(MANUAL PM)-2017

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La Victoria, Mayo de 2016
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ELABORADO POR :
Eduardo Silva
José Osuna
Joel Tovar
Ramón Morales
REVISADO Y APROBADO POR:
Juan J Yglesias
NIVEL III ASNT
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ÍNDICE
Pág
CAPÍTULO I: Principios de los campos magnéticos
a. Teoría de los campos magnéticos…………………..…………………………………….....1
1). Campo magnético de la tierra …………………………………………............1
2). Imantación de un material ferromagnético………………….....……………....... 1
b. Teoría del magnetismo……………………………..………………………………….…4
1). Polos magnéticos………………………………………………………………4
2). Ley del magnetismo………………………………………………………...…4
3). Materiales no influenciados e influenciados por los campos magnéticos……5
(3.1). Diamagnéticos.
(3.2). Paramagnéticos.
(3.3). Ferromagnéticos.
CAPÍTULO II: Características de los campos magnéticos
a. Imanes tipo barra…………………………………………………………….……..……..6
b. Imanes tipo anillo……………………………………………………………….….……..6
CAPÍTULO III: Efecto de discontinuidades en materiales
a. Discontinuidades superficiales………………………………………………………...….10
1). Superficies onduladas……………………………………………………….…..10
b. Discontinuidades subsuperficiales…………………………………………………...…...10
c. Fuerza de un campo de fuga………………………………………………………………11
d. Formación de indicaciones…………………………………………………………...…11
CAPÍTULO IV: Magnetización con corriente eléctrica
a. Campo circular……………………………………………………………………...……..12
1). Campo alrededor de un conductor….……………….…………………………..12
2). Regla de la mano derecha……………………………………………………….13
3). Magnetización circular inducida en materiales………………………………....13
(3.1). Pasando corriente eléctrica directamente a través de la pieza………..14
3.1.1. Piezas largas cilíndricas sólidas……………………………..14
3.1.2. Piezas de forma irregular……………………………………15
(3.2) Pasando corriente eléctrica a través de un conductor central………....15
3.2.1. Piezas tubulares……………………………………………...15
4). Métodos de magnetización circular……………………………………….….....17
(4.1). Magnetización entre cabezales (Placas de contacto)…………………17
(4.2). Electrodos (Puntas de contactos)……………………………….…….18
(4.3). Magnetización con conductor central………………….……………..19
5). Discontinuidades detectadas con campo circular……………………..………....20
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b. Campo longitudinal..............................................................................................................22
1). Campo producido por flujo de corriente en una bobina…………………………23
2). Dirección del campo en un cable de corriente de la bobina………………….….24
3). Intensidad del campo producido por una bobina…………………………….….24
(3.1). Campo magnético inducido por yugo electromagnético…………......25
4). Discontinuidades detectadas con campo longitudinal…………………….…….26
5). Ventajas de la magnetización longitudinal...........................................................26
6). Desventajas de la magnetización longitudinal…………………………………..26
CAPÍTULO V: Selección del método apropiado de magnetización
a. Aleación, forma y condiciones de la pieza………………………….………………….….27
b. Tipo de corriente de magnetización…………………………………………………….…27
1). Corriente alterna………………………………………….………………………27
2). Corriente directa rectificada de media onda…………….……………………….28
(2.1). Ventajas del uso de corriente directa rectificada
de media onda……………………….……………………………..…33
3). Corriente directa…………………………………………………………………34
4). Corriente directa rectificada de onda completa………………………………….34
(4.1). Corriente directa rectificada de onda completa de
fase simple (Monofásica)…………………………………………….34
(4.2). Corriente directa rectificada de onda completa de
tres fases (Trifásica)………………….....………………………...….35
c. Dirección del campo magnético…………………………………………………………...41
d. Requisitos de corrientes…………………………………………………………………...41
1). Para magnetización circular…………………….………………………………..41
2). Para magnetización longitudinal…………………………………………………43
e. Secuencia de operaciones………………………………………………………………….46
1). Magnetización continua………………………………………………………….46
(1.1). Técnica de magnetización continua seca……………………………..46
(1.2). Técnica de magnetización continua húmeda…………………………46
2). Magnetización residual…………………………………………………………..47
f. Determinación del valor de la densidad de flujo…………………………………......…47
CAPÍTULO VI: Materiales de inspección
a) Características de las partículas magnéticas…………………………....…………....……52
1). Propiedades físicas…………………………………………….…………………52
2). Propiedades magnéticas…………………………………………………….……53
b) Clasificación de las partículas magnéticas……………………………...………....………53
1). Métodos por la forma de ser transportadas……………………………...……….53
2). Tipos por el contraste con la superficie……………………………….....………60
3). Condición de la superficie……………………………………………..………...66
4). Sensibilidad de los métodos……………………………………………...……..66
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CAPÍTULO VII: Principios de desmagnetización
a. Magnetismo residual………………………………………………………………………72
b. Razones que obligan a la desmagnetización………………………………………………73
c. Campo residual longitudinal y circular……………………………………………………74
d. Retentividad y la fuerza coercitiva (Curva de histéresis)………………………..…….….74
e. Principios básicos de la desmagnetización…………………………………………….….81
f. Métodos de desmagnetización……………………………………………………………..82
1). Desmagnetización con bobina y corriente alterna……………………………….83
2). Desmagnetización con corriente directa…………………………………………85
3). Desmagnetización con yugo……………………………………………………..86
g. Verificación del grado de desmagnetización……………………………………………...86
h. Cuando la desmagnetización no es necesaria………………………………………….….88
CAPÍTULO VIII: Equipos de inspección para partículas magnéticas
a. Consideraciones para seleccionar el equipo………………………………………………89
b. Equipos portátiles…………………………………………………………………………90
c. Equipo móvil………………………………………………………………………………92
d. Equipos estacionarios………………………………………………………………….......93
e. Equipos de inspección automatizada……………………………………………………...94
CAPÍTULO IX: Tipos de discontinuidades detectadas por partículas magnéticas
a. Tipos de discontinuidades…………………………………………………………..……97
1). Porosidad………………………………………………………………….....…98
2). Inclusiones………………………………………………………………...……98
3). Laminaciones…………………………………………………………….......…98
4). Grietas……………………………………………………………………......…99
5). Pliegue ó traslape……………………………………………………………….99
6). Estallido de forja ó ráfagas de forja………............………………….......…......100
7). Sopladuras………………………………………………………………....……100
CAPÍTULO X: Indicaciones en un ensayo de partículas magnéticas e interpretación
a. Interpretación de indicaciones…………………...………………………………..……...101
1). Indicaciones relevantes…………………………………………………………101
2). Indicaciones no relevantes……………………………………………………...101
(2.1). Características de indicaciones no relevantes…………………….....103
3). Indicaciones falsas……………………………………………………………..103
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INTRODUCCION
Partículas magnéticas (PM) es un método de ensayo no destructivo que permite
localizar discontinuidades superficiales y subsuperficiales en materiales ferromagnéticos. En
principio, el método involucra la magnetización del área a ser examinada, la aplicación de
partículas ferromagnéticas en la misma y la evaluación visual de la superficie. Las partículas
formarán indicaciones sobre la superficie donde fisuras u otras discontinuidades causen
distorsión en el campo magnético normal. Estas indicaciones son usualmente características
del tipo de discontinuidad que es detectada como por ejemplo fisuras, solapes, costuras,
cerramientos en frío, laminaciones, entre otros. Consta de tres operaciones básicas: a)
Establecer un flujo magnético adecuado, b) Aplicación de las partículas magnéticas, e c)
Interpretación y evaluación de los resultados.
Este método se basa en el hecho de que cuando una pieza es magnetizada, las
discontinuidades que son aproximadamente perpendiculares a la dirección del campo
magnético producirán un escape del campo magnético llamado campo de fuga de la
superficie de la pieza. La presencia del campo de fuga y por ende la presencia de la
discontinuidad se detecta aplicando partículas ferromagnéticas finamente divididas sobre la
superficie de la pieza en ensayo, las que son atraídas y retenidas en los campos de fuga. Esta
aglomeración de partículas “dibuja” la discontinuidad e indican su localización, tamaño,
forma y extensión. Las partículas magnetizables pueden ser aplicadas sobre la superficie
como partículas secas o como una suspensión en un líquido como agua o aceite. Los
materiales ferromagnéticos incluyen a la mayoría de las aleaciones de hierro, cobalto, níquel.
Muchos aceros endurecidos por precipitación como por ejemplo los aceros inoxidables, son
magnéticos después del envejecimiento. Estos materiales pierden sus propiedades
ferromagnéticas por encima de una cierta temperatura (Temperatura de Curie). Esta
temperatura varía para los diferentes materiales siendo para los materiales ferromagnéticos
aproximadamente de 760 º C.
Los ensayos con partículas magnéticas constituyen uno de los métodos más comunes
de ensayos no destructivos empleados en la actualidad. Se comenzaron a usar en gran escala
en los años inmediatamente anteriores a la II guerra mundial. Como desde entonces se
siguieron desarrollando las técnicas y los equipos, ambos se refinaron hasta en la actualidad
la velocidad y la sensibilidad del método lo hacen prácticamente indispensable en algunas
aplicaciones. En 1868 un Ingeniero Inglés publicó un reporte, en el cual se mencionaba la
localización de discontinuidades presentes en el cañón de una pistola utilizando un compás
magnético, en el que se registro un cierto flujo.
En el siglo XX, en 1922, el Físico Ingles William E. Hoke observó que partículas
metálicas que se encontraban sobre piezas de acero endurecido conectadas a tierra, sobre un
mandril magnético, formaban patrones sobre la cara de la pieza, estos frecuentemente
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correspondían a sitios en donde se localizaban grietas en la superficie. Esta observación
marcó el nacimiento de la inspección por partículas magnéticas (PM).
En este manual Ud. aprenderá como se establecen campos magnéticos mediante el
empleo de corrientes eléctricas y como el campo magnético puede ser controlado para revelar
discontinuidades específicas al aplicar las partículas magnéticas. En términos generales
conocerá los tipos de equipos que se emplean en los ensayos y sus indicaciones de
discontinuidades que cabe esperar. También aprenderá la teoría y las técnicas de la
desmagnetización.
Cuando haya completado este estudio estará listo para secciones de demostración
práctica e instrucción en el lugar de trabajo para estar plenamente calificado como “Técnico
en Ensayos con Partículas Magnéticas”.
APLICACIONES
El método de inspección por partículas magnéticas es utilizado en diferentes ramas de la
industria, como: metalmecánica, aeronáutica, naval, construcción, etc.
Se aplica en:
Inspección de materia prima.
Inspección en proceso y control de calidad.
Inspección de producto terminado.
Mantenimiento de equipo y maquinaria.
Se utiliza para inspección de materiales soldados, fundidos, forjados, laminados,
entre otros.
VENTAJAS
Las principales ventajas del método de inspección por partículas magnéticas son:
Inspección relativamente rápida y de bajo costo.
Equipo relativamente simple, provisto de controles utilizados para ajustar la corriente
y un amperímetro visible para verificar la fuerza de magnetización que ha sido
creada para la inspección.
Equipo portátil y adaptable a piezas pequeñas o grandes.
Se requiere menor limpieza que en líquidos penetrantes.
Se pueden detectar discontinuidades subsuperficiales.
Las indicaciones se forman directamente en la superficie de la pieza, con respecto a
líquidos penetrantes.
No se requiere de lecturas electrónicas de calibración o mantenimiento excesivo.
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Se obtienen mejores resultados en la detección de discontinuidades llenas de algún
contaminante (como carbón, escoria, etc.) y que no pueden ser detectadas en una
inspección por líquidos penetrantes.
El método de partículas magnéticas es un medio sensible para localizar grietas
pequeñas y superficiales poco profundas en materiales ferromagnéticos.
Hay poca o ninguna limitación sobre el tamaño o forma de la pieza a inspeccionar.
Las indicaciones de las partículas magnéticas que se producen sobre la superficie de
la pieza forman un dibujo magnético de discontinuidades reales.
LIMITACIONES
Las limitaciones del método de inspección por partículas magnéticas son:
Es aplicable solamente en materiales ferromagnéticos.
Se requiere un suministro de corriente eléctrica.
Se limita a detectar discontinuidades superficiales y subsuperficiales (1/4 pulg
aproximadamente).
Su aplicación en el campo es de mayor costo, ya que se necesita suministro de
energía eléctrica.
La rugosidad superficial puede distorsionar el campo.
En algunos casos se pueden requerir de dos o más inspecciones secuenciales con
diferentes magnetizaciones.
En algunos casos es necesario desmagnetizar después de la inspección.
Se pueden generar quemadas en la superficie, al aplicar la técnica de puntas de
contacto.
Aunque las indicaciones son fácilmente observables, la experiencia para su
interpretación y evaluación es necesaria.
Capas de pintura o de algún otro recubrimiento no magnético afectan la sensibilidad
del método.
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CAPÍTULO I: Principios de los campos magnéticos
a. Teoría de los campos magnéticos
1). Campo magnético de la tierra
Si consideramos a la tierra como un imán gigante, ya que tiene un polo norte y un polo sur,
como se ilustra en la figura No. 1, la aguja de una brújula normal, la cual es simplemente una
manecilla de acero magnetizada y suspendida en un eje libre para girar, es atraída por el
campo magnético de la tierra, siempre indicando la misma dirección norte (N) como se ilustra
en la figura No. 2.
Figura No. 1: Campo magnético de la tierra
Figura No. 2: Manecilla de brújula
2). Imantación de un material ferromagnético
Los materiales ferromagnéticos están constituidos por grupos de átomos en regiones
microscópicas llamados “Dominios magnéticos”. Estos dominios en sí son pequeños imanes
dentro de la pieza, tienen una polaridad positiva y una negativa en sus extremos opuestos.
Si el material no está magnetizado, tales dominios están orientados al azar, normalmente
paralelos con los ejes de los cristales del material, y la componente magnética es nula, como
se ilustra en la figura No. 3.
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Cuando el material es sujeto a un campo magnético, los dominios se orientan o alinean
paralelamente con el campo magnético externo, produciendo así un imán. Una vez que los
dominios han sido orientados, como se muestra en la figura No. 4, el material ferromagnético
se ha convertido en un imán, con un polo norte y un polo sur.
Figura No. 3: Dominios magnéticos en un material sin magnetizar
Figura No. 4: Dominios magnéticos en un material magnetizado
Con los dominios orientados, el material ferromagnético desarrolla una fuerza total que es
igual a la suma de la fuerza de todos los dominios. Ésta fuerza total es conocida como “Flujo
Magnético”.
El flujo magnético es representado por las “Líneas de fuerza magnética”, como se ilustra en
la figura No. 5.
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Las líneas de fuerza magnética describen y definen la dirección de un flujo magnético,
además, cuentan con una cantidad de propiedades importantes:
1. Tienen una dirección definida, salen por el polo norte, entran por el polo sur y
continúan así su camino a través del imán, desde el polo sur al polo norte.
2. Son continuas y siempre forman una curva o circuito cerrado.
3. Las líneas de fuerza magnética, son individuales y jamás se cruzan ni se unen entre
ellas.
4. Su densidad disminuye con el aumento de distancia desde los polos, y
5. Siguen caminos de menor resistencia magnética.
El espacio dentro y alrededor de un imán, en el cual actúan las líneas de fuerza, se
conoce como “Campo Magnético”.
Figura No. 5: Líneas de fuerza y campo magnético en un imán de barra
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b. Teoría del magnetismo
1). Polos magnéticos
Un imán tiene la propiedad de atraer materiales ferromagnéticos. Esta habilidad de atraer o
repeler no es uniforme sobre toda la superficie del imán, se localiza únicamente en las áreas
conocidas como “polos”. Consideremos la presencia de las líneas de fuerza en los imanes. El
flujo magnético, o las líneas de fuerza, entran o abandonan el imán por los polos magnéticos.
Por lo que, un imán podrá atraer materiales ferromagnéticos, solamente donde las líneas de
fuerza salen o entren al imán, es decir, donde se encuentren localizados los polos magnéticos.
La figura No. 6 ilustra un imán de la forma más común, el imán de herradura, y sus polos
magnéticos.
Figura No. 6: Imán de forma de herradura
2). Ley del magnetismo
Dos imanes que se colocan de tal manera que el polo sur de uno se orienta hacia el polo norte
del otro, entonces son atraídos entre sí, como se observa en la figura No. 7.
Entonces, las leyes del magnetismo de atracción y repulsión para imanes, son las siguientes:
Polos magnéticos diferentes se atraen (N> <S / S> <N)
Polos magnéticos semejantes se repelen (N< >N / S< >S)
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Figura No. 7: Leyes del magnetismo
3). Materiales no influenciados e influenciados por los campos magnéticos
3.1
3.2
3.3
DIAMAGNÉTICOS
PARAMAGNÉTICOS
FERROMAGNÉTICOS
•No son magnetizables.
•No son atraídos por un
campo magnético.
•Son ligeramente
repelidos por un campo
magnético.
•Materiales que son débilmente •Son fácilmente magnetizables.
atraídos por un campo magnético
y tienen una pequeña tendencia a •Son fuertemente atraídos por
la magnetización; estos no pueden un campo magnético.
ser inspeccionados por partículas
•Son capaces de retener su
magnéticas.
magnetización después que la
fuerza magnetizante ha sido
removida.
Mercurio.
•Aluminio, magnesio.
•Oro.
•Molibdeno, litio.
•Bismuto.
•Cromo, platino.
•Zinc.
•Sulfato de cobre.
•Cobre
•Estaño, potasio.
•Plata.
•Aceros inoxidables austeníticos
•Aleaciones de cobre,
y de la serie 300.
manganeso y aluminio.
•Plomo.
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Hierro, níquel, cobalto y
gadolinio.
•Mayoría de los aceros,
inclusive inoxidables de la
serie 400 y 500.
•Aleaciones de cobalto y
níquel.
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CAPÍTULO II: Características de los campos magnéticos
a. Imanes tipo barra
Si enderezamos un imán de herradura, tendríamos como resultado un imán tipo barra, como
se ilustra en la figura No. 8. El imán de barra tiene las mismas características que el imán de
herradura.
Figura No. 8: Imán tipo barra
b. Imanes tipo anillo
Si al imán de herradura lo doblamos y sus extremos los cerramos, formando casi un círculo
cerrado, este se comporta de manera idéntica al imán de herradura. Los polos magnéticos aún
existen y las líneas de fuerza salen y entran por los polos, como se observa en la figura No. 9.
Figura No. 9: Imán tipo anillo
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Cuando los extremos del imán son doblados y fundidos para formar un anillo, en lugar de
tener un imán circular abierto, se tendrá un imán circular cerrado, como ilustra la figura No.
10.
