2019 Página 1 de 39 Este material cumple con el programa de estudios requerido por ISO 9712. Juan José Mestre LÍQUIDOS PENETRANTES NIVEL 2 Fundamentos básicos del examen con líquidos penetrantes coloreados y fluorescentes. Se incluyen las técnicas de líquidos penetrantes pos emulsificables así como las condiciones normalizadas de observación. LÍQUIDOS PENETRANTES – Nivel 2 Contenido 1 2 Naturaleza y propiedades de los penetrantes .................................................................................................. 5 1.1 El penetrante ideal ...................................................................................................................................... 5 1.2 Propiedades físicas de los penetrantes ....................................................................................................... 5 1.2.1 Viscosidad ........................................................................................................................................... 6 1.2.2 Tensión Superficial .............................................................................................................................. 7 1.2.3 Mojabilidad - Angulo de Contacto ...................................................................................................... 7 1.2.4 Densidad ............................................................................................................................................. 8 1.2.5 Volatilidad ........................................................................................................................................... 8 1.2.6 Punto de Inflamación .......................................................................................................................... 8 1.2.7 Inercia Química ................................................................................................................................... 9 1.2.8 Solubilidad .......................................................................................................................................... 9 1.2.9 Habilidad como Disolvente ................................................................................................................. 9 1.2.10 Emulsificabilidad ........................................................................................................................... 10 1.2.11 Habilidad para Extenderse ............................................................................................................ 10 1.2.12 Tolerancia a los contaminantes .................................................................................................... 10 1.2.13 Toxicidad, Olor e Irritación de la Piel ............................................................................................ 10 1.2.14 Disponibilidad y Costo .................................................................................................................. 11 Penetrabilidad ................................................................................................................................................ 11 2.1 Mecanismos de Penetración ..................................................................................................................... 11 2.2 Tentativas para determinar Límites de Penetrabilidad ............................................................................. 12 2.2.1 Experiencia de las placas de vidrio .................................................................................................... 12 2.2.2 Fisuras en metales ............................................................................................................................ 12 2.2.3 ¿Qué se puede medir? ...................................................................................................................... 13 2.3 Sensibilidad ............................................................................................................................................... 13 2.3.1 Factores que contribuyen a la sensibilidad ....................................................................................... 13 2.3.2 Probetas para Comparación de Penetrantes .................................................................................... 14 2.4 Sensibilidad a Fisuras de Ancho Pequeño, Limpias y Profundas ................................................................ 16 2.5 Contraste y Visibilidad ............................................................................................................................... 16 2.5.1 Contraste .......................................................................................................................................... 17 2.6 Sensibilidad a Fisuras Contaminadas ......................................................................................................... 17 2.7 Sensibilidad a discontinuidades anchas y poco profundas ........................................................................ 17 2.8 Sensibilidad a discontinuidades angostas y poco profundas ..................................................................... 18 2.9 Solubilidad de las tintas (pigmentos) ......................................................................................................... 18 Página 2 de 39 LÍQUIDOS PENETRANTES – Nivel 2 3 4 2.10 Estabilidad de la Fluorescencia ............................................................................................................. 18 2.11 Penetrantes Especiales ......................................................................................................................... 19 2.11.1 Penetrantes fluorescentes de base acuosa .................................................................................. 19 2.11.2 Penetrantes de bajo contenido de contaminantes ....................................................................... 19 2.11.3 Penetrantes fluorescentes rojos ................................................................................................... 19 2.11.4 Penetrantes amarillos libres de aceite.......................................................................................... 19 2.11.5 Penetrantes amarillos en concentrados secos ............................................................................. 19 2.11.6 Penetrantes fluorescentes base aceite ......................................................................................... 20 2.11.7 Penetrantes con tintas inofensivas ............................................................................................... 20 2.11.8 Penetrantes para altas temperaturas ........................................................................................... 20 2.11.9 Penetrantes tixotrópicos o de alta viscosidad .............................................................................. 20 Emulsificadores .............................................................................................................................................. 20 3.1 Emulsificadores lipofílicos ......................................................................................................................... 20 3.2 Emulsificadores hidrofílicos ....................................................................................................................... 21 3.2.1 Ventajas de los emulsificadores hidrofílicos ..................................................................................... 22 3.2.2 Propiedades ...................................................................................................................................... 22 Naturaleza y Propiedades de los Reveladores ................................................................................................ 22 4.1 ¿Cómo "trabaja" un revelador? ................................................................................................................. 22 4.2 Propiedades requeridas a un revelador .................................................................................................... 22 4.3 Tipos de Reveladores................................................................................................................................. 23 4.3.1 4.4 6 Reveladores Húmedos ............................................................................................................................... 24 4.4.1 Polvo en suspensión en agua ............................................................................................................ 24 4.4.2 Reveladores solubles en agua ........................................................................................................... 25 4.4.3 Reveladores húmedos base solvente ................................................................................................ 25 4.5 5 Polvos Secos...................................................................................................................................... 23 Selección de los Reveladores ..................................................................................................................... 27 Interpretación de los resultados..................................................................................................................... 27 5.1 Experiencia necesaria para la interpretación ............................................................................................ 27 5.2 Experiencia necesaria para la evaluación .................................................................................................. 27 5.3 Interpretación de las indicaciones producidas por penetrantes ............................................................... 28 5.3.1 Indicaciones falsas ............................................................................................................................ 28 5.3.2 Indicaciones No Relevantes .............................................................................................................. 28 5.3.3 Discontinuidades Relevantes ............................................................................................................ 28 Ensayos de evaluación y control de penetrantes, emulsificadores y reveladores .......................................... 29 Página 3 de 39 LÍQUIDOS PENETRANTES – Nivel 2 6.1 Evaluación de la performance ................................................................................................................... 29 6.2 Ensayos para evaluar propiedades físicas ................................................................................................. 29 6.3 Ensayos de control durante la operación .................................................................................................. 29 6.4 Ensayos de control durante la fabricación................................................................................................. 29 6.5 Ensayos de evaluación de los materiales penetrantes .............................................................................. 30 6.5.1 Fluorescencia .................................................................................................................................... 30 6.5.2 Estabilidad de la fluorescencia con la luz negra ................................................................................ 30 6.5.3 Estabilidad de la fluorescencia sobre superficies metálicas calientes ............................................... 31 6.5.4 Ensayo de la gota o del menisco ....................................................................................................... 31 6.5.5 Umbral Dimensional de la Fluorescencia .......................................................................................... 32 6.5.6 Ensayo de lavabilidad........................................................................................................................ 33 6.5.7 Tolerancia de los penetrantes lavables con agua y de los emulsificadores a la contaminación con agua ......................................................................................................................................................... 33 7 6.5.8 Mojabilidad del penetrante .............................................................................................................. 33 6.5.9 Índice de emulsificación.................................................................................................................... 33 6.5.10 Precipitación del revelador ........................................................................................................... 34 6.5.11 Ensayo de corrosión para reveladores húmedos .......................................................................... 34 6.5.12 Ensayos para propiedades físicas ................................................................................................. 34 6.5.13 Decaimiento de la habilidad para exhibir fluorescencia ............................................................... 35 Limpieza inicial de las partes a ensayar .......................................................................................................... 35 7.1 8 Métodos de limpieza ................................................................................................................................. 35 7.1.1 Detergentes ...................................................................................................................................... 35 7.1.2 Solventes .......................................................................................................................................... 35 7.1.3 Vapores detergentes ........................................................................................................................ 36 7.1.4 Limpieza alcalina ............................................................................................................................... 36 7.1.5 Limpieza con ultrasonidos ................................................................................................................ 36 7.1.6 Removedores de pintura .................................................................................................................. 36 7.1.7 Limpieza mecánica ............................................................................................................................ 36 7.1.8 Soluciones ácidas .............................................................................................................................. 37 Partículas Filtradas ......................................................................................................................................... 37 8.1 Técnicas para temperaturas no estándares............................................................................................... 38 8.1.1 Bloque comparador .......................................................................................................................... 38 8.1.2 Utilización del Comparador .............................................................................................................. 38 Página 4 de 39 LÍQUIDOS PENETRANTES – Nivel 2 1 Naturaleza y propiedades de los penetrantes ¿Qué es un penetrante? El nombre “penetrante” indica la habilidad de algunos líquidos penetrantes de penetrar en aberturas finas, tales como fisuras. Las mismas propiedades que hacen que un penetrante se comporte como tal, también facilitan que éste emerja de la discontinuidad después que el exceso de penetrante ha sido eliminado de la superficie. Pero para propósitos de inspección se espera que estén presentes otras propiedades que la mera habilidad para penetrar. 