso de fabricación, el acabado, el recubrimiento, el esfuerzo, la seguridad y la función; estos factores deben ser considerados en el
análisis de diseño antes de asignar una clase o grado del producto.
El criterio de aceptación y rechazo establece el tamaño y tipo de una discontinuidad aceptable en un área especificada. El producto puede ser dividido por zonas para permitir
diferentes niveles de calificación en diferentes posiciones sobre el producto, si se desea. Sin embargo, en algunos casos, el criterio de aceptación solo tiene un tamaño de
discontinuidad arriba del cual el defecto debe ser removido o debe ser removido y reparado, o la pieza debe ser desechada.
A continuación se incluye un ejemplo de criterio de aceptación y rechazo.
11. Documentos.
APÉNDICE 6
(ASME BPV CODE SEC. VIII, DIV. 1)
INSPECCION POR PARTICULAS MAGNÉTICAS
6.3 Evaluación de Indicaciones.
Las indicaciones serán reveladas por la retención de las partículas magnéticas. Sin embargo, no todas las indicaciones son necesariamente imperfecciones, la rugosidad
excesiva en la superficie, variaciones en la permeabilidad magnética (tales como los extremos de las zonas afectadas térmicamente), etc., pueden producir indicaciones
parecidas a imperfecciones.
Una indicación de una imperfección puede ser más grande que la discontinuidad que la causa; sin embargo, el tamaño real de la indicación es la base para la evaluación.
Solamente indicaciones que tengan cualquier dimensión mayor que 1/16 de pulgada (1.6 mm) deben ser consideradas relevantes.
a) Una indicación lineal es aquella que tenga una longitud mayor que tres veces su ancho.
b) Una indicación redonda es aquella de forma circular o elíptica que tenga una longitud igual o menor que tres veces su ancho.
c) Cualquier indicación cuestionable o dudosa debe ser reexaminada para determinar, en todo caso, si es o no relevante.
6.4 Criterios de aceptación.
Estos estándares de aceptación deben aplicarse a menos que otros estándares más estrictos sean especificados para materiales o aplicaciones específicas dentro de esta
División:
Todas las superficies examinadas deben estar libres de:
a) Indicaciones lineales relevantes.
b) Indicaciones redondas relevantes mayores de 3/16 de pulgada (4.8 mm).
c) Cuatro o más indicaciones redondas relevantes alineadas y separadas por 1/16 de pulgada (1.6 mm) o menos de extremo a extremo.
Capítulo 12:
Glosario de Términos.
12. Glosario de Términos.
Campo magnético
El espacio, dentro y alrededor de una pieza magnetizada o conductor que transporta corriente, en el cual se ejerce una fuerza magnética.
Campo magnético circular
El campo magnético alrededor de cualquier conductor eléctrico o pieza, que da como resultado al pasar una corriente a través de la pieza o el conductor desde un
extremo a otro.
Campo de fuga
El campo magnético que sale o entra en la superficie de una pieza donde se localiza una discontinuidad o un cambio en la configuración de un circuito magnético.
Campo magnético longitudinal
El campo magnético en donde las líneas de flujo atraviesan el componente en una dirección esencialmente paralela con respecto a su eje longitudinal.
Campo magnético residual
El campo que permanece en una pieza de material ferromagnético después que la fuerza de magnetización ha sido removida.
Conductor central
Un conductor que pasa a través de una pieza hueca y que es utilizado para producir magnetización circular dentro de la pieza.
Contaminante
Cualquier sustancia extraña presente en la superficie inspeccionada, la cual afecta adversamente el examen.
Contraste
La diferencia en visibilidad (brillantez o coloración) entre una indicación y el fondo.
Corriente de magnetización
El flujo de corriente alterna o directa utilizada para inducir magnetismo en la pieza que está siendo inspeccionada.
Defecto
Una o más fallas, cuyo tamaño agregado forma, orientación, localización o propiedades no cumple con un criterio de aceptación y rechazo especificado y que es
rechazada.
Densidad de flujo magnético
La fuerza de un campo magnético, expresada en líneas de flujo por unidad de área.
12. Glosario de Términos.
Desmagnetización
La reducción del magnetismo residual a un nivel aceptable.