Las líneas de fuerza existen pero quedan contenidas completamente dentro del anillo, ya que
no existen polos magnéticos, por lo tanto, este imán no atrae materiales ferromagnéticos.
Figura No. 10: Imán tipo anillo
CAPÍTULO III: Efecto de discontinuidades en materiales
a. Discontinuidades superficiales
Supongamos que el imán tipo anillo completo tiene una grieta en la superficie externa,
creándose inmediatamente un polo norte y un polo sur en los bordes de la discontinuidad.
Ésta grieta interrumpe el flujo uniforme de las líneas de fuerza dentro del imán, por lo que
algunas de ellas se verán forzadas a salir del imán. Las líneas de fuerza que se ven forzadas a
salir del imán, ver figura No. 11, como resultado de la grieta, se conocen como “fugas de
flujo”. El campo magnético creado por las fugas de flujo es llamado “campo de fuga”.
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Figura No. 11: Fugas de flujo en una grieta
Por lo tanto, si se espolvorean partículas magnéticas sobre el citado imán, éstas serán atraídas
por los polos creados por la grieta, produciendo una indicación, por la concentración de
partículas en la zona de la grieta.
Una grieta en el imán de barra producirá un efecto similar, por lo que también causará fugas
de flujo, como se observa en la figura No. 12.
Figura No. 12: Grieta en un imán de barra
Las líneas de fuerza en el fondo de la grieta tienden a seguir el camino de menor resistencia
magnética y permanecen en el imán. Aquellas líneas de fuerza que saltan por encima y a
través de la grieta, causan fugas de flujo (campos de fuga), debido a la formación de polos
norte y sur originados por la grieta.
Si ahora, también consideramos un imán de barra con un corte en el centro, ver figura No. 13,
también se tendrán fugas de flujo.
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Figura No. 13: Ranura en un imán de barra
El imán con el corte en el centro se comporta de la misma forma que el imán de barra con la
grieta. En cualquier imán, los materiales como el hierro y el acero serán atraídos hacia sus
polos magnéticos.
Cuando se detecta una discontinuidad abierta a la superficie, tal como una grieta, se forman
indicaciones angostas y bien definidas.
1) Superficies onduladas
Si ahora observamos una irregularidad superficial, tal como una superficie ondulada, como
muestra la figura No.14, en la zona de la superficie irregular ondulada, las líneas de fuerza
permanecen dentro del imán.
Como ya se mencionó, las líneas de fuerza tienden a seguir el camino de menor resistencia
magnética, por lo cual permanecen dentro del imán. Como resultado, no se crean polos
magnéticos por lo que no existen fugas de flujo.
Figura No. 14: Superficie ondulada
b. Discontinuidades subsuperficiales
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Supongamos ahora que tenemos otro imán, que contiene una grieta subsuperficial. Con ésta
grieta subsuperficial algunas de las líneas de fuerza pasan por encima y por debajo de ella.
Algunas pasan a través de la grieta y, si la discontinuidad esta cerca de la superficie, algunas
son forzadas a salir a la superficie, provocando fugas de flujo, como ilustra la figura No. 15.
Si espolvoreamos partículas magnéticas, se producirá una acumulación de partículas donde se
encuentran las fugas de flujo.
Figura No. 15: Discontinuidad subsuperficial
Cuando se detecta una discontinuidad subsuperficial normalmente se forman indicaciones
anchas y difusas. El tamaño y la intensidad de la indicación dependen de: la proximidad de la
discontinuidad con la superficie, el tamaño y orientación de la discontinuidad, la intensidad y
distribución del flujo magnético.
c. Fuerza de un campo de fuga
La distorsión o fuerza de un campo de fuga, producido por una discontinuidad, depende de
varios factores indicados a continuación:
1.- El número de las líneas de fuerza; éste factor es afectado por varias características de la
propia discontinuidad:
a) El ancho de la discontinuidad (la distancia entre sus polos).
b) La longitud de la discontinuidad.
c) La profundidad de la discontinuidad.
d) La forma de la discontinuidad.
e) La orientación de la discontinuidad. La discontinuidad debe estar orientada a 90°, y hasta
45°, con respecto a la dirección del flujo magnético.
2.- La condición de la superficie.
3.- La fuerza del flujo magnético generado, el cual es controlado por el amperaje utilizado
para generar el campo magnético.
La fuerza del campo de fuga determina directamente el número de partículas magnéticas que
pueden ser atraídas para formar una indicación.
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d. Formación de indicaciones
Cuando las partículas magnéticas son atraídas al sitio donde se localiza una fuga de flujo,
ellas producen una indicación que es visible para el ojo humano, bajo condiciones de
iluminación adecuada. La formación de las indicaciones depende de las características de las
líneas de fuerza.
Cuando las partículas son atraídas hacia las fugas de flujo y se acercan a los polos
magnéticos, más líneas de flujo fluyen hacia ellas. Esto concentra las líneas de flujo a través
de los caminos de baja reluctancia que forman las partículas de material ferromagnético. Esta
es la acción principal que provoca que las partículas sean recolectadas por las fugas de flujo y
subsecuentemente formen indicaciones de discontinuidades.
Ya que las partículas magnéticas son solamente atraídas y se mantienen donde las líneas de
fuerza salen y entran de la superficie de la pieza inspeccionada, no se producen indicaciones
verdaderas a menos que las líneas de fuerza crucen una discontinuidad.
CAPÍTULO IV: Magnetización con corriente eléctrica
a. Campo circular
1). Campo alrededor de un conductor
Cuando una corriente eléctrica circula por un conductor, se crea un campo magnético
circular, como se muestra en la figura No. 16.
El campo magnético alrededor de un conductor existe a todo lo largo del conductor por el que
fluye corriente eléctrica. Cuando el conductor tiene una configuración uniforme, la densidad
de flujo o número de líneas de fuerza por unidad de área, es uniforme a lo largo del conductor
y es directamente proporcional a la intensidad de la corriente eléctrica, y disminuye con el
incremento de distancia desde el conductor.
Variando la intensidad de la corriente eléctrica en el conductor, el número de líneas de fuerza
variará en el campo magnético. Al incrementar la fuerza de magnetización (la intensidad de
la corriente eléctrica) se incrementa el número de las líneas de fuerza, resultando en un
incremento de la densidad del campo magnético. Y en el caso contrario, al reducir la fuerza
de magnetización se reduce la densidad del campo magnético.
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Figura No. 16: Campo magnético alrededor de un conductor
La magnetización circular utiliza los principios del establecimiento de un campo magnético
por inducción. Debido a que el cobre y el aluminio son materiales no magnéticos, las líneas
de fuerza no permanecerán en el material. En su lugar, el campo magnético se establece
alrededor del material.
Una característica de los campos magnéticos circulares es que las líneas de fuerza forman
circuitos completos sin que existan polos magnéticos.
2). Regla de la mano derecha
La forma más sencilla para determinar la dirección de las líneas de fuerza, alrededor de un
conductor recto en el que fluye corriente eléctrica y en cual se conoce el sentido del flujo de
corriente, es la regla de la mano derecha, ver la figura No. 17.
Figura No. 17: Regla de la mano derecha
Esta ayuda simple requiere imaginar que el conductor se empuña con la mano derecha, con el
dedo pulgar apuntando en la dirección del flujo de corriente eléctrica (de positivo a negativo)
y los dedos restantes, cerrados alrededor del conductor, estarán indicando la dirección y el
sentido en los que fluyen las líneas de fuerza.
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Raramente es de importancia práctica el sentido actual del campo magnético, lo más
importante del concepto es que la dirección del campo magnético tiene una relación
perpendicular con la dirección del flujo de corriente.
La regla de la mano derecha funciona idénticamente para materiales magnéticos y no
magnéticos. La única diferencia entre los dos, es que el campo magnético se forma fuera del
material no magnético, y en el material magnético el campo permanece en su interior.
3). Magnetización circular inducida en materiales
Cuando fluye una corriente eléctrica a través de un material ferromagnético, el campo
magnético se establece dentro del material. Las líneas de fuerza permanecen dentro de él,
porque es permeable y las conduce fácilmente. También en este caso el campo magnético se
encuentra a 90° con respecto a la dirección del flujo de corriente eléctrica.
En la práctica, la magnetización circular se realiza de dos formas:
(3.1). Pasando corriente eléctrica directamente a través de la pieza
3.1.1). Piezas largas cilíndricas sólidas
Por ejemplo, en la inspección de una barra de material ferromagnético, se conoce como
magnetización entre cabezales y produce un campo magnético circular, como se ilustra en la
figura No. 18.
Figura No. 18: Inspección de una barra sólida
Cuando una barra es magnetizada entre cabezales, el campo magnético es más fuerte cerca de
la superficie de la barra. El campo se incrementa desde cero, en el centro de la barra, hasta un
máximo en la superficie.
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La figura No. 19 muestra la distribución gráfica del campo magnético generado en una barra
de acero redonda. La intensidad o fuerza del campo magnético es referida, a menudo, como la
densidad de flujo.
Figura No. 19: Distribución del campo magnético
En la gráfica anterior se puede observar que la intensidad del campo (fuerza), es cero en el
centro de la barra. La densidad de flujo se incrementa gradualmente hasta alcanzar su
máximo valor (F1) en la superficie de la barra. También, se puede observar que
inmediatamente fuera de la superficie de la barra, la fuerza del campo decrece rápidamente.
La mayor pérdida es inmediata y el remanente es imperceptible.
3.1.2). Piezas de forma irregular
Si consideramos una barra de acero cuadrada, cuando circula una corriente a través de ella, en
su interior será establecido un campo magnético circular, ver la figura No. 20.
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Figura No. 20: Barra cuadrada
(3.2). Pasando corriente eléctrica a través de un conductor central
3.2.1. Piezas tubulares
Cuando se inspeccionan tubos pasando corriente eléctrica a través de ellos, el flujo magnético
se eleva hacia la superficie externa, con un flujo casi imperceptible en la superficie interna.
Pero, la superficie interna puede ser tan importante como la superficie externa para detectar
discontinuidades.
Con un campo magnético creado alrededor de un conductor, es posible inducir un campo
satisfactorio en un tubo, tanto en la superficie externa como en la superficie interna.
Recordemos que en un conductor en el que fluye una corriente eléctrica se crea un campo
magnético en su alrededor, con las líneas de fuerza que giran alrededor del conductor, y lo
hacen en sentido contrario a las manecillas del reloj.
Esta forma de inspección se lleva a cabo insertando una barra de cobre, o de algún otro
material conductor, a través del componente y pasando la corriente eléctrica a través de la
barra, ver la figura No. 21.
Este método es llamado magnetización con “conductor central”.
Figura No. 21: Conductor central en la inspección de un tubo
Alrededor del conductor central se crea un campo magnético circular que se induce en la
pieza. Debido a que la densidad de flujo es máxima en la superficie del conductor, el campo
magnético inducido en la pieza será el máximo. Utilizando el conductor central, se
establecerá el flujo magnético en las superficies interna y externa de la pieza. La densidad de
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flujo es máxima en la superficie interna y dependiendo del espesor de pared, algo menor en la
superficie externa como se ilustra en la figura No. 22.
Figura No. 22: Conductor central en la inspección de un tubo
4). Métodos de magnetización circular
La magnetización circular induce un campo magnético dentro de las piezas en tres formas:
Por inducción directa, que se conoce como magnetización entre cabezales.
Inducción directa por medio de electrodos.
Inducción indirecta, conocida como magnetización con conductor central.
(4.1). Magnetización entre cabezales (por placas de contacto)
En este método de magnetización las placas de contacto introducen la corriente en la pieza
inspeccionada, como a un conductor, y se crea un campo circular a su alrededor, ver la figura
No. 23.
La inspección debe ser realizada de tal manera que las superficies de la pieza no sean dañadas
físicamente por la presión ejercida, o bien, por el calor producido por un arco eléctrico o alta
resistencia en los puntos de contacto. Para asegurar que la resistencia al paso de corriente sea
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lo más baja posible y evitar quemadas en la superficie de la pieza, los puntos de contacto
deben ser lo más grandes posible.
La magnitud de la corriente utilizada depende de las dimensiones transversales (el diámetro)
de la pieza.
Figura No. 23: Magnetización entre cabezales
(4.2). Electrodos (puntas de contacto)
Los electrodos, o puntas de contacto, son conductores de corriente, los cuales se utilizan para
magnetizar áreas localizadas.
Las puntas usadas son típicamente barras de cobre de 3/4” de diámetro y de 6” a 8” de
longitud, montadas en soportes o manerales individuales o duales, como se observa en las
figuras No. 24 y 25, y pueden contar con puntas de contacto de cobre o aluminio
intercambiables, y un interruptor integrado.
Debe tenerse mucha precaución debido a la posibilidad de producir quemaduras por arco en
las piezas inspeccionadas, específicamente en los puntos de contacto, por lo cual las puntas
de contacto deben mantenerse limpias. Con esta técnica se produce un campo circular
alrededor de las puntas.
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Figura No. 24: Puntas de contacto con manerales individuales
Figura No. 25: Puntas de contacto con manerales duales o dobles
Existen algunas variables de la técnica para su aplicación: utilizando imánes o pinzas. Las
puntas se conectan a la fuente de corriente mediante cables que normalmente son flexibles de
calibre 00 con cubierta de hule. Hasta donde sea práctico, los cables deben ser lo más cortos
posible.
La magnitud de la corriente utilizada depende del espesor de la pieza inspeccionada y de la
separación entre las puntas.
Se considera que la magnetización es más efectiva cuando las puntas están separadas de 15 a
20 cm (6 a 8 pulgadas), pero pueden usarse con separaciones de 7.6 a 20 cm (3 a 8 pulgadas).
(4.3). Magnetización con conductor central
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Para la inspección de piezas cilíndricas huecas, por ejemplo tubos o anillos, se utiliza un
conductor central que induce un campo circular, como se ilustra en las figuras No. 26 y 27.
Figura No. 26: Magnetización con conductor central
Figura No. 27: Magnetización de piezas con forma de anillo
La posición del conductor puede ser diferente, ver la figura No. 28, y es muy importante:
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a) Si el conductor se coloca al centro de la pieza, el campo es simétrico alrededor.
b) Si el conductor se coloca adyacente a la superficie interna de la pieza, el campo es más
fuerte en la pared cercana al conductor.
Para la inspección de tubos pequeños es preferible que el conductor sea colocado al centro,
para que el campo sea uniforme para la detección de las discontinuidades que existen en
cualquier punto sobre las superficies del tubo. Sin embargo, en el caso de tubos, anillos o
recipientes a presión de diámetros grandes, la corriente necesaria para producir campos
magnéticos con la fuerza adecuada para la inspección de la circunferencia completa, podría
ser excesivamente grande.
Figura No. 28: Posición del conductor central
En cambio, colocando el conductor adyacente a la pared, dejando activada la corriente o
realizando una serie de “disparos” conforme el tubo es girado sobre su eje, puede ser
producido un campo con la fuerza suficiente, y utilizando corrientes mucho menores. Para
este caso, se considera que la región efectiva para la inspección es de aproximadamente
cuatro veces el diámetro del conductor central, como se ilustra en la figura No. 28.
La ventaja principal de utilizar un conductor central es que, al no existir contacto entre el
conductor y la pieza inspeccionada, virtualmente se elimina la posibilidad de quemaduras por
arco.
La magnitud de la corriente utilizada depende de varios factores, por ejemplo la posición del
conductor, el diámetro exterior y el espesor de la pieza, y el diámetro del conductor.
Con el conductor colocado al centro de la pieza el campo producido es máximo en su
superficie interna, y los requisitos de corriente de magnetización son los mismos que para una
pieza sólida con el mismo diámetro exterior.
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En algunas ocasiones las piezas inspeccionadas son demasiado grandes, cuando este caso se
presenta, se puede emplear el cable que conduce la corriente eléctrica desde el generador,
como conductor central.
5). Discontinuidades detectadas con campo circular
Un campo magnético circular es adecuado para detectar discontinuidades que sean
transversales al flujo magnético, en este caso, que sean paralelas al eje de la pieza
inspeccionada, como se ilustra en la figura No. 29. Una discontinuidad que sea paralela al
flujo magnético no provocará fugas de flujo y no serán atraídas las partículas magnéticas.
Figura No. 29: Discontinuidades detectadas con campo circular
b. Campo longitudinal
Con un campo magnético longitudinal, la pieza se magnetiza en su longitud. El imán de tipo
barra es un buen ejemplo de un campo magnético longitudinal, como se observa en la figura
No. 29-A.Las líneas de fuerza viajan a través de la longitud de la barra, de sur a norte.
Cualquier discontinuidad que forme un ángulo comprendido entre 45° y 90°, con respecto a
las líneas de fuerza, provocará fugas de flujo que ejercerán la atracción de partículas
magnéticas.
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Figura No. 29-A: Campo longitudinal en un imán de barra
1). Campo producido por flujo de corriente en una bobina
La magnetización longitudinal se produce pasando corriente a través de un conductor
eléctrico enrollado en espiras múltiples o bobina. Ya que las líneas de fuerza forman circuitos
cerrados, entran al espacio interno de la bobina salen y giran alrededor de ella, por la parte
externa, de forma “toroidal”, ver figura No. 30.
Figura No. 30: Campo longitudinal producido por una bobina
Entonces, el campo producido es paralelo al eje de la bobina. Los conductores eléctricos
enrollados, que forman una bobina, son frecuentemente identificados como “solenoides”,
como se ilustra en las figuras No. 31,32 y 33.
Figura No. 31: Bobina construida con cable enrollado, solenoide
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Figura No. 32: Magnetización con cable enrollado
Figura No. 33: Magnetización con bobina prefabricada
2). Dirección del campo en un cable de corriente de la bobina
Como se puede observar en las Figuras 31, la dirección del campo magnético de un cable de
corriente tomando en consideración la dirección del Flujo de la corriente va en sentido
horario a las agujas del reloj (Aplicando la regla de la mano derecha). Si se invierte la
dirección del flujo de la corriente sucede todo lo contrario, por lo tanto el campo magnético
credo va en sentido anti horario a las agujas del reloj. Cabe destacar que el Campo magnético
creado alrededor del cable es circular.
3). Intensidad del campo producido por una bobina
La mayor densidad del campo se encuentra cerca de la superficie interna de la bobina y
disminuye hacia el centro de la bobina. La unidad de medición de la intensidad en una bobina
es amperios-vuelta (NI), esto es el amperaje actual multiplicado por el número de vueltas o
espiras de la bobina. El campo efectivo se extiende hacia ambos lados de la bobina. Para
hierro suave, el cual es altamente permeable, corresponde a una distancia de 22.86 cm (9”); la
longitud efectiva para acero duro, el cual tiene baja permeabilidad, es de 15.24 cm (6”).