1.1 El penetrante ideal Al considerar las propiedades deseables de un penetrante ideal podemos presentar una larga lista, pero lo sorprendente de esto surge cuando se comparan estas propiedades con las de un penetrante real ya que se ha logrado en la práctica cumplir con todos los requisitos de un penetrante ideal. Un buen penetrante debe; a) poder penetrar en aberturas muy angostas, b) poder permanecer en aberturas poco angostas, c) no evaporarse o secarse rápidamente, d) poder limpiarse fácilmente de una superficie, e) durante la limpieza debe ofrecer resistencia a ser removido de las discontinuidades, f) debe salir en un tiempo relativamente corto de las discontinuidades aun cuando estas sean muy cerradas, g) tener la habilidad de formar películas muy finas, h) tener buen brillo aun cuando las películas sean muy finas, i) ser resistentes a las pérdidas de color o fluorescencia 1, j) ser inerte con respecto al material que será ensayado, k) no tener olor desagradable, l) no ser inflamable, m) ser estable al almacenamiento, n) no ser tóxico o) ser un método de ensayo económico. 1.2 Propiedades físicas de los penetrantes Debe pensarse en primera instancia que una sola propiedad física no puede determinar cómo se debe comportar un penetrante. Además de la habilidad de penetrar, se debe pensar en otras propiedades tales como viscosidad, tensión superficial, mojabilidad, etc., que en conjunto determinan las propiedades que debe poseer un buen penetrante. Enumeremos algunas propiedades físicas: 1 Cuando se entrega energía en forma de ondas electromagnéticas (por ej.: radiación UV - ultravioleta) a un electrón de un átomo éste la absorbe y puede pasar a un estado excitado (estado de mayor energía); pero en un tiempo muy breve, este electrón vuelve a un estado menos energético emitiendo el exceso de energía en forma de luz (radiación electromagnética visible). A este fenómeno se lo denomina fluorescencia. En el caso de los penetrantes fluorescentes, estos contienen pigmentos que al ser irradiados con radiación ultravioleta (ondas electromagnéticas no visibles con longitud de onda = 3650 Å) emiten luz verde amarillenta ( = 5550 Å) por fluorescencia. Página 5 de 39 LÍQUIDOS PENETRANTES – Nivel 2 1.2.1 Viscosidad La viscosidad2 tiene un efecto considerable sobre la rapidez con la cual un penetrante puede entrar en una discontinuidad pero no incide en la forma como este penetra. Un penetrante viscoso penetra más lentamente que uno menos viscoso y ofrece más resistencia a ser removido de las discontinuidades. Por otro lado, un penetrante viscoso se extraerá más lentamente que uno que posee más fluidez de una discontinuidad y por lo tanto el tiempo de revelado puede ser más extenso. Penetrantes menos viscosos pueden también acelerar la contaminación de los baños emulsificadores en procesos de pos - emulsificación. Si el penetrante tiene muy baja viscosidad podrá penetrar muy rápidamente y el film de penetrante sobre la superficie que hace de "reserva" será insuficiente para proveer líquido durante el tiempo de penetración. En este caso la pieza deberá permanecer inmersa en el baño durante todo el tiempo antes mencionado, siendo esto una seria limitación durante las operaciones de inspección. De todo esto se desprende que es deseable que la viscosidad no sea ni alta, ni baja, estando en el rango medio. Por último debemos recordar que la viscosidad no hace a la "penetrabilidad" o habilidad para penetrar. Por ej.: el agua tiene baja viscosidad pero es un mal penetrante, en cambio algunos destilados del petróleo tienen mayor viscosidad y son buenos penetrantes. La viscosidad de los penetrantes que se encuentran a la venta tienen valores comprendidos entre 5 y 10 centistoke a 38 °C (El agua y el kerosene tienen a la misma temperatura 0.5 y 1.45 centistoke). 2 Supongamos una corriente de líquido donde las velocidades en los diferentes lugares este son distintas. Este estado del líquido es un estado de "no equilibrio". Así como en un cuerpo con diferentes temperaturas se establecen mecanismos de transporte de calor de las regiones más calientes a las más frías con el objeto de igualar la temperatura del cuerpo, en el caso del líquido se establecen también mecanismos de transporte que tienden a igualar la velocidad de la corriente. Estos procesos se denominan "viscosidad" o "fricción interna". En estos casos se establece una transmisión de impulso de las partes más rápidas a las más lentas. En la práctica si representa la transmisión de impulso por unidad de superficie (flujo de impulso), entonces : du dx donde du dx es el gradiente de velocidad en el fluido y es un coeficiente de proporcionalidad denominado coeficiente de viscosidad del medio o viscosidad dinámica. Las unidades de son g/(cm s) que en el sistema CGS se denomina "poise". En el Sistema Internacional las unidades son Kg/(m s) = Pa s. La rapidez con que se igualan las velocidades está relacionada con el cociente: donde es la densidad del medio. se define como la viscosidad cinemática y es una especie de coeficiente de difusión de la viscosidad. En el sistema CGS la unidad es cm2/s que se conoce como Stoke. Ejemplo: Sea una corriente de líquido que fluye por una tubería. Debido a fenómenos de cohesión molecular (fuerzas de cohesión) la capa de líquido en contacto con la pared queda como "pegada" a la misma, es decir que la velocidad del fluido en contacto con la pared se reduce a cero. A medida que nos alejamos de la pared la velocidad del fluido aumenta de manera que se establece una transferencia de impulso hacia la pared debida a la viscosidad. Página 6 de 39 LÍQUIDOS PENETRANTES – Nivel 2 1.2.2 Tensión Superficial3 Es una de las dos propiedades físicas más importantes que determinan si un líquido tiene alta habilidad para penetrar o no. Generalmente hablando, una alta tensión superficial es deseable, pero el agua, por ejemplo, con una muy alta tensión superficial no es, en forma pura, un buen penetrante. 1.2.3 Mojabilidad - Angulo de Contacto La segunda propiedad física importante para determinar si un líquido es un buen penetrante es la habilidad para "mojar” una superficie a ensayar. Esta habilidad (mojabilidad) es medida por el ángulo de contacto (figura 1), es decir el ángulo entre el líquido y la superficie en el punto de GAS contacto cuando el líquido avanza sobre la superficie. SG Mientras más pequeño es este ángulo, mayor es la mojabilidad. Así podemos escribir en condiciones de equilibrio que en el punto donde coexisten las tres fases: SG SL GL cos cos SG SL GL GL LIQUIDO SL SOLIDO Figura 1 o que donde: SG es la tensión superficial en la interface Sólido - Gas, SL es la tensión superficial en la interface Sólido Liquido y GL SL es la tensión superficial en la interface Gas - Liquido. El cos() es una medida de la mojabilidad, cuando decrece, cos() crece y la mojabilidad aumenta. El agua con su muy alta tensión superficial4 tiene un gran ángulo de contacto con las superficies de los metales (pobre mojabilidad) y es por lo tanto un mal penetrante; pero si se adhiere al agua un agente humectante (tenso activo), el ángulo de contacto es drásticamente reducido y aunque la tensión superficial disminuye también, la combinación final hace que tendamos un buen penetrante. La habilidad para penetrar se puede decir, está determinada por un alto valor de la tensión superficial y del coseno del ángulo de contacto para un líquido en una dada superficie. Pero debe ser entendido claramente que ésta no es una propiedad determinada por el líquido solamente y no puede por lo tanto ser usada como una medida general de la penetrabilidad. El ángulo de contacto varía con el material, rugosidad superficial, limpieza de la superficie, etc. de la superficie a ensayar. La penetrabilidad es entonces influenciada por la tensión superficial y la mojabilidad y puede ser medida en función de estas propiedades, solo con respecto a una superficie específica. 3 La tensión superficial es un fenómeno de superficie. Es un fenómeno donde intervienen las moléculas de las interfaces que separan dos medios diferentes. La diferencia entre la energía de todas las moléculas que están en la superficie divisoria de dos medios y la energía que estas moléculas tendrían de hallarse en el interior del cuerpo se denomina energía superficial Usup. Entonces se puede demostrar que esta energía es proporcional a la superficie divisoria S: U sup S donde > 0. El coeficiente de proporcionalidad se denomina Tensión Superficial y sus unidades en el Sistema CGS son Dinas/cm. Al expresar una tensión superficial se debe indicar de que medios en contacto estamos hablando. Al hablar de la tensión superficial de un líquido sin hacer referencia al medio en contacto, se debe entender que el otro medio es el mismo líquido en fase vapor. 4 Tensión superficial a 20 °C del agua 72.8 D/cm y del kerosene 23.0 D/cm. Página 7 de 39 LÍQUIDOS PENETRANTES – Nivel 2 1.2.4 Densidad Esta es una característica que no tiene influencia directa sobre la penetrabilidad de un líquido. La mayoría de los penetrantes comerciales tienen una densidad5 menor que 1 (entre 0.8 y 1.0). Esto es debido a que los principales constituyentes de los penetrantes son líquidos orgánicos de peso específico bajo, pero estos líquidos son seleccionados por otras propiedades además de su densidad. Una ventaja de tener peso específico bajo es que el agua que pudiera caer en un tanque con penetrante se depositaría en el fondo sin interferir durante el ensayo. 1.2.5 Volatilidad Como regla general se establece que un penetrante no debe ser volátil o sea que el punto de ebullición debe ser lo más alto posible. En el caso de productos derivados del petróleo, la viscosidad aumenta a medida que el punto de ebullición crece y en este grupo de derivados, los destilados menos viscosos son más deseables como penetrantes solo porque ellos penetran más rápidamente. La razón por la cual son preferidos los penetrantes no volátiles a los volátiles es por cuestión de seguridad y economía. Por un lado los penetrantes muy volátiles pueden secarse sobre la superficie de una parte inspeccionada y podrán requerir una completa inmersión durante todo el tiempo de penetración. También puede llegar a secarse dentro de la discontinuidad durante el secado y el revelado. Por otro lado un film parcialmente seco es más dificultoso de limpiar haciéndose crítica esta operación si la limpieza se lleva a cabo solo con agua. En cuanto a razones de economía, hay pérdidas de material por evaporación si el penetrante está en contenedores abiertos. Un hecho que requiere también la incorporación de algunos líquidos de alto punto de ebullición es que estos son buenos disolventes de las tintas incorporadas al líquido. La mayoría de los líquidos volátiles son usualmente, pero no en todos los casos, pobres disolventes de las tintas. No obstante una proporción de algunos componentes volátiles es incorporada a los penetrantes no volátiles. Esto es para reducir la viscosidad y aumentar la velocidad de penetración. 1.2.6 Punto de Inflamación Un penetrante satisfactorio debe tener un alto punto de inflamación. Este está definido como la temperatura a la cual se genera suficiente vapor combustible (bajo condiciones estándar), para hacer a la mezcla de éste con aire, explosiva por la presencia de una llama. Líquidos con punto de inflamación menor que 26.7°C (80°F) son etiquetados como inflamables y se deben tomar precauciones en su traslado y uso. La tabla que se presenta abajo da los puntos de inflamación de algunos penetrantes comerciales: 5 Tipo de Penetrante Comercial Tipo Punto de Inflamación (°C) Lavable Directamente con Agua A 54.4 Lavable Directamente con Agua B 40.6 Pos Emulsificable A 79.4 Pos Emulsificable B 85.0 Pos Emulsificable C 49.4 Penetrante Coloreado A 8.9 Penetrante Coloreado B 95.0 Debe entenderse por densidad de un cuerpo como la masa de este por unidad de volumen. Página 8 de 39 LÍQUIDOS PENETRANTES – Nivel 2 Tipo de Penetrante Comercial Tipo Punto de Inflamación (°C) Penetrante Coloreado C 64.4 Penetrante Coloreado D No Inflamable Muchas especificaciones industriales y gobiernos limitan el punto de inflamación. Se considera que puntos de inflamación por encima de 54.4 °C (130 °F), a los fines prácticos, no son peligrosos. 1.2.7 Inercia Química Un penetrante debe ser inerte y no corrosivo. La mayoría de los penetrantes industriales base aceite cumplen con estos requisitos aunque en la formulación de penetrantes lavables con agua, los emulsificadores incorporados pueden ser bastante alcalinos. Si cae agua en un contenedor con tal penetrante, se puede formar una mezcla alcalina. Tal mezcla puede corroer aluminio o puede actuar sobre pinturas u otros agentes protectores del contenedor. Esta es una de las razones por las cuales los penetrantes deben ser protegidos contra la contaminación con agua. Si penetrantes que contienen emulsificadores no son completamente limpiados de la superficie en partes de aluminio o magnesio y permanecen sobre ellas por largos períodos, se puede producir corrosión localizada (pitting). Algunas aleaciones de níquel pueden sufrir daño si ciertos elementos como azufre, en contacto con su superficie se exponen a altas temperaturas. Debido a la posibilidad de una remoción incompleta de un penetrante de la superficie de una pieza de estas aleaciones, es que en estos casos se requieren que los penetrantes tengan bajo contenido de azufre. Algo similar ocurre cuando se inspeccionan piezas de titanio, acero inoxidable austenítico o inoxidables Duplex, en estos casos los "penetrantes" deben tener bajo contenido de halógenos (cloro, flúor). Para el ensayo de Aleaciones de Níquel, el Código ASME (American Society of Mechanical Engineers) requiere que los "materiales penetrantes" (penetrantes, reveladores, limpiadores/removedores, etc.) sean controlados para verificar el contenido de contaminantes. En sistemas de oxígeno líquido, los penetrantes a utilizar no debe ser combustible u oxidable, es decir debe ser inerte al oxígeno líquido. En estos casos se usan penetrantes base acuosa. En el caso de gomas y plásticos, los penetrantes deben estar exentos de aceite ya que se puede deteriorar el producto a ensayar. 1.2.8 Solubilidad Debe ser posible remover fácilmente de la superficie a ensayar el penetrante utilizado. Para esta operación se utiliza agua o solventes. La solubilidad es también deseable en la operación de limpieza de los tanques o contenedores de penetrantes. 1.2.9 Habilidad como Disolvente Puesto que en todos los penetrantes se incorporan pigmentos coloreados o fluorescentes, es necesario que el penetrante sea un buen disolvente de estas tintas. Este es uno de los requerimientos más problemático puesto que la concentración de pigmentos especialmente en penetrantes coloreados es muy alta. El penetrante no solo debe disolver la necesaria alta concentración de tinta a "altas" temperaturas, sino que debe mantener las mismas en solución a baja temperaturas. Aun cuando la tinta se re - disuelva cuando la temperatura del penetrante se incrementa, es necesario agitar al mismo tiempo para mezclar y asegurarse que la disolución es completa. En algunos penetrantes las tintas son mantenidas en una solución homogénea por solventes naturales. El enfriamiento de estos puede causar además de la separación de la tinta, una separación de otros componentes los cuales pueden ser muy dificultosos de recombinar. Esto hace que la solubilidad mutua de los consti- Página 9 de 39 LÍQUIDOS PENETRANTES – Nivel 2 tuyentes así como la habilidad a disolver y mantener las tintas en solución sea una de las características más importantes desde el punto de vista práctico que se requiere de los penetrantes. 1.2.10 Emulsificabilidad En la mayoría de los penetrantes la limpieza es realizada con agua en lugar de solvente. Es importante que tales penetrantes sean realmente removibles con agua lo que implica que sean emulsificados con la ayuda de adecuados emulsificadores. Estos son incorporados directamente en el penetrante o pueden ser aplicados separadamente como en el proceso de pos emulsificación. En uno u otro caso, las sustancias aceitosas u otro componente del penetrante debe responder al emulsificador de tal forma que la superficie del material a ensayar sea fácilmente librada del penetrante. 1.2.11 Habilidad para Extenderse Esta propiedad es importante ya que hace a la habilidad de que pequeñas cantidades de penetrante retenidas en discontinuidades superficiales tiendan a salir de las mismas y formar indicaciones visibles. Los buenos penetrantes poseen inherentemente esta propiedad, pero en la mayoría de los casos no es suficiente para formar buenas indicaciones. De aquí que se requiera de la ayuda de las sustancias reveladoras, para mejorar esta habilidad. 