PARTÍCULAS MAGNÉTICAS

Partículas Magnetizables
1
UNIVERSIDAD NACIONAL DEL COMAHUE
Facultad de Ingeniería
Laboratorio de Ensayos No destructivos
PARTÍCULAS
MAGNETIZABLES
Ing. Ricardo Echevarria
AÑO 2002
Partículas Magnetizables
2
INDICE
CAPÍTULO I: INTRODUCCIÓN............................................................................................... 4
LIMITACIONES Y VENTAJAS DEL MÉTODO..................................................................................... 4
CAPÍTULO II: BASES DE LA INSPECCIÓN ELECTROMAGNÉTICA POR
PARTÍCULAS MAGNETIZABLES. ......................................................................................... 6
MATERIALES MAGNÉTICOS........................................................................................................... 6
(1) Magnetismo: ...................................................................................................................... 6
(2) Tipos de Materiales Magnéticos........................................................................................ 7
CAMPO MAGNÉTICO DEBIDO A UNA CORRIENTE ELÉCTRICA . ....................................................... 9
(1)Campo Magnético en un conductor recto. ......................................................................... 9
(2) Campo magnético en el interior de un conductor cilíndrico sólido transportando
corriente distribuida uniformemente....................................................................................... 9
(3) Campo magnético en el eje de un solenoide de sección transversal circular. ................ 10
(4) Campo magnético en el interior de un toroide................................................................ 11
CURVA B-H................................................................................................................................ 12
DISTRIBUCIÓN DE LAS LÍNEAS DE INDUCCIÓN MAGNÉTICA ......................................................... 15
EFECTO P ELICULAR.................................................................................................................... 17
CAPÍTULO III: MÉTODOS PARA PRODUCIR CAMPOS MAGNÉTICOS: .................. 19
YUGOS : ...................................................................................................................................... 22
Yugos de imanes permanentes: ............................................................................................. 22
Yugos electromagnéticos....................................................................................................... 22
BOBINAS: ................................................................................................................................... 23
CONDUCTOR C ENTRAL:.............................................................................................................. 25
Conductor Sólido no magnético; CC .................................................................................... 25
Conductor: sólido ferromagnético: C.C:.............................................................................. 26
Conductor: sólido ferromagnético: C.A: .............................................................................. 26
Conductor central en un cilindro ferromagnético hueco: .................................................... 26
MÉTODO DE CONTACTO DIRECTO :.............................................................................................. 28
CONTACTO CON PUNTAS: ........................................................................................................... 29
CORRIENTES INDUCIDAS: ........................................................................................................... 30
Tipo de corriente a utilizar en el método de corrientes inducidas: C.A. vs. C.C.:............... 31
Aplicaciones: ......................................................................................................................... 32
Inspección de esferas de acero: ............................................................................................ 33
INTENSIDAD DE LA CORRIENTE APLICADA. ................................................................ 33
CAPÍTULO IV: INSPECCIÓN DE PIEZAS ........................................................................... 35
CILÍNDRICAS HUECAS................................................................................................................. 35
Tuberías de pozos de petróleo: ............................................................................................. 35
SOLDADURAS EN TUBERÍAS DE ACERO AL CARBONO :................................................................. 36
CILINDROS HUECOS CERRADOS EN UN EXTREMO:....................................................................... 39
INSPECCIÓN DE FUNDICIONES Y FORJADOS. ................................................................................ 39
GANCHOS DE PLUMAS ................................................................................................................ 40
EJE DE TRANSMISIÓN :................................................................................................................. 41
DISCO O ENGRANAJE SOBRE EL EJE............................................................................................. 42
PIEZAS EN FORMA DE Y.............................................................................................................. 43
INSPECCIÓN DE UN CABALLETE PARA MOTOR:............................................................................ 43
INSPECCIÓN DE SOLDADURAS:.................................................................................................... 43
INSPECCIÓN DE PALANQUILLAS.................................................................................................. 45
INSPECCIÓN DE ESLABONES DE CADENAS SOLDADAS:................................................................ 47
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CAPÍTULO V : OTROS MÉTODOS DE INSPECCIÓN ...................................................... 48
INSPECCIÓN CON GOMAS MAGNÉTICAS:...................................................................................... 48
IMPRESIÓN MAGNÉTICA .............................................................................................................. 50
PINTURAS MAGNÉTICAS:............................................................................................................ 51
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INSPECCIÓN POR PARTÍCULAS MAGNETIZABLES
Capítulo I: Introducción
La inspección por PM. es un método para localizar discontinuidades superficiales
y subsuperficiales en materiales ferromagnéticos.
. En principio, el método involucra la magnetización del área a ser examinada, la
aplicación de partículas ferromagnéticas a la superficie. Las partículas formarán
indicaciones sobre la superficie donde fisuras y otras discontinuidades causen
distorsión en el campo magnético normal. Estas indicaciones son usualmente
características del tipo de discontinuidad que es detectado y pueden ser fisuras,
solapes, costuras, cerramientos en frío, y laminaciones.
Este método se basa en el hecho de que cuando una pieza es magnetizada, las
discontinuidades que son aproximadamente perpendiculares a la dirección del campo
magnético producirán un escape del campo de fuga de la superficie de la pieza.
La presencia del campo de fuga y por ende la presencia de la discontinuidad se
detecta aplicando partículas ferromagnéticas finamente divididas sobre la superficie de
la pieza en ensayo, las que son atraídas y retenidas en los campos de fuga.
Esta aglomeración de partículas “dibuja”
la discontinuidad e indican su
localización, tamaño, forma y extensión.
Las partículas magnetizables pueden ser aplicadas sobre la superficie como
partículas secas o como una suspensión en un líquido como agua o kerosén.
Los materiales ferromagnéticos incluyen a la mayoría de las aleaciones de hierro,
cobalto, níquel. Muchos aceros endurecidos por precipitación como por ejemplo los
aceros inoxidables 17- 4PH, 17-7 PH y 15-4 PH, son magnéticos después del
envejecimiento.
Estos materiales pierden sus propiedades ferromagnéticas por encima de una
cierta temperatura (Temperatura de Curie). Esta temperatura varía para los diferentes
materiales siendo para los materiales ferromagnéticos aproximadamente de 760 º C.
Limitaciones y ventajas del método
Los materiales no ferromagnéticos no pueden ser inspeccionados por este
método. Tales materiales incluyen aleaciones de aluminio, magnesio, cobre, plomo
titanio y aleaciones de aceros inoxidables austeníticos.
Además de los métodos convencionales utilizados en la inspección por PM, hay
otros (no convencionales) que emplean partículas magnetizables sobre la pieza
magnetizada. Tres de estos métodos son: inspección con goma magnética, impresión
magnética y pintado magnético los que se describirán mas adelante.
Aplicaciones:
Las principales aplicaciones industriales de PM son la inspección final, inspección
de recepción, inspección de procesados y control de calidad, mantenimiento e
inspecciones de reparación en la industria del transporte, mantenimiento de planta y
máquinas e inspección de grandes componentes.
Aún cuando la inspección con PM sea aplicada para detectar discontinuidades e
imperfecciones en piezas y materiales tan pronto como sea posible en la secuencia de
operación, la inspección final es necesaria para asegurar que no se han producido
durante el proceso discontinuidades o imperfecciones
La inspección de recepción de material también se realiza sobre materias primas
y piezas semiterminadas para detectar cualquier material defectuoso
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PM. es ampliamente usada la recepción de barras o varillas, forjados y
fundiciones.
En la industrial del transporte(camiones, vías férreas y aviones) se planifica la
inspección de las partes críticas en busca de fisuras.
Programas de inspección planificada se usan también para el mantener equipos
en operación sin roturas durante el servicio.
Un requerimiento de seguridad en plantas es la inspección de ganchos de
plumas; donde se pueden desarrollar fisuras por fatiga en la superficie interior
endurecida, lugar e la que se concentran las cargas de elevación.
Alabes, hélices y carcazas de turbinas de vapor se examinan por roturas
incipientes durante las paradas planificadas.
Ventajas
Este método es un medio sensible para localizar fisuras superficiales pequeñas y
angostas en materiales ferromagnéticos.
Se pueden producir indicaciones de fisuras con tamaños suficientes para ser
vistas a ojo desnudo, pero si la apertura de las fisuras son demasiado grandes puede
no formarse la indicación.
También se indican en muchos casos discontinuidades que no son abiertas a la
superficie, aunque se debe reconocer algunas limitaciones y comprensión del
problema. Si una discontinuidad es delgada, marcada y cercana a la superficie, tal
como una larga inclusión no metálica, se puede producir una indicación clara. Si la
discontinuidad está ubicada más profundamente la indicación aparecerá cada vez más
difusa hasta no llegar a detectarse.
En general la mayor sensibilidad es para discontinuidades superficiales y
disminuye rápidamente con el incremento de la profundidad de la discontinuidades
(sub- superficiales) por debajo de la superficie.
Hay pocas o ninguna limitación en el tamaño o forma de las piezas a ser
inspeccionadas. Normalmente no es necesario una complicada limpieza inicial ya que
las fisuras rellenas de materiales extraños pueden ser detectadas.
Limitaciones
Hay ciertas limitaciones que el operador debe considerar, por ejemplo el espesor de
capas de pintura u otros recubrimientos no magnéticos como plateados que pueden
afectar adversamente a la inspección.
Otras limitaciones son:
• El método sólo puede ser usado sobre materiales ferromagnéticos.
• Los mejores resultados se obtienen cuando el campo intercepta
perpendicularmente al plano principal de la discontinuidad, por lo que muchas
veces hay que magnetizar secuencialmente en diferentes direcciones.
• Frecuentemente es necesaria la desmagnetización de la pieza después del
ensayo.
• Algunas veces se requiere una limpieza final para eliminar las partículas .
• Para piezas grandes se necesita una excesiva intensidad de corriente.
• Se debe tener cuidado de no producir recalentamiento o quemados localizados
en los puntos de contactos sobre pieza terminadas.
• Aunque las indicaciones de partículas son vistas fácilmente, el operador debe
tener conocimiento y experiencia para poder juzgar su significado.
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Capítulo II: Bases de la Inspección Electromagnética por
P.M.
Materiales magnéticos.
(1) Magnetismo:
Coloquemos una barra magnética (imán) sobre una pila de alfileres y luego
levantémoslo. Los alfileres se pegaran a la barra principalmente cerca de sus dos
extremos . Estos dos lugares, donde la fuerza es intensa, son llamados los polos del
imán. Cuando la barra es usada como una brújula, uno de los extremos indica el Norte
y este extremo es llamado Polo Norte. El otro es el Polo Sur. Los Polos magnéticos
existen en pares.
No ha sido posible producir un polo magnético sin el acompañamiento de un polo
opuesto, y cuando se quiebra un imán instantáneamente se desarrollan polos en los
extremos quebrados. Entre los polos magnéticos se ejercen fuerzas. Polos de igual
nombre se repelen y polos de distinto nombre se atraen. La intensidad del polo
magnético se puede comparar con la magnitud de estas fuerzas. Existen dos principios
básicos en magnetismo que se pueden probar experimentalmente.
a)
fuerzas de repulsión se ejercen entre polos del mismo signo y
fuerzas de atracción se ejercen entre polos del mismo signo.
b)
Las fuerzas de atracción o repulsión de un polo sobre otro es
proporcional a la intensidad de los dos polos dividido por la distancia que los
separa.( Ley de Coulomb).
La ley de Coulomb se representa por :
f= m1m2/4.π
π .µ
µ 0r 2
(1)
Donde . m1 y m2 : la intensidad de cada polo [wb] , r: la distancia entre los
polos [m] , f: la fuerza ejercida entre los polos [N] y µ0: permeabilidad en el vacío (
4πx 10 –7 H/m)
Considere el polo magnético m2 , fuera de dos polos m1 y m2 . El polo m2 recibe
la fuerza magnética representada por la Ecuación. (1) cerca del polo m1. El espacio
donde el polo magnético recibe la fuerza magnética es llamada campo magnético.