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De lo anterior se puede concluir que cualquier discontinuidad dentro del rango de 15.24 cm a
22.86 cm (6” a 9”) hacia ambos lados de la bobina, desarrollará fugas de flujo con suficiente
fuerza para atraer partículas magnéticas. Las discontinuidades que no se encuentren dentro
del rango mencionado no producirán fugas de flujo con suficiente fuerza; en otras palabras,
una pieza mayor de 30.48 cm a 45.72 cm (12” a 18”) necesitaría, al menos, dos
magnetizaciones para que sean atraídas las partículas magnéticas hacia las discontinuidades.
Por ejemplo, de acuerdo con la figura No. 34 la pieza deberá desplazarse hacia la derecha, de
tal forma que la discontinuidad quede entre 15.24 cm a 22.86 cm (6” a 9”) a partir del
extremo de la bobina.
Figura No. 34: Magnetización con bobina de una pieza larga
(3.1) Campo magnético inducido por yugo electromagnético
Los yugos son equipos portátiles en forma de “C” (herradura), los cuales, inducen un campo
magnético longitudinal entre sus polos (piernas), y son usados para magnetización local.
El campo magnético es generado en un sistema de bobina, localizada dentro del yugo, y
transmitido a la pieza a través de sus polos. En la magnetización con yugo no existe el riesgo
de producir quemadas por arco, gracias a que se transmite a la pieza solamente el campo
magnético, la corriente no entra a la pieza, ver la figura No. 35.
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Figura No. 35: Magnetización con yugo
Existen yugos electromagnéticos que operan con corriente alterna solamente y otros que
operan con corriente alterna y rectificada de media onda. Pueden contar con piernas fijas o
articuladas, las cuales permiten ajustar el contacto en superficies irregulares o en superficies
unidas en ángulo, como el que se ilustra en la figura No. 36.
Figura No. 36: Yugo
electromagnético
El valor de la corriente de
magnetización utilizada depende del modelo del yugo. La magnetización con yugo es más
efectiva cuando las piernas se encuentran separadas entre 7.6 cm y 20 cm (3 a 8 pulgadas).
4). Discontinuidades detectadas con campo longitudinal
En conclusión, mencionaremos que con la magnetización longitudinal (bobina, cable
enrollado y yugo) se pueden detectar discontinuidades perpendiculares a la dirección del flujo
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magnético (90°) y hasta 45°, esto significa que, en el caso de la bobina y el cable enrollado,
serán detectadas las discontinuidades transversales al eje de la pieza, como se muestra en la
figura No. 37.
Figura No. 37: Discontinuidades detectadas con bobina
5). Ventajas de la magnetización longitudinal
La magnetización longitudinal ofrece la facilidad de inspeccionar piezas con posibles
discontinuidades orientadas transversalmente al eje principal, por ejemplo en barras, flechas,
tubos, etc. La rapidez y forma práctica de colocar la bobina sobre la pieza, permite realizar
con agilidad la inspección.
6). Desventajas de la magnetización longitudinal
 Se requiere de desmagnetización de las piezas inspeccionadas.(Lo determina el
criterio del uso posterior de la pieza).
 Se requiere de un equipo para la desmagnetización.
 No se pueden detectar defectos longitudinales.
 Cuando las piezas a inspeccionar sean de longitud mayor a las 9 pulg, se deben
considerar algunas variables, como por ejemplo; los disparos de corrientes que se
deben aplicar a la pieza para garantizar una completa magnetización de la misma.
CAPÍTULO V: Selección del método apropiado de magnetización
a. Aleación, forma y condiciones de la pieza
La aleación del objeto inspeccionado es importante porque ya mencionamos que de ello
depende la permeabilidad de un material. Para la aplicación de este método son una limitante
las aleaciones con alto contenido de níquel y cromo, que vienen siendo los aceros inoxidables
y austeníticos en general.
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La forma de identificar estos materiales es por medio de un imán; si el imán se adhiere
fuertemente a la pieza, es indudable que el método de partículas magnéticas se puede aplicar;
si la adherencia es muy débil, se recomienda utilizar otro método de examen. La forma
geométrica de las piezas también es una limitante para el método ya que las esquinas, los
chaveteros, los estriados, los barrenos, etc., producen indicaciones falsas o indicaciones no
relevantes.
Así mismo, se debe tener en cuenta si la pieza fue sometida a un tratamiento térmico o si ha
sido trabajada en frío o en caliente, o si es nueva o usada, es decir, se deben tomar en cuenta
las condiciones de las piezas porque de ello depende, en gran parte, la interpretación y
evaluación de las indicaciones resultantes ya que pueden ser relevantes o no relevantes.
b. Tipo de corriente de magnetización
Con la expansión y desarrollo de los procesos de inspección por partículas magnéticas y los
continuos avances en los circuitos eléctricos, hoy en día se encuentran disponibles varios
tipos de corrientes de magnetización.
1). Corriente alterna
La corriente alterna (CA) es el tipo más conveniente de corriente eléctrica debido a que es
utilizada para casi todos los servicios. Su rango de voltaje comercialmente disponible es de
110 a 440 voltios. Los circuitos eléctricos para producir CA son simples y relativamente
baratos, porque solo se requiere transformar el suministro comercial en voltajes bajos y
corrientes de magnetización con altos amperajes. Por todo esto, la (CA) es el tipo de corriente
más ampliamente utilizada para efectuar la prueba por partículas magnéticas.
La fase de (CA) simple (comúnmente utilizada) requiere de dos conductores y dirección
inversa a razón de 50 o 60 ciclos por segundo, como se muestra en la curva sinusoidal de
(CA) de la figura No. 38.
La corriente alterna puede ser aumentada o disminuida con relativa facilidad y economía
mediante el uso de transformadores. Por lo tanto, la (CA) puede convertirse fácilmente a los
altos amperajes utilizados en la prueba por partículas magnéticas.
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Figura No. 38: La corriente alterna
La corriente alterna tiene poca capacidad de penetración, por lo que, el campo magnético
inducido por la CA se concentra cerca de la superficie de la pieza que está siendo
magnetizada, a esto se le conoce como “efecto de piel”. Por tal razón, la CA es considerada
como la mejor para detectar discontinuidades superficiales.
Debido a que la CA cambia continuamente de dirección, a razón de 60 ciclos por segundo, el
cambio de dirección constante del campo magnético tiene la tendencia de agitar o
proporcionarles movilidad a las partículas magnéticas. Esto provoca que las partículas sean
atraídas más fácilmente a los campos producidos por las fugas de flujo.
Los campos magnéticos producidos por CA son muy fáciles de remover durante la
desmagnetización.
2). Corriente directa rectificada de media onda
Cuando se rectifica una fase de CA, la corriente resultante es conocida como corriente directa
rectificada de media onda (CDRMO). Esto significa simplemente que la polaridad inversa o
porción negativa de la curva sinusoidal de CA es eliminada, como se muestra en la figura No.
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Figura No. 39: Corriente directa rectificada de media onda
La corriente directa rectificada de media onda consiste de pulsos individuales de corriente
alterna, con intervalos de tiempo en los que no fluye corriente, ver la figura No. 40.
Figura No. 40: Corriente directa rectificada de media onda
Cada pulso dura medio ciclo, lo que resulta en una corriente que fluye en una sola dirección.
La corriente máxima de pico es la misma que la de la corriente alterna, y el valor de la
corriente promedio es considerablemente menor que la corriente pico. Aunque la corriente
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directa es rectificada de media onda es un tipo de corriente directa, se identifica como
CDRMO (HWDC por su nombre en inglés Half Wave Direct Current), lo que permite
diferenciarla de la verdadera CD. En la inspección por partículas magnéticas, una diferencia
importante entre la corriente alterna y la CDRMO y CD, es que los campos producidos por
estas últimas penetran en la pieza.
La corriente directa rectificada de media onda tiene un valor de densidad de flujo de cero en
el centro de la pieza inspeccionada, y se incrementa hasta que alcanza un valor máximo en la
superficie, por lo que, la densidad de flujo en el interior de una pieza es mucho mayor con
CDRMO y CD que con CA.
Entonces, la CDRMO y la CD se emplean siempre en los ensayos para detectar
discontinuidades subsuperficiales, aunque se podrá detectar también discontinuidades
superficiales, pero no son tan eficaces como la CA para éste último caso. La mejor aplicación
de la CDRMO es en la inspección de soldaduras y fundiciones, en combinación con el uso de
polvo seco y magnetización con puntas.
Bien. Ahora veamos como sucede esta rectificación desde el punto de vista electrónico
haciendo uso de Puentes Rectificadores;
Entradas senoidales; Rectificación de media onda
El análisis de los diodos se ampliará para incluir las funciones variables en el tiempo tales
como la forma de onda senoidal y la onda cuadrada.
La red más simple que se examinará con una señal variable en el tiempo aparece en la figura
A. Por el momento se utilizará el modelo ideal para asegurar que el sistema no se dificulte
por la complejidad matemática adicional.
Figura A: Puente rectificador de media onda
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A través de un ciclo completo, definido por el periodo “T” de la figura A, el valor promedio
(la suma algebraica de las áreas arriba y abajo del eje) es cero. El circuito de la figura A,
llamado rectificador de media onda, generará una forma de onda Vo , la cual tendrá un valor
promedio de uso particular en el proceso de conversión de AC a DC. Cuando un diodo se usa
en el proceso de rectificación, es común que se le llame rectificador. Sus valores nominales
de potencia y corriente son normalmente mucho más altos que los diodos que se usan en otras
aplicaciones, como en computadoras o sistemas de comunicación.
Figura B: Región de conducción (0-T/2)
Durante el intervalo t= 0 T/2 en la figura A, la polaridad del voltaje aplicado Vi es como para
establecer "preciso" en la dirección que se indica, y encender el diodo con la polaridad
indicada arriba del diodo. Al sustituir la equivalencia de circuito cerrado por el diodo dará
por resultado el circuito equivalente de la figura B, donde parece muy obvio que la señal de
salida es una réplica exacta de la señal aplicada. Las dos terminales que definen el voltaje de
salida están conectadas directamente a la señal aplicada mediante la equivalencia de corto
circuito del diodo.
Para el periodo T/2 T, la polaridad de la entrada Vi es como se indica en la figura C, y la
polaridad resultante a través del diodo ideal produce un estado "apagado" con un equivalente
de circuito abierto. El resultado es la ausencia de una trayectoria para el flujo de carga y
Vo= iR= (0)R=0 V para el periodo T/2 T. La entrada Vi y la salida Vo se dibujaron juntas en
la figura D con el propósito de establecer una comparación. Ahora, la señal de salida Vo tiene
un área neta positiva arriba del eje sobre un periodo completo, y un valor promedio
determinado por:
Vdc = 0.318 Vm Media onda (1.0)
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Figura C: Región de no conducción (T/2 – T).
Figura D: Señal rectificada de media onda.
Al proceso de eliminación de la mitad de la señal de entrada para establecer un nivel DC se le
llama rectificación de media onda.
El efecto del uso de un diodo de silicio con VT= 0.7 V se señala en la figura E para la región
de polarización directa. La señal aplicada debe ser ahora de por lo menos 0.7 V antes que el
diodo pueda "encender". Para los niveles de Vi menores que 0.7 el diodo aún está en estado
de circuito abierto y Vo = 0 V, como la misma figura. Cuando conduce, la diferencia entre
Vo y Vi se encuentra en un nivel fijo de VT= 0.7 V y Vo = Vi – VT, según se indica en la
figura. El efecto neto es una reducción en el área arriba del eje, la cual reduce de manera
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natural el nivel resultante del voltaje DC. Para las situaciones donde Vm >> VT, la siguiente
ecuación puede aplicarse para determinar el valor promedio con un alto nivel de exactitud.
Vdc = 0.318 (Vm – VT) (2.0)
Figura E: Efecto de VT sobre la señal rectificada de media onda.
Si Vm es suficientemente más grande que VT, la ecuación (1.0) es a menudo aplicada como
una primera aproximación de VDC.
(2.1). Ventajas del uso de corriente directa rectificada de media onda
Si se examinan las ventajas relacionadas con la CDRMO y CD, se obtienen las siguientes
conclusiones:
La densidad de flujo en una pieza se determina por la corriente máxima de pico de la
CDRMO.
Los requisitos de potencia y los efectos térmicos se determinan por la corriente
promedio.
Con base en lo anterior, se puede ver que una alta densidad de flujo se puede generar
utilizando el mínimo de corriente. La relación es aproximadamente 3 a 1 y la densidad de
flujo reflejara esta corriente pico.
Por ejemplo, si se utiliza una corriente promedio de 400 amperios, la corriente de pico estará
alrededor de 1.200 amperios y la densidad de flujo reflejará esta corriente máxima de pico.
Otra ventaja de la CDRMO es la fuerte acción de pulsaciones de flujo magnético. Esto sirve
para agitar las partículas magnéticas secas y las hace más sensibles a las fugas de flujo.
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Por estas razones, y como ya mencionamos, la CDRMO es empleada en equipos portátiles
para el método seco, gracias a que produce penetración y un buen poder de agitación de las
partículas para detectar discontinuidades subsuperficiales.
3). Corriente directa
Como se puede observar en la figura 41, la corriente directa es un flujo continuo de corriente
en una sola dirección. Una fuente común de CD es la batería o la pila normal. Una desventaja
del uso de CD es porque las altas corrientes sólo pueden ser mantenidas mientras la carga de
la batería o pila es adecuada y, muchas veces, es necesario contar con el flujo de corriente
durante intervalos de tiempo prolongados.
Figura No. 41: Corriente continua
4). Corriente directa rectificada de onda completa
Puede ser corriente de fase simple (Monofásica) o de tres fases (Trifásica).
(4.1). Corriente directa rectificada de onda completa de fase simple (Monofásica).
Con circuitos eléctricos no sólo es posible bloquear (o rectificar) el flujo negativo de la
corriente alterna, sino también invertirlo, para duplicar el número de pulsos positivos. La
figura No. 42 muestra la forma de la corriente alterna rectificada de onda completa de fase
simple, normalmente identificada como corriente directa de onda completa de fase simple.
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34
Figura No. 42: Corriente directa de onda completa de fase simple
Esencialmente, tiene la misma habilidad de penetración que la corriente directa de onda
completa de tres fases. Por lo simple de sus componentes el costo inicial del equipo es mucho
menor que el equipo de onda completa de tres fases.
(4.2). Corriente directa rectificada de onda completa de tres fases (trifásica)
Tiene las ventajas de la corriente directa de onda completa de fase simple (monofásica) más
algunos beneficios adicionales. La demanda de corriente está balanceada y se reduce a la
mitad. La corriente de tres fases es la más usada para la inspección por partículas magnéticas
en equipos de alto poder, por ejemplo con capacidades de hasta 20.000 amperios. Es el tipo
de corriente comúnmente utilizada cuando se emplea el método residual. Usted vio como se
puede rectificar la corriente alterna monofásica para obtener un tipo pulsante de corriente
continua. Ahora veamos qué podemos hacer con la corriente alterna trifásica.
Figura No.42-A
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Si esta corriente es rectificada en media onda, obtenemos una corriente continua pulsante,
pero la porción sombreada se parece ahora más a la corriente continua suministrada por una
batería.
Si el flujo de la corriente negativa fuese invertido, habría el doble numero de picos, cada
valle entre pico sería llenado por otro pico, como se muestran las curvas punteadas en esta
ilustración.
Figura No.42-B
La rectificación de onda completa invierte la dirección de la parte negativa de la curva y toda
la corriente fluye en la misma dirección. Tendríamos el doble número de picos sobre la curva
positiva. Como se muestra a continuación en la figura 42-C.
Figura 42-C.
Para todos los fines prácticos esta corriente es igual a la corriente continua de batería. Tiene
un valor casi constante con solo una leve ondulación.
Veamos también al igual que la rectificación de media onda, como ocurre esta rectificación
completa de la onda haciendo uso de puentes rectificadores
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36
Rectificación de onda completa
Puente de diodos
El nivel de DC que se obtiene a partir de una entrada senoidal puede mejorar al 100% si se
utiliza un proceso que se llama rectificación de onda completa, La red más familiar para
llevar a cabo la función aparece en la figura A, con sus cuatro diodos en una configuración en
forma de puente. Durante el periodo t= 0 a T/2 la polaridad de la entrada se muestra en la
figura B. Las polaridades resultantes a través de los diodos ideales también se señalan en la
figura B para mostrar que D2 y D3 están conduciendo, en tanto que D1 y D4 se hallan en
estado "apagado". El resultado neto es la configuración de la figura C, con su corriente y
polaridad indicadas a través de R. Debido a que los diodos son ideales, el voltaje de carga
Vo = Vi, según se muestra en la misma figura.
Figura A: Puente rectificador de onda completa
Figura B: Red de la figura 6 para el periodo 0 – T/2 del voltaje de entrada Vi
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Figura C: Trayectoria de conducción para la región positiva de Vi.
Para la región negativa de la entrada los diodos conductores son D1 y D4, generando la
configuración de la figura D. El resultado importante es que la polaridad a través de la
resistencia de carga R es la misma que en la figura B, estableciendo un segundo pulso
positivo, como se indica en la figura D. Después de un ciclo completo los voltajes de entrada
y de salida aparecerán según la figura E.
Figura D: Trayectoria de conducción para la región negativa de Vi.
Figura E: Formas de onda de entrada y salida para rectificador de onda completa
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Debido a que el área arriba del eje para un ciclo completo es ahora doble, en comparación
con la obtenida para un sistema de media onda, el nivel de DC también ha sido duplicado y
Vdc = 2( Ec. 2.7) = 2(0.318 Vm)
Onda completa (3.0)
Si se emplea diodos de silicio en lugar de los ideales como se indica en la figura F, una
aplicación de la ley de Kirchhoff alrededor de la trayectoria de conductancia resultaría
Vi – VT – Vo – VT = 0
Vo = Vi - 2VT
Y,
El valor pico para el voltaje de salida Vo es, por tanto,
Vo max = Vm - 2VT (4.0)
Para las situaciones donde Vm >> 2VT, Puede aplicarse la ecuación (4.0) para el valor
promedio con un nivel relativamente alto de precisión.
Figura F: Determinación de Vomax para los diodos de silicio en la configuración puente.
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39
Si Vm es lo suficiente más grande que 2VT, entonces la ecuación (3.0) a menudo se aplica
como una primera aproximación para Vdc.
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40
c. Dirección del campo magnético.
Se debe seleccionar la dirección del campo magnético considerando la dirección y el tipo de
discontinuidades ó defectos producidos en el proceso de fabricación del producto que se va a
inspeccionar.
d. Requisitos de corriente
1). Para magnetización circular
La cantidad de corriente eléctrica empleada varía con la forma de la pieza y con la
permeabilidad del material. Demasiada corriente puede quemar la pieza o la puede saturar,
causando un exceso de concentración de partículas magnéticas. Por otro lado, insuficiente
corriente puede provocar la falta de flujo, para que sean atraídas las partículas magnéticas.