1.2.12 Tolerancia a los contaminantes Durante el uso, un penetrante puede contaminarse con sustancias extrañas y puede ser afectado. Si el penetrante esta compuesto de ingredientes bien balanceados para formar un todo homogéneo, un poco de agua o de solvente usado para limpieza puede desbalancear el producto y hacer que este se separe en sus varios componentes. En la actualidad esto suele suceder cuando las cantidades de contaminantes son relativamente grandes, es decir que los penetrantes modernos tienen un alta tolerancia para incorporar contaminantes como el agua (que es el contaminante más común) como así también para el aceite, grasa y solventes desengrasantes. 1.2.12.1 Tolerancia a la contaminación con agua Los penetrantes lavables con agua y los emulsificadores están basados en la acción química de un detergente que en el límite de la compatibilidad con agua provee una definida separación de la emulsión. La tolerancia respecto a la adición de agua depende del penetrante y puede llegar a valores del 20% al 25%. Una de las formas de evaluar esta propiedad consiste en colocar una muestra del penetrante (20 cc por ej.) en un frasco o Erlenmeyer con tapa y agregar agua en incrementos del 1% de la muestra (0.2 cc cada vez) agitando después de cada adición y observando si aparece turbidez u opalescencia. El punto final de inversión del sistema está dado por el porcentaje de agua agregada para el cual se forma una emulsión lechosa que no se clarifica al hacer un nuevo agregado de y que por el contrario, al quedar en reposo se separa en dos fases. En algunos casos al llegarse a un cierto agregado de agua (9% al 10%), se produce una ligera turbidez que desaparece al agregarse más agua, antes de llegar al valor máximo tolerable para el cual la turbidez que aparece no es reversible. 1.2.13 Toxicidad, Olor e Irritación de la Piel Estos factores deben ser tenidos en cuenta en el diseño de un penetrante, pero realmente es imposible lograr que estén totalmente exentos de estas características. Los gobiernos e industrias requieren que los penetrantes posean por lo menos baja toxicidad y para ello los productos son sometidos a ensayos de toxicidad antes de que se presenten comercialmente. Página 10 de 39 LÍQUIDOS PENETRANTES – Nivel 2 No obstante, algún flúor-agente incorporado puede no ser tan inofensivo. Con esta excepción la experiencia ha demostrado que salvo ocasionales irritaciones de la piel y algunas alergias, la mayoría de los penetrantes en uso son relativamente inofensivos. 1.2.14 Disponibilidad y Costo Estas son condiciones prácticas que deben ser tenidas en cuenta en el diseño de un buen penetrante ya que este ensayo se ha convertido en un proceso esencial en la manufactura de una gran cantidad de productos. 2 Penetrabilidad Hasta aquí hemos visto que un buen penetrante no es simple para producirlo o evaluarlo. Aún la habilidad para penetrar (la penetrabilidad) en finas discontinuidades no está definida por una simple propiedad física. Por otro lado una gran penetrabilidad no hace totalmente a un buen penetrante comercial, no obstante, esta habilidad es muy deseable y por lo tanto es necesario evaluar esta propiedad. 2.1 Mecanismos de Penetración Las fuerzas generadas de origen capilar 6 parecen ser básicamente las que dominan la entrada de un líquido en una discontinuidad. Estas son fuerzas que hacen que un líquido suba espontáneamente en un tubo de pequeño diámetro (capilar). La presión capilar generada por un cierto líquido en un tubo de determinado diámetro y material depende de la tensión superficial del líquido y de su habilidad para "mojar" la superficie interior del tubo. La altura a la cual el líquido llega dentro de un capilar depende también del diámetro del capilar, mientras más pequeño mayor es la altura alcanzada. Por otro lado un líquido con alta tensión superficial y buena mojabilidad de la superficie del tubo podrá subir en un capilar siempre que éste esté abierto en la parte superior. Si el capilar está cerrado la altura a la que llega el líquido es menor lo cual se explica por el aire atrapado. Las presiones capilares pueden ser del orden de 1 atmósfera o mayores, es decir lo suficiente como para que una columna de agua alcance una altura aproximada de 10 m. Presiones similares pueden ser ejercidas sobre el aire atrapado en una fina discontinuidad ya que estas se comportan muy similarmente a un capilar cerrado. La tendencia de un líquido penetrante a entrar en una 6 Fuerzas capilares: Sea una gota de líquido en gas. Debido a las fuerzas superficiales que actúan en la interfase líquido gas, el líquido tiende a comprimirse. Así la presión en el líquido es P L es mayor que la del gas PG. La diferencia de presiones Pdif = PG - PL. Para calcular esta diferencia de presión consideremos que el trabajo realizado por las fuerzas superficiales al disminuir la superficie de la gota en la magnitud dS es igual a la disminución de la energía superficial dU = dS. Donde es el coeficiente tensión superficial y dU es la variación en la energía superficial (ver nota en párrafo 1.2.2). Por otro lado este trabajo se puede expresar como Pdif dV donde dV es la variación en el volumen. Luego Pdif dV = dS o que Pdif = dS / dV para una gota esférica. Para una gota esférica S = 4r2 y V = 4r3/3 por lo tanto Pdif = 2/r. Veamos ahora el fenómeno conocido como de elevación capilar del líquido en un tubo fino de radio a introducido en un líquido. Si el ángulo de contacto es agudo, el menisco de líquido es cóncavo y la presión del líquido del tubo es menor que la del aire en contacto con el líquido en la magnitud P dif. Por eso, bajo la acción de la presión atmosférica actuando sobre el líquido del recipiente, el líquido del tubo se eleva hasta que su peso equilibra la diferencia de presión: P dif = gh donde es la densidad del líquido. La superficie del menisco de un tubo de diámetro pequeño se puede considerar como una semiesfera curo radio r se relaciona con el del tubo así: a = r cos . Así Pdif = 2/r = 2 cos / a y la altura de elevación del líquido es: h 2 2 cos gr ga Vemos que la altura que alcanza depende de la mojabilidad, tensión superficial y es inversamente proporcional al radio del capilar. Página 11 de 39 LÍQUIDOS PENETRANTES – Nivel 2 discontinuidad está definitivamente relacionada con estas presiones. Para un dado penetrante y discontinuidad (semejante a una fisura) la presión desarrollada es expresada por la fórmula: P 2 S cos W donde S = Tensión superficial del Líquido, = ángulo de contacto en equilibrio y W = ancho de la fisura. Ejemplo: si S = 73 D/cm, = 5° y W = 1 m entonces P = 1.5 atm. Es posible que después de un cierto tiempo el aire atrapado en una fina fisura pueda ser disuelto en el penetrante, difundirse en él y escapar hacia la superficie. La ecuación anterior, sin embargo, indica que si la discontinuidad varía de ancho (como es el caso real), la presión es mayor en las partes más finas y podría sacar el aire por las zonas más anchas donde la presión es menor. Tal acción puede ser suficiente para explicar porque un líquido penetra en las fisuras, aunque algunas de estas puedan no ser totalmente llenadas con el penetrante. 2.2 Tentativas para determinar Límites de Penetrabilidad Se han hecho varias tentativas para evaluar la penetrabilidad de los penetrantes, es decir evaluar cuan finas pueden ser las discontinuidades que pueden ser detectadas con este ensayo. Si se pudieran producir fisuras muy finas de un determinado tamaño se podría encontrar el límite de penetrabilidad. Este límite aún no ha sido medido pero se ha demostrado que los penetrantes pueden entrar en fisuras de hasta 0.13 m de ancho o menores, con la ayuda de microscopio electrónico. 2.2.1 Experiencia de las placas de vidrio Placa de acero Para producir fisuras de ancho conocido, dos placas de vidrio fueron juntadas y apretadas con prensas (figura 2). Las dimensiones de estas placas pueden ser: 250 mm de largo x 40 mm de ancho y 20 mm de espesor. Por transparencia puede observarse como penetra un líquido. Cuando las prensas son suficientemente apretadas y la observación se realiza utilizando luz mo- Figura 2 nocromática (Ej.: luz de sodio, = 5896 Å) se observa una zona oscura en las adyacencias de la zona donde aprieta la prensa indicando un contacto entre las placas, pero esta zona aparece rodeada por bandas de interferencia (interferencia en películas delgadas) que proveen una medida conveniente del ancho de la discontinuidad artificial ya que la distancia entre dos bandas consecutivas representa un cambio de espesor de media longitud de onda. El vidrio no es uno de los materiales más inspeccionados y como en las condiciones de penetración está presente el tipo de material, se han hecho experiencias reemplazando una placa de vidrio por otra de metal pulido. En cada caso la penetración se extendió hasta la zona de contacto entre las placas. Se pudo comprobar que la mayoría de los líquidos orgánicos de relativamente baja viscosidad probados por este método penetraron hasta la región negra del área de contacto, es decir a espesores menores que 0.33 m. En otra experiencia con fisuras muy finas producidas en una frágil capa de níquel depositada sobre una lámina de acero se encontró que con penetrantes fluorescentes se detectaron fisuras de 0.25 m de ancho y 0.1 mm de profundidad. También se ha propuesto usar placas de magnesio plegadas en radios pequeños (12 mm - 13 mm) y entonces enderezadas antes de ser ensayadas. 2.2.2 Fisuras en metales Se han hecho tentativas para tratar de medir fisuras finas en objetos metálicos. Las fisuras de fatiga fueron localizadas con penetrantes fluorescentes y luego medidas con la ayuda de microscopios y se encontró que estas presentaban anchos de hasta 1 m en la superficie. La discontinuidad más fina detectada con un penetrante fluorescente en estas experiencias fue un pliegue de forja en una pequeña pieza de aluminio. Su an- Página 12 de 39 LÍQUIDOS PENETRANTES – Nivel 2 cho medido fue de 0.4 m casi tan ancho como los producidos en vidrio como se ha descrito anteriormente (0.33 m). 2.2.3 ¿Qué se puede medir? Realmente el problema de evaluar penetrantes es muy complejo porqué además de involucrar el ancho de la fisura más fina detectable debe tenerse en cuenta "que tan bien" son mostradas estas discontinuidades con diferentes penetrantes. 2.3 Sensibilidad Este es un término más empleado cuando se comparan penetrantes pero no siempre es usado con el mismo sentido. ¿Qué significa que el penetrante A es más sensible que el B? Realmente tal afirmación no tiene sentido salvo que se proponga un procedimiento de calificación. "Fundamentalmente el penetrante es más sensitivo cuando para un dado propósito es el más efectivo para encontrar las discontinuidades que se pretenden encontrar bajo determinadas condiciones". Por lo tanto el penetrante más sensitivo para la detección de un tipo de discontinuidad puede no serlo para detectar otros tipos. La sensibilidad por lo tanto debe ser evaluada en términos de la habilidad de un penetrante para localizar discontinuidades de un tipo, en un material determinado y bajo ciertas condiciones. Luego hablamos de sensibilidad para fisuras finas o abiertas, profundas o poco profundas. Diferentes técnicas y diferentes penetrantes deben ser probadas para alcanzar la sensibilidad óptima requerida bajo ciertas condiciones. 2.3.1 Factores que contribuyen a la sensibilidad Para que un penetrante cumpla su cometido debe producir indicaciones que puedan ser vistas. Para producir tales indicaciones debe: 1. Penetrar en la discontinuidad. 2. Ser removido de la superficie pero no de la discontinuidad, por lo tanto debe ofrecer resistencia a las operaciones de lavado y secado. 3. Tener la habilidad de salir de la discontinuidad con la ayuda de un revelador para producir una indicación. 4. Tener la habilidad de ser vista rápidamente, lo que requiere tener buen contraste de color con el fondo. Con respecto al punto 1, se requiere la suficiente penetrabilidad para detectar la discontinuidad deseada. Esto requerimiento es aparentemente satisfecho en todos los casos. Para tener un fondo limpio contra el cual podamos observar las indicaciones, el exceso de penetrante debe ser fácilmente y rápidamente removido. Hay dos requerimientos que gobiernan la operación de limpieza. Al remover el exceso de penetrante no se debe remover el que está en la discontinuidad y debe quedar una cantidad nula o mínima residual de penetrante sobre la superficie de tal forma que no se reduzca el contrate entre las indicaciones y el fondo. Para producir una fuerte indicación, la mayor cantidad de penetrante posible debe salir de la discontinuidad. Esto implica que el penetrante retenido debe tener la suficiente fluidez (no secarse dentro de la discontinuidad) y conservar la habilidad para extenderse y mojar el revelador aprovechando la cadena de capilares que este ofrece. El cuarto requerimiento es que el inspector debe ver la indicación y por ello este es uno de los requerimientos más importante. Si la indicación se produce, pero no se ve, la técnica falla. Con los penetrantes coloreados, la visibilidad del penetrante se logra adhiriendo tintas (pigmentos) coloreadas al penetrante. Durante un ensayo, mientras más denso es el color, mayor es el contraste, por lo tanto Página 13 de 39 LÍQUIDOS PENETRANTES – Nivel 2 grandes cantidades de tinta deben ser disueltas en el penetrante. El color rojo es uno de los más utilizados debido a que produce un fuerte contraste contra el fondo blanco del revelador. Con los penetrantes fluorescentes, la visibilidad es alcanzada adhiriendo pigmentos fluorescentes al penetrante y el contraste es logrado durante la inspección con radiaciones ultravioletas. Una intensa fluorescencia es alcanzada con una relativamente baja cantidad de pigmentos en solución. El contraste puede ser aumentado en la práctica aumentando la intensidad de la radiación UV y la oscuridad en el sector de ensayo. En ambos tipos de penetrantes el revelador se comporta de manera similar, pero en el caso del fluorescente no necesita proveer un fondo blanco para producir y aumentar el contraste. 2.3.2 Probetas para Comparación de Penetrantes Varios intentos se han hecho para comparar la habilidad para encontrar discontinuidades entre distintos penetrantes. 2.3.2.1 Bloque de Ensayo de la US NAVY: La US NAVY Engineering Experiment Laboratory ha diseñado un bloque de ensayo para ser re usado con distintos penetrantes. Este presenta discontinuidades superficiales de ancho y profundidad controlada para la comparación de los penetrantes. La figura muestra el diseño. Variando el torque (presión) el tamaño de la abertura entre las superficies puede ser variada. Después de hacer una comparación el bloque puede ser desarmado y limpiado. Este bloque presenta la ventaja que las discontinuidades se pueden reproducir pero las caras (pulidas) y textura de sus superficies es diferente de las discontinuidades reales. Por otro lado las superficies pulidas favorecen el uso de reveladores húmedos base solvente, en tanto que los reveladores secos son los menos adecuados. Todo esto crea dudas acerca del uso de este bloque ya que el efecto de los reveladores (importante para comparar la sensibilidad de los métodos) no es controlado. 2.3.2.2 Figura 3 Barra con Fisuras por Fatiga: En un intento para conseguir una probeta con fisuras reales de distintas dimensiones, se sugirió generar fisuras en una barra sometida a fatiga. Una barra de 9.5 mm de diámetro rolada en frío es sometida a fatiga hasta que se produzca una falla. Bajo tales condiciones y en un corto tiempo, se desarrollan una serie de fisuras por fatiga con las más variadas dimensiones además de la fisura que daría lugar a la fractura. Los anchos de las fisuras pueden ser variados fijando uno de los extremos de la barra y cargando la misma como una viga en voladizo. Esto abrirá las fisuras que están del lado que está bajo tracción y cerrara las que están del lado sujeto a compresión (figura). Tal espécimen es útil para comparar penetrantes pero no se obtiene una medida del ancho y/o la profundidad de la discontinuidad más pequeña que puede ser detectada. Cortando la barra longitudinalmente se obtienen dos ejemplares fisurados de manera similar y pueden por lo tanto ser comparados simultáneamente dos penetrantes. La principal objeción a estos bloques es que deben ser producidos en gran cantidad ya que estos deben ser utilizados solo una vez puesto que una limpieza completa del penetrante no se puede asegurar. 