La intensidad de un campo magnético esta representado por la magnitud de la
fuerza magnética. Entonces, la ecuación. (1) se puede rescribir como Ecuación (2).
F= m2 H
(2)
Así, H es escrita como la Ecuación(3)
H = m1/ 4.π
π µ 0r 2
(3)
Expresado de otra forma, la magnitud de la fuerza magnética en el espacio,
si m2 es 1 Wb, es igual a la intensidad del campo magnético en ese espacio.
La unidad del campo magnético se representa usualmente como [A/m].
El campo magnético, por ejemplo; existe alrededor de un imán permanente.,
pero nosotros no lo vemos a ojos desnudos. Los patrones mostrados en la Fig. 1
son revelados cuando limaduras de hierro son esparcidas sobre un cartón duro que
cubre a la barra magnética. Como vemos en la Fig. 1., pequeñas líneas unen un
polo de un imán a el otro. Esas líneas son más densos cerca de cada polo y se
separan unas de otras lejos del polo. Si una brújula se mueve desde Polo norte a el
Polo sur de un imán, su aguja permanece alineadas con las líneas en el campo del
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imán. Así, la intensidad del campo magnético tiene magnitud y dirección en cada
punto. Tal cantidad es llamada vector. Las líneas observadas en la figura 1. están
conectadas para formar líneas y esas líneas son llamadas líneas de fuerzas
magnéticas. El dibujo de estas curvas representa la dirección en la cual la agujas
de una brújula señala cuando es colocada en el campo magnético.
Fig. 1
Las curvas son tangentes al campo en cada punto. Las líneas de fuerzas
magnéticas comienzan en el Polo N del imán, se curvan y alcanzan al Polo sur.
Esto es continuo y no se diluyen sobre el camino. Además, no se interceptan unas a
otras .
Como las líneas de fuerzas magnéticas son un haz en el espacio, las
llamaremos flujo magnético.
Sea el flujo magnético ∅ [Wb] que pasa a través del área S [m2]. Luego, la
cantidad de flujo por unidad de área, estará dado por Ecuación. (4)
B= ∅ /S
(4)
Y B es llamada densidad de flujo.(magnético).
B [Wb/ m2] (las unidades en el SI es la , Tesla [T]
La densidad de flujo B esta relacionada con intensidad del campo magnético H
por la Ecuación. (5) en el vacío( aproximadamente lo mismo que en aire)
B= µ 0H
(5)
De acá podemos considerar que la densidad de flujo que se produce en el
espacio es debida a la existencia de la intensidad de un campo magnético.
B es un vector semejante a H.
Las curvas que están en la misma dirección que la densidad de flujo en cada
punto de ellos son llamadas líneas de inducción magnética.
Consecuentemente, las líneas de inducción magnética coinciden con las
líneas de fuerza magnética en el espacio.
(2) Tipos de Materiales Magnéticos
Una sustancia que puede ser magnetizada en un campo magnético es llamada
material magnético.
Todas las sustancias son más o menos materiales magnéticos. Muchas
sustancias son magnetizadas de acuerdo a la intensidad de la fuerza magnética
solamente cuando ellas están en un campo magnético.
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Los materiales magnéticos están divididos en las dos clases siguientes:
Materiales paramagnéticos: los cuales son magnetizados en la misma
dirección que la fuerza magnética externa y tienen permeabilidades un poco mayor
que en el vacío .
Los otros son materiales diamagnéticos, los cuales son magnetizados en la
dirección contraria a la fuerza magnética externa y tienen permeabilidades un poco
menores que en el vacío. Estos se esquematizan en la Fig. 2.a). y b).
Fig. 2
Las sustancias las cuales son fácilmente magnetizadas son llamados
materiales ferromagnéticos (están dentro de los paramagnéticos).
Los materiales ferromagnéticos son el hierro, aceros, níquel y cobalto , son
también paramagnéticos pero tienen una propiedad adicional . Un trozo común de
un material ferromagnético contiene pequeñas unidades magnéticas señalando en
todas direcciones. Sí el material ferromagnético es magnetizado, todas las
pequeñas unidades señalarán en la dirección del campo aplicado. Las pequeñas
unidades magnéticas no son átomos o electrones, sino un grupo especial de
átomos llamados dominios magnéticos. Por ejemplo en un material tal como el
hierro, los átomos se unen en “clusters”(dominios) .En estos grupos todos los
pequeños imanes atómicos apuntan en la misma dirección. Los dominios son
generalmente de pocas centésimas de milímetros, y cada dominio actúa como si
fuera un pequeño imán .
Si una pieza de hierro o acero esta desmagnetizada , los dominios están
orientados en todas direcciones y sus efectos se cancelan. Si el material es puesto
en un fuerte campo magnético, dos cosas pueden suceder . Los dominios mejor
ubicados crecen poco a poco a expensas de otros dominios que disminuyen su
tamaño y luego giran alineándose con la dirección del campo
Cuando un gran número de dominios han sido alineados en una dirección el total de
la pieza de hierro o acero se convierte en un imán.
El calentamiento de un imán de acero hasta el rojo puede producir la pérdida
de su magnetismo. La razón de esto es que algunos dominios salen de su posición
de alineamiento . La temperatura a la cual un material ferromagnético se vuelve no
magnético es llamada temperatura de Curie. Las temperaturas de Curie del Fe, Co
y Ni son aproximadamente 668 º C, 1120 º C y 353 º C.
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Campo Magnético debido a una corriente eléctrica.
(1)Campo Magnético en un conductor recto.
La ley de Amper establece que la integral lineal de H en un camino cerrado es
exactamente igual a la corriente continua encerrada en ese camino. Esta relación se da
en la ecuación (6)
∫ H.dl= I [ A]]
(6)
Se define una corriente positiva aquella que fluye en la dirección de avance
derecho de un saca corchos.
Aplicando la Ley alrededor de un camino circular a una distancia r del eje del
conductor (Fig.3), y por simetría, H debe ser constante alrededor de este camino.
Ecuación (7)
∫ Hdl = H.2π
πr = I
(7)
∴
H = I / 2π
π r[[ A/m]]
Fig.-3
Esta es la única componente posible de H y corresponde a la intensidad total del
campo magnético debido a la corriente. Así, el campo magnético se dispone en círculos
alrededor del alambre conductor.
(2) Campo magnético en el interior de un conductor cilíndrico sólido
transportando corriente distribuida uniformemente.
Aplicando la Ley de Amper alrededor de un círculo a una distancia “r” del eje de la
barra donde “r” es menor que “a” (radio del conductor) (Fig. 4) . La corriente encerrada
por el camino será :
Ecuación (8)
I = (π
π r 2/π
π a2) I [ A]]
(8)
Así:
∫ Hdl=H.2π
π r= (r 2/a 2)I
y
H=(r/2π
π a 2 ) I [ A/m ]
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Fig. 4
Combinando los resultados de la ecuación 7. y 8, la figura 5. muestra un gráfico
de H versus “r” en el interior y exterior del conductor,.
Fig. 5
(3) Campo magnético en el eje de un solenoide de sección transversal
circular.
Sea la corriente “i” que fluye en un solenoide, la longitud del solenoide es “l” y el
número de vueltas de la bobina es N. La intensidad del campo magnético en el punto O
en la figura 6.
Fig. 6
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esta dado por la ecuación 10.
H0= ∫
+l/2
- l/2
{ a2NI/2(a 2+x 2)3/2 l}
} dx = NI/2 { a2 + (l/2)2} 3/2 [ A/m ]
La intensidad de campo magnético en el punto P en la figura 6. esta dado por la
ecuación 11.
Hp =∫
l/2 -b
{ a2 NI/2(a 2+x 2)3/2 l } dx =
-(l/2+b)
=(NI/2l)[[ (l/2-b)/{
{ a2+(l/2-b)2} 1/2 ] +(l/2+b)/{
{ a2+(l/2+n)2} 1/2 ] [ A/m]]
La figura 7. muestra la relación entre hp/h0 y b/(l/2) para dos solenoides de l/2a= 5
y l/2a= 0,4.
Fig. 7: Distribución de H en el eje del solenoide
(4) Campo magnético en el interior de un toroide
Considere un anillo como el mostrado en la figura 8. alrededor del cual se coloca
una bobina cerrada uniformemente distribuida . A esto se le llama toroide.
Fig. 8:Toroide
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Aplicando la Ley de Amper alrededor de la línea central del anillo como se
muestra en la figura 8.,
H.dl= H.2π
π r = ni
(12)
Donde “i” es la corriente que fluye en la bobina y n es el número de vueltas de la
bobina.
Así:
H= ni / 2π
πr
(13)
Donde la intensidad del campo magnético es inversamente proporcional al radio.
Si el radio principal del anillo es grande comparado con la sección transversal, el
campo en el toroide tenderá a ser uniforme.
Curva B-H
La figura 9. muestra un anillo de hierro sobre el cual una bobina magnetizadora a
sido arrollada y por la cual se hace circular una corriente. Hay también un arrollamiento
secundario conectado a un medidor de flujo, el cual puede medir el cambio de flujo
cuando se cambia la corriente de magnetización .
Fig.:9
Se desea observar la contribución del hierro al campo magnético por la
observación de la relación entre la corriente de magnetización y el flujo, mejor aún,
nosotros deseamos obtener la relación entre la intensidad del campo magnético H
aplicado al hierro y la densidad de flujo resultante B en el hierro. Por la ley de Amper H
estará dado por:
H= ni/ π D
(14)
Donde n.i son los Amper- vuelta de la bobina de magnetización y D es el diámetro
principal del anillo. La densidad de flujo estará dada por :
B= ∅ /S
(15)
Donde . ∅.es el flujo y S el área de la sección transversal del anillo.
El Grafico de las curvas de densidad de flujo versus la intensidad del campo
magnético son llamadas curvas de magnetización (comúnmente llamadas B-H) . Las
curvas B- H se muestran en la figura 10.
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Fig. 10 Ejemplo de curvas B-H
En las curvas de la figura 10. , la densidad de flujo crece casi linealmente con el
incremento en la intensidad del campo magnético hasta un hombro en las curvas. Más
allá del hombro, un incremento en la intensidad del campo magnético da un pequeño
incremento relativo en la densidad de flujo. Cuando un material magnético experimenta
solamente un pequeño incremento en la densidad de flujo para un incremento
relativamente grande en la intensidad del campo magnético, se dice que el material se
ha saturado. Un valor típico de densidad de flujo está alrededor de 1,7 T con una
intensidad de campo magnético alrededor de 4000 Amper/m.
Si ahora H se reduce, después de que el material se saturó, se ve que la relación
entre B y H es diferente siguiendo el camino “bc” por encima de la curva “a” en la
figura 11.
Fig. 11: Ciclo de histéresis.
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Cuando H es cero, en el material permanece una densidad de flujo dado por “oc”
Esta densidad de flujo es llamada densidad de flujo residual o remanente y se
representa como Br. Para reducir la densidad de flujo a cero se deberá aplicar una
intensidad de campo en la dirección opuesta a aquella que produjo el campo original.
Esta intensidad de campo es llamada “Fuerza coercitiva” y se representa por Hc .
Cuando H se haga cada vez más negativo, seguirá la curva “db” hasta llegar
nuevamente a la saturación. Si ahora H se incrementa desde –Hmax, pasando por
cero y llegando a Hmax, la curva seguirá el camino b´c´d b. La curva bcdb´c´d´b que se
muestra en la figura 11, es simétrica con respecto a sus ejes, pero muestra una
relación compleja entre B y H.
La densidad de flujo B en la Fig. 11 no es una función de valor único de H, sino
que depende del estado previo del material. B tiene un retrazo con respecto a H. Este
fenómeno es llamado histéresis . El área del ciclo de histéresis representa la pérdida
de energía por haber realizado el trabajo de magnetización a través de todo el ciclo.