Debido a que no existen muchas variables involucradas para determinar los requisitos de
corriente para piezas individuales, para calcular la corriente de magnetización necesaria para
una magnetización circular entre cabezales y con conductor central, tradicionalmente se ha
utilizado la siguiente regla: “de 700 a 900 amperios por pulgada del diámetro de la pieza” (el
diámetro se refiere al diámetro exterior en el caso de componentes tubulares inspeccionados
con conductor central). Algunos documentos la consideran como parte de sus
recomendaciones, como es el caso del Código ASME para Recipientes a presión y calderas,
Sección V, Artículo 7.
Recordemos que el campo circular alrededor de un conductor de sección transversal uniforme
(redonda, cuadrada, etc.), es uniforme, constante y simétrico a lo largo de la longitud total del
conductor.
Ejemplos de aplicación de la regla en componentes redondos:
1. Para magnetizar una barra de 3/4 pulgada de diámetro se necesita una corriente de
magnetización de 525 a 675 amperios, ver la figura No. 43a.
2. Para magnetizar una barra de 1 pulgada de diámetro se necesita una corriente de
magnetización de 700 a 900 amperios, ver la figura No. 43b.
3. Para magnetizar una barra de 4 pulgadas de diámetro se necesita una corriente de
magnetización de 2.800 a 3.600 amperios, ver la figura No. 43c.
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Figura No. 43: Requisitos de corriente para magnetización circular
Conforme la sección transversal o forma de la pieza inspeccionada es más compleja, se
incrementa la dificultad para determinar el camino probable del campo magnético. Formas
complicadas pueden requerir experimentación y magnetización por separado en varias
proyecciones de la pieza, para asegurar la dirección adecuada del campo y la corriente de
magnetización, en todas sus localizaciones.
Por ejemplo, cuando se magnetiza una pieza de sección transversal cuadrada o rectangular, la
fuerza del campo generado no es uniforme. La fuerza del campo se reduce rápidamente hacia
las esquinas, con una fuerza de solamente la mitad que en el centro de las caras. Cuando la
sección transversal de la pieza varía grandemente, la regla no es práctica. Con esta regla, la
corriente de magnetización determinada puede ser altamente irreal. Además, conforme el
tamaño de la pieza que será magnetizada se incrementa, la regla también es muchas veces
impráctica. En resumen, cuando se inspeccionan formas y secciones transversales irregulares,
es más difícil calcular la corriente de magnetización necesaria, por lo tanto, es mejor aplicar
la regla en objetos de forma cilíndrica uniforme. La regla para el uso de 700 a 900 amperios
por pulgada también se aplica para la magnetización circular con conductor central. En éste
caso estamos tratando con piezas huecas, como las que se ilustran en la figura No. 44, así que
se toma el diámetro exterior de la pieza como si fuera el diámetro o espesor de una pieza
sólida.
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42
Figura No. 44: Piezas huecas
2). Para magnetización longitudinal
El diámetro de la bobina con relación a la dimensión y forma del objeto que está siendo
magnetizado, es un factor importante para asegurar la magnetización adecuada. En particular,
cuando se decide la cantidad de corriente que debe utilizarse para realizar una magnetización
adecuada, la longitud y el diámetro de la pieza deben ser considerados con relación a la
longitud y el diámetro de la bobina. La relación del área de la sección transversal de la pieza
magnetizada, con respecto al área de la sección transversal de la bobina es conocida como
“factor de llenado”.
En general, la relación entre el diámetro de la pieza y el diámetro de la bobina no debería ser
mayor a un décimo. Si la pieza es colocada adyacente a la pared interna de la bobina,
entonces el factor de llenado es menos importante.
La fuerza del campo que pasa a través del interior de una bobina es proporcional al producto
de la corriente, en amperios, y el número de vueltas de la bobina. Por lo tanto, variando la
corriente o el número de vueltas en la bobina se modifica la fuerza de magnetización de la
bobina. La unidad de medición de la fuerza de magnetización de una bobina es AmperiosVuelta (NI), que corresponde al amperaje actual multiplicado por el número de vueltas de la
bobina.
De acuerdo con el documento ASTM E -709, existen varias fórmulas empíricas que pueden
ser usadas para calcular la corriente de magnetización, dependiendo del factor de llenado.
Aunque, estas fórmulas son consideradas solamente por continuidad histórica. Se recomienda
que cuando sean usadas, estén limitadas a piezas de forma simple, y será más rápido y exacto
utilizar un magnetómetro o medidor de Tesla / gauss (Gauss-metro o Tesla-metro).
Las fórmulas son:
1. Bobinas con bajo factor de llenado. En este caso, el área de la sección transversal de la
bobina excede grandemente el área de la sección transversal de la pieza, esto es que el
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43
diámetro de la pieza es menor del 10% del diámetro interior de la bobina. Para una
magnetización adecuada, tales piezas deben ser adecuadamente colocadas dentro de la bobina
y cercanas a la pared interior de la bobina.
Con este bajo factor de llenado, la fuerza adecuada del campo, para piezas colocadas
excéntricamente y con una relación longitud entre diámetro (L/D) entre 3 y 15, es calculada
con las siguientes fórmulas:
Piezas con bajo factor de llenado colocadas cerca de la pared interna de la
bobina:
Donde:
N=Número de vueltas en la bobina
I =Corriente que será utilizada, en amperios (A)
45. 000 es una constante empírica
L=Radio de la bobina, en pulgadas
D=Longitud de la pieza, en pulgadas
LI=Diámetro de la pieza, en pulgadas
NI=Amperes-Vuelta
Piezas con bajo factor de llenado colocadas en el centro de la bobina:
Donde:
N=Número de vueltas en la bobina
I=Corriente que será utilizada, en amperios (A)
43.000 es una constante empírica
R=Radio de la bobina, en pulgadas
L=Longitud de la pieza, en pulgadas
D=Diámetro de la pieza, en pulgadas
NI= Amperes-Vuelta
2. Bobinas con factor intermedio de llenado. Cuando la sección transversal de la bobina es
mayor que dos veces pero menor que diez veces la sección transversal de la pieza
inspeccionada, la fórmula es:
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Donde:
N =Número de vueltas en la bobina
I =Corriente que será utilizada, en amperios (A)
NIafl =Valor de NI calculado para bobinas con alto factor de llenado
NIbfl = Valor de NI calculado para bobinas con bajo factor de llenado
Y =Relación del área de la sección transversal de la bobina y la sección transversal de la
pieza:
r1 = Radio de la bobina, en pulgadas
r2 = Radio de la pieza, en pulgadas
3. Bobinas con alto factor de llenado. En este caso, cuando son utilizadas bobinas fijas o el
cable es enrollado y el área de la sección transversal de la bobina es menor de dos veces el
área de la sección transversal de la pieza (incluyendo porciones huecas), la bobina tiene un
alto factor de llenado.
Piezas colocadas dentro de una bobina con alto factor de llenado y con una
relación longitud entre diámetro (L/D) igual o mayor que 3:
Donde:
N=Número de vueltas en la bobina
I=Corriente que será utilizada, en amperios (A)
35.000 es una constante empírica
L=Longitud de la pieza, en pulgadas
D=Diámetro de la pieza, en pulgadas
NI=Amperes-Vuelta
4. Relación (L/D) para una pieza hueca. Cuando se calcula la relación (L/D) para una pieza
hueca, (D) debe ser reemplazada por un diámetro efectivo (Def), calculado utilizando:
Def = [(At – Ah)/p]1/2
Donde:
At = Área de la sección transversal total de la pieza
Ah= Área de la sección transversal de la porción hueca de la pieza
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Para una pieza cilíndrica, esto es equivalente a:
Def = [(DE)2 – (DI) 2]1/2
Donde:
DE = Diámetro exterior del cilindro
DI = Diámetro interior del cilindro
Recordemos que la fuerza del campo magnético es la mayor en la pared interna de la bobina,
siendo núlo en el centro. Además, la longitud efectiva de un campo magnético longitudinal es
de 6 a 9 pulgadas, hacia ambos lados de la bobina, por lo que cualquier pieza cuya longitud
sea mayor de 18 pulgadas necesitará 2 o más magnetizaciones.
Cuando se utilizan estas fórmulas, se obtienen valores en amperios-vueltas (NI), por lo que,
para determinar la corriente necesaria para obtener una magnetización longitudinal adecuada,
éste valor debe dividirse entre el número de vueltas que tiene la bobina. La mayoría de las
bobinas prefabricadas cuentan con 3 a 5 vueltas.
e. Secuencia de operaciones
En la inspección por partículas magnéticas, la secuencia de operaciones se aplica a la relación
entre el tiempo que se toma para la aplicación de las partículas y el establecimiento del
campo magnético. El examen puede realizarse por medio de dos técnicas básicas
comúnmente empleadas en la industria continua y residual.
1). Magnetización continua. La magnetización continua se emplea en la mayoría de
aplicaciones, utilizando partículas secas o húmedas. Es la que debería ser utilizada a menos
que sea específicamente prohibida.
(1.1). Técnica de magnetización continua seca. A diferencia de una suspensión húmeda, las
partículas secas pierden casi toda su movilidad cuando entran en contacto con la superficie de
la pieza. Por ello, es imperativo que la pieza o el área de interés se encuentre bajo la
influencia del campo magnético, mientras las partículas se encuentren en el aire y libres, para
que sean atraídas hacia las fugas de flujo. Debido a lo anterior, la corriente de magnetización
debe empezar a fluir antes de la aplicación de las partículas secas, debe mantenerse hasta
después que se ha terminado la aplicación de las partículas y que cualquier exceso de
partículas ha sido removido, y hasta realizar una inspección visual.
(1.2). Técnica de magnetización continua húmeda. Generalmente se aplica en la
inspección de piezas en equipos estacionarios horizontales. Involucra el baño abundante de la
pieza con partículas, que termina antes de cortar la corriente de magnetización. La duración
del tiempo de magnetización es típicamente de 0.5 segundos con dos o más disparos.
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2). Magnetización residual. La inspección por el método residual no es tan sensible como el
método continuo. En esta técnica, el medio de inspección se aplica después que la corriente
de magnetización ha sido interrumpida. Se utiliza solamente si la pieza inspeccionada tiene
alta retentividad para que el magnetismo residual sea tan fuerte como para atraer y mantener
las partículas en los campos de fuga. Tiene gran aplicación en la inspección de tubería o
productos tubulares.
f) Determinación del valor de la densidad de flujo
El nivel de la densidad de flujo es crítico en la inspección por partículas magnéticas. Se debe
hacer énfasis que, para producir una buena indicación, la fuerza del campo magnético
generado debe ser adecuada y su dirección favorable. Además, para que las indicaciones sean
consistentes, la fuerza del campo debe ser controlada dentro de límites razonables.
Por todo lo anterior es obviamente importante que al aplicar la prueba por partículas
magnéticas el operador conozca cual es la fuerza del campo dentro de la pieza que está siendo
inspeccionada.
Los factores que afectan la densidad de flujo magnético generado son el tamaño, la forma, el
espesor y el tipo de material, y la técnica de magnetización. Ya que estos factores varían
ampliamente, es difícil establecer reglas rígidas para la densidad de flujo para cada
configuración. Hoy en día no existe un método aplicable conocido el cual permita la
medición exacta de la densidad de flujo en un punto dado dentro de cualquier pieza
magnetizada. Se encuentran disponibles varios tipos de medidores e indicadores que son
herramientas utilizadas para determinar, en forma cuantitativa y cualitativa, la densidad del
flujo magnético. Existen muchos medidores de campo, los cuales miden el campo magnético
en el aire, estos medidores casi siempre son usados para medir “H” (la fuerza de
magnetización), aunque pueden ser calibrados en Gauss o Teslas, las cuales son unidades de
densidad de flujo.
Otros medidores tienen un resorte y un imán permanente pequeño, estos proporcionan el
valor relativo de la fuerza del campo cerca de la superficie durante la magnetización. El nivel
de la densidad de flujo es crítico en la inspección por partículas magnéticas. Se debe hacer
énfasis que, para producir una buena indicación, la fuerza del campo magnético generado
debe ser adecuada y su dirección favorable. Además, para que las indicaciones sean
consistentes, la fuerza del campo debe ser controlada dentro de límites razonables. Por todo
lo anterior es obviamente importante que al aplicar la prueba por partículas magnéticas el
operador conozca cual es la fuerza del campo dentro de la pieza que está siendo
inspeccionada. Los factores que afectan la densidad de flujo magnético generado son el
tamaño, la forma, el espesor y el tipo de material, y la técnica de magnetización. Ya que estos
factores varían ampliamente, es difícil establecer reglas rígidas para la densidad de flujo para
cada configuración.
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Algunos otros tienen una bobina de contacto la cual proporciona una medición relativa de la
fuerza del campo magnético pero no proporciona la densidad de flujo, estos instrumentos
también pueden ser usados para determinar la dirección del flujo. Además, existen
instrumentos que cuentan con una sonda que funciona por efecto Hall, ver la figura No. 45,
los cuales proporcionan la medición del campo cerca de la superficie y muestran su dirección,
pero indican la componente H.
Algunas investigaciones muestran que los instrumentos que operan por Corrientes Eddy
pueden ser calibrados para medir la densidad de flujo y para determinar la dirección del
campo sin efectos de flujos estáticos externos.
Un documento de uso en la inspección por partículas magnéticas (ASTM E-709) requiere que
la fuerza del campo sea de 30 a 60 Gauss, el equivalente de 2.4 a 4.8 KA/m.
Figura No. 45: Instrumento electrónico para medir densidad de flujo
Ha sido desarrollada una variedad de accesorios simples, con el propósito de asegurar que el
campo en una pieza particular que está siendo inspeccionada es de magnitud y dirección
adecuada.
Estos accesorios son colocados sobre la superficie de la pieza que está siendo magnetizada,
funcionan provocando que parte del campo salga de la superficie de la pieza inspeccionada,
que pase a través del accesorio externo de prueba y que regrese otra vez a la pieza
inspeccionada.
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Algunos de estos accesorios son:
El indicador de campo magnético tipo pastel.
El indicador de campo del Prof. Berthold.
Los indicadores de magnetización de tipo placas con ranuras.
Estos indicadores consisten de piezas de hierro suave, dentro de las cuales ha sido maquinado
o insertado un “defecto artificial” normalmente en forma de ranura. La figura No. 46, 47 y 48
ilustran cada uno de estos tipos de indicadores.
Figura No. 46: Indicador de campo magnético tipo pastel
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Figura No. 47: Indicador de campo magnético Berthold
Figura No. 48: Placas con ranuras (indicadores de campo)
La pieza se magnetiza y las partículas son aplicadas normalmente. Si es mostrado el defecto
artificial, entonces se considera que la magnetización es adecuada, como se puede observar
en la figura No. 49. El nivel adecuado de sensibilidad para varios tamaños de
discontinuidades es alcanzado variando el ancho y profundidad del defecto artificial. Si son
usados adecuadamente estos accesorios son muy valiosos.
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Figura No. 49: Uso de un indicador de campo magnético
Otra forma práctica para determinar, en forma cualitativa, la densidad de flujo magnético es
utilizando discontinuidades conocidas. Esto es, realizando pruebas con piezas similares o
idénticas a las piezas que serán inspeccionadas que contengan discontinuidades conocidas.
Para usarse, el indicador es colocado sobre la pieza inspeccionada, de tal forma que el defecto
artificial esté en la dirección de las discontinuidades que se espera encontrar en la pieza. La
pieza se magnetiza y las partículas son aplicadas normalmente. Si es mostrado el defecto
artificial, entonces se considera que la magnetización es adecuada, como se puede observar
en la figura No. 49. El nivel adecuado de sensibilidad para varios tamaños de
discontinuidades es alcanzado variando el ancho y profundidad del defecto artificial. Si son
usados adecuadamente estos accesorios son muy valiosos.
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CAPÍTULO VI: Materiales de inspección
Las partículas magnéticas que forman una indicación, también conocidas como “polvo o
medio de inspección”, son tan importantes como el propio equipo de magnetización. Estas
partículas no actúan como una sola unidad, se amontonan cuando son magnetizadas. Sin
embargo, un amontonamiento excesivo reduce su capacidad para moverse hacia las fugas de
flujo para formar indicaciones.
Algunas partículas se suministran en forma de polvo seco, algunas como una pasta y otras
como concentrados.
a. Características de las partículas magnéticas
Las partículas magnéticas son fabricadas de materiales ferromagnéticos, con propiedades
físicas y magnéticas que afectan su funcionalidad como medio para formar indicaciones.
1). Propiedades físicas
Las propiedades físicas principales de las partículas magnéticas son el tamaño, forma,
densidad y color.
Tamaño de las partículas magnéticas
Éstas partículas son mucho más pequeñas que las limaduras de hierro, por lo que, cuando
están secas parecen polvo. Sus dimensiones varían dentro de un rango, para permitir que las
fugas de flujo con diferentes fuerzas puedan atraer las partículas de diferentes masas.
El rango de dimensiones de las partículas comercialmente disponibles es de entre 0.125 a 60
micras (0.000005 a 0.0025 pulgadas). Las partículas muy finas no tienden a moverse como
unidades separadas, se aglomeran para formar grandes acumulaciones.
Forma de las partículas magnéticas
La forma de la partícula es importante. En la actualidad, las partículas magnéticas son una
mezcla de formas esféricas y alargadas, unas proporcionan movilidad adecuada y las otras
polarizaciones magnéticas. Juntas se enlazan para formar cadenas o puentes pequeños para
los campos de fuga, con lo que se forman las indicaciones visibles.
Densidad de las partículas magnéticas
Es una propiedad que afecta la movilidad de las partículas. Por ejemplo, los polvos de tipo
metálico y óxido son más densos que el agua, por lo que las partículas húmedas, preparadas
en agua o aceite, tienden a asentarse cuando no son agitadas.
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Color de las partículas magnéticas
Las partículas son coloreadas para proporcionar un color contrastante con la superficie de la
pieza inspeccionada, para resaltar la visibilidad de indicaciones pequeñas. La presentación de
las partículas es en diferentes colores, con el objeto de proporcionar un contraste adecuado.
2). Propiedades magnéticas
Las partículas magnéticas deben ser muy sensibles al magnetismo, por lo que deben tener
características magnéticas similares a los materiales ferromagnéticos.
Las características de las partículas magnéticas son, esencialmente, una alta permeabilidad y
una baja retentividad.
Alta permeabilidad
La alta permeabilidad de las partículas permite que puedan ser rápidamente magnetizadas,
para que sean fácilmente atraídas y retenidas por campos de fuga débiles.