2.3.2.3 Bloques de Aluminio Página 14 de 39 LÍQUIDOS PENETRANTES – Nivel 2 Uno de los mejores y más populares bloques de ensayo de penetrantes son los bloques de aluminio templados, pero como todo espécimen de ensayo tiene sus limitaciones: la profundidad y ancho de las fisuras no se puede controlar (figura 4). Estos bloques deben ser usados solo para propósitos de comparación y no para evaluaciones absolutas. Por otro lado, como no hay control, en cuanto a las dimensiones de las fisuras, estos no son efectivos para comparar penetrantes muy sensibles. Estos bloques se fabrican de aleación de aluminio ASTM B Figura 4 209, Tipo 2024 de espesor 3/8 " (9.5 mm). Sus otras dimensiones son 2 in x 3 in (52 mm x 76 mm). El centro de cada cara en un área de 25 mm de diámetro se marcará con una tiza para medir temperatura de 510 °C. El área marcada será calentada con un mechero Bunsen hasta una temperatura comprendida entre 510 °C y 524 °C. La probeta es entonces inmediatamente enfriada en agua fría, lo que producirá una red de fisuras. 2.3.2.4 Láminas Cromadas El uso de capas quebradizas depositadas por electro-deposición ha sido propuesto como un método para producir fisuras de profundidad controlada. Las probetas de ensayo son placas de acero laminado en caliente de aproximadamente 75 mm de largo x 38 mm de ancho. Se deposita sobre ella una capa de cromo de espesor conocido (50 m por ejemplo) Luego la lámina es plegada utilizando un radio adecuado pero que impida que las fisuras generadas se extiendan a la lámina de acero. Plegando en uno u otro sentido se pueden obtener fisuras abiertas o cerradas. Usualmente, para evaluación o comparación se emplean las fisuras generadas en la parte cóncava (sujeta a compresión) ya que por ser más cerradas son más difíciles de localizar (estas pueden presentar anchos de 0.25 m a 0.38 m aproximadamente). Si el plegado se realiza fijando un extremo de la lámina cargando el otro y la capa de cromo se localiza en la parte convexa (sujeta a tracción) se pueden obtener fisuras de ancho variable (0.25 m cerca del extremo empotrado a 0.50 m en el otro extremo de la lámina) dependiendo del radio de plegado. Realizando una ranura en la parte central, se obtienen dos porciones prácticamente idénticas. Estos especímenes tienen una gran ventaja. La profundidad de las fisuras es conocida dependiendo del espesor del cromado (20 m a 50 m son profundidades típicas). Es deseable utilizar al comparar dos penetrantes, tanto bloques como estos y los de aluminio ya que se puede evaluar también el comportamiento en otro tipo de material y otros tipos de discontinuidades. 2.3.2.5 Bloques de cromo - níquel Son láminas de acero al C sobre la cual se deposita una capa de níquel y luego son cromadas (figura 5). Durante la operación de cromado se fisura la capa de cromo, variando la composición de los baños obteniéndose fisuras que pueden alcanzar la capa de níquel. El estudio de estas placas usando por ejemplo microscopio, muestra que aquellos bloques que tienen mayor cantidad de fisuras por unidad de longitud, posee fisuras más angostas. Página 15 de 39 LÍQUIDOS PENETRANTES – Nivel 2 Las profundidades preferidas (espesor de la capa de cromo) son del orden de 3.5 m aunque estas están entre 0.75 m a 6.4 m. El ancho de las fisuras puede variar entre 5 m y 1.3 m, pero en algunos casos se han medido anchos de hasta 0.1 m. Con la ayuda de un microscopio se determina la frecuencia con que aparecen las fisuras (n° de fisuras por unidad de longitud), luego se hace el ensayo con un penetrante y se determina la frecuencia con que aparecen las indicaciones. La relación entre este valor y el determinado con un microscopio da una medida de la "eficiencia" del penetrante para la detección de fisuras. Como en este método las fisuras son producidas durante el cromado (variando la composición de los baños o por plegado), las fisuras pueden quedar contaminadas. Debemos recordar por otro lado que el mejor penetrante para localizar estas fisuras no significa que este penetrante sea el mejor para detectar todos los tipos posibles de discontinuidades que puedan presentarse en los materiales. En otras palabras, la sensibilidad para detectar finas fisuras en estos bloques es un caso particular y no se Figura 5 requiere necesariamente la misma sensibilidad para detectar las otras fisuras o discontinuidades. El término "eficiencia para la detección de fisuras", aplicado a varios penetrantes debe ser una palabra limitada a "fisuras particulares generadas con propósitos de evaluación". 2.4 Sensibilidad a Fisuras de Ancho Pequeño, Limpias y Profundas Si la fisura presenta estas características, el estudio de los penetrantes debe centrarse en la penetrabilidad de los mismos para asegurar que la fisura sea llenada con el mayor volumen posible de penetrante. Afortunadamente los buenos penetrantes satisfacen ampliamente este requisito. Puesto que la cantidad de penetrante que se introduce en una fisura de ancho pequeño es muy poca, para obtener una máxima sensibilidad, es necesario no extraer penetrante en la operación de lavado. Otra característica a tener presente cuando se quiere localizar este tipo de discontinuidades es que el penetrante debe mantener la fluidez, por lo tanto es aconsejable utilizar un penetrante poco volátil para que el mismo no se seque dentro de la discontinuidad. El revelador elegido puede afectar seriamente la sensibilidad, por eso al elegir el mismo se debe tener en cuenta que la visibilidad es el factor más crítico que hace a la sensibilidad para la detección de fisuras muy finas. Las razones son: Solo muy pequeñas cantidades de penetrantes pueden aparecer en fisuras muy finas. Cuando el revelador sale de la fisura y se extiende con la ayuda del revelador es posible que aún con una delgada y uniforme película de este no se logre el contraste necesario para ver la indicación. Es necesario entonces tener en cuenta que los penetrantes coloreados no pueden competir en estos casos con los fluorescentes. 2.5 Contraste y Visibilidad Para que una indicación pueda ser visualizada debe tenerse en cuenta dos factores: 1. La relación entre la intensidad de luz emitida por la indicación y la intensidad de luz emitida por el fondo: Esta relación es llamada contraste y puede medirse con instrumentos diseñados para tal fin. Página 16 de 39 LÍQUIDOS PENETRANTES – Nivel 2 2. La intensidad de luz emitida por una indicación: Llamaremos a esta cantidad visibilidad aunque en el concepto visibilidad se debe considerar otros factores como color, nivel de luz ambiente y contraste. 2.5.1 Contraste Las medidas realizadas en laboratorio de la luz emitida por una superficie blanca mate muestran que esta es del orden del 98% (con respecto a la luz incidente). De la misma forma, la luz blanca reflejada por una superficie negra mate es del orden del 3%. Esto significa que el máximo contraste que puede ser alcanzado con pigmentos coloreados negros es de 3/98 = 0.031. Tales valores no pueden ser alcanzados nunca en la práctica. Valores típicos encontrados en las mejores condiciones son del orden de 90% para la superficie blanca y 10% para la superficie negra, lo que conduce a una relación de contraste de 10/90 = 0.11. Estos valores son obtenidos usando penetrantes negros y reveladores blanFigura 6 cos. Con penetrantes rojos el contraste es de 1 a 6 es decir de 0.167, como es el caso de la figura 6 donde se muestra una fisura en una válvula detectada con un penetrante coloreado. Cuando se consideran penetrantes fluorescentes, no se puede hablar de contraste porque las partes a ser consideradas no emiten luz (el fondo), sino que en este caso el contraste se refiere a luz contra oscuridad. Esta relación, aun cuando haya presente algo de luz en la zona a inspeccionar puede llegar a ser del orden de 10 a 300 y tiende a infinito a medida que nos aproximamos a la oscuridad completa. 2.6 Sensibilidad a Fisuras Contaminadas Las discontinuidades pueden contener algún material extraño (contaminante) tal como aceite, óxidos o productos de corrosión y debe tenerse en cuenta esta posibilidad para el diseño de un penetrante. La habilidad de un penetrante para entrar en una discontinuidad contaminada no debe considerarse solo como un problema de "penetrabilidad". Un penetrante que tenga una acción disolvente sobre el contaminante puede ser superior a un mejor penetrante que no posea esta propiedad. La vibración mecánica o el calor son algunas veces utilizados para despegar el contaminante de las paredes de las discontinuidades antes de realizar el ensayo. Si esto puede ser realizado y el contaminante es inerte al penetrante, el problema no será mucho más dificultoso que en el caso de la discontinuidad limpia. Algunos contaminantes reaccionan con el penetrante para cambiar su color o en el caso de algunos penetrantes fluorescentes, anular su fluorescencia. Óxidos o cromatos son ejemplos de tales contaminantes. En función de lo anterior, podemos decir que no es posible especificar las propiedades de los penetrantes más sensitivos para discontinuidades contaminadas. 2.7 Sensibilidad a discontinuidades anchas y poco profundas A veces es importante poder analizar discontinuidades anchas y poco profundas. Para este propósito los factores que determinan la sensibilidad son diferentes. En estos casos la "penetrabilidad" tiene poca importancia, pero la limpieza o remoción del penetrante es de importancia crítica. El penetrante debe resistir el lavado o remoción del exceso del mismo, característica que no satisfacen los penetrantes directamente lavables con agua ni los solubles en solvente. El proceso de Figura 7 pos emulsificación fue diseñado especialmente para localizar este tipo de discontinuidades. La visibilidad es también de la misma importancia e igual a la requerida para localizar discontinuidades cerradas. Página 17 de 39 LÍQUIDOS PENETRANTES – Nivel 2 2.8 Sensibilidad a discontinuidades angostas y poco profundas Si una discontinuidad es muy angosta, (por Ej.: un ancho de 0.25 m) y poco profunda (del orden de 0.25 m), se requiere para su localización un penetrante de sensibilidad especial. La fotografía 8 muestra una fisura de este tipo en un caño de acero inoxidable y una micrografía de la misma. Para tales discontinuidades se requiere que el penetrante posea una gran habilidad para exhibir fluorescencia ya que la cantidad del mismo que puede encontrarse dentro de una discontinuidad como la descripta es muy pequeña. Si se sospecha de la existencia de este tipo de discontinuidades, la visibilidad debe ser aumentada al máximo posible y para ello, el contenido de pigmentos fluorescentes en el penetrante debe ser incrementado drásticamente. Las técnicas de lavado o remoción del penetrante deben aplicarse con gran cuidado para no producir indicaciones falsas y para asegurar que el penetrante no es removido de las discontinuidades. 2.9 Solubilidad de las tintas (pigmentos) La mayoría de las tintas no son particularmente solubles en los líquidos que sirven como penetrante, así que en la selección de las tintas se debe tener presente la habilidad de las mismas para permanecer en solución. Las tintas fluorescentes que se consiguen hoy tienen una solubilidad satisfactoria. Algunas veces el fabricante ve necesario agregar un solvente especial para asegurar que las tintas se sigan manteniendo en solución cuando estas son expuestas a bajas temperaturas. El brillo con el cual un penetrante exhibe fluorescencia es una función directa de la cantidad de tinta en solución y por lo tanto crece cuando la concentración de estas crece (ver 6.5.4). El límite de brillo es entonces: 1. Una cuestión de probabilidad 2. Un problema de costo. Algunos de los penetrante súper brillantes son muy costosos así que su uso es justificado solo en casos superficiales. Puesto que la solubilidad es función de la temperatura, la solubilidad útil de la tinta está limitada en las bajas temperaturas. En algunas regiones los penetrantes pueden estar expuestos a temperaturas de hasta -18 °C (0 °F). Si bajo estas temperaturas las tintas se separan y no se presentan en solución u si no se toman precauciones para re - disolverlas, el brillo puede reducirse debido a la pérdida del contenido de tintas. Es preferible, no obstante, que en la formulación del penetrante se tenga en cuenta este efecto. En el caso de tintas coloreadas, la concentración de éstas es muy elevada y mantenerlas en solución bajo todas las condiciones es muy dificultoso, no obstante los penetrantes comerciales satisfacen esta condición con gran éxito. 2.10 Estabilidad de la Fluorescencia Las tintas o pigmentos usados con los penetrantes fluorescentes deben poseer otra cualidad importante además de brillo y buena solubilidad. Una buena cantidad de penetrante pierde habilidad para exhibir fluorescencia en solución después de cortas exposiciones a la radiación ultravioleta. La disminución de la capacidad de exhibir fluorescencia es muy importante puesto que una pérdida de esa capacidad significa pérdida de la sensibilidad para la detección de discontinuidades de muy pequeño ancho (cerradas). Los penetrantes son expuestos a la radiación ultravioleta en las siguientes etapas: Página 18 de 39 LÍQUIDOS PENETRANTES – Nivel 2 Cuando están en los contenedores. Durante el tiempo de penetración. Durante la remoción del exceso de penetrante. Durante la inspección. Si en todas estas etapas hubiera una marcada pérdida de la capacidad de exhibir fluorescencia, la inspección con penetrantes fluorescentes no tendría la sensibilidad adecuada para la detección de las discontinuidades antes mencionadas. Afortunadamente la capacidad de exhibir fluorescencia de los buenos penetrantes tiene una excelente resistencia a decaer frente a la radiación UV, aunque una pequeña pérdida de brillo se suele detectar en todos los casos. La fluorescencia de los pigmentos de mala calidad decae tan rápidamente que no son recomendables para su incorporación a los penetrantes. La capacidad de exhibir fluorescencia puede ser alterada por varios agentes. El calor excesivo destruye o reduce esta capacidad de muchos pigmentos. Puesto que en las etapas de secado de las partes que son ensayadas muchas veces se recurre a fuentes de calor, es necesario controlar la temperatura de las piezas y respetar los requerimientos de las normas o códigos con el objeto de evitar que se afecte la intensidad de la fluorescencia. Por otra parte la fluorescencia de muchas tintas es seriamente afectada por el contacto con ácidos, en cambio los medios alcalinos prácticamente no afectan la capacidad de exhibir fluorescencia. Es importante entonces que, antes o durante la inspección la pieza no haya estado en contacto con ácidos y que en el ambiente no existan ácidos en forma de vapor. 2.11 Penetrantes Especiales 2.11.1 Penetrantes fluorescentes de base acuosa Para algunas aplicaciones es deseable contar con penetrantes no combustibles pero que tengan la sensibilidad comparable con la de los penetrantes orgánicos. Se ha producido este tipo de penetrantes y se les usa generalmente para la inspección de sistemas de misiles que trabajan con oxígeno líquido, contenedores de combustible, etc., estos penetrantes son controlados y ensayados para evaluar su reacción en presencia de oxígeno líquido. 2.11.2 Penetrantes de bajo contenido de contaminantes Se producen penetrantes de bajo contenido de azufre, cloro y fósforo. Estos son requeridos para la inspección de aleaciones especiales las cuales pueden ser afectadas si la temperatura de servicio es alta, dado que los penetrantes comunes pueden contener estos elementos. 2.11.3 Penetrantes fluorescentes rojos El color rojo permite diferenciar entre una indicación real y una indicación no relevante que puede producirse durante la inspección de tanques soldados ya que ciertos componentes del petróleo pueden producir en forma natural fluorescencia azulada y llevar a confusión. 