Sea H la intensidad de un campo magnético en un solenoide. Si se coloca una
barra de hierro en su interior, la densidad de flujo en la barra será la suma de la
intensidad del campo H y la densidad de flujo J debido al efecto de los espines de los
electrones. Esto es:
B=µ
µ 0.H +J
(16)
Donde J es llamado intensidad de magnetización., y siendo sus unidades las
mismas que para B (T)
La relación de J con H es:
J = χ. H
(17)
Donde χ es la susceptibilidad magnética.
Sustituyendo la ecuación (17) en (16) se obtiene:
B=µ
µ 0.H +χ
χ . H = (µ
µ0 +χ ) H
Poniendo:
en la ec. (18)
µ0 +χ = µ = µ0 . µr
(18)
(19)
B=µ
µ . H = µ0 . µr . H
(20)
Donde µ es llamada permeabilidad. La permeabilidad relativa µ r esta dada por la
ecuación (21) a partir de la ec. (19).
µ r = 1+ χ /µ
µ0
(21)
donde χ /µ
µ 0 es llamada susceptibilidad específica y tiene una valor de
-6
-3
-5
aproximadamente 10 ∼10
en materiales paramagnéticos y alrededor de –10 en
diamagnéticos, por lo que podemos considerar a µ r aproximadamente igual a 1 para
esos materiales. Sin embargo, para materiales magnéticos el valor de µr puede ser
desde varios cientos a miles.
La permeabilidad de los materiales ferromagnéticos no es constante, como
puede verse en la curva “a” de la Fig. 10.
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Una típica curva de µ versus H se muestra en la Fig. 12.
Fig. 12: Variación de la permeabilidad con la intensidad de campo
Distribución de las líneas de inducción magnética.
Cuando un material ferromagnético es puesto en un campo magnético de
intensidad uniforme H0 , generalmente la densidad de flujo no es uniforme en el
material aún en el caso de utilizar corriente continua para la magnetización. Por
ejemplo, cuando se coloca una barra como la de la Fig. 13 en un campo uniforme, la
distribución de líneas de inducción magnéticas se distribuyen como se muestra en la
Fig. 14 a., no uniformemente
La Fig. 14 b muestra la distribución en el caso de que la pieza sea cilíndrica.
Como se observa, la mayoría de las líneas pasan a través del material ferromagnético
siendo la intensidad de campo en su interior ( hueco interior) considerablemente más
pequeño que H0. A este fenómeno se lo conoce como “escudo magnético”
En el caso de la Fig. 14 c, tenemos una geometría elipsoidal en donde las líneas
de inducción magnética se distribuyen de forma uniforme dentro del material
Fig. 13 : Campo magnético uniforme
a
b
c
Fig.. 14:Distribución de las líneas de inducción magnética
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La diferencia en las distribuciones anteriores se debe a los diferentes ángulos de
refracción que producen las distintas geometrías.
Volviendo a la Fig. 14 a) se ve que las líneas de inducción entran al material por la
izquierda y emergen por la derecha produciendo un polo S en el extremo izquierdo y
un polo N en el extremo derecho. Esto se ilustra en la Fig. 15.
Fig. 15: Campo desmagnetizante
El campo magnético debido a los polos, se dirige desde el polo N al polo S
produciendo una intensidad de campo H´ opuesta a la intensidad de campo externo
H0. Este campo es llamado campo de desmagnetización. Por esto, la intensidad de
campo magnético H que verdaderamente actúa sobre el material ferromagnético esta
dado por la ecuación (22) y es llamado intensidad del campo magnético efectivo.
H = H0 – H´
(22)
La intensidad del campo de desmagnetización H´ es proporcional a la intensidad
de magnetización J, y esta dado por la ecuación (23).
H´= (N/µ
µ 0) . J
(23)
Donde N es llamado Factor de desmagnetización ( función de la geometría).
H = H0 – H´= H0 /  1 + N(µ
µ r –1)

(24)
Si consideramos un imán permanente, la intensidad de campo efectivo esta dado
por la ecuación (25), donde H0 es cero en la ec. (22)
H = − H´= (N/µ
µ 0) . J
( 25)
De ahí que este campo magnético es opuesto (en dirección) a la dirección de
magnetización.
La Fig. 16 a y b muestran las líneas de fuerzo magnética y las de inducción
magnética respectivamente.
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17
Fig. 16: Distribución de líneas de fuerza magnética (a), y de inducción magnética (b) de
un imán permanente
Como se describió en (1), las líneas de inducción magnéticas coinciden con las
líneas de fuerza magnéticas en el espacio. Sin embargo, en el interior del imán, la
distribución de las líneas de inducción magnéticas difieren de las líneas de fuerza
magnéticas como se muestra en la Fig. 16. Esto es, las líneas de fuerza magnética
siempre corren desde el polo N (extremo derecho al polo S (extremo izquierdo) tanto en
el interior como en el exterior del imán permanente, y por consiguiente discontinuas en
la superficie del imán. Esta inversión del campo magnético está expresado por el
enunciado
∫ H dl =0
Por otro lado, las líneas de inducción magnéticas comienzan en el polo N del
imán, se curvan alrededor y alcanzan el polo S.. Después de esto, estas líneas
prosiguen dentro del imán y alcanzan al polo N. Consecuentemente, estas líneas son
continuas y describen curvas cerradas. Esto es una propiedad importante de las líneas
de inducción magnéticas.
Efecto Pelicular
Cuando una barra o una hoja de hierro es magnetizada usando corriente alterna,
la densidad de flujo no se distribuye uniformemente sobre la sección transversal . La
densidad de flujo cerca de la superficie es mucho mayor que cerca del centro. Esto es
debido al siguiente fenómeno: puesto que el hierro es un conductor, habrá corrientes
inducidas en él, cuando se cambia el flujo. Estas corrientes son llamadas corrientes de
Eddy y producen un flujo con dirección opuesta al flujo inicial. Este flujo de dirección
opuesta es mucho mayor cerca del centro que cerca de la superficie. Este fenómeno es
llamado efectos pelicular del flujo.
Si B0 es la densidad de flujo en la superficie del hierro, la densidad de flujo B a
una distancia X de la superficie dentro del material esta dada por la ecuación 26:
B= B 0 . exp( − x/δ
δ )
(26)
La ecuación 26 se ilustra en la figura 17
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Partículas Magnetizables
18
Figura 17:Distribución de B magnetizado por una corriente alterna
El parámetro “δ ” de la ecuación 26 es llamada profundidad pelicular, y es igual
a la profundidad desde la superficie en donde la densidad de flujo es e= 2,72 veces
menor que el de la superficie, y esta dado por la ecuación 27.
δ = 1/(π
π fµ
µ κ )1/2
Donde f: frecuencia [Hz]; µ: permeabilidad [H/m] y κ: conductividad [Ω/m] .
Cuando valores para hierro de: f= 60 Hz, µ= 500.x 4π. 10-7 H/m y κ:= 6,25. 106Ω/m son
sustituidos en la ecuación 27, por ejemplo, δ resulta de 1,16mm. El valor de δ,
generalmente, cuando se ejecuta una inspección por partículas magnetizables , usando
corriente alterna, es alrededor de 2mm.
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Partículas Magnetizables
19
Capítulo III: Métodos para producir campos magnéticos:
Uno de los requerimiento básicos para la inspección por Partículas Magnetizables
es que la pieza debe ser adecuadamente magnetizada de tal forma que el escape del
campo creado por la discontinuidad, atrape las Partículas Magnetizables.
Los imanes permanentes son útiles para estos propósitos pero generalmente la
magnetización se produce por electroimanes o con el flujo magnético asociado a l flujo
de una corriente eléctrica. Básicamente, la magnetización deriva del campo magnético
circular generado cuando una corriente fluye por un conductor. La dirección del campo
depende de la dirección con la que la corriente fluye, y puede ser determinada por la
regla de la mano derecha. En la tabla 1 se dan las aplicaciones generales, ventajas y
limitaciones de varias técnicas de magnetización de piezas.
TABLA 1: Aplicaciones generales, ventajas y limitaciones de varias técnicas de
magnetización
Aplicaciones
Bobinas
(uno o múltiples
arrollamientos)
Piezas de tamaño
medio en los cuales
predomina su longitud
( cigüeñales, ejes)
Grandes fundiciones,
forjados o ejes.
Piezas pequeñas
YUGOS
Inspección de grandes
áreas para encontrar
discontinuidades
superficiales
Piezas que requieren
inspección localizada
Ventajas
Limitaciones
Las superficies son
magnetizadas
longitudinalmente para
detectar discontinuidades
transversales
Las piezas deberán estar
centradas en la bobina para
maximizar la magnetización
efectiva. Si la longitud así lo
requiere pueden necesitarse
nuevos disparos después de
reposicionar la bobina.
La magnetización longitudinal Se puede requerir múltiples
se puede realizar arrollando el posicionamientos por la geometría
cable sobre la pieza
de la pieza.
Fácil y rápido, especialmente La relación long./diam. (L/D) es
cuando se necesita aplicar el importante para determinar los
método residual. No hay
Amper/vuelta necesarios; la
contacto con la pieza. Piezas relación L/D puede ser modificada
relativamente complejas
utilizando piezas suplementarias
pueden procesarse como una de igual sección transversal. La
pieza con sección transversal sensibilidad disminuye en los
simple.
extremos ( perdida de campo). Es
aconsejable el método de Quick
break cuando L/D es pequeño.
No hay contacto eléctrico;
Muy portátil. Localiza discont.
en cualquier dirección con el
posicionamiento del yugo
adecuado
No hay contacto eléctrico.
Buena sensibilidad para
discont. superficiales
Consume mucho tiempo. El yugo
debe ser sistemáticamente
reposicionado para detectar
discont. al azar.
El yugo debe ser posicionado
adecuadamente en relación a la
orientación de la discontinuidad.
Debe haber buen contacto entre la
pieza y los polos de yugo; puede
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Partículas Magnetizables
20
ser difícil en piezas de geometría
complicada. Baja sensibilidad para
discont. Subsuperficiales, excepto
en áreas aisladas.
CONDUCTOR
CENTRAL
Piezas cortas que
tengan agujeros en los
cuales se pueda pasar
el cable ( aros de
cojinetes, cilindros
huecos, engranajes,
grandes tuercas, etc.)
Largas piezas
tubulares (caños,
tuberías, ejes huecos)
Grandes cuerpos de
válvulas y piezas
similares.
CONTACTO
DIRECTO ENTRE
CABEZALES.
Piezas sólidas
relativamente
pequeñas (fundidas,
forjadas y maquinadas)
que pueden ser
inspeccionadas en un
banco horizontal por el
método húmedo.
No hay contacto
eléctrico.(evita el quemado).
Se crea un campo
circunferencial en todas las
superficies que rodean al
conductor. Ideal para cuando
hay que aplicar el método
residual. Piezas livianas
pueden ser sostenidas por el
conductor central. Se pueden
utilizar varias vueltas para
reducir la cantidad de
corriente requerida
No hay contacto eléctrico.
Pueden ser inspeccionadas
las superficies interior y
exterior. La longitud total de la
pieza es magnetizada
circunferencialmente.
Buena sensibilidad para
discontinuidades en la
superficie interior
El tamaño del cable debe ser
suficiente para conducir la corriente
requerida. Idealmente el conductor
debe ser centrado en el agujero.
Diámetros grandes requieren
colocar el conductor cerca de la
superficie interior e ir rotando la
pieza. Cuando se aplica el método
continuo, se requiere inspección
después de cada posicionamiento.
Rápido, de procesamiento
fácil. Campo circular completo
alrededor del paso de
corriente. Buena sensibilidad
para discont. Superficiales y
cercanas a la superficie.
Piezas simples como
relativamente complejas
pueden ser inspeccionadas
con uno o más disparos.
Posibilidad de quemado de la pieza
si las condiciones de contacto no
son las adecuadas. Piezas largas
deben ser inspeccionadas por
partes para facilitar la aplicación
del baño de partículas, sin recurrir
a disparos excesivamente largos
de corriente.
CONTACTO DIRECTO
CON PINZAS Y
CABLES.
Grandes fundiciones y Superficies grandes se
forjados
pueden inspeccionar en
tiempos relativamente cortos.