Baja retentividad
Se requieren partículas de baja retentividad, esto significa que no retendrán prácticamente
ningún magnetismo residual, para que no se queden sobre la pieza cuando no son retenidas
por un campo de fuga, lo que permite que sean fácilmente removidas de la superficie de la
pieza inspeccionada.
b. Clasificación de las partículas magnéticas
Las partículas magnéticas pueden ser clasificadas en:
1). Métodos por la forma de ser transportadas
1.1 Partículas secas
El requisito básico para las partículas secas es que tengan las propiedades magnéticas
adecuadas, además que sean ligeras y móviles. Las partículas empleadas en el método seco
tienen características similares a las del método húmedo, excepto que se utilizan secas, en
forma de polvo. Las partículas secas dependen de que el aire las lleve a la superficie de la
pieza, por lo que se pueden utilizar pistolas, bulbos o aplicadores racionadores en forma de
pera o tipo salero, ver la figura No. 50.
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Figura No. 50: Aplicadores de partículas secas
El método para aplicar las partículas secas es dispersarlas en forma de una nube ligera de
polvo, como se muestra en la figura No. 51, lo cual les proporciona un alto grado de
movilidad. Como las partículas flotan hacia abajo, por encima de la pieza que está siendo
magnetizada, tienen libertad para moverse en cualquier dirección, por lo que pueden ser
atraídas por campos de fuga débiles. La mejor forma para proporcionarles movilidad a las
partículas secas es utilizando campos magnéticos pulsantes. Las partículas utilizadas en el
método seco pueden ser de diferentes colores, como rojo, negro, gris, azul, amarillo o
anaranjado.
Figura No. 51: Aplicación de partículas secas
En resumen, a continuación se indican las ventajas y desventajas del uso del método seco:
Ventajas:
Excelente para detectar discontinuidades subsuperficiales.
Fácil de usar en la inspección de objetos grandes con equipo portátil.
Adecuado para la inspección de materiales con superficie rugosa.
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Las partículas tienen una alta resistencia al calor, por lo que pueden usarse a altas
temperaturas, de hasta 315°C.
Fácil de usar en inspecciones en campo con equipo portátil.
Buena movilidad cuando es usado con CA o CDRMO.
No es tan “sucio” como el método húmedo.
El equipo utilizado es menos costoso.
Desventajas:
No es tan sensible como el método húmedo para grietas poco profundas y muy finas.
No es fácil cubrir toda la superficie adecuadamente, especialmente de piezas con
formas irregulares o grandes.
Más lento que el método húmedo para la inspección de una gran cantidad de piezas
pequeñas.
No es fácil de utilizar para tiempos de inspección cortos, con la técnica de “disparos”
en el método continuo.
Difícil de adaptar a sistemas de inspección mecanizados.
1.2 Partículas húmedas
La presentación de estas partículas puede ser en forma de pastas, polvo y concentrados.
Pastas
En forma de pasta las partículas magnéticas deben ser disueltas en aceite para conseguir el
tamaño de partícula y la consistencia adecuada. La pasta es difícil de deshacer y no se puede
evitar que se formen terrones que puedan mezclarse con la suspensión. Actualmente, casi ya
no se suministran las partículas en forma de pastas.
Polvo
Con el uso del agua como vehículo, las partículas en forma de pasta son más difíciles de
dispersar, por lo que actualmente las partículas son producidas en forma de un polvo
concentrado seco, que puede ser para suspensiones en aceite o en agua. Las partículas en
polvo tienen la necesidad de mezclarse con agentes que faciliten su dispersión, agentes
humectantes, agentes inhibidores de corrosión, etc. Las partículas en forma de polvo pueden
ser vertidas directamente en el tanque para preparar el baño, sin la necesidad de mezclarlas
previamente.
Concentrados
Las partículas usadas en concentrados son recubiertas con agentes humectantes, un tipo de
detergente, que les permite combinarse fácilmente con el vehículo. Los concentrados de
partículas que son diseñados para utilizarse en agua, vienen premezclados con un
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acondicionador para que puedan ser vertidas directamente en el agua y para mejorar las
características de la solución. La figura No. 52 ilustra la presentación comercial de partículas
magnéticas en forma de un concentrado. Las partículas utilizadas en el método húmedo
pueden ser de diferentes colores, como rojo, negro o fluorescentes (verde-amarillo). Las
partículas húmedas pueden ser aplicadas en forma manual o automática, bombeadas a través
de boquillas, pistolas y aspersores.
Las partículas húmedas normalmente son aplicadas sobre las piezas inspeccionadas y
posteriormente son recolectadas en recipientes o tanques abiertos en donde son agitadas y
bombeadas, todo esto se hace en equipos de magnetización estacionarios.
Figura No. 52: Partículas húmedas en forma de concentrado
Cuando se utiliza el método húmedo las partículas se encuentran suspendidas en un vehículo,
el cual puede ser agua o aceite (petróleo ligero o queroseno). El vehículo de las partículas
húmedas les permite flotar para que sean fácilmente atraídas hacia las fugas de flujo, pero
cuando no existen fugas salen de la pieza junto con el líquido.
1.2.1 Características de las suspensiones en aceite
El aceite tiende a proporcionar una buena humectabilidad para las piezas metálicas. Sin
embargo, debe tener otras características para que actúe como un buen vehículo para las
partículas. Estas características son:
Viscosidad.- Para que la partícula tenga buena movilidad la viscosidad máxima a
temperatura ambiente debería ser de aproximadamente 5 centiestokes.
Punto de ignición.- Como el aceite (petróleo ligero o queroseno) es un combustible, es
preferible que la temperatura mínima para que produzca flama sea de 57 °C (135°F). Los
aceites que producen flama por debajo de esta temperatura tienen baja presión de vapor y se
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evaporan rápidamente, por lo que se requiere reemplazarlos frecuentemente para que no se
formen vapores nocivos y se presente el riesgo de producirse flama.
Color.- El color es un indicador de la presencia de contaminantes como el azufre.
Olor.- El olor es una objeción para muchos operadores que trabajan todo el día con
recipientes abiertos que contienen partículas. El olor puede ser un indicador de la presencia
de contaminantes indeseable, tal como el azufre.
Fluorescencia.- La mayoría de suspensiones húmedas utilizan partículas fluorescentes y
muchos aceites también son fluorescentes, por eso es mejor utilizar aceites con bajo nivel de
fluorescencia natural.
Reacción química.- La suspensión no debe reaccionar con los materiales que son
inspeccionados.
Contaminación.- La suspensión puede ser contaminada con polvo, grasa y aceite que
permanece en las piezas inspeccionadas. Estos contaminantes pueden provocar acumulación
de partículas y producir indicaciones como de discontinuidades. Además, en la prueba de
asentamiento de las partículas, los contaminantes pueden provocar que sea difícil medir el
nivel y la concentración de las partículas. También, los contaminantes pueden elevar la
fluorescencia del aceite y producir una alta fluorescencia de fondo durante la inspección.
Finalmente, los contaminantes pueden aumentar la viscosidad del aceite.
1.2.2 Características de las suspensiones en agua
El agua es bastante popular como vehículo de suspensión para las partículas magnéticas. Las
suspensiones con agua tienen ciertas características:
Con el agua se elimina completamente el riesgo de producirse flama.
Obviamente, las suspensiones con agua deben ser utilizadas cuando la temperatura se
encuentra por debajo del punto de evaporación y por encima del punto de
congelación.
Debido a que el agua es un buen conductor eléctrico, el equipo debe ser
adecuadamente conectado a tierra.
Como el agua se evapora más rápidamente que los aceites, la suspensión debe ser
verificada frecuentemente. También, puede ser necesaria una prueba frecuente de
rompimiento del agua para asegurar que hay suficiente agente humectante en la
suspensión.
1.2.3 Control del baño de suspensión
Conforme el baño de suspensión va siendo utilizado para realizar inspecciones sufre de
ciertos cambios, algunos de los cuales son:
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La pérdida de partículas magnéticas, porque se adhieran mecánica o magnéticamente
a las piezas, lo que tiende a reducir la concentración del baño.
La pérdida del líquido debido a la película que se adhiere sobre la superficie de las
piezas.
La pérdida del líquido por evaporación, lo que tiende a incrementar la concentración
de las partículas.
La acumulación gradual de polvo, suciedad, óxido, aceite y grasa de piezas sin
limpieza adecuada, y por pelusa que se desprende del trapo usado para limpiar.
Por lo anterior, es muy importante y necesario verificar el baño frecuentemente y realizar las
correcciones necesarias.
Una de las verificaciones que debería realizarse periódicamente es para determinar la
concentración del baño.
La “concentración” o “fuerza” del baño es el número de partículas magnéticas húmedas en
un recipiente.
La concentración del baño es un factor de importancia mayor para determinar la calidad de
las indicaciones obtenidas.
Por ejemplo, concentraciones muy elevadas de partículas dan como resultado un fondo
confuso y una adherencia excesiva de partículas, que puede interferir con indicaciones de
discontinuidades muy finas, ó por el contrario, pueden producirse indicaciones muy finas que
pueden llegar a perderse completamente, por un baño con una concentración de partículas
muy reducida.
La concentración del baño se determina midiendo el volumen de partículas asentadas. Para
realizar esta prueba se utiliza un tubo centrífugo ASTM tipo pera, como el que se muestra en
la figura No. 53, que puede tener una espiga de 1 ml y divisiones de 0.05 ml para
suspensiones con partículas fluorescentes o con espiga de 1.5 ml y divisiones de 0.1 ml para
suspensiones con partículas visibles o no fluorescentes.
Figura No. 53: Tubo centrífugo ASTM tipo pera
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A continuación, se incluyen los pasos que se deben seguir en el proceso para preparar las
soluciones y para determinar la concentración del baño.
1. Se pesa la pasta o el polvo, o se mide el volumen de concentrado. La cantidad en
peso o volumen varía según las partículas, sean fluorescentes o visibles, y si el
vehículo es agua o petróleo ligero; generalmente la cantidad la recomienda el
fabricante.
2. Se agrega lentamente el polvo o el concentrado en el recipiente que contenga la
cantidad adecuada de vehículo.
3. Se mezcla y agita la suspensión, durante un mínimo de 30 minutos, para asegurar una
distribución uniforme de partículas.
4. Se toma una muestra de 100 ml en el tubo centrífugo tipo pera o un tubo de
decantación.
5. Se deja reposar la muestra para que se asienten las partículas, durante 30 minutos si
el baño es preparado con agua o durante 60 minutos si el baño es preparado con
petróleo, en un lugar libre de vibraciones.
6. Se mide el volumen de las partículas asentadas en el fondo de la espiga del tubo
centrífugo.
Si la lectura es mayor que la requerida, en general de 0.1 a 0.4 ml para partículas
fluorescentes, y de 1.2 a 2.4 ml para partículas visibles, se debe agregar más vehículo
al baño, agua o petróleo, y si la lectura es menor a la requerida, se agregan más
partículas al recipiente.
Las determinaciones de la concentración del baño, después de un tiempo de haberlo
preparado y de realizar inspecciones, pueden no ser tan confiables como se espera, esto se
debe a la contaminación del baño con diferentes materiales como polvo, óxido, etc., lo que
causa lecturas de volumen falsas.
Después de un cierto tiempo de uso, el baño puede verificarse con el bloque MTU, que se
ilustra en la figura No. 54, con el cual se puede verificar, en forma cualitativa, que el baño
contiene suficientes partículas magnéticas, ya que al bloque no se adhieren materiales
contaminantes.
Figura No. 54: Bloque MTU
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El método húmedo tiene sus ventajas y desventajas. Las ventajas más importantes, las cuales
constituyen la razón para ser un método usado ampliamente, son:
Es el método más sensible para grietas superficiales muy finas.
Es el método más sensible para grietas superficiales finas y muy poco profundas.
Las partículas magnéticas cubren rápida y completamente todas las superficies de
piezas con forma irregular, grandes o pequeñas.
Es el método más rápido y completo para la inspección de lotes grandes de piezas
pequeñas.
El baño se puede recuperar fácilmente y se puede re-utilizar.
Las partículas magnéticas tienen excelente movilidad en el líquido de suspensión.
Es fácil medir y controlar la concentración de partículas en el baño, lo que hace más
uniforme y segura la reproducción de resultados.
Se adapta a tiempos de inspección cortos, con la técnica de “disparos” de
magnetización para el método continuo.
Se adapta fácilmente a la operación en unidades automáticas.
Algunas de las desventajas del método húmedo son:
Normalmente no es capaz de detectar discontinuidades subsuperficiales
Es sucio para trabajar, especialmente cuando no se recuperan las partículas y en
inspecciones en campo.
Cuando se utiliza aceite para el baño y la magnetización circular por contacto directo,
se presenta un riesgo potencial de producirse fuego.
Se requiere un sistema de recirculación diseñado adecuadamente para mantener las
partículas en suspensión.
En ocasiones, en la limpieza posterior es un problema remover las partículas
magnéticas adheridas a la superficie.
2). Tipos por el contraste con la superficie
Partículas visibles, no-fluorescentes, contrastantes o coloreadas.
Partículas fluorescentes.
Es importante utilizar el método y tipo adecuado de partículas magnéticas para asegurar que
las indicaciones de discontinuidades prevalezcan en cualquier caso dado.
Aún desarrollando un sistema de inspección altamente sofisticado, sin embargo, si el
inspector tiene dificultades para observar las indicaciones, entonces el sistema es inadecuado.
La mejor visibilidad para el ojo humano es proporcionada por condiciones de alto contraste.
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Uno de los requisitos principales para observar la presencia de indicaciones es contar con una
buena iluminación.
2.1 Partículas visibles, No-Fluorescentes, contrastantes o coloreadas
Las indicaciones de partículas visibles son examinadas con luz blanca, que puede ser natural,
proveniente del sol, o artificial, proveniente de lámparas, focos, etc.
Con partículas visibles la selección del color de la partícula a utilizar depende únicamente de
cuál proporcione el mayor contraste con el color de la superficie de la pieza inspeccionada,
como en el caso de una hoja blanca, la impresión de color negro es una condición con alto
contraste.
Por ejemplo, polvos blancos o grises sobre la superficie gris de fundiciones de arena son
difíciles de ver, por el contrario, polvos de color rojo proporcionan buen contraste.
Algunas partículas son cubiertas con tintes que proporcionan colores brillantes, con los cuales
se tiene un mejor contraste que los colores naturales menos brillantes.
En algunos casos, se puede utilizar un tipo de recubrimiento sobre la superficie de la pieza
inspeccionada, conocido como tinta de contraste, con el objeto de proporcionar una superficie
que contraste con el color de las partículas. Su espesor debe ser el menor posible (no mayor
de 0.05 mm) para que no ocasione interferencias con la formación de indicaciones, no debe
interferir con la movilidad de las partículas, no debe interferir con los puntos de contacto
eléctrico y no deben ser solubles en el vehículo de las partículas húmedas.
Para efectuar la inspección utilizando partículas visibles se debe contar con una intensidad
mínima de luz sobre la superficie de la pieza inspeccionada. Por ejemplo, de acuerdo con el
Código ASME para Recipientes a presión y calderas, Sección V, Artículo 7, se requiere una
intensidad mínima de 1076 lux (100 pies-candela, fc) sobre la superficie inspeccionada para
asegurar una sensibilidad adecuada durante el examen y evaluación de las indicaciones, y
ASTM E-709 considera esa intensidad como una recomendación.
2.2 Partículas fluorescentes
Existen partículas magnéticas cubiertas con un tinte fluorescente, el cual proporciona el
máximo contraste para el ojo humano.
En partículas magnéticas, “Fluorescencia” es “la propiedad que tienen ciertas sustancias
para emitir luz blanca, dentro del rango de luz visible, cuando son iluminadas o expuestas a
la luz ultravioleta”.
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La luz visible y la luz ultravioleta pertenecen a una familia de ondas llamadas “Ondas
Electromagnéticas”. El espectro electromagnético puede describirse con base en la longitud
de onda, como se ilustra en la figura No. 55.
Figura No. 55: Espectro electromagnético
La luz ultravioleta utilizada es conocida como “luz negra”, la que se encuentra en un rango
de longitudes de onda de 330 a 390 nanómetros (1 nm = 10-9 metros), cercano a las
longitudes de onda de la luz visible, siendo la predominante de 365 nanómetros, que es
equivalente a 3650 Ángstrom (1 nm = 10 Ángstrom).
Normalmente las partículas fluorescentes tienen una coloración verde-amarilla, la cual tiene
la particularidad de ser la más fácilmente visible para el ojo humano, por encontrarse al
centro del espectro visible. La figura No. 56 muestra la respuesta del ojo humano al espectro
de colores del rango de luz visible. Con los colores de los extremos del espectro la apariencia
es mucho más atenuada que con los colores en el centro.
Con excepción de algunas aplicaciones, las partículas fluorescentes son usadas en el método
húmedo. Con ello, la inspección con partículas fluorescentes es más rápida, más confiable y
más sensible para discontinuidades muy finas, en la mayoría de aplicaciones.
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Figura No. 56: Respuesta del ojo humano a los colores
Con el uso de partículas fluorescentes se requiere cumplir con varias condiciones. Una de
ellas es contar con un área de trabajo con cierto nivel de oscuridad y otra es utilizar una
fuente de luz negra, con lo que se obtiene un muy alto contraste.
Para llevar a cabo la inspección utilizando partículas fluorescentes es necesario cumplir con
ciertos requisitos:
Se debe contar con una intensidad mínima de luz negra sobre la superficie de la pieza
inspeccionada.
Por ejemplo, de acuerdo con el Código ASME para Recipientes a presión y calderas, Sección
V, Artículo 7 y del Volumen 03.03 de ASTM el documento E-709, la intensidad de luz negra
sobre la superficie inspeccionada no debe ser menor a 1000 mW/cm2. Esto se debe a que la
intensidad de luz negra utilizada para energizar un material fluorescente determina la
cantidad de luz visible emitida.
La intensidad de la luz negra debe medirse periódicamente con un medidor de luz
negra adecuado.
Se debe permitir que la lámpara de luz negra se caliente durante un tiempo mínimo
de 5 minutos antes de usarla o de medir la intensidad de la luz negra emitida.
Se recomienda que el técnico adapte sus ojos a las condiciones del área oscura, por
ejemplo, de acuerdo con el Código ASME para Recipientes a presión y calderas,
Sección V, Artículo 7, debe esperar al menos 5 minutos y del Volumen 03.03 de
ASTM el documento E-709, recomienda esperar al menos 1 minuto, antes de iniciar
el trabajo de inspección.
Se recomienda que la intensidad de luz blanca ambiental, dentro del área oscura, no
sea mayor a 20 luxes (2 pies candela).