2.11.4 Penetrantes amarillos libres de aceite Se utilizan en la inspección de plásticos, gomas, etc., ya que ciertos destilados del petróleo pueden afectar estos materiales. 2.11.5 Penetrantes amarillos en concentrados secos 2.11.5.1 Para ser usados con agua Se usan como un penetrante líquido para la detección de fugas cuando se requieren grandes volúmenes de penetrante. Página 19 de 39 LÍQUIDOS PENETRANTES – Nivel 2 2.11.5.2 Para ser usados con aceite Se usan como un penetrante líquido para la inspección de sistemas de "fuel oil". 2.11.6 Penetrantes fluorescentes base aceite Se añaden al aceite de los sistemas de refrigeración para la detección de fugas. 2.11.7 Penetrantes con tintas inofensivas Para la inspección de maquinarias para el procesado de alimentos. 2.11.8 Penetrantes para altas temperaturas Se usan para la inspección de uniones soldadas que se deben mantener a altas temperaturas durante la etapa de soldadura. 2.11.9 Penetrantes tixotrópicos o de alta viscosidad Se usan para el control de superficies verticales o invertidas. 3 Emulsificadores 3.1 Emulsificadores lipofílicos Los penetrantes base aceite no son solubles en agua, sin embargo el agua es el tipo de solvente más barato y abundante. Se requiere por lo tanto algún químico que sea soluble tanto en agua como en aceite que pueda actuar como un agente acoplante. El emulsificador usado con penetrantes pos emulsificables desde 1950 es un tipo de jabón7 líquido. Estos emulsificadores son agentes emulsionantes disueltos en un aceite para que provean las propiedades deseadas y son usados como se proveen. Su modo de acción es basado primariamente en la difusión y solubilidad en el Figura 8 penetrante base aceite (figura 9) (el emulsificador se mezcla con el penetrante por ser mutuamente solubles). El constituyente más obvio es el color, el cual contrasta con el color del penetrante para mostrar que toda la superficie de la parte a ensayar ha sido cubierta con el emulsificador. La tinta del emulsificador también es fluorescente, así que, cuando se lava bajo luz negra se puede verificar la completa remoción del emulsificador. La tinta es relativamente baja en concentración, es soluble en agua de tal forma que no se pueda dejar sobre la superficie después que la parte ha sido lavada. Los emulsificadores tienen 3 propiedades básicas que deben ser balanceadas para asegurar las debidas características del lavado. El emulsificador debe difundirse o interactuar con el penetrante base aceite con una velocidad baja para poder manejar los tiempos durante el proceso, de tal forma que una gran superficie rugosa pueda ser lavada en forma controlada. Las tres propiedades de los emulsificadores que controlan las características del lavado son: a) Actividad 7 Jabones: Emulsionantes, grasas saponificadas. Grasa tratadas con álcalis (hidróxido de sodio). Por tener carácter alcalino es soluble en agua y a su vez disuelve las grasas. Página 20 de 39 LÍQUIDOS PENETRANTES – Nivel 2 b) Viscosidad c) Tolerancia al agua Si el vehículo penetrante es altamente insoluble en agua, se requerirá un emulsificador más activo. Un emulsificador altamente activo con una baja viscosidad puede ser ajustado combinándolo con un emulsificador más viscoso para proveer las características deseadas de lavabilidad. La actividad del emulsificador se define como la velocidad de interacción con el penetrante con el objeto de que sea removido con agua. La interacción está relacionada con la habilidad del emulsificador para actuar como un solvente para el aceite del penetrante. La viscosidad y la actividad del emulsificador están ínter- relacionadas. Un emulsificador más viscoso se difunde en el penetrante a menor velocidad. Balanceando la actividad con la viscosidad se puede establecer el control necesario para cumplir con un adecuado tiempo de emulsificación. El rango de viscosidad va de 60 a 100 cStokes para los emulsificadores de alta viscosidad (tiempos de emulsificación de 2 a 4 minutos) y de 30 a 50 cStokes para los de baja viscosidad (tiempos de emulsificación por debajo de los 2 minutos). Más viscoso es el emulsificador, más líquido se arrastra y por lo tanto es menos económico. La tolerancia al agua es la otra propiedad de los emulsificadores. Cuando el agua es incorporada al emulsificador en grandes proporciones, aparece una especie de turbidez. Algunos emulsificadores pueden tolerar hasta 20% de agua. La contaminación con agua reduce la actividad del emulsificador. Sin embargo también se reduce la viscosidad y por lo tanto crece la actividad. En algún grado la reducción de viscosidad compensa la pérdida de actividad. La tolerancia de penetrante es un requerimiento esencial de un emulsificador puesto que las partes cubiertas con penetrante son inmersas en emulsificador. El emulsificador debería tolerar hasta el 20% en volumen y aún permitir un lavado como un emulsificador nuevo y producir la sensibilidad requerida. 3.2 Emulsificadores hidrofílicos Los emulsificadores hidrofílicos, algunas veces llamados removedores de penetrantes, son básicamente agentes surfactantes o detergentes8 concentrados que son disueltos en agua. Estos emulsificadores actúan sobre los penetrantes por acción detergente y agitación (efecto cinético) como se muestra en la figura 10. Estos emulsificadores no se mezclan con el penetrante por no ser estos mutuamente solubles, Figura 9 sino que actúan en la interface rompiendo la cadena de carbono de la base oleosa del penetrante, emulsificando gradualmente capa por capa. Una de las técnicas de aplicación de estos emulsificadores es la siguiente: Son diseñados para que el exceso de penetrante de la superficie pueda ser removido con un paño hasta que casi todo el penetrante ha sido eliminado. Las trazas de penetrante que puedan quedar sobre la superficie deberán ser eliminadas con un solvente limpiador. Para minimizar el riesgo de eliminar penetrante de las discontinuidades, se debe tener cuidado para evitar el uso de solvente en exceso.Primero se realiza un pre lavado de la pieza con agua para remover el exceso de penetrante por agitación mecánica. Esto deja una película de penetrante muy delgada mantenida sobre la pieza por atracción molecular. El emulsificador es 8 Detergentes: son tenso activos sintéticos. Página 21 de 39 LÍQUIDOS PENETRANTES – Nivel 2 entonces aplicado después del pre-lavado para que actúe sobre los restos de penetrantes. Después de un breve tiempo de emulsificación, se realiza el lavado final de la pieza. La palabra hidrofílico significa afinidad por el agua o solubles en agua. Los hidrofílicos tienen una infinita tolerancia por el agua. En la práctica el emulsificador es provisto como un concentrado que es mezclado con agua corriente a la deseada disolución. Los emulsificadores hidrofílicos pueden ser aplicados por inmersión, spray electrostático o común. Los emulsificadores hidrofílicos pueden ser usados en diferentes niveles de disolución para diferentes aplicaciones. Las disoluciones van de 65% a 90% en agua y en algunos casos se usan con una disolución del 95%. Una ventaja en el uso de los hidrofílicos es que las partes pueden permanecer en el recipiente que contiene el emulsificador de 5 a 20 minutos lo cual provee menos dependencia sobre el control del tiempo. El procedimiento de inspección es diferente para este tipo de emulsificadores puesto que la parte recibe un lavado para remover la mayor cantidad posible de penetrante antes de que sea inmersa en el emulsificador. 3.2.1 Ventajas de los emulsificadores hidrofílicos El costo inicial es el mismo para ambos tipos de emulsificadores, pero la alta disolución lo hace finalmente más barato. La experiencia muestra que la vida de un tanque es casi la misma para los dos tipos de emulsificadores dependiendo de la disolución. Menos disolución para los hidrofílicos mayor vida del tanque 3.2.2 Propiedades Algunos datos parecen indicar que la mayor sensibilidad se logra con una concentración del 5% pero no se ha indicado la rugosidad superficial. En una superficie rugosa esta concentración debería dejar más penetrante que uno con una concentración del 20%. 4 Naturaleza y Propiedades de los Reveladores 4.1 ¿Cómo "trabaja" un revelador? El Revelador tiene diferentes formas de acción, todas ellas tendientes a aumentar la visibilidad de las indicaciones. El revelador, entonces, produce lo siguiente: a) Mediante acción capilar ayuda a que el penetrante salga de la discontinuidad. b) Provee un fondo tal que permite que el penetrante se disperse aumentando el tamaño de la indicación y así la visibilidad. c) Provee un fondo para aumentar el contraste. d) Los reveladores base solvente, además, actúan sobre el penetrante que esta dentro de la discontinuidad y ayuda en su extracción por medio de la acción solvente. e) Por todo lo anterior, el revelador aumenta la sensibilidad del método y al mismo tiempo disminuye el tiempo necesario para que la indicación sea visible. Todo lo anterior hace que un revelador debe ser diseñado para "trabajar" con un determinado penetrante, es decir, el revelador debe ser compatible con el penetrante. 4.2 Propiedades requeridas a un revelador Las características a tener en cuenta en el diseño de un buen revelador deben ser: a) El material debe ser absorbente, es decir debe proveer una fuerte acción capilar. b) Debe estar constituido por finas partículas que puedan dispersar y exponer las pequeñas cantidades de penetrantes que puedan encontrarse en una discontinuidad en un área práctica grande, pero a su vez reteniendo las fuertes indicaciones y la definición de las mismas. Página 22 de 39 LÍQUIDOS PENETRANTES – Nivel 2 c) Debe enmascarar tanto como sean posible los colores de la superficie que puedan interferir con el ensayo y proveer un fondo que ofrezca un alto contrate, particularmente con los penetrantes coloreados. d) Debe ser fácilmente y uniformemente aplicable. e) Debe formar una delgada capa sobre la superficie. f) Debe ser fácilmente "mojado" por el penetrante de las discontinuidades. g) No debe ser fluorescente si es usado con penetrantes fluorescentes. h) Debe ser fácilmente removible. i) No debe contener ingredientes peligrosos para la parte bajo inspección. j) No debe contener ingredientes peligrosos y tóxicos para el operador. 4.3 Tipos de Reveladores 4.3.1 Polvos Secos Son muy usados en el método fluorescente y de pobre aplicación con penetrantes coloreados. Los primeros polvos fueron de tiza y dieron resultados razonablemente buenos bajo la mayoría de las circunstancias, pero a media que el método de ensayo comenzó a ser más usado, se requirió de reveladores más efectivos. Hoy los mejores reveladores en polvo seco son combinaciones de polvos cuidadosamente seleccionados para todas las características requeridas. 4.3.1.1 Características de los Polvos Idealmente, los reveladores en polvo deben ser livianos y poder adherirse a superficies metálicas secas para formar películas delgadas. Esta última tendencia es muy importante ya que para discontinuidades pequeñas la cantidad de penetrante que pueden contener es tan pequeña que puede no revelarse si la capa de polvo es de gran espesor. El color de los polvos es usualmente blanco, pero en ciertos casos suele ser algo colorado ya que la blancura es importante solo con penetrantes coloreados, pero lo fundamental es que cuando se usen con penetrantes fluorescentes, el color y la composición sean transparentes a la radiación ultravioleta. Con esto se quiere decir que el polvo no debe absorber la radiación UV de la longitud de onda usada para producir fluorescencia. 4.3.1.2 Método de aplicación de los polvos Los equipos de procesado manual como los de la figura 11 incorporan una estación de revelado que consiste de un tanque abierto conteniendo el polvo seco. Las partes son bañadas por el polvo y el exceso es removido golpeando la pieza o por medio de una suave corriente (baja presión) de aire9 seco y limpio. Esta es una forma simple y muy efectiva de aplicación. Otro método efectivo es el uso de bulbos de goma o pistolas operadas por aire. Las pistolas electrostáticas producen una capa extremadamente uniforme sobre la parte a inspeccionar. Pero la forma de aplicación más simple puede ser con un pincel de cerda. En otro modo de aplicación se usa un sistema de aire 9 Figura 10 La norma ASTM E165/E165 requiere que la presión de aire no exceda de 5 psi (34 kPa). Página 23 de 39 LÍQUIDOS PENETRANTES – Nivel 2 de baja presión. El polvo seco está contenido en un tanque con una capacidad por ejemplo, de 60 l y es mantenido en agitación por presión de aire. El polvo es llevado por el aire a baja presión y por intermedio de una manguera de unos 25 mm de diámetro a la pieza a inspeccionar. Otro sistema consiste en una cabina cerrada con revelador en la cual se coloca la pieza y por medio de boquillas se inyecta aire de tal forma que se produzca una nube de polvo que se deposita sobre la pieza. 4.3.1.3 Remoción del revelador después de la inspección Finalizada la inspección es necesario remover el revelador de la superficie (cualquiera sea su tipo) dado que al ser un medio alcalino, en contacto con la humedad ambiente produce corrosión la que es más notable en piezas de metales dúctiles tales como aluminio, manganeso. Cuando se requiere la limpieza de la pieza, esta se puede lograr con un chorro de aire, pero el método más efectivo es, cuando se puede, usar un lavador mecánico. 4.3.1.4 Problemas de contaminación En técnicas de inspección manual, en la estación de revelado, siempre debe tomarse precauciones para mantener el revelador limpio y libre de materiales extraños. Gotas de penetrante que caigan dentro del revelador pueden producir indicaciones falsas. El agua o aceite pueden hacer que el revelador no cumpla correctamente su función. 4.4 Reveladores Húmedos 4.4.1 Polvo en suspensión en agua La idea de un polvo en suspensión en agua surgió como respuesta a la necesidad de aplicar el revelador en forma más rápida en la inspección de piezas pequeñas y medianas con el método fluorescente. Las piezas pequeñas se depositan en una cesta que se sumerge en el revelador. El método no solo es más rápido, sino que cubre mejor las piezas que el revelador seco. La aplicación del revelador se hace después de la remoción del exceso de penetrante sin necesidad de secar la pieza. Luego se procede al secado con lo que se obtiene una capa uniforme de revelador depositada sobre la pieza. El tiempo de revelado tiende notablemente a disminuir cuando se recurre a calor para el secado de la pieza ya que este disminuye la viscosidad del penetrante y hace que salga más rápidamente de la discontinuidad. 4.4.1.1 Sensibilidad de estos reveladores húmedos No hay un acuerdo acerca de qué método es más sensible: sí él polvo en suspensión acuosa o el revelador seco. Cada tipo de revelador tiene sus ventajas y desventajas. Cuidadosas comparaciones realizadas en laboratorio parecen indicar que en muchas circunstancias el revelador húmedo es más sensible que el seco para mostrar indicaciones pequeñas. La sensibilidad del revelador húmedo puede ser seriamente afectada por el espesor de la capa obtenida después que la pieza ha sido secada, si ésta es de gran espesor. Por lo tanto hay que ser cuidadosos en el mantenimiento de estos reveladores ya que se debe conservar la concentración. Algunas opiniones consideran que las otras ventajas del sistema húmedo sobre el seco pesan más que una pequeña pérdida de sensibilidad. 