Largas piezas
La pieza puede ser
tubulares (caños,
magnetizada circularmente
tuberías, ejes huecos) por contacto extremo a
extremo.
La sensibilidad de la superficie
externa puede ser algo inferior a la
interna para grandes diámetros y
espesores de pared gruesos.
Ídem que para pieza largas
tubulares.
Se requieren equipos que
proporcionen altos amperajes
(8000-20000 A).
El campo efectivo esta limitado a la
superficie exterior, no a la interior.
Los extremos deben tener una
forma adecuada para colocar los
contactos y deben conducir la
corriente sin un calentamiento
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Partículas Magnetizables
Piezas sólidas largas (
barras, ejes)
PUNTAS
Soldaduras, para
fisuras, inclusiones,
raíces abiertas, o
inadecuadas
penetración
Grandes
fundiciones y forjados
CORRIENTES
INDUCIDAS
Piezas de forma
circular, para
discontinuidades
circunferenciales
Esferas
Discos y engranajes
21
excesivo.
La pieza puede ser
Los requerimientos de voltaje crece
magnetizada circularmente
con la impedancia del cable u de la
por contacto extremo a
longitud de la pieza.
extremo. Los requerimientos
Los extremos deben tener
de corriente son
una forma adecuada para colocar
independientes de la longitud. los contactos y deben conducir la
No hay perdidas de campo en corriente sin un calentamiento
los extremos
excesivo.
Se puede dirigir
selectivamente un campo
circular al área soldada.
Usando corriente de media
onda y partículas secas se
obtiene una excelente
sensibilidad para
discontinuidades
subsuperficiales y
superficiales. Todo el equipo
es portátil
Se puede inspeccionar
la superficie total a través de
pequeños incrementos
usando valores de corriente
nomina. El campo magnético
circular puede ser
concentrado en un área
específica. Todo el equipo es
portátil
Se puede inspeccionar de una vez
solamente un área pequeña . Se
puede producir quemado por
arcos. La superficie debe estar
seca cuando se una partículas
secas. El espaciado entre puntas
debe estar en acordancia con los
niveles de corriente de
magnetización requerido.
No hay contacto eléctrico.
Toda la pieza esta sometida a
un campo magnético toroidal
donde se cubre el 100% en
una sola magnetización.
Puede ser automatizado.
Se requiere un núcleo laminado
para aumentar el camino de
magnetización. El tipo de corriente
de magnetización debe ser
compatible con la dureza o
suavidad magnética del material
inspeccionado.. Se deben evitar
otros campos circundantes.
Para esferas de diámetro pequeño
el uso se limita al método de
magnetización residual.
No contacto eléctrico.
Permite una cobertura del
100% para indicaciones en
cualquier dirección usando un
proceso en tres etapas con
reorientación de la esfera
entre cada una de ellas. Se
puede automatizar.
No contacto eléctrico. Buena
sensibilidad en o cerca de la
periferia o borde. La
sensibilidad en áreas
diferentes puede ser variada
seleccionando un núcleo o
La cobertura de grandes
áreas puede llevar mucho tiempo.
Se puede producir quemado por
arcos. La superficie debe estar
seca cuando se una partículas
secas. El espaciado entre puntas
debe estar en acordancia con los
niveles de corriente de
magnetización requerido.
La cobertura del 100% puede
requerir de un proceso de dos
etapas. El tipo de corriente de
magnetización debe ser
compatible con la dureza o
suavidad magnética del material
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Partículas Magnetizables
22
pieza polar. Junta con
inspeccionado..
corriente de media onda y
partículas secas da excelente
sensibilidad para
discontinuidades
subsuperficiales.
Yugos:
Hay dos tipos básicos de yugos usados comúnmente para magnetizar: imanes
permanentes y electroimanes. Ambos se utilizan manualmente.
Yugos de imanes permanentes:
Se utilizan en aplicaciones donde no hay disponibles fuentes eléctricas o donde
no está permitido arcos eléctricos (por ejemplo en atmósferas explosivas). Las
limitaciones son:
• Grandes áreas o piezas no pueden ser magnetizadas con la intensidad
suficiente para que las fisuras produzcan indicaciones ..
• La densidad de flujo no puede ser variada.
• Si el imán es muy fuerte, es difícil despegarlo de la pieza.
• Las partículas se pueden adherir al imán con posibilidad de enmascarar
indicaciones.
Yugos electromagnéticos
Consisten en un arrollamiento sobre un cuerpo en forma de U hecho de hierro
blando (chapas al Si).
Sus patas pueden ser fijas o articuladas. Estas últimas sirven para variar la
distancia de contacto y para adaptarse a diferentes geometrías de la pieza.
Una diferencia con los yugos permanentes es que los electroimanes pueden ser
fácilmente encendidos o apagados lo que facilita separarlos de la pieza de ensayo.
El yugo puede estar diseñado para trabajar con CC, CA o ambas.
La densidad de flujo producida por CC puede ser cambiado variando la intensidad
de la corriente que fluye en la bobina.
Cuando se trabaja con CC, hay gran penetración del campo mientras que con
C.A. el campo magnético se concentra en la superficie de la pieza, dando muy buena
sensibilidad para discontinuidades superficiales sobre una amplia zona.
En general, las discontinuidades a ser reveladas deberían estar entre los dos
polos del yugo y orientadas perpendicularmente a la línea imaginaria que los conecta
(Fig. 18)
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Partículas Magnetizables
23
Fig. 18: Electroiman (yugo)
Se debe tener en cuenta que en la vecindad de los polos se producen escapes de
campos que producen una aglomeración excesiva de partículas.
Cuando se opera, la pieza cierra el circuito del flujo magnético entre los polos
producido por el yugo (fuente del campo.)
Los yugos que utilizan C.A. para la magnetización tienen numerosas aplicaciones
y pueden también utilizarse para desmagnetizar
Bobinas:
Bobinas con uno o múltiples arrollamientos del conductor se utilizan para
inspeccionar piezas longitudinalmente (Fig. 19
Fig.19: Magnetización longitudinal con bobina
El campo dentro de la bobina tiene una dirección definida que corresponde a las
direcciones de las líneas de fuerza producidas por cada porción del conductor.
La densidad de flujo dentro de la bobina es proporcional al producto de la
corriente “i”, en Amper, y el número de vueltas de la bobina, N. Por esto la fuerza de
magnetización puede ser variada cambiando ya sea la intensidad de corriente o el
número de vueltas del arrollamiento.
Para grandes piezas, se puede armar la bobina arrollando el cable alrededor de la
pieza con varias vueltas cuidando que las indicaciones no queden ocultas debajo del
cable.
Comercialmente se venden bobinas que pueden ser conectadas a un equipo o
suministro eléctrico.
Estas bobinas pueden ser usadas en el lugar de inspección de piezas en forma de
barras en mantenimiento ferroviario, aeronáutico, automotriz y en reparación de
camiones y tractores.
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Partículas Magnetizables
24
Las fisuras transversales en ejes y árboles pueden ser detectadas fácilmente con
bobinas.
Las mayoría de las bobinas usadas en magnetización son cortas, especialmente
aquellas devanadas sobre marcos fijos.
Se debe considerar la relación entre la longitud de la pieza y el ancho de la
bobina.
Para una pieza simple, la distancia ,máxima que puede ser inspeccionada a cada
lado de la bobina es de 150 a 230 mm (6 a 9 in). Por ejemplo, una piezas de 305 a 460
mm (12 a 18 in) de largo, puede ser inspeccionada usando una bobina normal de
aproximadamente 25 mm (1 in) de ancho. En el ensayo de piezas más largas se debe
mover la pieza dentro de la bobina, o mover esta en intervalos regulares. La facilidad
con la cual una pieza puede ser magnetizada longitudinalmente esta muy relacionada
con la relación longitud- diámetro (L/D) de la pieza. Esto se debe al efecto de
desmagnetización de los polos producido en los extremos de la pieza. El efecto de
desmagnetización es considerable para relaciones de L/D menores a 10/1 Y muy
significativo para relaciones menores de 3/1.
Cuando la relación L/D es muy desfavorable, se puede suplementar la pieza con
suplementos de aproximadamente la misma sección transversal para incrementar la
longitud de la pieza y así mejorar la relación L/D.
La magnetización de anillos y discos (con baja relación L/D) se discutirá en el
punto de “ Corrientes Inducidas”. La cantidad de amperes- vueltas requeridos para
producir suficiente magnetización en una pieza está dado por:
NI= 45000 (L/D )
(1)
Donde N es el número de vueltas de la bobina, I es la corriente en amperes, y L/D
la relación longitud- diámetro de la pieza.
Cuando la pieza es magnetizada a este nivel, colocada dentro de la bobina y
adyacente al arrollamiento (descentrada), la densidad de flujo será de alrededor de 110
líneas/mm2 (70.000 líneas /in2) .
Trabajos experimentales han demostrado que con una densidad de flujo de 110
líneas/mm2 es más que satisfactorio para la mayoría de las aplicaciones y que 54
líneas/mm2 (35.000 líneas/in2) es aceptable para la mayoría de las aplicaciones críticas.
Cuando la pieza es centrada dentro de la bobina, se debe aplicar la ecuación (2).
NI= 35000 . r
µ eff
(2)
donde “r” es el radio de la bobina en pulgadas y µeff= (6L/D) - 5
La ecuación (2) se aplica cuando la pieza está centrada en la bobina y hay un
bajo factor de llenado (menor que el 10 %).
El factor de llenada es la relación entre la sección transversal de la pieza y el área
interior de la bobina.
Cuando se magnetiza una pieza tipo barra con una bobina, se desarrolla una gran
polaridad en los extremos de la pieza que puede enmascarar discontinuidades
transversales.
Un campo favorable en esas áreas se asegura con equipo de CC, trifásicas de
onda totalmente rectificada con circuito especial conocido como “quick o fast break”.
Un corte “controlado” en equipos sobre CA, CCMO y sobre CA totalmente rectificada
da campos con ventajas similares.
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25
Conductor Central:
En muchas piezas tubulares o en forma de anillos, es ventajoso el uso de un
conductor separado para transportar la corriente de magnetización en lugar de usar la
misma pieza para ello.
A este conductor se lo denomina “conductor central”. Se lo coloca atravesando
la pieza por su interior (Fig.20) y es una manera conveniente para magnetizar
circularmente sin que la pieza tenga un contacto directo con el circuito eléctrico.
Normalmente pueden ser sólidos o huecos, y de materiales ferromagnéticos o no
ferromagnéticos.
Fig. 20: Magnetización con conductor central
Las reglas básicas en la consideración del campo magnético alrededor de un
conductor por el que circula CC son:
§ El campo magnético en el exterior de un conductor de sección transversal
uniforme, es uniforme a lo largo de su longitud.
§ El campo magnético esta a 90 º con respecto a la dirección de la corriente
en el conductor.
§ La densidad de flujo en el exterior del conductor varía inversamente con la
distancia radial desde el centro del conductor.
Conductor Sólido no magnético; CC
La distribución del campo magnético en el interior de un conductor no
ferromagnético (por ej. una barra de cobre o aluminio) que transporta una CC es
diferente a la distribución que tiene en su exterior. En cualquier punto en el interior de la
barra, la densidad de flujo es el resultado de sólo la porción de corriente que está
fluyendo en el metal entre el punto considerado y el centro de la barra. Por esto, la
densidad de flujo se incrementa linealmente desde cero, en el centro de la barra, a un
valor máximo en la superficie. Fuera de la barra el flujo disminuye a lo largo de una
curva, como se muestra en el Fig.21 (a). Cuando se calcula la densidad de flujo en el
exterior, se puede considerar que la corriente está concentrada en el centro de la barra.
Si el radio de la barra es R, la densidad de flujo B, en la superficie de la barra es
igual a la fuerza de magnetización H. A una distancia 2R del centro del conductor, la
densidad de flujo B será H/2; a 3 R, H/3, etc.