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Lámparas de luz negra
Existen diferentes tipos de lámparas de luz negra comercialmente disponibles, dentro de las
que se encuentra a las lámparas tubulares, las lámparas incandescentes y las lámparas de
vapor de mercurio.
Lámparas tubulares.- Son similares, en construcción y operación, a las lámparas tubulares
fluorescentes para iluminación general. Emplean el arco de vapor de mercurio de baja
presión. El interior del tubo está cubierto con fósforo que produce fluorescencia con la
energía de descarga del vapor de mercurio. Los tubos pueden ser de diferentes longitudes, los
más largos (de hasta 36”) no son portátiles como los de 5” o 6”, pero proporcionan más luz
sobre áreas grandes. Pueden ser montados en bancos de 4 a 6 tubos. Un problema inherente
es que su salida cae rápidamente con el uso.
Lámparas incandescentes.- Son similares a las lámparas foto-reflectoras ordinarias, excepto
que son fabricadas con vidrio rojo-púrpura. Producen luz de baja intensidad, su tiempo de
vida es corto y generan una gran cantidad de calor.
Lámparas de vapor de mercurio.- La lámpara de arco de vapor de mercurio de alta presión
es la fuente de luz negra más importante para la inspección con partículas fluorescentes. Casi
es la lámpara universalmente utilizada, la figura No. 57 muestra este tipo de lámpara. Por el
proceso para el funcionamiento interno de la lámpara, al encenderla le toma cerca de 5
minutos para alcanzar la máxima intensidad de luz.
Estas lámparas utilizan bulbos de 100 vatios (watts) identificados como iluminadores “spot”
o “flood” (puntuales o de inundación). Las lámparas con bulbos “spot” concentran su
energía en áreas relativamente pequeñas, lo que proporciona la máxima iluminación en el
sitio hacia donde se dirige y en el cual se observan las indicaciones. En otras palabras,
proporciona la intensidad adecuada para casi todas las inspecciones en el área de un círculo
de 6” de diámetro a una distancia de 15” del filtro de la lámpara.
Las lámparas con bulbos “flood” proporcionan más iluminación sobre áreas grandes, pero no
son tan adecuadas para utilizarse en inspecciones críticas. El nivel de iluminación es menor
que el mínimo requerido normalmente, a menos que la lámpara se mantenga extremadamente
cerca de la superficie de interés.
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Figura No. 57: Lámpara de vapor de mercurio
Cuando una lámpara de luz negra se apaga, por cualquier razón, los bulbos no responden
inmediatamente cuando son encendidas nuevamente. Debe permitirse que transcurra un
tiempo para que la lámpara se enfríe y se restablezca el arco, lo cual puede tardar varios
minutos. Por lo anterior, una vez que la lámpara de luz negra esté en operación, es mejor
dejarla encendida todo el tiempo aunque no sea utilizada en forma continua.
Otra razón para dejar la lámpara encendida es porque cada vez que se enciende se afecta la
vida útil del bulbo, posiblemente reduciéndola hasta tres horas cada que se enciende, y la vida
del bulbo es limitada. La expectativa de vida nominal para un bulbo es de aproximadamente
1000 horas.
Filtros para lámparas de luz negra
Todas las lámparas de luz negra utilizan un filtro de vidrio, de color rojo-púrpura oscuro, que
tiene la función de remover efectivamente toda la luz visible y la radiación de onda corta
dañina, igualmente producidas por la lámpara. El filtro permite el paso de la radiación óptima
(de 365 nm) para energizar la mayoría de tintes fluorescentes usados.
Medidores de intensidad de luz negra
Para cumplir con el control del proceso de inspección, y porque una intensidad de luz menor
a la óptima puede afectar seriamente los resultados de las inspecciones, la intensidad de la luz
negra debe medirse a intervalos regulares de tiempo. Tales mediciones pueden realizarse fácil
y rápidamente con equipo muy simple, como el que se ilustra en la figura No.58.
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Figura No. 58: Medidor de intensidad de luz negra
3). Condición de la superficie
Sin tener en cuenta las partículas que se van a utilizar, bien sean húmedas o secas, es
primordial que las piezas examinadas estén bien limpias y libres de grasa, aceite, polvo, etc.
Si las piezas no están limpias, puede disminuirse la movilidad de las partículas y provocar
que no sean atraídas hacia los campos de fuga.
Si la pieza no está limpia, un baño húmedo puede dar como resultado una superficie grasosa
o aceitosa, ya que la grasa, aceite y polvo también pueden contaminar el recipiente. También,
las partículas secas se pegarán a una superficie sucia o húmeda, por lo cual, las piezas además
de estar limpias también deben encontrarse secas.
4). Sensibilidad de los métodos
Anteriormente se explicó que la corriente alterna (CA) es la corriente más efectiva para
detectar discontinuidades superficiales, lo cual es cierto porque la CA tiene la tendencia de
fluir cerca de la superficie de las piezas (efecto de piel), por lo que crea el campo magnético
máximo en la superficie. Ahora bien, ya que se ha establecido que la CA es superior para
detectar discontinuidades superficiales, ahora se enfocará el tema a la detección de
discontinuidades subsuperficiales.
La figura No. 59 muestra un anillo de prueba de acero (ketos) que contiene 12 barrenos
localizados a distintas profundidades. Este anillo de prueba puede ser utilizado para evaluar y
comparar la funcionalidad y sensibilidad del método húmedo y seco, de las técnicas de
partículas no fluorescentes y fluorescentes, y de los diferentes tipos de corrientes de
magnetización.
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Figura No. 59: Anillo de prueba
A continuación, la figura No. 60 ilustra en forma gráfica los resultados de pruebas realizadas
en un anillo de prueba. Estas pruebas tienen el fin de comparar la capacidad de diferentes
tipos de corrientes de magnetización para detectar discontinuidades localizadas por debajo de
la superficie.
Cada prueba se realizó usando un conductor central y una cantidad mínima de corriente de
cada tipo, para producir una cantidad apreciable de partículas en la superficie exterior del
anillo de prueba, figura No. 61, para cualquier profundidad de barreno dado.
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Figura No. 60: Gráfica de resultados de prueba
Figura No. 61: Pruebas para determinar la capacidad de detección
Con corriente alterna, utilizando ambos tipos de partículas, se necesitó entre 700 y 900
amperios para provocar fugas de flujo suficientes para que fueran atraídas las partículas y
formaran la indicación correspondiente al primer barreno, ver figura No. 62.
Figura No. 62: Resultados de las pruebas con corriente alterna
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La cercanía entre las líneas de CA y partículas húmedas, y CA y partículas secas, indica que
existe muy poca diferencia entre ambos métodos. También se muestra que la CA no se
debería usar normalmente para detectar discontinuidades subsuperficiales.
A pesar de la falta de penetración, cuando se utiliza CA, el método más efectivo es con
partículas secas. Como la línea de CA y partículas secas está a la derecha de la línea de CA y
partículas húmedas, se puede ver que se requiere una cantidad menor de corriente para
provocar fugas de flujo suficientes para atraer partículas secas hacia la superficie del anillo,
en la proximidad del primer barreno.
Ahora, se van a comparar las partículas secas y húmedas utilizando CD en lugar de CA, ver
figura No. 63.
Figura No. 63: Resultados de las pruebas con corriente directa
Al comparar los dos métodos, es importante recordar que fue utilizada la mínima cantidad de
cada tipo de corriente para atraer las partículas magnéticas. Con el método húmedo y CD las
partículas fueron atraídas hacia la superficie sobre el barreno No. 2, con una corriente de 735
amperios, y con partículas secas y CD solo se necesitaron 475 amperios para atraer las
partículas sobre el mismo barreno No. 2.
De lo anterior se puede concluir que, bien se utilice CA o CD, las partículas secas son
atraídas más fácilmente hacia las fugas de flujo producidas por discontinuidades
subsuperficiales, lo cual es cierto porque las partículas secas están flotando en una nube y
pueden desviarse fácilmente sobre la superficie de la pieza que se está magnetizando, lo cual
permite que las partículas secas sean atraídas más fácilmente hacia los campos de fuga
débiles.
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Utilizando el método húmedo y CD se necesitaron 1,000 amperios para provocar fugas de
flujo y atraer partículas hacia el barreno No. 3, mientras que con CD y partículas secas solo
se necesitaron 550 amperios para atraer las partículas hacia el mismo barreno No. 3.
Dado que las partículas secas son atraídas más fácilmente hacia las fugas de flujo, se puede
decir que el método seco y CD es el más sensible para detectar discontinuidades
subsuperficiales, en este caso.
Lo que siempre se debe recordar es que las partículas secas son más sensibles que las
partículas húmedas, ya sea con CA o CD, que la corriente alterna es más efectiva para
localizar discontinuidades superficiales y que la corriente directa es más efectiva para
detectar discontinuidades subsuperficiales. En resumen, la CD y las partículas secas son
siempre más sensibles que la CD y las partículas húmedas.
Ahora, puede surgir la siguiente pregunta ¿Y que sucede con la CDRMO?
Veamos la figura No. 64, en ella se aprecia que con CDRMO y partículas secas se
necesitaron solamente unos 400 amperios para crear fugas de flujo en el barreno No. 6 del
anillo de prueba. La conclusión es que la CDRMO tiene la máxima cualidad de penetración.
La habilidad de penetración de la CDRMO se debe a que su acción pulsante continua agita
las partículas, lo cual tiende a darles movilidad, por lo que las partículas pueden ser atraídas
hacia campos de fuga débiles.
Figura No. 64: Resultados de la prueba con CDRMO
Ahora se va a comparar la funcionalidad de los diferentes métodos de partículas magnéticas,
secas y húmedas.
De acuerdo con los resultados de las pruebas realizadas, se puede asegurar que el método por
partículas secas es superior para detectar discontinuidades localizadas por debajo de la
superficie (subsuperficiales), lo que se debe a la alta permeabilidad y a la forma
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favorablemente alargada de las partículas. También, se puede decir que las partículas secas en
combinación con CA son excelentes para detectar grietas superficiales, siempre y cuando no
sean excesivamente finas.
En la figura No. 65 se puede observar la comparación de la efectividad del método seco y el
método húmedo para detectar discontinuidades localizadas por debajo de la superficie. En la
figura se ve claramente que el método seco es superior al método húmedo para este
propósito, a cualquier valor utilizado de corriente. Sin embargo, no debemos olvidar que
cuando el problema es detectar discontinuidades superficiales muy finas, no hay
cuestionamiento alguno acerca de la superioridad del método húmedo, utilizando cualquier
tipo de corriente de magnetización.
Figura No. 65: Comparación entre las partículas secas y húmedas
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CAPÍTULO VII: Principios de desmagnetización
a. Magnetismo residual
Anteriormente se mencionó que la permeabilidad magnética de un material es la facilidad con
la que puede ser magnetizado. En otras palabras, es la facilidad con la que se producen líneas
de fuerza en el interior del material. Los hierros suaves y los hierros de bajo contenido de
carbono son sumamente fáciles de magnetizar y son altamente permeables. Estos materiales
magnéticos conducen fácilmente las líneas de fuerza.
Los materiales magnéticos que son difíciles de magnetizar tienen baja permeabilidad. Los
aceros duros, con alto contenido de carbono son difíciles de magnetizar y tienen baja
permeabilidad. Después de haber sido magnetizados, en todos los materiales ferromagnéticos
permanece un campo magnético en algún grado.
El campo magnético que retienen los materiales ferromagnéticos se conoce como
“magnetismo residual”. La propiedad de un material ferromagnético para retener cierta
cantidad de magnetismo residual se conoce como “retentividad”. Aunque los aceros duros
tienen baja permeabilidad y son difíciles de magnetizar, conservan algo del magnetismo
después que la corriente de magnetización haya sido desconectada.
El magnetismo residual es siempre menor que el campo magnético presente cuando está
actuando la corriente de magnetización y varía con el tipo de material. Por ejemplo, las
herramientas de acero, con alto contenido de carbono, retendrán un campo magnético residual
mayor que el que retendría un acero con bajo contenido de carbono. En algunos casos este
campo puede llegar a compararse con los campos intensos asociados con aleaciones
especiales usadas para fabricar imanes permanentes. A diferencia del acero duro, el hierro
suave retendrá solamente una cantidad pequeña de magnetismo, que puede ser imperceptible,
después que la corriente de magnetización haya sido suprimida. El hierro suave y el acero de
bajo contenido de carbono retienen muy poco magnetismo residual.
Entonces, los materiales magnéticos con baja permeabilidad tendrán gran cantidad de
magnetismo residual, y los materiales magnéticos con alta permeabilidad tendrán poca
cantidad de magnetismo residual.
Casi cualquier material ferromagnético puede, por una u otra razón ser sujeto a una
inspección por partículas magnéticas, por lo tanto, puede ser necesario desmagnetizarlo
posteriormente. La desmagnetización puede ser fácil o difícil, dependiendo del tipo de
material.
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b. Razones que obligan a la desmagnetización
La intensidad del magnetismo residual depende de la retentividad del material. Sin embargo,
una alta retentividad no significa necesariamente una mayor dificultad en la
desmagnetización, ya que esto depende esencialmente de la fuerza necesaria para remover el
magnetismo residual. A veces, resulta más difícil desmagnetizar la pieza que magnetizarla.
No siempre es necesario desmagnetizar las piezas después de una inspección, ya que el
proceso es costoso y consume tiempo, no hay necesidad de realizarlo al no existir alguna
buena razón para hacerlo.
Cuando se iniciaron los exámenes por partículas magnéticas, la desmagnetización se
realizaba como una operación de rutina, bien fuese necesaria o no.
Sin embargo, en muchos de los casos la desmagnetización es esencial, por lo que el operador
debe comprender por qué se realiza, junto con los problemas involucrados y las formas de
resolverlos. Veamos unas cuantas razones por las que es preciso desmagnetizar.
La desmagnetización es necesaria cuando el campo residual en una pieza:
Pueda interferir con subsecuentes operaciones de maquinado o mecanizado, haciendo
que la rebaba o viruta se adhiera a la superficie de la pieza o de la herramienta o
cuchilla, con lo que resultará afectado el acabado de aquella o la vida de esta.
Pueda interferir con operaciones de los procesos de soldadura por arco, ya que si el
campo es suficientemente intenso, producirá sensibles desviaciones del arco.
Pueda afectar la correcta operación de instrumentos sensibles a los campos
magnéticos, tales como brújulas, etc., o porque pueda interferir de alguna forma en el
funcionamiento de equipos o instrumentos incorporados en la estructura donde va a
ser instalada la pieza.
Pueda afectar el funcionamiento de la propia pieza; cuchillas o sierras de corte
trabajarán mal, e incluso llegarán a romperse, si se adhieren las rebabas o virutas a la
superficie.
Pueda causar daños en partes móviles, por captura de partículas de metal o incluso
partículas magnéticas. Este es el caso de las bolas o rodillos de los rodamientos o los
dientes de engranes.
Pueda impedir la correcta limpieza de las piezas después del ensayo, debido a la
retención magnética de las partículas en la superficie, haciendo así difíciles otras
operaciones posteriores, como el plaqueado o la aplicación de pintura.
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c. Campo residual longitudinal y circular
Una pieza magnetizada circularmente no presenta prácticamente evidencias externas de su
magnetismo, aunque el campo residual sea elevado.
Sin embargo, en el caso de la magnetización longitudinal, es fácil detectar los polos
formados.
Cuando es suficiente que la pieza no manifieste evidencias externas de su magnetismo
residual, deberá ser magnetizada primero longitudinalmente y luego circularmente, con lo
que no será necesario el proceso de desmagnetización. Pero esta desmagnetización aparente
puede causar problemas durante el maquinado de la pieza o bien si se pone en contacto con
otra pieza no magnetizada.
Para evitar los problemas mencionados anteriormente, es útil magnetizar primero circular y
luego longitudinalmente, ya que al crear el último campo se supone necesariamente la
desaparición del primero, esto se debe a que no pueden coexistir dos campos en diferentes
direcciones, simultáneamente, en la misma pieza y, además, es más fácil eliminar el campo
magnético longitudinal y controlar la eficacia de la desmagnetización.
d. Retentividad y fuerza coercitiva (Curva de histéresis)
Todos los materiales ferromagnéticos tienen ciertas propiedades magnéticas que son
específicas para ese material. La mayoría de estas propiedades se describen por medio de una
“curva de histéresis”. Los datos utilizados para el trazado de una curva de histéresis se
obtienen colocando una barra del material ferromagnético dentro de una bobina y aplicando
corriente alterna.
Incrementando gradualmente la fuerza de magnetización, “H”, y midiendo la densidad de
flujo inducida, “B”, en cada incremento, se obtiene, y puede ser trazada, la relación entre la
fuerza del campo magnético o fuerza de magnetización y la densidad de flujo inducida, como
se ilustra en la figura No. 66.
Figura No. 66:
Curva de histéresis
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La relación entre la fuerza del campo magnético y la densidad de flujo no es lineal para los
materiales ferromagnéticos. Un cambio específico en “H” puede producir un cambio pequeño
o grande en “B”, como se observa en la figura No. 66.
La curva inicial, para un material que nunca ha sido magnetizado, comienza en el punto “0”
(fuerza del campo magnético cero y densidad de flujo magnético cero); aumentando “H” en
incrementos pequeños, la densidad de flujo en el material primero se incrementa rápidamente
y después lentamente, en forma gradual, hasta que se alcanza el punto “a”, figura No. 67. En
este punto, se dice que el material está magnéticamente saturado. Más allá de este “punto de
saturación”, cualquier aumento en la fuerza de magnetización no incrementa la densidad de
flujo en el material. En la curva de histéresis completa, la curva de “0” hasta “a”
normalmente se dibuja como una línea punteada ya que ocurre solamente durante la
magnetización inicial de un material sin magnetizar. A esta curva inicial se le conoce como
“curva virgen”.
Figura No. 67: Curva virgen
Cuando la fuerza de magnetización se reduce a cero, hasta el punto “0”, como se muestra en
la figura No. 68, la densidad de flujo se reduce lentamente, retrasándose con respecto a la
fuerza de magnetización, sin llegar a cero. La cantidad de densidad de flujo remanente en el
material, la línea de “0” hasta “b”, es el magnetismo residual.
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Figura No. 68: Magnetismo residual
La remoción del magnetismo residual requiere la aplicación de una fuerza de magnetización
en dirección opuesta o negativa, ver la figura No. 69. Cuando la fuerza de magnetización
primero se invierte y después se aplica solamente una cantidad pequeña, la densidad de flujo
se reduce lentamente a cero, en el punto “c”.
La cantidad de fuerza de magnetización inversa necesaria para reducir el magnetismo residual
a cero se llama “fuerza coercitiva”. La fuerza coercitiva es un factor importante para la
desmagnetización de un material.