4.4.1.2 Composición de las soluciones acuosas El material es polvo seco que se añade a agua en proporciones recomendadas por el fabricante, que generalmente van de 150 g a 450 g por cada 4 litros de agua. Después de seco, el revelador posee las mismas características que el revelador seco, es decir que tiene la misma habilidad para absorber y dispersar el penetrante que emerge de la discontinuidad. Página 24 de 39 LÍQUIDOS PENETRANTES – Nivel 2 No obstante, la formulación del material para el revelador húmedo es más complicada; en ella hay agentes que contribuyen a lograr una buena suspensión. Agentes dispersivos y agentes que retardan el asentamiento son incorporados como así también inhibidores que retardan la corrosión de los contenedores del revelador y de las partes del equipo de inspección. También se agregan agentes humectantes para asegurar que el revelador cubra uniformemente toda la pieza incluso en aquellas regiones donde se haya retenido algo de aceite. La capa de revelador no debe ser fluorescente, no debe absorber ni filtrar la luz negra10 ni reaccionar con los pigmentos fluorescentes para reducir su brillo. Usualmente el agua con el polvo en suspensión tiene un pH alcalino. Esta alcalinidad no es demasiado alta, pero es necesario proteger las manos del operador con guantes de goma. 4.4.1.3 Aplicación de estos reveladores La ventaja de estos reveladores es su simplicidad. La aplicación por rociado es una de las más utilizadas, pero la inmersión de piezas en tanques se emplea mucho en técnicas automáticas. Debe tenerse cuidado que la suspensión este bien agitada ya que si esto no se controla, no se puede asegurar que se forme una capa de espesor uniforme. Esto se logra con bombas agitadoras. 4.4.1.4 Limitaciones en temperatura Dado que el medio es agua, la operación con estos reveladores se torna dificultosa a temperaturas por debajo del punto de congelamiento. Para temperaturas superiores a las ordinarias hay que tener en cuenta la evaporación del agua, lo cual puede cambiar la concentración del baño si esta no se controla. 4.4.1.5 Remoción después de la inspección La remoción del revelador se puede lograr lavando la pieza con agua. Si el revelador se deja por un largo tiempo sobre produce corrosión superficial o "pitting" como se indica en 3.3.1.3. 4.4.2 Reveladores solubles en agua Usando un material soluble en agua y que produzca después del secado una capa con las características de un revelador, muchos de los problemas inherentes a los reveladores húmedos antes mencionados pueden ser eliminados. Pero, la mayoría de los materiales solubles en agua no son buenos reveladores y aunque se han hecho algunas formulaciones es poco probable que este tipo de reveladores reemplace a los del tipo de polvo en suspensión en agua. En este tipo de revelador, si bien se elimina el problema de mantener una suspensión uniforme, los cambios de concentración por evaporación deben ser controlados. 4.4.3 Reveladores húmedos base solvente Es la técnica más efectiva para depositar una capa uniforme de revelador sobre la superficie de una pieza. Puesto que los solventes usados se evaporan bastante rápido, son fácilmente aplicables sobre superficies verticales con un mínimo chorreado. El solvente puede o no ser también un solvente para el penetrante; es algunas veces un solvente parcial, al menos para los pigmentos del penetrante. Es el revelador usado casi universalmente con los penetrantes coloreados. 4.4.3.1 Función del solvente El solvente en los reveladores sirve para dos propósitos: 1. Tiene tendencia a disolver las probables cantidades de aceite que pudieran haber quedado adheridas a la pieza facilitando así la producción de una delgada y uniforme capa de revelador sin manchas. 2. 10 Ayuda al penetrante a salir de la discontinuidad, disolviéndolo y aumentando su movilidad. Según MIL-STD-6866: Radiación ultravioleta con longitudes de onda que van desde los 3200 Å a los 4000 Å. Página 25 de 39 LÍQUIDOS PENETRANTES – Nivel 2 Realmente hay dudas acerca de si esto último es un buen efecto, puesto que ayudar a que salga el penetrante prematuramente antes de que seque el revelador disminuiría la definición de las indicaciones. Si esto es verdad o no, lo cierto es que los reveladores húmedos base solvente son los más usados con los penetrantes coloreados ya que parece ser que ayudan a la formación de las indicaciones. Sobre superficies rugosas estos reveladores no tienen un efecto favorable cuando se usan con penetrantes fluorescentes. Si algo de penetrante fluorescente queda retenido en algunos puntos, el revelador con solvente lo puede sacar y extenderlo produciendo un fondo fluorescente molesto. Por ello es más utilizado con los penetrantes fluorescentes un revelador seco sensible. Se ha podido mostrar que cuando el revelador contiene un solvente muy volátil es muy efectivo para la detección de fisuras muy cerradas si se rocía la superficie leve y rápidamente. De esta forma la superficie es mojada solo por un período muy corto de tiempo. El penetrante sale de la discontinuidad prácticamente cuando todo el solvente del revelador se ha secado impidiendo así que éste se extienda mucho y produciendo indicaciones definidas. La técnica con solventes muy volátiles se usa también con penetrantes fluorescentes. Como solventes se suelen utilizar alcoholes o solventes clorados donde estos últimos tienen la ventaja de no ser inflamables. 4.4.3.2 Características de los polvos El polvo debe poseer las propiedades usuales de un revelador, es decir, habilidad para absorber y dispersar el penetrante. Además como se los usa mas a menudo con penetrantes coloreados, debe formar una capa blanca uniforme que sirva como fondo opaco para las indicaciones coloreadas y aumentar el contraste. Se suele utilizar tiza o una mezcla de tiza con otros polvos blancos para mejorar la textura del fondo. Es importante que el polvo forme una suspensión fácilmente después de un largo período de almacenamiento. 4.4.3.3 Remoción después de la inspección Debido a la densa capa de polvo dejada por el revelador, la remoción de ésta es casi siempre requerida. La superficie se lava fácilmente con agua o solventes si esta operación se realiza poco tiempo después de finalizar el ensayo. 4.4.3.4 Aplicación de los reveladores Actualmente el método más simple de aplicación es mediante aerosoles, aunque también se los suele aplicar con pincel. Si se aplica una capa excesiva se puede reducir la sensibilidad para la detección de pequeñas discontinuidades, sin embargo un espesor mínimo es requerido ya que se necesita cubrir la superficie con una capa opaca para obtener un contraste suficiente, sin lo cual no se logran obtener indicaciones satisfactorias. 4.4.3.5 Concentración de la suspensión Este tipo de revelador es casi siempre mezclado por el proveedor para obtener una concentración óptima. Si bien la relación exacta de la cantidad de polvo para una determinada cantidad de solvente no es muy crítica, una concentración alta produce una mezcla densa, en cambio sí es pequeña no podrá lograrse fácilmente la capa opaca deseada. Por lo tanto es recomendable mantener la concentración provista por el proveedor. 4.4.3.6 Efecto del azufre y halógenos La presencia de azufre, halógenos y otros elementos son cuestionados cuando se trata de la inspección de aleaciones de níquel, aceros inoxidables, etc. Tales metales pueden absorber estos elementos y fragilizarse si ellos son posteriormente calentados a altas temperaturas. Esto puede suceder cuando quedan restos de reveladores (y penetrantes) que contienen estos elementos y la pieza es luego tratada térmicamente o se somete en servicio a altas temperaturas. Página 26 de 39 LÍQUIDOS PENETRANTES – Nivel 2 Por esta razón se han formulado reveladores con bajo contenido de estos contaminantes ya que en general los elementos necesarios para la fabricación de estos elementos contienen estos contaminantes. 4.5 Selección de los Reveladores Puesto que los reveladores juegan un papel importante en la sensibilidad del método, es importante una buena selección del mismo. Si se desea inspeccionar una superficie pulida, el polvo seco no se adhiere bien y por lo tanto en estos casos son recomendables reveladores húmedos. Por otro lado, para superficies rugosas el polvo seco da mejores resultados. Las reglas a seguir son las siguientes: 1. Use un revelador húmedo (base acuosa o solvente) en lugar de seco sobre superficies suaves. 2. Use un revelador seco sobre superficies muy rugosas. 3. Los reveladores húmedos se adaptan mejor para la inspección en producción de piezas pequeñas debido a la rapidez y facilidad de su aplicación. 4. Los reveladores húmedos no deberían ser usados en filetes agudos donde inevitablemente se puede acumular revelador y enmascarar las indicaciones. 5. Los reveladores base solvente son sensibles a la detección de fisuras pero no son tan satisfactorios para la detección de defectos anchos y poco profundos. 5 Interpretación de los resultados Todos los métodos de END producen indicaciones, pero no todas pueden ser fácilmente interpretadas. Las indicaciones deben ser correctamente interpretadas antes de dar una información útil. Hay por lo general una tendencia de confundir los términos "interpretar" y "evaluar" aunque hay una gran diferencia entre ellos. Estos se refieren a dos etapas diferentes del proceso de inspección y requieren conocimiento y experiencia diferentes de parte de los inspectores. "Interpretar" una indicación significa decidir cual es la causa que la produce. La "evaluación", proceso que sigue al anterior, consiste en decidir si la discontinuidad que produce tal indicación es o no nociva para la pieza. 5.1 Experiencia necesaria para la interpretación Para interpretar correctamente una indicación, el inspector debe conocer perfectamente el método de ensayo que se ha utilizado. Si por ejemplo se ha utilizado penetrantes fluorescentes, el debe estar seguro que la pieza ha sido correctamente lavada durante la etapa de remoción del exceso de penetrante t por lo tanto la indicación que el ve corresponde a una auténtica discontinuidad. A continuación, y estudiando toda la información que posee debe estar en condiciones de decidir que tipo de discontinuidad es la que se encuentra presente. Esto implica que el inspector debe poseer otro tipo de conocimiento aparte de manejar la técnica de inspección perfectamente. El debe conocer el material y el proceso por el cual fue hecho. También debe conocer los tipos de discontinuidades que se pueden esperar en función del tipo de material y del proceso de fabricación. 5.2 Experiencia necesaria para la evaluación Una vez que se conoce el tipo de discontinuidad encontrada y las características de la misma, debe verificarse la importancia de la misma y si esta puede perjudicar a la pieza cuando se encuentra en servicio. Para ello debe tener conocimiento de las tensiones y/o distribución de tensiones a que estará sometida la pieza, lo cual se logra interactuando con la persona que la ha diseñado ya que si una discontinuidad se presenta en una determinada dirección, coincidiendo con la dirección de las tensiones puede no ser peligrosa, en cambio si se presenta perpendicular a la dirección de las mismas puede ser sumamente nociva. Página 27 de 39 LÍQUIDOS PENETRANTES – Nivel 2 De la misma forma, una discontinuidad que se encuentra en una región de bajas tensiones puede ser tolerado, en cambio una discontinuidad similar que se presenta en un área de altamente tensionada puede causar el rechazo de la pieza. Con respecto a la palabra "defecto" que a veces se confunde con la palabra "discontinuidad" es necesario aclarar que: una discontinuidad detectada en un ensayo será considerada un defecto solo si esta puede interferir con el buen desempeño de la pieza cuando se encuentra en servicio. Por lo tanto, para evaluar una discontinuidad se requiere de un inspector que además de poder interpretar correctamente la indicación, conozca los requerimientos en servicio de la pieza. Esto último básicamente no tiene mucha relación con las No Destructivas ya que para decidir y juzgar las discontinuidades presentes se requiere a veces el concurso de varias personas. 5.3 Interpretación de las indicaciones producidas por penetrantes Realmente la interpretación de las indicaciones en este ensayo es relativamente simple. Puesto que los penetrantes no pueden detectar discontinuidades sub - superficiales, cualquier indicación será causada por dos cosas: 1. Una discontinuidad real superficial. 2. Una indicación falsa causa por penetrante que ha permanecido sobre la superficie lo cual podría suceder por un mal lavado o por contaminación. 5.3.1 Indicaciones falsas En el párrafo anterior se dijo que las indicaciones falsas pueden producirse por un mal lavado de la pieza en la etapa de remoción del exceso de penetrante. Usualmente si se emplean penetrantes fluorescentes pos emulsificables, y si el tiempo de emulsificación es más corto que el recomendado puede quedar manchas de penetrante fluorescente que interfieren en la interpretación durante el proceso de inspección. En cambio con penetrantes coloreados el problema no es tan complejo ya que es más fácil conseguir una buena limpieza; pero no obstante, si algo de penetrante queda en la superficie, éste será tapado por la capa de revelador que por lo general es más compacta que la necesaria en la inspección con fluorescentes. 5.3.1.1 Indicaciones falsas por contaminación Algunas de las fuentes de contaminación son: a) Manchas de penetrante en la mesa de inspección b) Contaminación del revelador con penetrante 5.3.2 Indicaciones No Relevantes Son indicaciones producidas por discontinuidades superficiales que por su tamaño no perjudican el normal desempeño de la pieza en servicio o bien aparecen por requerimientos de diseño. La más común de estas indicaciones se produce cuando dos partes son sunchadas. Las indicaciones no relevantes son generalmente fáciles de reconocer. Superficies demasiado rugosas pueden también producir indicaciones no relevantes las cuales generalmente interfieren en el proceso de inspección. 5.3.3 Discontinuidades Relevantes Las indicaciones tienen generalmente dos formas. a) Indicaciones lineales producidas por fisuras o discontinuidades similares en forma a fisuras. b) Indicaciones redondeadas11 generalmente producidas por poros, rechupes, etc. Si l es la longitud de la indicación y a su ancho entonces las normas suelen definir como indicaciones redondeadas aquellas para las cuales se cumple que l 3a , en cambio si l > 3a son indicaciones lineales. 11 Página 28 de 39 LÍQUIDOS PENETRANTES – Nivel 2 También se suele catalogar a las indicaciones como alineadas (figura 12) cuando cuatro o más indicaciones se encuentran en una línea trazada entre la primera y la última de ellas. Esto puede indicar la presencia de una discontinuidad tipo fisura o pliegue de forja parcialmente cerrada. Figura 11 La información que se obtiene de la indicación es, además de su forma, su tamaño, intensidad y velocidad con la cual se forma. Fisuras muy angostas y porosidad muy fina pueden dar indicaciones muy débiles, pero a medida que aumenta el ancho y profundidad de la discontinuidad, más intensa es la indicación y más rápidamente se forma. Por lo tanto, la intensidad y velocidad de formación pueden dar una idea del tamaño y severidad de la parte sub- superficial de la discontinuidad. Discontinuidades muy grandes pueden formar indicaciones inmediatamente sin la necesidad de un revelador, en cambio discontinuidades muy cerradas pueden necesitar largos períodos de revelado para que se produzca la indicación. Con respecto al tamaño de la indicación diremos que los buenos penetrantes son diseñados para limitar la velocidad con la cual se extiende la indicación. Esto permite que la misma sea más definida y por lo tanto permite interpretar más correctamente la indicación. A veces se suele limpiar la indicación con un solvente y posteriormente aplicar de nuevo revelador para ver si y como la indicación vuelve a formarse. Las discontinuidades que retienen grandes cantidades de penetrante vuelven a aparecer rápidamente. 6 Ensayos de evaluación y control de penetrantes, emulsificadores y reveladores Hay 4 tipos de ensayos y tienen objetivos diferentes: para evaluar la performance, las propiedades físicas, ensayos de control durante la operación y de control durante la fabricación. 6.1 Evaluación de la performance Estos ensayos se realizan con el fin de obtener información de la calidad de los penetrantes. En la mayoría de los casos son ensayos en los que se comparan algunos penetrantes con otros de características conocidas (o no). Estos ensayos pueden ser usados en distintas formas: 1. Pueden ser hechos para determinar si un penetrante es equivalente a otro de características conocidas 2. Pueden ser parte de una especificación y sirven para verificar si un penetrante reúne las características exigidas 3. Pueden ser usados como ensayo de control por el fabricante. 