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26
Conductor: sólido ferromagnético: C.C:
Si ahora el conductor es ferromagnético tal como una barra de acero u otro
material ferromagnético, el campo magnético (H) será igual que en un conductor no
ferromagnético, pero la densidad de flujo (B) será mucho mayor.
La Fig. 21 (b) muestra un conductor con el mismo diámetro mostrado en la Fig.21
(a). La densidad de flujo en el centro es cero, pero en la superficie será µ.H, en donde
µ es la permeabilidad del material. La permeabilidad es la facilidad con que un material
acepta al magnetismo.
Por esto, la densidad de flujo puede ser muchas veces mayor a la de un material
no-ferromagnético y sólo en la superficie exterior cae al mismo valor que en un
conductor no- ferromagnético, decreciendo con la distancia y siguiendo la misma curva.
Conductor: sólido ferromagnético: C.A:
En la Fig. 21(c) se muestra la distribución del campo magnético en un conductor
ferromagnético que transporta C.A. En la región exterior al conductor la densidad de
flujo decrece de la misma forma que con C.C., sin embargo la C.A. esta variando
constantemente en intensidad y dirección a medida que fluye.
En el interior del conductor, la densidad de flujo es cero en el centro y se
incrementa hacia la superficie, lentamente primero y acelerándose después hasta
alcanzar el máximo en la superficie.
Este comportamiento es debido al “ efecto pelicular” de la C.A.
Fig. 21: Distribución del campo magnético dentro y fuera del conductor.
a) Conductor no magnético y CC.
b) Conductor ferromagnético y CC.
c) Conductor ferromagnético y CA
Conductor central en un cilindro ferromagnético hueco:
Cuando se utiliza un conductor central para magnetizar una pieza cilíndrica
hueca de un material ferromagnético, la densidad de flujo es máxima en la superficie
interior de la pieza (Fig.22).
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27
Fig. 22: Distribución de la densidad de flujo en y alrededor de un cilindro hueco de
material ferromagnético, cuando se magnetiza con conductor central de material no
ferromagnético y con CC.
La densidad de flujo producida por la corriente en el conductor central es máxima
en la superficie del conductor (H en la Fig.22 y luego decrece a lo largo de la misma
curva exterior al conductor como se muestra en la Fig.21 a través del espacio entre el
conductor y la superficie interior de la pieza. En esta superficie la densidad de flujo se
incrementa inmediatamente por el factor de permeabilidad ì del material de la pieza y
luego decrece hacia la superficie exterior.
Acá la densidad cae nuevamente al mismo valor con que estaba decreciendo la
curva interior .
Como se ve, esta técnica produce una densidad de flujo máxima en la cara
interior de la pieza dando las indicaciones más fuertes en esta superficie. Algunas
veces también pueden aparecer en la superficie externa.
La densidad de flujo en las caras de la pieza es la misma si se utiliza ya sea, un
conductor ferromagnético o no ferromagnético.
Si el eje del conductor central es colocado en el eje de la pieza, el campo
magnético en la pieza será concéntrico en todas sus paredes.
Sin embargo si el conductor es colocado descentrado en el interior de la pieza, la
densidad de flujo en las paredes del cilindro serán mucho más intenso en ese punto y
más débil en el punto diametralmente opuesto.
En piezas cilíndricas pequeñas se prefiere centrar al conductor en la pieza de
forma que se produzca un campo uniforme en todas las superficies.
En piezas con grandes diámetros (tubos, anillos o recipientes a presión), la
corriente necesaria para una magnetización adecuada se hace demasiado grande si el
conductor está centrado, en este caso se usará el conductor descentrado Fig. 23.
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28
Fig. 23 Región efectiva de inspección cuando se utiliza un conductor descentrado.
Cuando el conductor es colocado contra una pared interior de la pieza, los
requerimientos de corrientes dados en “Magnitud de la corriente Aplicada” se deben
aplicar excepto que el diámetro será considerado la suma del diámetro del conductor
central más dos veces el espesor de la pared.
La distancia a lo largo de la circunferencia de la pieza (interior y exterior) que es
efectivamente magnetizada será tomada como cuatro veces el diámetro del conductor
central como se ilustra en el Fig. 23. La circunferencia entera se inspecciona rotando la
pieza sobre el conductor y solapando un 10 % de cada área inspeccionada.
El diámetro del conductor central no está relacionado con el diámetro interior o el
espesor de pared de la pieza.
El tamaño del conducto se basa generalmente en su capacidad para transportar
corriente y en su fácil manejo. En algunos casos se pueden usar, conductores más
grandes que el tamaño requerido para la capacidad de conducir la corriente solamente
para facilitar su centrado dentro de la pieza.
Usualmente la técnica de magnetización residual se emplea siempre que se
pueda aplicar debido a que se minimiza el fondo y se alcanza mejor contraste. También
la magnetización residual es más rápida y menos crítica que la magnetización continua.
La inspección con conductor central es requerida algunas veces en componentes
que tienen múltiples aberturas paralelas tales como bloques de motores. Los cilindros
pueden ser inspeccionados con un solo conductor central a la manera normal, sin
embargo se puede diseñar un arreglo con múltiples conductores centrales de tal forma
que el operador pueda procesar dos o más cilindros de una sola vez con el mismo
grado de sensibilidad, de hecho en las zonas entre conductores, los campos circulares
se refuerzan unos a otros.
Método de contacto directo:
Para piezas pequeñas que no tengan orificios interiores pasantes, el campo
circular se produce por medio del contacto directo de la pieza (circulación de corriente a
través de la pieza). Este se realiza colocando las piezas entre cabezales de contacto
generalmente en equipos estacionarios (Fig.24). Un equipo similar se puede usar como
suministro de corriente de magnetización en la técnica con conductor central.
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Partículas Magnetizables
29
Fig. 24: Magnetización circular entre cabezales o por contacto directo.
Los cabezales de contacto deben ser diseñados de forma de no dañar la pieza ya
sea físicamente por presión, o estructuralmente por el calor de arcos eléctricos debido
a alta resistencia en los puntos de contacto. El calor puede ser especialmente dañino
en superficies endurecidas como por ejemplo en cojinetes de bolillas.
Para una inspección completa en piezas geométricamente complejas, es
necesario colocar los contactos en varios puntos de la pieza o arrollar cables en la
dirección adecuada en todos los puntos sobre la superficie. Esto frecuentemente
requiere de varias magnetizaciones por lo que, para minimizarlas, se puede usar el
método de magnetización total, magnetización multidireccional o magnetización
por corrientes inducidas.
Contacto con puntas:
En la inspección de piezas grandes y demasiado voluminosas como para colocar
en un banco entre cabezales, la magnetización frecuentemente se realiza con puntas
de contacto (Fig.25) . La puntas pasan la corriente directamente por la pieza, a través
de una zona localizada.
Fig. 25:Puntas de contacto simples(a) o dobles (b)
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Partículas Magnetizables
30
La técnica por puntas no siempre produce campos realmente circulares, pero
ellos son muy adecuados para muchos propósitos prácticos.
Esta técnica se utiliza comúnmente en grandes fundiciones y soldaduras.
Ventajas:
Las puntas son de fácil manejo y portabilidad por lo que son muy convenientes en
la inspección en campo de grandes tanques y estructuras soldadas.
Tiene gran sensibilidad a defectos subsuperficiales más que ninguna otra técnica,
especialmente cuando se usa CCMO junto con partículas secas y el método continuo.
Limitaciones:
El campo adecuado existe sólo entre las puntas y cercano a los
puntos de contactos. Estos puntos raramente están separados más allá de
305 mm(12in) y usualmente la distancia es mucho menor por lo que algunas
veces es necesario relocalizar las puntas para inspeccionar la totalidad de la
pieza o zona de interés.
Algunas veces las interferencia de campos externos entre las
puntas produce indicaciones difíciles de identificar, por lo que la cantidad de
corriente que se puede utilizar está limitada por este efecto.
Se debe tener mucho cuidado para no producir quemaduras en la
pieza en los puntos de contacto de las puntas.
El quemado se puede producir por suciedad en los contactos, presión
insuficiente en las puntas o corriente excesiva.
La probabilidad de tales daños es grande en aceros con contenido de carbono 0,3
o 0,4 % o mayor.
El calor en las puntas de contacto puede producir manchas
localizadas correspondientes a endurecimiento del material que pueden
interferir en operaciones posteriores tales como maquinados.
Cuando se produce este efecto de calentamiento puede producir verdaderas
fisuras. Algunas veces las especificaciones de ensayo requieren que , donde se
apoyaron las puntas, se inspeccione por medio de Líquidos Penetrantes para detectar
posibles fisuras por calentamiento.
En aceros de bajo carbono tales como los que se usan con propósitos
estructurales tienen menor probabilidad de daño por calentamiento.
Corrientes inducidas:
La utilización de corrientes inducidas para la magnetización circunferencial en
piezas en forma de anillos es una técnica muy apropiada.
Esta se lleva a cabo orientando adecuadamente el anillo dentro de una bobina de
magnetización de tal forma que vincule o encierre las líneas del flujo magnético (flujo
disperso), como muestra la (Fig. 26 a)
Cuando el flujo magnético (en la bobina) cambia (aumenta o disminuye) cortando
a la pieza, en el anillo se produce una corriente inducida circular y con una dirección
que se opone al cambio del flujo.
La magnitud de esta corriente depende del flujo total, de su velocidad de cambio y
de la impedancia asociada con el paso de corriente dentro del anillo.
Incrementando el flujo en la bobina y su velocidad de cambio, se incrementa la
intensidad de la corriente en el anillo produciendo un campo magnético toroidal que
abarca toda la superficie del anillo y conduce a revelar las discontinuidades orientadas
en forma circunferencial. Esto se muestra esquemáticamente en la Fig. (26(b))
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Partículas Magnetizables
31
Para lograr un máximo en el flujo (de la bobina) usualmente se inserta un núcleo
de acero blando laminado en el hueco interior del anillo como se muestra en la .Fig. 26
a).
Fig. 26: a) Método de magnetización por corrientes inducidas en piezas en forma
de anillo. b) resultado de las corrientes inducidas y el campo magnético toroidal en el
anillo
Tipo de corriente a utilizar en el método de corrientes inducidas: C.A.
vs. C.C.:
La elección del tipo de corriente de magnetización para la técnica de corrientes
inducidas depende de las propiedades magnéticas de la pieza a ser inspeccionada.
En los casos en que se pueda aplicar el método residual como por ejemplo en
pistas de cojinetes o piezas similares que tengan alta retentividad, se utiliza la C.C.
para la magnetización.
La interrupción brusca de esta corriente por medio de un circuito “quick- break”
produce un colapso rápido en el flujo magnético y la generación de altos amperajes
(pulso) dirigido circunferencialmente en la pieza. Acá la pieza esta magnetizada
residualmente con un campo toroidal y la subsiguiente aplicación de partículas
producirá indicaciones en las discontinuidades circunferenciales.
Pasando una C.A. a través de la bobina se establecerá un campo magnético
fluctuante pasando desde un valor máximo en una dirección a otro igual y opuesto, en
forma similar a la corriente que se produciría en un transformador con una arrollamiento
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32
secundario de una sola espira. La corriente inducida alterna, junto al método continuo,
es el mejor método para el proceso de magnetización en materiales blandos
magnéticamente o con menor retentividad.
Aplicaciones:
El método de corrientes inducidas, además de eliminar la posibilidad de dañar la
pieza, es capaz de magnetizar en una sola operación piezas que deberían, de otra
forma, requerir más de un posicionamiento entre cabezales.
Dos ejemplos de este tipo de piezas se ilustran en las figs. 27 y 28. Estas piezas
no pueden ser inspeccionadas completamente en un solo posicionamiento, para
detectar discontinuidades circunferenciales, debido a que las zonas en los puntos de
contacto no son magnetizadas apropiadamente. Por esto, la cobertura total debería
tener dos etapas, rotando la pieza 90 º con respecto a la 1º antes de la 2º inspección.
La pieza en forma de disco (no hueca) de la Fig. 28 presenta además un
problema adicional si se quisiera aplicar el método de contacto para detectar las
discontinuidades circunferenciales cerca de los bordes.