Figura No. 69: Fuerza coercitiva
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Conforme la fuerza de magnetización inversa se incrementa a partir del punto “c”, la
densidad del flujo magnético cambia su polaridad y aumenta hasta alcanzar el punto “d”,
figura No. 70. Este es el punto de saturación de polaridad inversa, donde el aumento de la
fuerza de magnetización no produce un incremento en la densidad de flujo.
Cuando la fuerza de magnetización inversa se reduce a cero, la densidad de flujo nuevamente
se retrasa con respecto a la fuerza de magnetización, dejando otra vez magnetismo residual en
el material, pero ahora en dirección inversa, punto “e” de la figura No. 71. La densidad de
flujo del magnetismo residual con polaridades opuestas es la misma, esto es, la distancia de
“0” a “b” es la misma que la distancia de “0” a “e”.
Para remover el magnetismo residual inverso se requiere aplicar fuerza de magnetización en
la dirección original. La densidad de flujo cae a cero en el punto “f”, de la figura No. 72, con
la aplicación de la fuerza coercitiva de “0” a “f”. Continuando con el incremento de la fuerza
de magnetización resulta en el cambio de polaridad del campo, de regreso a la dirección
original. Esto completa la curva de histéresis “abcdef”.
Figura No. 70: Punto de saturación inverso
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Figura No. 71: Magnetismo residual inverso
Figura No. 72: Curva de histéresis “abcdef”
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La curva de histéresis obtiene su nombre por el retraso entre la fuerza de magnetización y la
densidad de flujo a través del ciclo. Este retraso es llamado histéresis.
Las propiedades magnéticas y las curvas de histéresis varían ampliamente entre materiales y
sus condiciones.
Recordemos que una pieza de acero muy duro es difícil de magnetizar, pero retiene un campo
magnético residual mayor. Si se trazara una curva de histéresis para el caso de un acero muy
duro, la distancia entre “0” y “f” sería mayor que para un acero blando, esto se debe a que la
fuerza coercitiva requerida sería más fuerte, debido a que una pieza de acero muy duro
retendrá un campo magnético residual más fuerte y la fuerza de magnetización inversa,
requerida para eliminar el magnetismo residual, tendrá que ser mayor.
La figura No. 73 muestra una curva de histéresis ancha, típica para piezas de acero muy duro.
En resumen, esta curva muestra las siguientes cualidades que tendrá un acero duro:
Baja permeabilidad: Difícil de magnetizar.
Alta reluctancia: Gran resistencia a la fuerza de magnetización.
Alta retentividad: Retiene un campo magnético residual fuerte.
Alta cantidad de magnetismo residual: Retiene un campo magnético residual alto.
Alta fuerza coercitiva: Requiere de una gran fuerza de magnetización inversa para
eliminar el campo magnético residual.
Figura No. 73: Curva de histéresis de un acero duro
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Una curva de histéresis delgada corresponde a un material con alta permeabilidad.
La figura No. 74 corresponde a una curva de histéresis que muestra las cualidades de
materiales suaves como el hierro con un bajo contenido de carbono. La fuerza coercitiva es
baja, debido a que este tipo de material retiene solamente un campo magnético residual débil.
En resumen, esta curva muestra las características magnéticas que tiene el hierro suave:
Alta permeabilidad: Fácil de magnetizar.
Baja reluctancia: Poca resistencia a la fuerza de magnetización.
Baja retentividad: Retiene un campo magnético residual débil.
Baja cantidad de magnetismo residual: Retiene un campo magnético residual débil
Baja fuerza coercitiva: Requiere de una baja fuerza de magnetización inversa para
eliminar el campo magnético residual.
Figura No. 74: Curva de histéresis de un acero suave
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e. Principios básicos de la desmagnetización
Cuando una pieza no magnetizada se somete a la acción de un campo magnético por primera
vez, el campo en el interior de la pieza pasa de cero al punto de saturación. Una vez que ha
sido magnetizada la pieza, el campo residual no se reduce a cero, a menos que la pieza sea
completamente desmagnetizada. Un material ferromagnético como el acero, una vez
magnetizado, es extremadamente difícil desmagnetizarlo completamente mediante
manipulaciones de tipo magnético.
El único camino práctico para una completa desmagnetización es calentar la pieza por arriba
del punto Curie y enfriarla, de preferencia con su longitud orientada entre el este y el oeste
para evitar que sea magnetizada nuevamente con el campo magnético terrestre. Cuando el
acero es calentado y pasa a través de un punto de transformación, aproximadamente a 770°C
para aceros suaves, se convierte en un material no magnético, y su permeabilidad decae a 1,
que es la misma que la del aire. Por arriba de esta temperatura el acero viene siendo
austenítico. La figura No. 75 ilustra el cambio que toma lugar en las propiedades magnéticas
cuando el hierro es calentado por arriba del punto curie.
Figura No. 75: Efecto de la temperatura en las propiedades del hierro
En la tabla siguiente son proporcionados los valores del punto Curie, para varios materiales
ferromagnéticos.
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Cualquier otro medio de desmagnetización deja siempre algo de magnetismo en la pieza, por
lo tanto, en la práctica es necesario que:
Sean utilizados los medios disponibles de la mejor manera posible
Se considere el nivel permisible de magnetismo residual. La desmagnetización
completa casi nunca es necesaria, a pesar de que así se especifique muchas veces. La
razón para exigir la total desmagnetización es para evitar que se vean afectados a
campos magnéticos débiles, instrumentos muy sensibles.
En general, el límite inferior de desmagnetización viene dado por el campo terrestre, que
afecta sobre todo a piezas alargadas de estructuras, por lo que será inútil intentar
desmagnetizarlas totalmente. Es normal que piezas de aviones, trenes y automóviles, con alta
retentividad, se magneticen sensiblemente al cabo de cierto tiempo de servicio, bien sea por
la acción del campo terrestre o bien por la proximidad de líneas de alta tensión,
favorablemente orientadas. El que tales piezas hayan prestado un servicio satisfactorio a ese
nivel de magnetización, hace pensar que las exigencias de una desmagnetización completa no
tienen justificación práctica.
f. Métodos de desmagnetización
Para llevar a cabo la desmagnetizando existen varias formas y medios más o menos eficaces.
Los fundamentos de la desmagnetización pueden explicarse mediante el ciclo de histéresis.
Todos los sistemas de desmagnetización están basados en el principio de someter la pieza a
un campo magnético alterno, cuya intensidad gradualmente decrece hasta anularse. La figura
No. 76 muestra la variación del ciclo de histéresis y su descomposición en las variaciones de
la corriente (hacia abajo) y de la inducción de la pieza (hacia la derecha).
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Figura No. 76: Curva de flujo durante la desmagnetización
Claramente se observa que a medida que la corriente disminuye en cada ciclo también
disminuye la inducción en la pieza, tendiendo ambos a anularse simultáneamente. Para que
esto ocurra así, primero, es necesario asegurarse que el campo inicial es suficientemente
fuerte para vencer la fuerza coercitiva y conseguir así la inversión del campo residual inicial
de la pieza y, segundo, que la disminución entre las reducciones sucesivas de corriente sea
tan pequeña como sea posible, para que la fuerza de magnetización inversa generada, en cada
ciclo, pueda invertir el campo magnético remanente en la pieza, desde la última inversión.
La frecuencia, para alternar el campo, es un factor importante que afecta los resultados. La
alternancia afecta la penetración del campo magnético en la pieza, así, será preferible trabajar
bajo número de ciclos para conseguir la desmagnetización de toda la masa, ya que el poder de
penetración disminuye incrementando la frecuencia. Sin embargo, en la práctica, se utiliza la
corriente normal de 50 a 60 hz., y se obtienen resultados totalmente aceptables.
1). Desmagnetización con bobina y corriente alterna
De los diversos métodos de desmagnetización que se utilizan en la práctica, el más
importante, por su extenso uso, es el que emplea corriente alterna, bien la normal de 50 o 60
hz., o bien de frecuencia reducida a 10 hz., que es más eficaz por su mayor penetración. El
método más común de desmagnetización para piezas de tamaño pequeño a moderado, es
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utilizando una bobina por la que circula la corriente alterna, con lo que se someten al campo
magnético alterno.
Existen dos métodos para hacer que el campo disminuya progresivamente:
El primero, es mover las piezas desde el núcleo de la bobina (figura No 77), por la
que fluye corriente con la intensidad máxima constante, hacia el exterior, con lo que
el campo al que estén sometidas las piezas será cada vez menor a medida que se aleje
de la bobina y a una distancia relativamente pequeña; de 1 a 1.5 metros el campo se
habrá anulado a efectos prácticos.
El segundo método, es mantener las piezas fijas dentro de la bobina y disponer de un
dispositivo que permita reducir progresivamente la intensidad de la corriente.
Ambos métodos son simples, rápidos y fáciles para desmagnetizar y producir un nivel bajo
aceptable del campo residual. El primer método es más cómodo y económico, por lo que es el
más utilizado.
Figura No. 77: Desmagnetización con bobina
Para obtener mejores resultados en la desmagnetización con bobina se debe tener en cuenta
que:
1. Conviene pasar las piezas cerca de la pared de la bobina, ya que en la proximidad de
las espiras el campo magnético es más intenso.
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2. Si se trata de piezas pequeñas, no pasarlas apiladas en paquetes o bolsas, sino de una
en una o bien en soportes magnéticos que permitan mantenerlas fijas y sin contactos
mutuos.
3. Debido a que la corriente alterna no penetra en una pila de piezas, solamente pocas
piezas, las que se localizan en los extremos de la pila, serán desmagnetizadas
adecuadamente.
4. Normalmente da buenos resultados hacer girar la pieza a la vez que se desplaza a
través de la bobina.
5. Si la pieza es alargada, conviene que su eje longitudinal sea paralelo al de la bobina.
6. Si la pieza no tiene ninguna dimensión preferente (L/D = 1), a veces es conveniente
colocarla entre dos trozos de acero suave, de manera que se constituya un conjunto
en forma de barra.
7. Para desmagnetizar piezas en forma de anillo, el mejor método es hacer pasar a
través de ellas un conductor central por el que fluya la corriente alterna y, mediante
un dispositivo, disminuir la intensidad de la corriente.
El método para reducir la intensidad de la corriente ha sido simplificado al incorporar en los
equipos medios como interruptores de pasos bajos, transformadores variables, etc., para
reducir automáticamente la corriente hasta cero, haciendo a este método fácil de aplicar.
2). Desmagnetización con corriente directa
Existen varios métodos de desmagnetización con corriente directa. Aunque el más efectivo es
esencialmente idéntico en principio a los métodos de corriente alterna, esto es, invirtiendo y
reduciendo la dirección de la corriente directa. La desmagnetización con corriente directa
requiere un instrumental más complicado ya que es necesario disponer, además del reóstato
para disminuir la corriente, de un dispositivo que permita invertir el paso de corriente cada
cierto periodo de tiempo. Una inversión por segundo es una frecuencia comúnmente
utilizada, con la cual la desmagnetización se lleva a cabo en toda la masa de la pieza en forma
más efectiva.
Es uno de los medios más adecuados para remover campos circulares (especialmente cuando
la corriente pasa directamente a través de la pieza), para desmagnetizar uniformemente
secciones grandes y muy efectivo para objetos que son difíciles de desmagnetizar. El ciclo de
desmagnetización con corriente directa es normalmente controlado automáticamente y
requiere cerca de treinta segundos para completarse. Cuando se utiliza una bobina en
conjunto con este método, la parte debe permanecer dentro de la bobina durante el ciclo
completo de desmagnetización.
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3). Desmagnetización con yugo
Los yugos, de corriente alterna o directa, proporcionan un medio portátil para desmagnetizar
cuando otros métodos son imprácticos de acuerdo con las circunstancias. En algunos casos,
los yugos son más efectivos que las bobinas de desmagnetización, porque el campo generado
por el yugo puede ser concentrado en áreas relativamente pequeñas. Por ejemplo, en el caso
de desmagnetizar piezas que tengan una alta fuerza coercitiva. Un método para
desmagnetizar es ajustar el espacio entre los polos del yugo para que piezas pequeñas sean
pasadas a través de ellos, mientras fluye la corriente alterna en el yugo. En ocasiones, el yugo
es utilizado en piezas grandes para desmagnetización local, colocando los polos del yugo
sobre la superficie, moviéndolo alrededor del área y después alejándolo mientras sigue siendo
energizado.
Los yugos de corriente directa son similares en apariencia a los de corriente alterna, pero son
más efectivos en cuanto a penetrar secciones transversales grandes. Con estos yugos, el
método para desmagnetizar piezas grandes es girar el yugo 180°, invertir la posición de los
polos y con ello la polaridad del campo, mientras se aleja de la superficie y se mantiene
energizado.
g. Verificación del grado de desmagnetización
Debido a que los métodos de desmagnetización varían ampliamente en efectividad, conforme
son usados en partes con diferentes configuraciones y características magnéticas (dureza y
fuerza coercitiva), en muchas ocasiones es importante verificar la efectividad del proceso de
alguna forma. No existe una forma efectiva de verificar el grado de remoción del magnetismo
circular. Sin embargo, es relativamente fácil verificar la efectividad de la desmagnetización
en el caso de campos longitudinales, ya que siempre están presentes los polos externos.
Cuando no se requiere un control cuantitativo del magnetismo residual, da buenos resultados
emplear una simple cadena fabricada con clips que será atraída por una pieza al acercarla a
ella si la desmagnetización no ha sido efectuada correctamente. Este método es
suficientemente bueno cuando la pieza va a trabajar en un sistema al que no afectará el
magnetismo de aquella. Sin embargo, en sistemas de gran responsabilidad, es necesario
controlar con precisión el magnetismo remanente de sus componentes. Para este fin, se
utilizan equipos especialmente diseñados para proporcionar una medida cuantitativa. El
accesorio más simple es el medidor manual de campo residual (magnetómetro) como el que
se muestra en la figura No. 78.
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Figura No. 78: Medidor manual de campo residual
Para utilizar el medidor manual de campo residual, este se coloca cerca de donde se sospecha
que está localizado uno de los polos residuales, con el medidor en posición normal a la
superficie. Si no existe campo residual la aguja permanece estacionaria, pero si hay un campo
residual la aguja se mueve hacia la dirección de más o menos, dependiendo de la polaridad
del campo. También pueden ser usados medidores de la fuerza de campo para medir el
magnetismo retenido. Estos equipos utilizan sondas Hall como elementos detectores. Las
sondas se localizan en un sensor remoto conectado al instrumento por un cable conductor
flexible, como se observa en la figura No. 79, lo que permite medir la fuga de campo sobre la
superficie del objeto, estos instrumentos son más efectivos para medir el campo residual ya
que las lecturas son mayores comparadas con las obtenidas con el medidor de campo
residual.
Figura No. 79: Sonda Hall y medidor de la fuerza de campo
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En el pasado el uso de estos instrumentos estaba confinado a trabajos de laboratorio, debido
al costo del instrumento, lo complicado del procedimiento de operación y lo delicado de la
sonda Hall.
h. Cuando la desmagnetización no es necesaria
La desmagnetización no es necesaria y no se lleva a cabo cuando:
Las piezas son de un material suave (aceros blandos de bajo contenido de carbono) y
de baja retentividad. En este caso, el campo remanente es muy bajo o desaparece
prácticamente al dejar de actuar la fuerza de magnetización.
La pieza forma parte de una estructura soldada, una fundición grande, una caldera,
etc. En estos casos, aunque el material presente algún campo residual, no es probable
que afecte el funcionamiento adecuado de la pieza.
La pieza sufrirá, posteriormente, un tratamiento térmico por encima del punto de
Curie , cerca de 770°C. Por encima de esta temperatura, el acero se vuelve no
magnético y en el enfriamiento queda totalmente desmagnetizado.
La pieza va a ser magnetizada de cualquier forma en procesos posteriores, por
ejemplo, al sujetarla en un plato magnético.
La pieza va a ser subsecuentemente magnetizada en diferentes direcciones, con el
mismo nivel o a un nivel más alto que el utilizado originalmente.
El campo magnético contenido en una pieza terminada es tal que no existen fugas de
flujo externas que puedan medirse por medios ordinarios. Por ejemplo, en la
magnetización circular de tubería soldada o sin costura.
Punto de Curie: Temperatura a la cual un material ferromagnético no podrá ser
mayormente magnetizado por fuerzas externas y en donde se pierde su magnetismo
residual; aproximadamente entre 649 a 871°C para la mayoría de los metales.
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CAPÍTULO VIII: Equipos de inspección para partículas magnéticas
a. Consideraciones para seleccionar el equipo
El equipo de inspección por partículas magnéticas puede ser tan pequeño como un yugo
portátil o tan grande como una unidad de inspección de billets, encontrada en una fundición
de acero. El equipo de inspección por partículas magnéticas sirve para cumplir con dos
propósitos básicos, los cuales dictan el tamaño, forma y funciones de las unidades.
Los propósitos del equipo son:
1). Proporcionar medios convenientes para realizar la magnetización adecuada.
Magnetización adecuada con respecto a la fuerza y dirección. Medios convenientes que
proporcionen poder suficiente y de la clase adecuada, contactos y bobinas adecuadas, medios
para aplicar las partículas magnéticas y espacio bien iluminado para realizar el examen
cuidadoso de las indicaciones en las piezas. Todo esto puede ser alcanzado solamente con
equipo diseñado para cumplir estos requisitos para varios tipos de piezas y condiciones bajo
las cuales se realiza la inspección.
2). Realizar la inspección tan rápida como sea posible a la velocidad requerida, con la
certeza que los resultados serán confiables y reproducibles. Con el equipo adecuado todas
las piezas pueden ser inspeccionadas bajo condiciones idénticas, tipos y valores de corriente,
técnicas de aplicación de partículas, etc., cuando es usado en diferentes lugares y por
diferentes operadores.
La siguiente lista es un resumen de las consideraciones que determinan la configuración del
sistema de inspección por partículas magnéticas para una aplicación específica:
1. Tipo de partículas.
2. Requisitos de magnetización del objeto.
3. Grado de automatización requerido.
4. Requisitos de desmagnetización.
5. Requisitos de corriente.
6. Tamaño del objeto y del sistema de inspección correspondiente.
7. Suministro eléctrico disponible.
8. Requisitos de suministro de aire.
9. Accesorios necesarios.
10. Especificaciones de la inspección que requieren verificación.
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Cada una de estas consideraciones es afectada por muchos otros parámetros de la propia
inspección o del proceso de manufactura de las piezas. Por ejemplo, puede ser necesario
realizar la magnetización con un tipo específico de corriente, lo que depende de la naturaleza
del objeto y el propósito de la inspección.
b) Equipos portátiles
1). Yugos
El sistema de inspección por partículas magnéticas más simple y quizá el más común es el
yugo magnético portátil. Usado para la inspección ocasional de piezas pequeñas o piezas
maquinadas, para detectar grietas superficiales. También son ampliamente usados para la
inspección de soldaduras. El yugo magnético es muchas veces adecuado para la inspección y
muy fácil de usar.