6.2 Ensayos para evaluar propiedades físicas El primer propósito es establecer si hay conformidad con ciertos parámetros físicos establecidos. Permiten determinar por ejemplo si los valores del punto de inflamación, viscosidad, etc., son satisfactorios. 6.3 Ensayos de control durante la operación Estos ensayos sirven para controlar los penetrantes durante la operación. Ellos incluyen ensayos para determinar contaminación, pérdida de fluorescencia, etc. Algunos de estos ensayos son idénticos a los nombrados en 6.1 y 6.2 aunque la información que de ellos se obtiene es para fines diferentes. 6.4 Ensayos de control durante la fabricación Estos ensayos no son de interés para los usuarios y son realizados por el fabricante de los penetrantes. Página 29 de 39 LÍQUIDOS PENETRANTES – Nivel 2 6.5 Ensayos de evaluación de los materiales penetrantes 6.5.1 Fluorescencia Es una de las características más importantes a evaluar. Para medir esta característica se requiere el uso de instrumental que suele ser bastante costoso. Cuando se realiza este ensayo no se requiere una medida cuantitativa de la intensidad de fluorescencia sino que lo que se pretende es obtener una medida relativa de la emisión de luz de un penetrante a evaluar con respecto a otro considerado estándar o entre dos penetrantes desconocidos. Los valores cuantitativos son obtenidos con el uso de un espectrofotómetro el cual permite obtener sin duda los valores comparativos de intensidad de fluorescencia entre varios penetrantes. Una ventaja del espectrofotómetro es que analiza el espectro de emisión y da información acerca del color, longitud de onda dominante, intensidad, etc. Sin embargo, muchas veces interesa solo conocer el brillo relativo de un penetrante con respecto a otro tomado como referencia. Esto puede ser realizado rápidamente con un fotómetro con filtro que es un equipo poco costoso. Un disco de papel de filtro saturado con penetrante fluorescente diluido se comporta de modo muy similar a la indicación dispersada por el revelador en la práctica. También se ha propuesto depositar una fina capa de penetrante sobre un vidrio, lo cual anda muy bien cuando se enfatiza sobre el espesor de la capa de penetrante. También el ensayo del menisco da información útil acerca del comportamiento de capas muy finas de penetrante. Sin embargo estas dos últimas técnicas están afectadas por el pasaje de la radiación fluorescente a través de la película de penetrante mientras que en una indicación real interesa el hecho de que la radiación fluorescente es afectada por la reflexión en la superficie de la parte o el revelador. La transmisión de radiación a través de la capa es afectada por una auto absorción de luz en el mismo film y es por eso que el uso de papel de filtro es más aconsejable. 6.5.1.1 Preparación de filtros Se separan 5 ml del penetrante a evaluar y 5 ml del penetrante de referencia y luego se los diluye con cloruro de metileno hasta obtener 50 ml de solución. Se preparan 12 pedazos de papel de filtro N °5 que se sumergen, 6 en la solución del penetrante de referencia y los otros 6 en la solución del penetrante a evaluar. El exceso de penetrante se elimina por escurrido durante unos 4 segundos tocando el borde del recipiente que contiene la solución. Luego se colocan horizontalmente sobre una superficie metálica y se los seca con aire seco durante 5 minutos. A continuación se los coloca en un horno y el secado continúa durante otros 5 minutos a una temperatura de 107 °C (225 °F) aproximadamente. Luego se colocan los papeles sobre la pantalla fluorescente del equipo, se ilumina con "luz negra" y se lee el valor dado por el fotómetro. La operación se repite para los otros papeles y luego se comparan las lecturas promedio. Debe tenerse cuidado durante el secado de los papeles que la temperatura de estos no exceda los 50 °C. 6.5.2 Estabilidad de la fluorescencia con la luz negra Se toman 4 papeles preparados como se indicó anteriormente, 2 de cada penetrante y se montan en posición vertical tangentes unos a otros (los centros formarían los vértices de un cuadrado). Se coloca una lámpara de luz negra dirigida al centro de los papeles y a una distancia tal que el área de máxima iluminación contenga a los cuatro papeles. Se expone a estos por una hora y el panel que contiene a los papeles es rotado 90° cada 15 minutos para asegurar que todos los papeles reciben la misma cantidad de radiación. Después de la exposición, los brillos de fluorescencia son comparados mediante el instrumento antes utilizado con papeles sin exponer. La diferencia es expresada en porcentaje, la cual es una medida de la estabilidad a la luz negra. Página 30 de 39 LÍQUIDOS PENETRANTES – Nivel 2 6.5.3 Estabilidad de la fluorescencia sobre superficies metálicas calientes Algunos penetrantes fluorescentes tienden a decaer cuando son sujetos a calor y estos se encuentran formando una fina película sobre una superficie metálica. La estabilidad bajo estas condiciones es de interés práctico ya que no debe haber pérdida de fluorescencia durante la operación de secado en aire caliente. Se preparan placas de acero inoxidable y se depositan dos gotas sobre marcas separadas 50 mm (2 in.). La cantidad de penetrante depositada en cada gota debe ser de 0.05 ml y debe ser una del penetrante de referencia y la otra del penetrante a evaluar. La placa se coloca horizontalmente en un horno a 93.3 °C (200 °F) durante 5 minutos. Luego se comparan los brillos visualmente, bajo la luz negra. 6.5.3.1 Preparación de las placas de acero inoxidable Se cortan placas de acero inoxidable Tipo 310 de 100 mm x 100 mm (4 in. x 4 in.), y 2 mm de espesor aproximadamente. Se arenan de un solo lado con un abrasivo malla 100 usando una presión de aire de 414 x 10 3 pascal (60 PSI = 4.1 atmósfera) ubicando la tobera a 460 mm (18 in) de la placa aproximadamente. Esta placa es lavada con desengrasante, luego es calentada a 107 °C (225 °F) y luego se deja a enfriar a temperatura ambiente. En los ensayos se utiliza la cara arenada y después de cada uso las placas deben ser arenadas y desengrasadas. 6.5.4 Ensayo de la gota o del menisco Este test fue originalmente propuesto como un método para medir la sensibilidad relativa de los penetrantes, es decir para estimar la habilidad relativa de exhibir fluorescencia cuando el penetrante se presenta en películas delgadas. Se utiliza una lente plano - convexa con un de radio de curvatura R = 1.06 m y una placa de cristal óptico (figura 13). Se coloca una o dos gotas de penetrante en la película de aire que se forma entre la lente y la placa, alrededor del punto de contacto. R = 1.06 m Penetrante Figura 12 Cuando se observa con luz negra el penetrante exhibe fluorescencia con excepción de un área que rodea al punto de contacto donde el espesor de la película se aproxima a cero. Mientras más pequeño es el diámetro de la mancha oscura, mayor es la habilidad del penetrante para exhibir fluorescencia. El diámetro de la zona oscura permite calcular el espesor 12 mínimo para el cual el penetrante produce suficiente fluorescencia para ser detectado. La habilidad del penetrante para exhibir fluorescencia depende de la concentración de la tinta en el penetrante, de la actividad para la fluorescencia, de la intensidad de la luz negra, del espesor de la capa de penetrante. La habilidad para exhibir fluorescencia en películas delgadas no parece estar relacionada directamente con la intensidad medida con un fotómetro. Esta es una propiedad que suele ser de interés al comparar la efectividad de los penetrantes. 12 Si d es el diámetro de la zona oscura y R es el radio de curvatura de la lente, el espesor x de penetrante en el límite de la zona se puede calcular como: 2 d x R1 1 2 R Si consideramos que d << R = 1060 mm, entonces esta ecuación se puede aproximar (realizando un desarrollo en serie de Taylor y considerando los dos primeros términos) así: 2 d2 1 d d x R R 1 ( ) 2 2 2R 8R 8480 mm lo que permite calcular x en mm si d se expresa en mm. Página 31 de 39 LÍQUIDOS PENETRANTES – Nivel 2 El diámetro de la mancha producida por un cierto penetrante podrá cambiar dependiendo además de los operadores y medio con que se observa. Dentro de determinados límites y fijando las condiciones anteriores, el diámetro de la mancha varía en forma inversa con la cantidad de flúor agentes presentes en el penetrante. El principal factor que limita este efecto es el hecho que el penetrante filtra algo de la luz emitida, factor que es muy importante en algunos líquidos, limitando por lo tanto el diámetro de la mancha. Mientras más fina es la película de penetrante, menos incide este factor en la medida de la visibilidad. Pero en el caso del menisco, en donde el espesor del film varía bruscamente, puede ser muy importante. 6.5.5 Umbral Dimensional de la Fluorescencia El umbral dimensional de la fluorescencia es una propiedad que nos controlada corrientemente por las especificaciones pero es muy importante ya que determina la sensibilidad de los penetrantes fluorescentes. A.L. Walters y R.C. McMaster realizaron un experimento que llevan a entender esta condición. Dos placas de vidrio óptimamente planos fueron colocadas juntas como se indica en 2.2.1. Una gota de penetrante fluorescente fue colocada en la interface de las placas. Se pudo observar como el penetrante se introducía entre ellas pero cuando se las exponía a la radiación UV, no había emisión de luz por fluorescencia. El fenómeno no fue entendido totalmente hasta que en 1960 Alburger introdujo el concepto respuesta de la fluorescencia cuando se trata con películas delgadas. Las magnitudes dimensionales de una fisura típica dan lugar a los fenómenos arriba descritos (emisión de luz por fluorescencia en películas delgadas) y la respuesta depende del penetrante que se está usando. El grado de respuesta en cuanto a la fluorescencia bajo una dada intensidad de radiación ultravioleta, depende del grado de absorción de esta radiación, la cual a su vez depende de la concentración de la tinta y del espesor de la película de penetrante. Por lo tanto, la habilidad de un penetrante para producir una indicación depende primariamente de su habilidad para exhibir fluorescencia cuando se presenta en la forma de películas delgadas. La performance de los penetrantes basada en las restricciones físicas de las tintas puede ser predicha por la ley de Beer. Esta ley no es aplicable para películas muy delgadas pero aun así permite establecer relaciones generales entre las variables. I f I 0 K(1 10 cx ) Donde: I = Intensidad de luz Transmitida Io = Intensidad de la radiación Incidente K = Constante relacionada con el medio de visualización (ojo, tubos foto multiplicadores, etc.) = Eficiencia cuántica de los pigmentos = Coeficiente de extinción de los pigmentos (expresa la capacidad de absorber radiaciones UV) c = Concentración de las tintas en el líquido penetrante x = Espesor de la película. Esta ecuación establece que la intensidad de la energía transmitida es directamente proporcional a la intensidad de la luz incidente y varia exponencialmente con el espesor de la capa de penetrante y con la concentración de las tintas. Por lo tanto, cuando la concentración de la tinta se aumenta, el brillo de la delgada capa de penetrante generalmente se incrementa. Sin embargo la concentración de la tinta puede ser solo aumentada hasta un valor en que la misma comienza a tener un efecto negativo sobre el brillo. El método del menisco puede ser usado para medir el umbral de fluorescencia. Si se elige una tinta y se fija Io, el ensayo del menisco da una medida aproximada de la cantidad de tinta en el penetrante. El cálculo aproximado del espesor x del film en el borde de la mancha se muestra en nota 15. Para medir d se suele utilizar un vidrio negro cuando el penetrante es fluorescente. Página 32 de 39 LÍQUIDOS PENETRANTES – Nivel 2 El ensayo del menisco es entonces un método para medir la habilidad relativa de los penetrantes para producir fluorescencia cuando se presentan en películas delgadas, pero esta es solo una de las propiedades involucradas en el término "sensibilidad". 6.5.6 Ensayo de lavabilidad En este ensayo se utilizan dos placas arenadas de acero inoxidable como las antes descriptas. Se toman dos placas y se depositan unos 5 ml de penetrante a ensayar y la misma cantidad del penetrante de referencia. El penetrante se deja caer a unos 20 mm de un extremo de las placas y se deja escurrir durante 15 minutos colocando las placas a 45°. Se limpian con un trapo seco para remover el penetrante y luego se termina la limpieza con trapos embebidos en el solvente adecuado y se comparan las placas bajo la luz negra o blanca según el tipo de penetrante. Si éste es lavable con agua la limpieza se realiza por pulverizado de agua fría con una presión no mayor que 207 x 103 pascal (30 PSI = 2.05 atmósfera), se secan con aire caliente, se deposita el revelador y se observa bajo luz negra o blanca según sea el caso. 6.5.7 Tolerancia de los penetrantes lavables con agua y de los emulsificadores a la contaminación con agua Los penetrantes lavables con agua y los emulsificadores están basados en la acción química de un detergente que en el límite de la compatibilidad con agua provee una definida separación de la emulsión. La tolerancia respecto a la adición de agua depende del penetrante y puede llegar hasta valores del 20% al 25%. El penetrante es ensayado utilizando un recipiente con una marca en los 100 ml y la temperatura de los líquidos debe ser mantenida en 26.7 °C 1.1 °C (80 °F). Se colocan 20 cc de penetrante en el recipiente y con una pipeta se comienza a adherir agua en pasos de 0.2 cc (1 %) agitándose luego para que el material se mezcle. El ensayo se detiene cuando el líquido se torna turbio, se separa o se gelifica y no se clarifica al hacer un nuevo agregado de agua [en algunos casos al llegarse a un cierto porcentaje de agua agregada (9% a 10%) se produce una ligera turbidez que desaparece al agregar más agua antes de llegar al máximo tolerable]. El porcentaje de tolerancia de agua se calcula dividiendo la cantidad de agua agregada por el volumen total obtenido (penetrante más agua) y multiplicando por 100. De la misma forma se ensayan los emulsificadores. 6.5.8 Mojabilidad del penetrante Este parámetro da información sobre la aptitud del penetrante para mojar la superficie a ensayar. Para cuantificar este parámetro se puede medir la extensión de una gota de penetrante sobre una superficie en condiciones estándar en función del tiempo y comparar los resultados logrados con distintos penetrantes. La superficie de ensayo puede ser la de las placas de acero inoxidable arenado y se sigue los siguientes pasos: a) Se deposita sobre la superficie una gota de volumen conocido (0.01 cm 2 con una micro pipeta). b) Se mide el diámetro a los 15, 30, 45, 60 y 120 segundos con un compás de puntas secas. c) Se repite la operación a los 5, 15 y 30 minutos y a las 2 horas se hace una medida final. d) Con los valores obtenidos se traza una curva para los distintos penetrantes. e) Una lectura final a las 12 o 24 horas puede dar información adicional acerca de la velocidad de evaporación. 6.5.9 Índice de emulsificación Representa el porcentaje de penetrante que se puede agregar al emulsificador sin destruir su lavabilidad. Para este ensayo se procede de la siguiente forma: Página 33 de 39 LÍQUIDOS PENETRANTES – Nivel 2 a) Se preparan distintas muestras de emulsificador y se comienza a agregar un porcentaje distinto de penetrante a cada una de las muestras. b) Se deposita una gota sobre una placa de acero inoxidable arenado. c) Se procede al lavado en las condiciones establecidas en el ensayo de lavabilidad. d) Se observa con que porcentaje de penetrante la mezcla deja de ser lavable dejando una fuerte fluorescencia o color en la placa. Dicho porcentaje se indica como Índice de Emulsificación. Este ensayo es válido para índices comprendidos entre 5 y 50 con un error de 10%. Mientras mayor sea el índice mayor será la eficiencia de detección del sistema pues menor será la probabilidad de remover el penetrante dentro de una discontinuidad. 