Aún cuando se cumplan las dos etapas de magnetización, como lo muestra la Fig.
27, la corriente que atraviesa el disco probablemente no produzca un campo circular de
amplia magnitud en los borde de la pieza.
Las corrientes inducidas pueden estar selectivamente concentradas en el área de
los bordes si se suplementa con piezas polares adecuadas para producir una cobertura
total (zona de bordes) en una sola etapa.
Las piezas polares,. mostradas en la Fig.. (28(b)) son huecas y cilíndricas, una en
cada lado del disco y dirigen el flujo magnético a través del disco de tal forma que el
borde es la única zona en la que se produzca un camino cerrado para la corriente.
Las piezas polares utilizadas en este método son preferiblemente construidas de
material ferromagnético laminado para minimizar el flujo de corriente de eddy dentro de
ellas.
Estas piezas también pueden ser barras, tubos no conductores rellenos con
alambres o tuberías con paredes delgadas que tengan un corte longitudinalmente para
cortar el camino de las corrientes inducidas dentro de ellas.
También, en algunos casos, se puede utilizar el eje sólido que posea un
engranaje o disco como una de las piezas polares.
Fig. 27: Distribución de la corriente y campo magnético dentro de un anillo cuando
se magnetiza por el método entre cabezales ( circulación de corriente a través de la
pieza)
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33
Fig. 28:Paso de la corriente en un disco circular. a) Magnetización entre
cabezales, b) Magnetización con corrientes inducidas.
Inspección de esferas de acero:
En esferas de acero con posibles fisuras por endurecimiento, tratamientos
térmicos superficiales o por amolado, no está permitido la inspección por método de
contacto directo debido a la terminación superficial pulida.
Las discontinuidades pueden estar orientadas en cualquier dirección y se debe
inspeccionar el 100 % de la superficie.
La inspección por el método de corrientes inducidas da los requerimientos de
inspección sin dañar la terminación superficial de la pieza.
La relación L/D de 1/1 para esferas no es favorable para la magnetización con
una bobina. Por esto, se usan piezas polares laminadas en cada lado de las esferas
para conferirles una configuración más favorable para la magnetización.
Debido a la retentividad naturalmente alta del material, para la inspección de
esferas se utiliza magnetización residual con CC y un circuito “quick- break”.
La pequeñez de las fisuras debidas a tratamientos térmicos o amolado y la alta
terminación superficial indica que el medio de inspección sean partículas altamente
suspendibles en aceite.
Las esferas son inspeccionadas a los largo de los ejes x, y y z en tres
operaciones separadas sobre cada eje de la siguiente forma:
• Un disparo de corrientes inducidas .
• Se baña la esfera con la solución de partículas húmedas.
• Inspección mientras se va rotando la esfera 360º (sobre el eje de
inspección).
La rotación y reorientación puede ser llevada a cabo manualmente o puede
ser automatizada.
Intensidad de la corriente aplicada.
La intensidad de corriente o el número de Amper-vueltas necesarios para obtener
resultados óptimos depende del tipo de discontinuidades y sus dimensiones mínimas
que debe ser localizadas o pueden ser toleradas.
La intensidad de corriente para magnetización longitudinal con bobina esta
determinada, inicialmente por las ecuaciones:
Pieza no centrada:
N.I = 45.000 / (L/D)
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(1)
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Pieza centrada:
34
N.I = 43.000 . r / ((6L/D) − 5)
(2)
Para magnetización circular, por pasaje de corriente a través de la pieza, la
corriente debería ser entre 12 a 31 A/mm (300 a 800 A/in) del diámetro de la pieza
(diámetro externo máximo). Normalmente la corriente debería ser de 20 A/mm (500
A/in) o menor, y utilizando como máximo hasta 31 A/mm (800 A/in) para inspeccionar
inclusiones o aleaciones de aceros endurecidas por precipitación.
El método de magnetización por puntas generalmente requiere de 4 a 5 A/mm
(100 a 125 A/in) de espaciado entre puntas. Este espaciado no debería ser menor a
50mm (2in) y no mayor a 200 mm (8 in).
Para mayor información sobre los requerimientos de intensidad de corriente
remitirse a las Normas y Códigos.
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35
Capítulo IV: Inspección de piezas
Cilíndricas huecas.
Algunas piezas cilíndricas huecas que requieren inspección por PM presentan
dificultades para su procesamiento debido a su configuración, interferencias de campos
de fuga extraños, requerimientos de no contacto con los equipos de magnetización,
tiempo total requerido o baja relación L/D.
A continuación de describen técnicas para inspeccionar largas tuberías sin
costuras (tubing de pozos de petróleo), tuberías de acero al carbono con soldaduras a
tope y longitudinales, y cilindros con un extremo cerrado.
Tuberías de pozos de petróleo:
Son piezas realizadas con aceros de alta tenacidad, con operaciones finales en
caliente y tienen extremos especiales para su roscado.
Las discontinuidades mayormente esperadas serán longitudinales en el cuerpo
principal y transversales en los extremos. Por esta razón son inspeccionados en su
totalidad con magnetización circular (discontinuidades longitudinales), y en sus
extremos magnetizados longitudinalmente (discontinuidades transversales). Estas
tuberías son normalmente de más de 6 m ( 20ft) de longitud.
Se utiliza un conductor central aislado (Fig. 29 a) para producir la magnetización
circular en lugar de pasar corriente a través de la pieza (contactos en los extremos) con
lo que podría no alcanzarse el campo requerido. El conductor central también facilita la
inspección de la superficie interior en los extremos.
Las partículas magnetizables son aplicadas sobre la superficie exterior y se usa la
técnica de magnetismo residual.
Los requerimientos de corriente para este ensayo son de 31 a 39 A/mm (800 a
1000 A/in) de diámetro del tubo.
Para magnetizar los extremos en forma longitudinal se utiliza una bobina (Fig. 29
b), con la técnica de magnetización residual. Así se inspecciona tanto la superficie
exterior como la interior.
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36
Fig. 29: Inspección de tuberías. a) Magnetización circular con conductor central, b)
Magnetización de los extremos con bobina.
Soldaduras en tuberías de acero al carbono:
Un modo confiable de inspección para detectar discontinuidades tanto en la
primer pasada de raíz de la soldadura como en la soldadura final, es el uso de la
técnica por puntas para tuberías de hasta 75 mm (3 in) de diámetro nominal. Para
tuberías con diámetros mayores, se pueden utilizar otras técnicas que consuman
menos tiempo.
Las figuras 30 a y b muestran respectivamente los tipos de discontinuidades que
pueden encontrarse en la raíz como en la soldadura final.
Fig. 30 : Discontinuidades en soldaduras. a) En la pasada de raíz; b) En la
soldadura final
La ubicación de las puntas es muy importante para la confiabilidad de la
inspección. La magnetización circular, utilizada para detectar discontinuidades
longitudinales, se lleva a cabo colocando las puntas en intervalos a 90° (cuatro
posicionamientos) alrededor del tubo como se muestra en la Fig. 30 c.
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Fig. 30 c
Para tuberías con un diámetro nominal mayor a 25mm (1 in) , las puntas se
deberán espaciar alrededor de la pieza en intervalos de aproximadamente 50mm (2 in)
como se muestra en la Fig.. (30 e).
Fig. 30 e
Para detectar discontinuidades orientadas circunferencialmente se deberán
colocar las puntas como se indica en la Fig. (30 d). Las puntas se colocan adyacentes y
en lados opuestos al cordón de soldadura para asegurar que el flujo atraviese el metal
de la soldadura.
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Fig. 30 d
Si la distancia circunferencial entre puntas es mayor a 75 mm (3 in) cuando son
posicionadas como en la Fig., 30 d deberán ser posicionadas como en Fig. (30 f).
Fig. 30 f:
Para asegurar una magnetización apropiada las áreas inspeccionadas se deberán
solapar aproximadamente unos 25 mm (1 in) . Para la aplicación de las partículas se
utilizará el método continuo debido a la baja retentividad del acero al carbono.
Una indicación en la entalla de la línea de fusión de la soldadura puede ser
muestra de una discontinuidad subsuperficial o una indicación no relevante debida al
abrupto cambio en el espesor del materia (depresión semejante a una grieta entre la
soldadura y el metal base). Sin embargo, una indicación verdadera, como el de una
falta de fusión entre el metal base y el metal de aporte, podría mostrarse como un a
indicación de partículas bien definido. Esta indicación sería difícil sino imposible de
remover por soplado con un espolvoreador mientras que se está aplicando la corriente
de magnetización. Si esta indicación en la zona de fusión puede ser soplada con el
espolvoreador, la indicación es no relevante.
La corriente es aproximadamente de 3,9 A/mm (100 A/in) de espaciado entre
puntas.
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Cilindros huecos cerrados en un extremo:
Carcazas laminadas o cilindros para fluidos forjados cerrados en un extremo, se
pueden magnetizar circunferencialmente para detectar discontinuidades longitudinales
usando la técnica entre cabezales. Esta técnica, cuando se realiza entre los extremos
de la pieza, no es sensible para discontinuidades en la superficie interior.
Como se muestra en la Fig. (31), se puede usar un conductor central (rígido) de
tal forma que la parte ciega del cilindro sirva para cerrar el circuito de corriente.
Además, a través de la parte abierta es posible la aplicación de partículas húmedas en
la superficie interior para ser inspeccionada directamente.
Para cilindros de paredes finas, las discontinuidades en la superficie interior
producen indicaciones de tipo subsuperficial en la cara externa por lo que este método
de magnetización es ventajoso cuando el diámetro interior es demasiado pequeño para
permitir la visualización interna directa.
Fig. 31
Inspección de fundiciones y forjados.
Las fundiciones y forjados pueden ser difíciles de inspeccionar debido a sus
tamaños y formas.
Las superficies externas usualmente pueden ser inspeccionadas con puntas
aunque en piezas grandes esto puede consumir grandes tiempos de ensayo, y la
inspección interior no ser la adecuada.
Equipos que suministren altos amperajes junto a cables flexibles usados con
agarraderas de sujeción (como cabezales de contactos), conductores centrales, y
cables arrollados a la pieza pueden reducir efectivamente los tiempos de ensayo
debido a que se pueden inspeccionar grandes áreas en cada ciclo del proceso.
La Fig. (32) muestra técnicas de contactos directos, arrollamientos del cable, y
conductor central aplicados a la inspección de grandes piezas. Los tres circuitos
pueden se aplicados uno a uno o si se dispone de un equipo con salida multidireccional
se pueden combinar en una sola aplicación.
Generalmente los equipos de alto amperaje son del tipo de CC.
Aquellos de CA y CCMO (corriente de media onda) están limitados a salidas de
aproximadamente 5000 a 6000 amperes debido a la impedancia reactiva asociada a
sus componentes. Se prefiere la técnica de partículas húmedas para grandes campos,
debido a que presentan mejor movilidad, sobre la superficie de la pieza, que las secas..
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40
También permiten una mejor aplicación (cubrimiento ) en grandes áreas y más fáciles
de aplicar en superficies internas.
Fig. 32
Ganchos de plumas
La inspección de estos componentes como lo requiere la Seguridad Industrial, se
focaliza en la detección de fisuras y otras discontinuidades.. Estos ganchos son
generalmente inspeccionados por partículas magnetizables por medio de yugos con
patas articuladas.
Los equipos suministran: 42/115/220 V, 50/60 Hz de CA y CCMO según los
modelos.
Las áreas tensionadas en los ganchos son:
• La parte interior (Zona A) en ambos lados y en la garganta. Fig. 33 zona A.
• El área debajo del vástago , (en compresión y en tracción) sobre las cuatro
caras . Fig. (33 zona B).
• El vástago ( en tracción), principalmente en la rosca . Fig.(33 zona C)
Los pasos involucrados en la inspección son los siguientes.
Limpieza de aceites y suciedad del gancho.
Magnetización y aplicación de las partículas en las áreas A y B en la Fig. 33
usando un yugo y una CA con un campo paralelo al eje del gancho.