En general, existen dos tipos de yugos:
Yugos de imán permanente.- En la actualidad no son utilizados frecuentemente. Su
fuerza del campo es baja, en comparación con un yugo electromagnético. Sus
principales aplicaciones son en inspecciones donde no está disponible el suministro
de corriente eléctrica o en medios explosivos, donde solo puede ser utilizado equipo
eléctrico especial. Normalmente es usado en áreas pequeñas aisladas y no para
inspecciones generales.
Yugos electromagnéticos.- Es un equipo de inspección práctico que tiene muchas
aplicaciones. Se ha extendido rápidamente su uso, especialmente donde se
inspeccionan piezas pequeñas. Con el yugo se crea un campo longitudinal de
dirección conocida. Es seguro para usarse sobre piezas tratadas térmicamente sin
ningún riesgo de quemar la superficie, o sobre cualquier superficie en la que no se
permite quemadas por arco. Son capaces de generar campos fuertes en la porción de
la pieza que se encuentra entre sus polos. Están disponibles para operar con corriente
alterna, corriente directa rectificada de media onda o corriente directa pulsada.
Pueden ser usados con partículas secas y húmedas.
La mayoría de los yugos electromagnéticos están equipados con corriente alterna, por lo que
también son usados para la desmagnetización y para la inspección con partículas secas.
Algunos yugos tienen piernas articuladas que pueden ajustarse para cambiar su distancia de
separación y variar la densidad de flujo, y para proporcionar un ajuste para formas complejas.
2). Bobinas
Para la magnetización longitudinal de flechas o ejes y artículos similares, se encuentran
disponibles juegos portátiles de magnetización que incluyen una bobina prefabricada, ver
figura No. 80. Estas bobinas consisten de muchas vueltas de alambre fino con un
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recubrimiento protector de hule. La bobina también puede ser usada para la desmagnetización
de muchos tipos de objetos.
Figura No. 80: Bobinas portátiles
3). Unidades portátiles
Cuando se requiere una corriente de magnetización elevada o ciclos grandes de trabajo, es
necesario recurrir a equipo portátil grande. Los equipos de magnetización pueden contar con
transformadores pesados, por lo que pueden fácilmente pesar al menos 30 Kg, pero pueden
ser manejados por una sola persona.
Las unidades de magnetización están diseñadas para producir bajo voltaje y alta corriente.
Las unidades portátiles pueden operar con suministros de corriente de entre 120 y 440
voltios. La corriente de magnetización de salida se encuentra en un rango de 400 a 2000
amperios, para inspecciones con corriente alterna o directa rectificada de media onda. Se
utilizan puntas o pinzas para magnetización por contacto directo, en combinación con cables
flexibles que transportan la corriente. La mayoría de los cables tiene una conexión en ambos
extremos, lo que permite formar manualmente una bobina de magnetización enrollando el
cable. Puede ser usado el método continuo con partículas secas o húmedas. El equipo portátil
es usado para la inspección de soldaduras, pero no está limitado a esta aplicación.
Los componentes típicos, figura No. 81, de una unidad portátil son:
Control de corriente- Un selector ajustable o un control infinitamente variable
Cables- Flexibles para conectar a las puntas o pinzas
Puntas- Montadas en soportes y conectadas en línea para realizar el contacto
eléctrico con la pieza
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Pinzas- Accesorio alterno para aplicar corriente, cuando se tiene acceso a los
extremos o bordes de la pieza
Asa- Para posicionar o transportar la unidad
Conexión de corriente alterna- Junto con la conexión común suministra la corriente
alterna a los cables.
Conexión de corriente directa rectificada de media onda- Junto con la conexión
común suministra la corriente a los cables.
Conexión común- Junto con cualquiera de las otras conexiones suministra la
corriente a los cables.
Receptáculo remoto- Para conectar el cable de control.
Indicador de poder- Indica cuando la unidad está encendida.
Cable de control- Conecta el interruptor remoto de las puntas.
Amperímetro- Mide la salida de corriente.
Figura No. 81: Unidades portátiles
c. Equipo móvil
Existen equipos de magnetización más grandes, con salidas de corriente de hasta 6.000
amperios. Pueden proporcionar salida de corriente alterna y directa rectificada de media onda.
Son usadas para inspección de fundiciones, forjas, soldaduras y otros objetos que requieran
tales corrientes de magnetización. Algunas unidades están equipadas con un sistema de
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desmagnetización y un interruptor de pasos con hasta 30 puntos. Las unidades se encuentran
montadas sobre carretillas o ruedas, por lo que se identifican como unidades móviles, como
se ilustra en la figura No. 82. La ventaja de la configuración es que pueden ser movidas al
sitio de la inspección.
Pueden ser usadas puntas o pinzas para magnetización directa. Para realizar la magnetización
longitudinal o la desmagnetización, puede ser usado un cable enrollado. Un cable largo puede
servir como un conductor central o una barra junto con pinzas. Los equipos móviles pueden
operar con suministro de corriente en un rango de 230 a 460 voltios de corriente alterna de
fase simple.
Figura No. 82: Unidad móvil
d. Equipos estacionarios
Existe una gran variedad de unidades de banco estacionarias disponibles, con varias
características para que cumplan con aplicaciones y requisitos específicos. Estas unidades se
encuentran permanentemente instaladas en un taller o laboratorio y el tamaño del sistema de
inspección está determinado por el tamaño del objeto inspeccionado. Los equipos más
pequeños son usados para piezas pequeñas que son fácilmente transportadas y manejadas con
la mano sobre la unidad. Los modelos más grandes son usados para inspeccionar
componentes grandes como cigüeñales de máquinas diesel o secciones de trenes de aterrizaje,
donde el manejo se realiza con grúa o polipasto.
Las unidades estacionarias generalmente son diseñadas para operar con suministros de 440
voltios de corriente alterna de tres fases y para proporcionar corriente alterna y directa
rectificada de media onda. El selector de corriente normalmente es infinitamente variable.
Estas máquinas tienen cabezales de contacto para magnetización circular y una bobina
prefabricada para magnetización longitudinal. Normalmente utilizan partículas en suspensión
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y cuentan con un tanque para recolectar la suspensión y una bomba para agitarla y para su
recirculación.
Las unidades son diseñadas para alta producción. En algunos casos, un interruptor cambia el
tipo de corriente de salida. También, un interruptor puede alternar el suministro de corriente
de los cabezales a la bobina sin necesidad de mover la pieza. Algunas unidades tienen un
sistema de desmagnetización con hasta 30 puntos.
Para la inspección de fundiciones complejas y grandes, estructuras soldadas o placas,
normalmente se magnetiza completamente empleando altas corrientes de magnetización, para
ahorrar costos. Los valores máximos de salida para tales aplicaciones son de alrededor de
12.000 amperios.
e. Equipos de inspección automatizada
1). Sistemas de magnetización multi-direccional
Algunos equipos proporcionan corriente de magnetización en dos o más direcciones. Estos
sistemas utilizan magnetización multi-direccional a través de dos o tres circuitos de
magnetización, haciendo posible la detección de discontinuidades en todas direcciones. Los
circuitos son individualmente energizados en una sucesión rápida. El cambio rápido de
corriente de magnetización produce la magnetización total de la pieza, permitiendo su
cobertura completa. Los sistemas de inspección multi-direccional son diseñados para
aplicaciones muy específicas.
Los sistemas de magnetización multi-direccional son usadas principalmente las suspensiones
de partículas fluorescentes húmedas. Teóricamente, la magnetización multi-direccional puede
ser aplicada en la mayoría de aplicaciones de piezas de producción con mejoras en la
resolución y costos.
2). Sistemas automatizados
Los sistemas automáticos o semiautomáticos en muchos casos requieren magnetización en
dos direcciones, para detectar discontinuidades orientadas al azar.
Como dos campos magnéticos no pueden existir simultáneamente en una pieza, se necesita
cambiar el campo desde una dirección a otra. Los interruptores electrónicos le proporcionan
la ventaja a estos sistemas, como en ninguna otra configuración. Con esos interruptores, la
corriente puede ser cambiada varias veces por segundo. De esta forma, la pieza es
magnetizada circular y longitudinalmente.
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Estas unidades son utilizadas en gran cantidad hoy en día en muchas aplicaciones. Se
consideran unidades especiales porque son diseñadas especialmente para manejar situaciones
fuera de lo normal que, por una u otra razón, no pueden ser manejadas manualmente. Son
especiales por el método de magnetización o aplicación de las partículas, o porque han sido
diseñadas para un manejo inusual de tamaño, forma o cantidad de piezas. Estas unidades
pueden dividirse en dos grupos:
1) Especiales: A su vez se dividen en unidades para propósitos simples ó sencillos y
para propósitos generales ó múltiples.
2) Automáticas.
 Las unidades para propósitos simples son para inspeccionar piezas de un solo tipo.
 Las unidades para propósitos generales ó múltiples tienen un diseño especial para
aplicar la magnetización a una variedad de piezas con técnicas de proceso especial.
Cuando se plantea el problema de controlar el 100% de una producción en serie,
generalmente se adopta la automatización de la inspección que, a la larga, resulta más
económico, más seguro y rápido, aunque presenta el problema de un mayor costo
inicial. La característica más importante de esas unidades es que las piezas se
inspeccionan en condiciones óptimas y todas reciben el mismo procedimiento de
inspección.
Figura No.83:
Equipos
automatizados
3). Equipo horizontal húmedo
El equipo para inspección por partículas magnéticas más utilizado para la inspección de
piezas en producción es la “unidad horizontal húmeda”, como el que se muestra en la figura
No. 84. La longitud nominal de tales unidades está determinada por el tamaño de las piezas
que pueden ser fijadas dentro del sistema de sujeción. Las longitudes de 1 a 4 metros son las
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usadas para la mayoría de aplicaciones. Muchos otros sistemas tienen longitudes diseñadas
para piezas muy pequeñas o para piezas muy grandes.
Figura No. 84: Unidad horizontal húmeda
Antes de realizar la inspección, la pieza se sujeta entre un cabezal fijo y un cabezal ajustable,
que se mueve horizontalmente a lo largo de los rieles de la unidad. El cabezal fijo sujeta la
pieza por medio de un cilindro que puede ser activado por aire comprimido. La posición del
cabezal móvil puede ser controlada por una manivela, un juego de tornillos o simplemente
colocándolo en una posición a lo largo de la unidad. Un sistema horizontal húmedo
normalmente es capaz de producir magnetización circular por contacto directo y
magnetización longitudinal con una bobina o una configuración de yugo.
Una vez que la pieza se sujeta en posición, para la magnetización circular se pasa la corriente
a través de la pieza o de un conductor central. Para magnetización longitudinal, la mayoría de
sistemas tiene una bobina de magnetización montada sobre rieles, por lo que puede moverse a
lo largo del eje horizontal de la unidad. Mientras la pieza es cargada y magnetizada
circularmente, la bobina se desplaza fuera del espacio entre los cabezales. Posteriormente, la
bobina se mueve para quedar colocada alrededor de la pieza. En sistemas con yugo, los
campos longitudinales son establecidos a lo largo de toda la pieza.
Normalmente, las unidades utilizadas para inspección en servicio y en proceso son sistemas
de corriente alterna de fase simple. Sin embargo, en aplicaciones específicas se requiere
equipo de corriente directa, para el cual se utiliza corriente alterna rectificada de onda
completa de tres fases. La salida y el ciclo de trabajo varían con el modelo y el fabricante del
sistema. El equipo de corriente alterna normalmente tiene salida máxima de 1.500 a 3.000
amperios, aunque en ciertos casos puede ser de hasta 6.000 amperios. Para equipo de
corriente alterna rectificada de onda completa normalmente se tiene salidas de 2.000, 4.000 ó
6.000 amperios. Para piezas más grandes, los sistemas pueden ser fabricados con corriente
directa de 10.000 amperios o más.
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CAPÍTULO IX: Tipos de discontinuidades detectadas por partículas magnéticas
a. Tipos de discontinuidades
Una discontinuidad puede producirse en cualquier momento de la vida de una pieza metálica.
Si la misma se crea durante la producción inicial desde el estado de fusión, se denomina
discontinuidad inherente. Si se produce durante procesos posteriores de fabricación o
terminado, entonces se denomina discontinuidad de proceso. Finalmente, pueden
producirse también discontinuidades durante el uso del producto debido bien a circunstancias
ambientales o de carga, o ambas, en cuyo caso se denominan discontinuidades por servicio.
Las numerosas discontinuidades halladas en piezas fundidas o conjuntos soldados pueden
clasificarse en tres grupos de acuerdo con el momento en que se producen.
Discontinuidades inherentes
Estas se refieren a la solidificación del metal fundido. Pueden formarse durante la
solidificación original del lingote o más tarde, durante los procesos de fundición, colada y
solidificación del metal.
Discontinuidades de proceso
Estas se refieren o se producen durante los diferentes procesos de fabricación tales como
conformado, extrusión, laminado, maquinado, soldadura, tratamiento térmico, cromado, etc.
Discontinuidades inducidas por el servicio
Estas están relacionadas con las diversas condiciones de servicio a las que se somete la pieza,
es decir, fatiga, corrosión bajo tensión, erosión, etc.
Las principales discontinuidades que podemos mencionar;
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1). Porosidad: Son gases atrapados de forma redonda o semejante a ella, pueden presentarse
en la superficie o en el interior del metal.
2). Inclusiones: Se consideran inclusiones, las impurezas producidas por gases atrapados en
la masa del metal durante el proceso de fusión, o materiales extraños sólidos (metálicos y no
metálicos)
3). Laminación: Son inclusiones no metálicas, poros o cavidades aplanadas durante el
proceso de laminado o emparedado en el acero. Se orientan en la dirección del rolado.
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4). Grietas: Separación en el metal inducido por un esfuerzo, el cual, sin otra influencia, es
insuficiente en extensión para causar ruptura completa del material. Se presentan como
desgarramientos del material, son provocadas por cambios en las secciones de las piezas
fundidas.
5). Pliegue ó Traslape: Pliegue del metal que ha sido laminado ó empotrado en otra forma
contra la superficie del metal laminado, pero no se ha fundido con el metal sano.
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6). Estallido de forja ó ráfaga de forja: Es una ruptura causada por el proceso de forja a una
temperatura inapropiada (temperatura baja). Estos estallidos o reventones pueden ser
internos o abiertos a la superficie.
7). Sopladura: Hueco esférico y cilíndrico sobre la superficie o en el interior del lingote.
Generalmente las sopladuras aparecen localmente sobre la superficie del lingote y son
removidas por desbaste después que es desmoldado y llevado a forja.
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CAPÍTULO X: Indicaciones en un ensayo de partículas magnéticas e interpretación.
a. Interpretación de indicaciones:
La interpretación consiste en localizar e identificar todas las indicaciones relevantes que se
detecten sobre la superficie de la pieza y evaluarlas de acuerdo a la norma aplicable o a
criterios de aceptación o rechazo considerados. Las definiciones siguientes deben aplicarse a
la interpretación y evaluación.
1). Indicaciones relevantes:
Son todas aquellas causadas por discontinuidades.
Si durante la interpretación de una indicación no se tiene la certeza de que no es relevante,
ésta debe ser asumida como relevante. En las siguientes figuras No. 85 y 86, se pueden
observar algunas discontinuidades que pueden ser detectadas por partículas magnéticas;
Figura No. 85
Figura No. 86
2). Indicaciones no relevantes ó irrelevantes:
Son todas aquellas ocasionadas por una dispersión de flujo generada por excesiva aplicación
de corriente de magnetización, diseño estructural de la pieza, como por ejemplo la geometría
de la pieza, endurecimiento localizado o variación de permeabilidad dentro de la misma
pieza.
La causa más común que provoca indicaciones irrelevantes es el uso excesivo de
magnetización. Mucha corriente causa flujo dispersos en laterales agudos o cambios abruptos
de espesor en la pieza como se muestra en la figura No.87. Mucho depende de la
permeabilidad del material, cada tipo de material tiene un límite de líneas de flujo que puede
retener. Cuando ese límite se excede, el exceso de líneas de flujo es forzado a circular fuera
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del material originando flujo disperso. Estos flujos dispersos se evidenciaran primero en los
cambios abruptos de espesor de la pieza. Algunas veces cuando una pieza se sobre magnetiza
las partículas forman patrones (algunas veces circulares) que cubren la pieza. Esto es un
signo seguro de sobre magnetización. Cada vez que ocurre esto la pieza debe ser
desmagnetizada y reinspeccionada con una intensidad de corriente menor.
Figura No. 87. Indicaciones irrelevantes
Es muy importantes reconocer las indicaciones irrelevantes y como se producen. Esto es
necesario para entender e interpretar adecuadamente las indicaciones de las partículas
magnéticas. Algunos ejemplos se pueden observar en las siguientes figuras.
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(2.1). Características de indicaciones no- relevantes.
Las indicaciones irrelevantes tienen algunas características que las distinguen y facilitan su
identificación bajo casi todas las circunstancias;
1. Las indicaciones generalmente son borrosas y no nítidas y bien definidas.
2. Generalmente pueden relacionarse con algún rasgo de la construcción de la
pieza o de su corte transversal, como en las ranuras y fuertes incrementos de
espesor.
3. Son uniforme en dirección y tamaño.
3). Indicaciones falsas.
Las indicaciones falsas ocurren cuando las partículas magnéticas son acumuladas y
mantenidas mecánicamente, por la fuerza de gravedad o por irregularidades de la superficie.
Estas indicaciones son falsas porque no se deben a la atracción magnética. Ocasionalmente se
obtiene una indicación falsa cuando las partículas magnéticas son retenidas mecánicamente
por un parche de escamas fuertemente adheridas a la superficie de una pieza. Si la probeta
tiene una superficie rugosa, está sucia ó perfilada de tal manera que se acumulan las
partículas magnéticas, puede aparecer una indicación cuya forma es como la de una
indicación autentica. Como las indicaciones falsas no son retenidas por una fuerza magnética,
generalmente resulta posible distinguirlas de las autenticas, porque es posible quitarlas
mediante una leve presión de aire o lavándolas en un solvente limpio.
Resumiendo, las indicaciones falsas generalmente son causadas por:
1. Rugosidades en la superficie como escamas ó escoria.
2. Contornos abruptos en la superficie no sujetos al campo magnético, como raíces de
roscas.
3. Contornos que forman líneas de drenaje en el método húmedo.
4. Grasa ó Aceite en la superficie de la pieza que no ha sido limpiada correctamente.
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