Discontinuidad
Una falta de continuidad o cohesión; una interrupción intencional o no intencional en la estructura o configuración física normal de un material o componente.
Disparo
Un ciclo corto de energizado en un examen por partículas magnéticas.
Efecto de piel
El fenómeno que causa que la magnetización producida por corriente alterna sea mantenida cerca de la superficie de una pieza ferromagnética.
Electromagnético
Un núcleo de hierro suave envuelto por una bobina de alambre que temporalmente se convierte en un imán cuando un flujo de corriente eléctrica pasa a través del alambre.
Evaluación
Una revisión, después de la interpretación, de las indicaciones observadas para determinar si cumplen o no con el criterio de aceptación especificado.
Falla
Una imperfección o discontinuidad que puede ser detectada por una prueba no destructiva y que no necesariamente se rechaza.
Ferromagnético
Un término aplicado a materiales que pueden ser magnetizados o fuertemente atraídos por un campo magnético.
Fondo
La apariencia de la superficie de la pieza examinada contra las indicaciones observadas.
Fuerza del campo magnético
La intensidad medida de un campo magnético en un punto, expresada en oersted o amperio por metro.
Fluorescencia
La emisión de radiación visible por una sustancia, como resultado de y solo durante la absorción de luz negra.
12. Glosario de Términos.
Indicación
La respuesta o evidencia obtenida al aplicar una prueba no destructiva.
Indicación relevante
Una indicación que es causada por una condición o tipo de discontinuidad que requiere ser evaluada.
Indicador de campo de partículas magnéticas
Un instrumento, típicamente un disco octagonal bi-metálico (por ejemplo, de acero al carbón y cobre), que contiene fallas artificiales y que es utilizado para verificar la
dirección o lo adecuado, o ambos, del campo magnético.
Interpretación
La acción de determinar si las indicaciones son relevantes o no relevantes.
Líneas de fuerza
Una representación conceptual del flujo magnético, basada en un patrón de líneas producidas cuando limadura de hierro se espolvorea sobre una hoja de papel colocada
sobre un imán permanente.
Luz negra
Radiación electromagnética en el rango de luz ultravioleta con longitudes de onda de 330 a 390 nm (3300 a 3900 Ángstrom).
Magnetización con yugo
Un campo magnético longitudinal inducido en una parte ó área de una parte por medio de un electroimán con forma de yugo.
Magnetización indirecta
Magnetización inducida en una pieza cuando no existe contacto eléctrico directo.
Magnetización por contacto directo
Una técnica de magnetización en la cual la corriente pasa a través de la pieza por medio de puntas o cabezales de contacto.
Medio de examen
Un polvo o suspensión de partículas magnéticas que es aplicado sobre una superficie que está siendo magnetizada para determinar la presencia o ausencia de
discontinuidades superficiales o ligeramente subsuperficiales.
12. Glosario de Términos.
Método continuo
Un método en donde el medio de examen es aplicado mientras está presente la fuerza de magnetización.
Método seco
Inspección por partículas magnéticas en la cual las partículas ferromagnéticas empleadas se encuentran en forma de polvo seco.
Partículas magnéticas
Material ferromagnético finamente dividido, capaz de ser magnetizado individualmente y atraído por una distorsión en un campo magnético.
Permeabilidad
La relación entre la densidad de flujo producida y la fuerza de magnetización aplicada (la facilidad con la cual un material puede ser magnetizado).
Polo magnético
Una o más áreas en una pieza magnetizada desde la cual el campo magnético sale o regresa al interior de la pieza.
Retentividad
La habilidad de un material para retener una porción del campo magnético aplicado después que la fuerza de magnetización ha sido removida.
Suspensión
Un sistema que consiste de sólidos finamente divididos dispersos en un líquido.
Técnica húmeda
La técnica de inspección en la cual las partículas magnéticas se encuentran suspendidas en un vehículo.
Vehículo
El fluido en el cual son suspendidas las partículas fluorescentes y no fluorescentes para facilitar su aplicación.
Yugo
Un imán que induce un campo magnético en el área de una parte que se encuentra entre sus polos.
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