Para ganchos desensamblados, inspeccionar el vástago (zona C) usando yugo y
CA con un campo paralelo al eje del gancho.
Para ganchos en servicio, inspeccionar el vástago ultrasónicamente.
Repetir las etapas 2 y 3 usando CC para buscar indicaciones subsuperficiales
Fig. 33:Gancho forjado mostrando las áreas tensionadas sujetas a inspección
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41
La Fig.(34) muestra el gancho para 50 KN (6 toneladas) que fue sacado de
servicio luego de una inspección con partículas magnetizables. La discontinuidad se
identifico como una profundo pliegue de forja. El corte de la pieza en el pliegue mostró
una discontinuidad de 19 mm (3/4 in) de profundidad en los 50 mm (2 in) de la sección
cuadrada (sección A-A en la Fig. (34). Toda la inspección del gancho se realizo con un
campo magnético paralelo al eje del mismo buscando fisuras y otras discontinuidades
transversales. Aún cuando el campo era paralelo a la mayor dimensión del defecto
(desfavorable), este fue encontrado debido a la profundidad del pliegue que produjo el
escape del campo suficiente para atraer las partículas.
Fig. 34:Gancho de 50 kN (6 ton.) mostrando una indicación con PM de un pliegue
de forja. La figura de abajo muestra la profundidad del pliegue en la sección
transversal.
Eje de transmisión:
Sobre un gran eje de transmisión Fig. (35 a). se realizo la inspección anual de
mantenimiento preventivo, detectándose una gran fisura (flechas en Fig.35 b) en el
ángulo entre el eje y la brida de acoplamiento previniendo una rotura muy costosa.
Buscando fisuras se inspeccionaron tres áreas:
• A lo largo del eje.
• En el ángulo entre el eje y la brida de acoplamiento (zona fisurada, Fig. 35
b)).
En cada filete en la cupla de balanceo (flechas en Fig.(35 a)
La inspección fue llevada a cabo usando un equipo móvil capaz de suministrar
hasta 1500 A de salida con CA o CCMO. Puntas de contacto dobles y un cable de 4/0
se usaron para introducir campos magnéticos en el eje. Los filetes en la cupla de
balanceo se inspeccionaron con puntas dobles.
Los pasos involucrados en la inspección del eje fueron los siguientes:
Limpieza de todas las áreas a ser ensayadas.
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Se arrollo el cable alrededor del eje y se aplicó una corriente de 2900 Amper
vuelta para inspeccionar fisuras transversales.
Se colocaron las puntas a través del ángulo de la brida de acoplamiento ( Fig.
35b) con un espaciado entre 152 a 203 mm ( 6 a 8 in); se aplicó 500 A de corriente
produciendo un campo circular perpendicular al ángulo para detectar discontinuidades
paralelas al ángulo.
Se colocaron las puntas a través del ángulo en la brida de balanceo y a través de
los filetes en la parte del eje (flechas en Fig. 35 a) con un espaciamiento entre 152 a
203 mm ( 6 a 8 in) aplicando una corriente de 500 A, produciendo un campo circular
perpendicular a los filetes para detectar discontinuidades paralelas a los filetes.
Fig. 35:
Disco o engranaje sobre el eje..
Un disco o engranaje montado sobre un gran eje continuo puede ser
inspeccionado arrollando un cable sobre el eje de tal manera de formar dos
arrollamiento “opuestos” a cada lado del disco o engranaje como se muestra en la Fig.
(36). Los dos arrollamientos opuestos producirán un campo magnético radial en cada
cara del disco. Este tipo de campo revelará discontinuidades circunferenciales sobre
las caras del disco y transversales sobre el eje.
También el eje puede ser usado como conductor central para localizar
discontinuidades radiales en el disco y longitudinales en el eje.
En piezas donde el eje se extienda sólo hacia un lado del disco, se puede acoplar
un suplemento para simular el eje. El suplemento debería tener aproximadamente el
mismo diámetro que el eje.
Fig. 36
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Piezas en forma de Y
Este tipo de piezas (por ejemplo una biela) (Fig. 37) no deberían ser
inspeccionadas entre cabezales de tal forma que con un solo disparo se piense que es
suficiente. Esto debido a que es difícil que la corriente se distribuya uniformemente
entre los dos extremos (brazos de la Y). Aún produciéndose una distribución uniforme
de corriente , la zona de unión entre los brazos, no será magnetizada.
Una pieza con esta forma deberá ser inspeccionada entre cabezales pero en tres
etapas o, en caso de que se disponga de algún equipo con doble cabezal y un
suministro de corriente especial de forma de asegurar la magnetización total.
Fig. 37
Inspección de un caballete para motor:
La figura 38 muestra un solo elemento del caballete completo. La inspección
puede realizarse por magnetización circular utilizando pinzas o por medio de yugo
magnético.
El contacto en la posición D es permanente. El otro se traslada de A a B y C
inspeccionándose las soldaduras a cada intervalo
Alternativamente, el yugo cubriría cada área mientras se aplica el líquido de
inspección.
FIG. 38
Inspección de soldaduras:
Muchos defectos de soldadura son abiertos a la superficie y fácilmente
detectables por partículas magnetizables ya sea con la técnica de puntas o con yugo.
Para la detección de discontinuidades subsuperficiales como por ejemplo inclusiones
de escorias, huecos (porosidad) y penetración inadecuada en la raíz, la magnetización
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con puntas es la mejor cuando se usa con CCMO y partículas secas. Los yugos ,
usando CA, CC o CCMO, son apropiados para detectar discontinuidades superficiales
en soldaduras.
El posicionamiento de un yugo con respecto a la dirección de la discontinuidad
buscada es diferente al usado con puntas. Debido al campo longitudinal entre los polos
de un yugo, los polos deben ser colocados en lados opuestos del cordón de soldadura
para localizar fisuras paralelas al cordón., y adyacente al mismo para localizar fisuras
transversales. Las puntas serán colocadas adyacentes al cordón para detectar fisuras
paralelas y sobre los lados opuestos del cordón para las fisuras transversales.
Algunas veces la aplicación de las puntas en forma manual puede ser difícil o
cansador. Para ello las puntas pueden tener contactos magnéticos o pinzas que las
mantienen magnéticamente durante la inspección. La puntas son mantenidas
firmemente a la pieza a través de un electroimán. Ambas puntas pueden tener este
sistema o una de ellas estar sostenida magnéticamente y la otra manejarse
manualmente.
Hay un tipo de soldadura en la cual el uso de CCMO da indicaciones no
relevantes, y son aquellas juntas en T soldadas en uno o en ambas caras y para las
cuales no esta especificada una penetración completa y en las cuales es permisible
una raíz abierta (casi siempre presente).
Cuando se usan puntas y CCMO, la raíz abierta muy probablemente se detectará
en la superficie de la soldadura.
Esta indicación no relevante se puede eliminar utilizando CA en lugar de CCMO.
Un caso en el que se encontraron estas indicaciones no relevantes ocurrió en
soldaduras en T entre seis tubos y una placa de una geometría complicada. Fig.( 39).
Fig. 39
Las soldaduras fueron realizadas desde el lado exterior de los tubos solamente.
Ensayos de líquidos penetrante y radiografía revelaron que la integridad de la
soldadura era buena. Investigaciones revelaron que la profundidad de penetración del
campo producido por CC fue suficiente para revelar la junta a lo largo de la pared
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45
interior del cilindro. La inspección con CA (menor penetración) eliminó estas
indicaciones
La detectabilidad de discontinuidades subsuperficiales en soldaduras a tope entre
placas relativamente delgadas frecuentemente puede ser mejorada posicionando un
yugo con CC sobre el lado opuesto al cordón de soldadura Fig. (40). Las partículas
magnetizables se aplican a lo largo del cordón de soldadura. El mejoramiento se
alcanza debido a la ausencia de escapes del campo extraños que normalmente
emergen de los polos del yugo.
Fig. 40
Inspección de Palanquillas
Una palanquilla es la última etapa de semiterminación entre el lingote y la forma
final.
Los palanquillas de acero son rectangulares o cuadradas y con un rango de
sección transversal entre 2600 a 32.000 mm2 ( 4 a 49 in2 ) . La inspección por PM
requiere grandes equipos para manejar los palanquillas de 50 a 180 mm de ancho y 2,4
a 12 m de largo.
El amperaje de ensayo debería ser de 1200 a 4000 A. Las discontinuidades
mostradas en la Fig. 49 podrían aparecer como indicaciones fluorescentes brillantes
bajo luz U.V.
Fisuras:
en palanquillas aparecen como roturas verticales profundas o
separaciones en la superficie del acero.
Las fisuras que muestra la (Fig. 41 a) se producen al principio del proceso,
usualmente como el resultado de la elongación primaria con rodillos de un lingote que
contiene fisuras transversales.
Las fisuras longitudinales (Fig..41b) aparecen como líneas relativamente rectas en
la dirección de rolado. Ellas son de una longitud de 0,3 m (1ft) o mayores y pueden
estar solas o en pequeños grupos.
Costuras:
son discontinuidades que aparecen como ligeras líneas en la
superficie del acero.
Costuras normales: (Fig. 41 c) son similares a fisuras longitudinales pero
producen una indicación más suave (no tan intensa). Las costuras son normalmente
muy cerradas de tal forma que no pueden ser detectadas visualmente sin la ayuda del
método de P.M.
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46
Hay un número grande de posibles orígenes de las costuras, algunas mecánicas
y algunas metalúrgicas.
Costuras cepilladas (Brush seams) (Fig. 41 d) Son grupos de costuras de
pequeñas longitudes (<102 mm o 4 in) que aparecen como si hubieran sido pintadas o
cepilladas sobre la superficie. Estos defectos son generalmente el resultado de la
remoción de metal de la superficie por corte (scarfing) o descascarado de las capas de
óxidos (scaling) exponiendo huecos o porosidad subsuperficial.
La profundidad puede ser de 0,13 a 7,6 mm (0,005 A 0,3 in) y pueden aparecer
en algunas zonas o en la totalidad de la superficie de la palanquilla.
Pliegues: (Fig. 41 e) son discontinuidades longitudinales de severidad variable,
causadas por la formación de salientes o extensiones del metal durante el rolado en
caliente y el subsiguiente plegado.
Los pliegues usualmente aparecen en ángulos rectos a la superficie.
Frecuentemente, se producen en los lados opuestos y se expanden en toda la longitud
de la palanquilla
Solapado en frió (scabs): (Fig. 41 f) aparecen como material extraño al metal,
parcialmente soldado a la superficie.
Los mayores orígenes son las salpicaduras del metal contra las paredes del
molde durante su vaciado que, luego de enfriado se liga al lingote y a imperfecciones
en la unión con el molde.
Fig. 41:
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Inspección de eslabones de cadenas soldadas:
Es muy común la inspección por P.M. en mantenimiento de reparación,
mantenimiento preventivo y en programas de seguridad.
El procedimiento siguiente para la inspección de eslabón de cadenas soldadas es
un método probado y apropiado en programas de seguridad en los cuales se requieren
inspecciones periódicas.
En este procedimiento, el campo longitudinal, transversal a las soldaduras,
detectará discontinuidades en ellas y en los mismos eslabones. Se aplica el método
continuo, húmedo con partículas fluorescentes y luz UV.
La cadena se mantiene suspendida de un gancho de una pluma o grúa y se eleva
a través de una bobina de magnetización. Las partículas son aplicadas sobre la cadena
por debajo de la bobina.
Por encima de la bobina esta la lámpara de luz ultravioleta para la observación de
las indicaciones.
La cadena se inspecciona por secciones utilizando los siguientes pasos:
1. Eliminar aceites o grasas de toda la cadena.
2. Encender la corriente de la bobina.
3. Aplicar partículas húmedas fluorescentes a cada sección mientras la
misma es magnetizada.
4. apagar la corriente de magnetización después de la aplicación de las
partículas y mientras la sección en inspección está en el campo magnético
de la bobina.