6.5.10 Precipitación del revelador En el caso de reveladores húmedos acuosos y no acuosos la evaluación de la velocidad de asentamiento del polvo en suspensión permite obtener información sobre su calidad. La velocidad de precipitación depende de la densidad de las partículas, de su tamaño y de su concentración en la suspensión. Usualmente la concentración del revelador es de 50 g a 60 g por litro de agua, pero pueden ser mayores. Para evaluar la velocidad de precipitación se procede así: a) Se agita el baño perfectamente. b) Se llena una probeta cilíndrica de 250 cc con el baño. c) Se deja reposar y se mide el tiempo necesario, en minutos, para que el revelador sedimente hasta un cierto nivel. d) Se permite que el polvo siga precipitando durante 64 horas para obtener información sobre la sedimentación que puede ocurrir durante un fin de semana. Generalmente el tiempo necesario para sedimentar a la mitad es del orden de 15 min y al final del ensayo se pueden tomar muestras para verificar si se han producido grumos o apelmazamiento del polvo. 6.5.11 Ensayo de corrosión para reveladores húmedos Es un ensayo rápido que permite verificar si un revelador húmedo tiene tendencia a la corrosión. El espécimen de prueba es un pequeño bloque de aleación de aluminio 2024 T3 de 10 mm x 20 mm x 50 mm. Dos lados del bloque son limpiados y luego se sumerge en 50 ml de revelador en un vaso de 125 ml o 150 ml. El revelador es calentado hasta su ebullición y luego se continúa por 15 minutos. Se saca el bloque, se lava con agua fría y se examina para verificar si hay signos de corrosión. Este se puede comparar con un revelador de referencia. 6.5.12 Ensayos para propiedades físicas 6.5.12.1 Viscosidad Es una propiedad de interés para los penetrantes y emulsificadores y que no debe variar salvo dentro de ciertos límites razonables. La propiedad medida es la viscosidad cinemática y el método que se suele usar es el aconsejado por ASTM D445 usando el viscosímetro de CANNON-FENSKE. La viscosidad se mide a temperatura constante de 38 °C (100 °F) y se expresa en centiStokes. 6.5.12.2 Contenido de agua Este es un parámetro de interés para los penetrantes y emulsificadores ya que permite conocer el grado de contaminación. El contenido de agua se determina según ASTM D95. Se toman 100 ml del líquido a ensayar y se coloca en un matraz de ebullición con 100 ml de xileno libre de agua. El matraz se conecta a Página 34 de 39 LÍQUIDOS PENETRANTES – Nivel 2 un condensador de reflujo de tal forma que las gotas condensan en un tubo graduado de 25 ml. La ebullición se continúa hasta que la condensación de agua se detenga. Esto puede necesitar una hora de ebullición. El volumen en ml es el porcentaje de agua presente en la muestra. El ensayo para verificar el contenido de agua es necesario realizarlo cada 2 o 3 semanas si se trabajan con estaciones de ensayo manual. Si el contenido de agua alcanza el 75% u 80% de la tolerancia de agua el penetrante debe dejar de utilizarse. Por ejemplo si un penetrante tiene una tolerancia de agua del 10% este debe dejar de utilizarse cuando el contenido de agua es del 8%. 6.5.13 Decaimiento de la habilidad para exhibir fluorescencia En estaciones de ensayo, el principal contaminante del emulsificador es el penetrante. Esta contaminación es inevitable pero debe ser controlada y se utiliza para ello el ensayo con el papel de filtro. La fluorescencia relativa comparada con el emulsificador original da una medida de la cantidad de penetrante en el emulsificador. Este ensayo se puede también realizar de la siguiente forma: Se preparan muestras estándar de emulsificador conteniendo 0%, 5%, 10%, 15%, 20%, 30% y 40% de penetrante en tubos de ensayo y un contenido similar del emulsificador a controlar y se los compara utilizando luz negra. Se selecciona el tubo estándar que produzca una fluorescencia similar al emulsificador a controlar. El porcentaje de contaminación entonces está dado por lo indicado en el tubo. Se puede considerar que una contaminación máxima permisible no debe ser mayor al 10%. Para algunas inspecciones este límite se puede subir hasta 20% a 25% pero los emulsificadores contaminados necesitan más tiempo de emulsificación. 7 Limpieza inicial de las partes a ensayar 7.1 Métodos de limpieza La elección del método debe realizarse considerando los siguientes factores: 1. Tipo de contaminante a ser removido. 2. Efecto del método de limpieza sobre la pieza. 3. Practicidad del método. 4. Requerimientos de limpieza impuestos por el proveedor En función de lo anterior se recomiendan los siguientes métodos 13: 7.1.1 Detergentes Los detergentes limpiadores son compuestos no inflamables solubles en agua conteniendo especialmente agentes tensoactivos para humedecer (mojar), penetrar, emulsionar y saponificar varios tipos de suciedades tal como grasa, aceite, fluido de corte y mecanizado, etc. Los detergentes pueden ser alcalinos, neutros o de naturaleza ácida, pero en todos los casos no deben ser corrosivos a la parte a limpiar. Los tiempos de limpieza deberían estar entre 10 min a 15 min a temperaturas entre 77 °C y 93 °C con agitación moderada y concentraciones que generalmente son del orden de 45 kg/m3 a 60 kg/m3. 7.1.2 Solventes Hay una gran variedad de solventes que pueden ser utilizados para disolver suciedades tales como grasas, aceites, ceras y selladores, pinturas y en general materia orgánica. Estos solventes deben estar libres de residuo y no son recomendados para remover óxidos, calamina, fundente de soldadura y salpicaduras y en ge13 Ver Norma ASTM E165. Página 35 de 39 LÍQUIDOS PENETRANTES – Nivel 2 neral sustancias inorgánicas. Debe tenerse precaución dado que algunos solventes son inflamables y/o tóxicos. 7.1.3 Vapores detergentes El vapor desengrasante es el método preferido para remover aceite o grasa de la superficie de la pieza y de las discontinuidades. Este método no puede remover sustancias inorgánicas como corrosión, sales, sustancias resinosas, recubrimientos plásticos, barnices, pintura, etc. Debido al corto tiempo de contacto, el vapor puede no realizar una limpieza profunda de las discontinuidades así que se recomienda una posterior limpieza con solvente. 7.1.4 7.1.4.1 Limpieza alcalina Soluciones líquidas Los limpiadores alcalinos son soluciones acuosas no inflamables conteniendo especialmente detergentes seleccionados para humedecer, emulsificar y saponificar varios tipos de suciedades. Las soluciones alcalinas calientes son también utilizadas para la remoción de herrumbre, calaminas y óxidos que pueden enmascarar las discontinuidades superficiales. Antes de realizar el ensayo, las partes limpiadas con estas soluciones deben ser limpiadas para eliminar completamente la sustancia limpiadora alcalina y luego deben ser secadas con calor. 7.1.4.2 Vapores La limpieza con vapor es una modificación del método de limpieza antes descripto, que puede ser utilizado para la limpieza de piezas grandes y difíciles de manejar. Este método puede remover sustancias inorgánicas y muchas orgánicas, pero no puede introducirse hasta el fondo de discontinuidades profundas así que también se recomienda una limpieza posterior con un solvente. 7.1.5 Figura 13 Limpieza con ultrasonidos Este método usa ondas ultrasónicas para sumarle agitación aun baño de solvente o detergente. Esto mejora la eficiencia en la limpieza y reduce los tiempos. Este debe ser usado con agua y detergente si la suciedad a remover es inorgánica y con solventes orgánico para remover sustancias orgánicas. Después de la limpieza, las partes deben ser calentadas para remover el fluido. 7.1.6 Removedores de pintura Las pinturas pueden ser eliminadas con solventes removedores de pintura o con removedores alcalinos. Después de la limpieza, la pieza debe ser enjuaga para remover toda la contaminación de las discontinuidades y secada. 7.1.7 Limpieza mecánica Los procesos de remoción de metal tales como amolado, arenado, granallado, perforado, rebabado, etc. son a menudo usados para eliminar las suciedades tales como óxidos, calaminas, arenas adheridas en piezas fundidas, etc. Pero hay que tener en cuenta que estos procesos pueden decrecer la efectividad del ensayo con penetrantes sellando las discontinuidades abiertas a la superficie por deformación plástica, especialmente en metales de baja dureza como aluminio, titanio, magnesio, berilio y sus aleaciones. Página 36 de 39 LÍQUIDOS PENETRANTES – Nivel 2 7.1.8 Soluciones ácidas Soluciones ácidas inhibidas son usadas para eliminar cascarillas y calaminas de las superficies de las partes. Este proceso es necesario para remover cascarillas de óxidos las que pueden enmascarar discontinuidades impidiendo que el penetrante se introduzca en ellas. Las soluciones ácidas son también usadas rutinariamente para remover metal deformado (por alguno de los métodos indicados en 7.1.7) que puede cerrar las discontinuidades. Estas soluciones deben ser usadas siguiendo las recomendaciones de los fabricantes. La fotografía 14 muestra fisuras realizadas sobre un acero AISI 300M. En la primera fotografía se observa el patrón de fisuras como se presentaban originalmente detectadas con penetrantes fluorescentes. En la fotografía central no se observan indicaciones luego de someter a la pieza a un método mecánico de limpieza (granallado) que ha cerrado todas las discontinuidades. En la última fotografía se muestra las indicaciones obtenidas luego de someter a la pieza a un ataque ácido donde se eliminó de la superficie una capa de metal con espesor comprendido entre 0.5 m a 2.5 m. Las piezas que son sometidas a ataque ácido deben ser neutralizadas, enjuagadas completamente para eliminar todo vestigio de ácidos y secadas antes de la aplicación de los penetrantes. Los ácidos y cromatos pueden afectar y disminuir la fluorescencia de los penetrantes. Por otro lado puede producirse fragilización por hidrógeno. Si esto último pudiese ocurrir, la parte debe ser sometida a un tratamiento térmico a la temperatura adecuada para eliminar todo el hidrógeno. 8 Partículas Filtradas La inspección con penetrantes puede ser realizada sobre la mayoría de los materiales sólidos. Sin embargo si los materiales son porosos, se produce un fondo sobre toda la superficie de la parte que reduce el contraste de las indicaciones. Para ellos se desarrolló el método de insFigura 14 pección de partículas filtradas. El procedimiento es aplicar un líquido sobre la superficie de la pieza que contiene partículas de una forma y tamaño adecuado. Si existe una discontinuidad (por ej.: una fisura) se produce una indicación visible sin necesidad de aplicar un revelador. Básicamente el medio de inspección consiste de un líquido que contiene partículas trazadoras (generalmente fluorescentes) en suspensión y que tienen tamaños de hasta 150 m. Este fluido, generalmente de base aceitosa, se aplica sobre un material poroso. En el lugar donde existe una discontinuidad la velocidad de absorción de líquido es mayor que en los otros lugares, así que el líquido entra en la discontinuidad mientras que las partículas trazadoras son filtradas en la abertura de la misma para formar una indicación como se indica en la figura 15. En el caso que se desee detectar discontinuidades en maFigura 15 teriales porosos que pueden ser reparados, el vehículo que contiene en suspensión las partículas trazadoras, contiene además pigmentos (generalmente fluorescentes también como los de los penetrantes convencionales). La fotografía de la figura 14 muestra un ensayo sobre un tubo poroso de combustión. En ella se puede observar una indicación lineal (fisura) sobre un fondo fluorescente. En este caso el tamaño máximo de las partículas trazadoras fue de 100 m. Entonces, cuando una discontinuidad se quiere reparar, el líquido fluorescente que queda en la discontinuidad permite verificar si esta es eliminada totalmente a medida que se va removiendo la discontinuidad bajo Página 37 de 39 LÍQUIDOS PENETRANTES – Nivel 2 luz negra. Para la inspección de material muy poroso, el tamaño de las partículas puede alcanzar los 250 m aunque rara vez se ensaya material de este tipo. El agua que puede estar contenida en los poros del material a ensayar puede influenciar las fuerzas de absorción diferencial de tal forma que puede incrementarlas en algunas ocasiones y a anularla en otros casos. Así en algunos casos se ha comprobado que el método es inaplicable en algunos materiales (cerámicas cocidas) cuando el contenido de humedad alcanza el 10% y en otros casos (tejas) se han detectado fisuras aun cuando el contenido de humedad era del orden del 12%. 8.1 Técnicas para temperaturas no estándares Cuando no es práctico realizar un ensayo de líquidos penetrantes dentro del rango de temperaturas antes mencionado, el procedimiento de examen requiere que sea calificado a la más baja o más alta temperatura propuesta. Esto requiere el uso de un bloque de aluminio con un patrón de fisuras obtenidas por temple, el cual es a menudo conocido como un bloque comparador de líquidos penetrantes. 8.1.1 Bloque comparador El bloque comparador debe ser construido en aluminio ASTM B209, Tipo 2024 de 3/8”(9.5 mm) de espesor y debe tener aproximadamente las siguientes dimensiones: 2” x 3” (52 mm x 76 mm). En el centro de cada cara en un área de aproximadamente 1” (25 mm) de diámetro se debe realizar una marca con una tiza para medir temperaturas graduada en 950 °F (510 °C). El área marcada debe ser calentada con un mechero Bunsen o con un soplete a una temperatura comprendida entre 950 °F (510 °C) y 975 °F (524 °C). El bloque es entonces inmediatamente templado en agua fría para producir una red de finas fisuras sobre cada lado. El bloque es luego secado calentándolo a aproximadamente 300°F (149°C) y después de enfriado, el bloque debe ser cortado a la mitad e identificar a las partes como “A” y a la otra como “B”. La figura muestra el bloque comparador separado en las dos partes. 8.1.2 Utilización del Comparador (a) Si se desea calificar un procedimiento de examen con líquidos apara ser aplicado a una temperatura inferior a 40°F (5°C), el procedimiento propuesto debe ser aplicado al bloque “B” después que el bloque y los materiales penetrantes han sido enfriados y mantenidos a esa temperatura hasta que el procedimiento ha sido completado. Un procedimiento que ha sido probado para uso es aplicado al bloque “A” en el rango de temperaturas de 40°F a 125°F (5°C a 52°C). Las indicaciones de fisuras obtenidas en los bloques “A” y “B” deben ser compradas. Si aquellas obtenidas en el bloque “B” son esencialmente las mismas que las obtenidas en el bloque “A”, el procedimiento propuesto deben ser consideradas como calificado para su uso. (b) Si la temperatura propuesta para el ensayo es superior a 125°F (52°C), el bloque “B” debe ser mantenido a esa temperatura durante todo el ensayo. Las indicaciones de fisuras deben ser comparadas mientras el bloque “B” es mantenido a la temperatura propuesta y el bloque “A” está a una temperatura entre 40°F y 125°F (5°C a 52°C). (c) Un procedimiento calificado a una temperatura inferior a 40°F (5°C) será califica de esa temperatura a 40°F (5°C). (d) Para calificar un procedimiento para temperaturas superiores a 125°F (52°C), el límite superior e inferior de temperaturas debe ser establecido y el procedimiento debe ser calificado a esas temperaturas. Página 38 de 39 LÍQUIDOS PENETRANTES – Nivel 2 (e) Como una alternativa a lo requerido anteriormente en (a) y (b) cuando se usa un penetrante coloreado o visible, es permitido un simple bloque comparador para las temperaturas estándar y no estándar y hacer la comparación mediante fotografías. (1) Cuando un simple comparador y la técnica de fotografía es empleada, los detalles de proceso descritos en (a) y (b) he single son aplicables. El bloque debe ser cuidadosamente limpiado entre los dos pasos del proceso. Las fotografías deben tomadas después de procesar a la temperatura no estándar y luego de procesarlo a la temperatura estándar. Las indicaciones de las fisuras deben ser comparadas entre las dos fotografías. El mismo criterio de calificación dado en (a) deberá ser aplicado. (2) Técnicas fotográficas idénticas deben ser usadas para hacer las fotografías de comparación. ----- ooo ----- Página 39 de 39