5. Inspeccionar la sección bajo la luz U.V. en búsqueda de discontinuidades
transversales en las soldaduras y en los eslabones.
6. Continuar moviendo la cadena hacia arriba hasta que todas las secciones
hayan sido pasadas a través de la bobina y sido inspeccionadas.
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Capítulo V : Otros métodos de inspección
Varios métodos de inspección con partículas magnetizables han desarrollado
para aplicaciones específicas. Tres de estos métodos se describen a continuación:
Inspección con gomas magnéticas:
Este método utiliza partículas magnetizables muy finas, dispensas en gomas
especialmente formuladas para curar a temperatura ambiente. Esto se aplica sobre la
superficie a inspeccionar y luego es magnetizada.
Las partículas son atraídas por los campos de fuga de las discontinuidades.
Luego que la goma cura (alrededor de 1 hora), la replica sólida se retira de la
pieza y se examina ya sea visualmente o con un microscopio de bajo aumento en
busca de acumulación de partículas, correspondiente a indicaciones de
discontinuidades superficiales o subsuperficiales.
Ventajas:
Este método de inspección amplía y complementa a otros métodos no
destructivos en áreas problemáticas como:
Regiones con limitada accesibilidad para la visualización.
Superficies cubiertas
Zonas que, por sus geometrías o tamaños, son difíciles de inspeccionar
Indicaciones que necesitan de una amplificación para ser detectadas o
interpretadas.
Estas replicas proveen evidencias de la calidad de maquinado, dimensiones
físicas y condiciones superficiales.
Las replicas también se pueden utilizar para detectar y registrar la iniciación y
crecimiento de fisuras de fatiga en distintos períodos de un ensayo de fatiga.
Este método da un registro permanente de la inspección, pero debido a posibles
deterioros lentos durante el almacenaje, las mediciones criticas deberían ser hechas
dentro de las 72 horas posteriores al ensayo.
Las replicas que sean almacenadas por períodos muy prolongados, podrían
requerir una limpieza suave con solvente para remover cualquier secreción de fluido
que se produzca.
Limitaciones:
Este proceso se limita sólo para la detección de discontinuidades superficiales y
subsuperficiales en materiales ferromagnéticos. En materiales no magnéticos se utiliza
solamente para evaluar la topografía de la superficie obteniéndose condiciones de la
superficie, marcas de herramientas y dimensiones físicas pero sin que halla migración
de las partículas.
La inspección con gomas magnéticas, no es un método tan rápido como otros
debido al tiempo de curado, pero esto no es tan desventajoso cuando hay que
inspeccionar un gran número de piezas ya que luego del limpiado, vaciado y
magnetizado, las primeras replicas generalmente ya han curado y estarían listas para
su remoción y examinación.
Procedimiento:
Se puede dividir en tres etapas:
Preparación de la pieza antes de la inspección.
Catalización, vaciado y magnetización
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Observación e interpretación de la replica curada.
Preparación de la pieza:
Se limpia la zona a inspeccionar de suciedad y contaminación. Generalmente no
es necesario remover pintura o recubrimientos metálicos, aunque su eliminación
intensificaría cualquier indicación. Si los espesores de los recubrimientos son mayores
a 0,25 mm deberían ser retirados.
La siguiente etapa es la preparación del reservorio para contener a la goma
líquida sobre el área de inspección. Esto se puede realizar con papel de aluminio o
tubos de plástico sellando el área para evitar pérdidas.
Catalización y vaciado:
Antes de su utilización, el material y las partículas (óxidos negros) deben ser
totalmente mezclados para obtener una dispersión homogénea. Luego se le agrega el
agente curador perfectamente medido y se vierte todo en el reservorio preparado,
Magnetización:
A continuación se magnetiza en forma continua o residual con imanes
permanentes, con corriente continua a través de la pieza, con yugos, bobinas, puntas o
conductor central. Lo más adecuado es el uso de yugos con C.C.
Dado que las partículas se deben moverse dentro de la goma líquida, los
tiempos de magnetización son mayores que en el método standard.
La mínima densidad de flujo sobre la superficie de la pieza es de 2 mT (20 G).
Densidades de flujo mayores disminuyen en tiempo requerido y varía con cada
inspección.
La Tabla 2 es un ejemplo de tiempos de magnetización para distintas
densidades de flujo.
Densidad de flujo y duración de magnetización para varias aplicaciones
de inspección con gomas magnéticas
Tipo de área
mT
G
Duración de
magnetización (min.)
Orificios sin recubrimiento
5-10
50-100
1/2
2,5-5
25-50
1
Orificios recubiertos
10-60 (*) 100-600
½- 1 ½(*)
Superficies sin recubrimiento
15
150
1
10
100
3
5
50
10
2
20
30
Superficies recubiertas
5-60
50-600
1-60 (*)
(*): la densidad de flujo y el tiempo dependen del espesor del recubrimiento.
Tabla 2
Dado que, de igual forma que en el método estándar, las indicaciones son mas
intensas cuando el campo es más perpendicular a las discontinuidades, la
magnetización debería ser aplicada en dos direcciones sucesivas a 90º cada una.
La experimentación ha demostrado que la segunda magnetización no afecta a
las indicaciones formadas en la primera.
Procedimiento alternativo:
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Partículas Magnetizables
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Otro procedimiento usado en la inspección con gomas magnéticas es la
colocación de una película plástica fina (cloruro de polivinílideno, por ejemplo) entre la
pieza de ensayo y la goma. Este se puede llevar a cabo estirando el film plástico sobre
el área de inspección y pintando con la goma (catalizada o no) una fina capa sobre él.
El film puede ser removido inmediatamente después de la magnetización para su
inspección, eliminando así el tiempo de curado.
Otras ventajas de este método son:
No requiere un reservorio
La limpieza final es mucho más fácil.
Se puede utilizar una goma no catalizada (cuando no se requiere registro)
Si se desea un registro permanente, se utiliza la goma catalizada.
Las desventajas de esta técnica son que es menos sensible que el método
convencional y más difícil de aplicar sobre superficies irregulares.
Utilización en áreas de accesibilidad residual limitada
Ejemplos de estas áreas son orificios y superficies internas de componentes
tubulares.
Orificios de pequeños diámetros y/o roscados, pueden ser muy difíciles de
inspeccionar con otros métodos no destructivos que requieran accesibilidad visual (y de
iluminación adecuada).
Los orificios ciegos también presentan dificultad tanto para P.M. convencional
como para L.P. pues los fluidos se acumulan en el fondo enmascarando esa zona.
La Fig. 42 muestra un ejemplo.
Fig. 42
Impresión magnética
Este método emplea una bobina de magnetización (impresora), partículas
magnetizables y un recubrimiento plástico de la superficie de la pieza.
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Partículas Magnetizables
El proceso puede ser usado sobre materiales de piezas con muy baja
retentividad magnética.
La bobina o impresora magnética consiste en un arrollamiento plano de un
material conductor y es conectado a una fuente capaz de entregar alto amperaje y bajo
voltaje a 60 Hz.
Cuando la bobina se conecta, produce un campo magnético pulsante distribuido
a lo largo de su eje que produce un efecto vibratorio sobre la pieza y las partículas.
Este efecto de vibración hace que las partículas “manchen” o imprimar el
recubrimiento plástico donde las partículas han sido atraídas por cambios en la
permeabilidad magnética.
Las partículas son óxidos de hierro (Fe3 O 4) y son similares a las utilizadas en el
método convencional.
Los patrones de partículas impresos son visualizados porque anteriormente la
superficie fue rociada con un recubrimiento plástico blanco que da el contraste.
Después que la impresión se obtuvo y las partículas han sido removidas, el
patrón puede fijarse rociando con un recubrimiento plástico transparente. Ambos
recubrimientos tienen la misma composición formando un solo film y donde las
indicaciones quedan tipo “sándwich”.
Cuando el recubrimiento se seca, se puede extraer la pieza.
Procedimiento:
Se limpia la pieza de impurezas, grasas, etc y se le aplica el recubrimiento
blanco que se deja secar.
Se coloca la pieza adyacente a la bobina y se colocan las partículas secas
espolvoreando con un aplicador.
La pieza y la bobina se pueden mover de tal forma de obtener una impresión
uniforme. Luego que ésta se ha formado (alrededor de 6 a 12 segundos). Se corta la
corriente, se quita el exceso de partículas con aire suave o un suave golpeteo.
Si las indicaciones no son buenas, se puede borrar con una esponja y repetir la
operación.
Si la impresión es satisfactoria, se aplica por spray otra capa de recubrimiento
plástico transparente para obtener un registro permanente y se despegan ambas.
Esta técnica puede ser aplicada a materiales con alta o baja retentividad para
detectar. Cualquier condición que afecte a la permeabilidad magnética.
Algunas aplicaciones típicas pueden ser:
Paneles celda de abeja soldados (brazing).
Deformaciones elásticas y plásticas
Detección de fisuras.
Detalles metalúrgicos
Zona afectada por el calor.
Pinturas magnéticas:
Son lodos tipo pinturas con partículas incorporadas:
Se aplican pincelando la superficie o zona de interés y luego se magnetiza. Las
indicaciones negras aparecen por contraste sobre un fondo ligeramente gris. También
pueden ser fluorescentes.
Estas indicaciones son semipermanentes o sea pueden permanecer intactas
durante largos períodos a menos que se la borre intencionalmente.
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Partículas Magnetizables
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Ventajas
Este método no requiere iluminación especial y es compatible con los métodos
continuos: y residual, no se seca y, dependiendo del grado de claridad requerida, se
puede remover con un trapo seco, papel o solvente.
La pintura magnética puede cubrir igualmente bien superficies coloreadas tanto
claras como oscuras. El contraste entre las indicaciones y el fondo es independiente
del color de la pieza.
A deferencia con las partículas secas, velocidades altas de aire y superficies
mojadas no afectan a este método.
La pintura magnética puede ser aplicada sobre una pieza sumergida en agua y
no se requiere de limpieza de aceite, óxido, recubrimientos, pinturas, etc.
Dado que la pintura magnética es un lodo con la consistencia de una pintura, se
puede aplicar con pincel sobre la superficie de la pieza sin importar su orientación.
Estas es una buena característica cuando el ensayo debe realizarse en paredes
verticales o sobre cabeza.
La pieza puede ser repintada borrando las indicaciones y reprocesada sin lodo
adicional.
Ejecución:
Las pinturas magnética pueden ser utilizadas con todas las técnicas de
magnetización (circular, bobina, pintar, etc) utilizando CC o CA y para la detección de
discontinuidades superficiales y subsuperficiales.
La formación de los materiales utiliza partículas en forma de láminas dispersas
en un vehículo oleoso y viscoso. La viscosidad del medio se elige para restringir la
movilidad lateral de las láminas ferromagnéticas, permitiendo su rotación en los
defectos cuando sobre ellas actúa un campo de fuga (Fig. 43)
Fig. 43
La pintura magnética aparece con un color gris claro cuando se aplica ya que,
las placas están orientadas predominantemente con sus caras paralelas a la superficie
de la pieza, y reflejan la luz del ambiente.
Cuando las laminillas tienden a alinearse con un escape del campo, ellas
virtualmente se “paran” y dado que sus bordes no reflejan bien la luz, se observan
como zonas oscuras.
Las concentraciones de la mezcla pueden variarse y así obtenerse mas o menos
contraste de las indicaciones. Las relaciones de aceite/ laminas normalmente
comercializadas es de 6/1 hasta 20/1.
Aplicaciones:
Dado que estas pinturas han sido desarrolladas recientemente, el campo de
aplicaciones es limitado. Sin embargo, ensayos de laboratorio han mejorado la
capacidad del método y puede ser aplicado en las siguientes áreas:
Inspección de soldaduras en tuberías, tanque, embarcaciones, recipientes a
presión y en acero estructurales de construcción en general.
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Partículas Magnetizables
Reparaciones y rutinas de mantenimiento en campo de aviones, camiones,
autobuses y equipamiento ferroviario.
Inspecciones de mantenimiento industrial de estructuras, piezas y
equipamientos.
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