Download Ensayos NO Destructivos

Ensayos
NO
Destructivos
Ensayos Destructivos vs NO Destructivos
Características positivas de los ensayos Destructivos
• Proveen datos cuantitativos, precisos y confiables de la pieza ensayada
• Proveen datos muy útiles para diseño
• Permiten, en algunos casos, predecir la vida útil de la pieza
Características negativas de los ensayos Destructivos
• Los resultados son solo aplicables al objeto ensayado
• En general la pieza ensayada no puede ser utilizada
Características positivas de los ensayos NO Destructivos
• La pieza puede ser utilizada luego del ensayo
• Las condiciones superficiales e internas de cada ítem pueden ser examinadas
• Algunas partes pueden examinarse en servicio
• Algunos dispositivos de ensayo no destructivo son portables
Características negativas de los ensayos NO Destructivos
•
•
•
•
Son dependientes en mayor o menor medida del operador
No proveen información cuantitativa
La orientación y el tipo de discontinuidad debe ser considerado
La evaluación de los resultados puede ser muy subjetiva
Algunas aplicaciones de los E. NO D.
Detección de discontinuidades en producción
primaria de metales
1. Detección de inclusiones
2. Detección de defectos de moldeo
Inclusión de Silicato en una
barra de acero
Inclusiones gaseosas en
fundición de aluminio
Discontinuidad en un
lingote de acero
producida durante el
moldeo
Algunas aplicaciones de los E. NO D.
Inspección de soldaduras
Detección de grietas, poros, falta de
penetración, grietas por fragilización en la
zona HAZ, etc
Zona HAZ en soldadura
Fractura en soldadura
Falta de fusión
Inclusión de escoria en
la sección de soldadura
Algunas aplicaciones de los E. NO D.
Detección de discontinuidades ocasionadas por corrosión
Agujero causado por
excesiva corrosión
Fracturas ocasionadas por tensiones
inducidas por corrosión
Algunas aplicaciones de los E. NO D.
Detección de discontinuidades
por deformaciones plásticas en
piezas forjadas
Traslape de forja
Grietas de Forjado
Bordes de laminación
Algunas aplicaciones de los E. NO D.
Detección de discontinuidades
en general
Fractura en bulón
Discontinuidades
Inducidas por fatiga
Costura en bulón
Discontinuidad en
una barra
Ensayos No destructivos
• Examen visual
• Ensayos penetrantes
• Exámenes radiográficos
• Métodos de análisis magnéticos
• Métodos de análisis eléctrico
• Análisis ultrasónico
• Otras técnicas
Inspección Visual
Video Bore-Scoupe
Mini cámara
Bore-Scoupe
Ventajas
La ventaja sobre otras técnicas es la visualización en forma directa de la superficie
examinda. Todos los colores sombras texturas y atributos visuales son observados
en forma directa por el inspector.
Limitaciones
No es posible el acondicionamiento artificial de la imagen y las restricciones de
acceso pueden limitar la inspección.
Ensayos penetrantes
Principios
Estos métodos se basan en el principio de la acción capilar de los líquidos y
se emplean para detectar discontinuidades abiertas a la superficie en todo
tipo de materiales NO POROSOS.
Procedimiento
1. Se limpia y desengrasa perfectamente la superficie a examinar
2. Se cubre la pieza con el líquido penetrante y se deja un determinado tiempo
para que este penetre (en general 10 a 15 min)
3. Se remueve el líquido de la superficie y se seca
4. Se aplica el revelador y se deja un cierto tiempo para que este extraiga el
penetrante (en general 10 a 30 min)
La profundidad de las discontinuidades puede correlacionarse con la riqueza
del color y la velocidad de exudación.
Aplicaciones:
Se los emplea en materiales no porosos, metales ferrosos y no ferrosos,
materiales no metálicos (cerámica, vidrio, plástico).
Ensayos penetrantes
Arreglo típico de una línea de Ensayo penetrante fluorescente
Ensayos penetrantes
Inspección de soldaduras con productos comerciales
1. Aplicación del limpiador
2. Aplicación del penetrante
4. Aplicación del revelador
5. Evaluación
3. Secado
Ensayos penetrantes
Indicación de una grieta en la zona HAZ de una soldadura
Indicación fluorescente de grietas
Ensayos penetrantes
Ventajas :
•
•
•
•
Portabilidad.
Bajo costo.
Sensibilidad.
Versatilidad—en principio cualquier sólido no poroso puede ser
inspeccionado.
• Efectividad para inspección en producción.
Limitaciones :
• Solo pueden ser detectadas las discontinuidades abiertas a la superficie.
• Requiere preparación cuidadosa de la superficie.
• Ciertas variables deben ser controladas:
• Temperatura.
• Condición de la superficie.
• El proceso es algo engorroso.
Exámenes radiográficos
Principios
Se utilizan los rayos X o los Gamma para atravesar el material. Si la estructura de
este es no uniforme los rayos serán absorbidos en mayor o menor medida por el
material.
• Rad. de rayos X (Exografía)
• Rad. de rayos Gamma (Gammagrafía)
Espectro electromagnético
Aplicaciones más comunes en la industria
• Inspección de soldaduras
• Examen de pieza fundidas
Exámenes radiográficos
Equipo de Rayos X
Hasta 125 kV
Baja Energía
125 kV hasta 400 kV
Energía Media
Más de 400 kV
Energía Alta
La mayoría de las aplicaciones
industriales se realiza en el
rango medio de energía
Exámenes radiográficos
Equipo de rayos Gamma
Corte de una cámara de transporte del sistema de rayos gamma, en la que se
puede ver el tubo en forma de S que contiene la pastilla radiactiva rodeado de
un blindaje metálico
Exámenes radiográficos
Equipo de rayos Gamma
La primer fuente de rayos
gamma usada en la industria
fue el radio
Hoy los más usados son el
Ir192 y el Co60
Sistema completo de Gammagrafía. Cámara de transporte de material radiactivo y
sistema flexible (“fish pole”) de manejo a distancia
Exámenes radiográficos
Equipo de rayos Gamma
Preparación de un ensayo de gammagrafía
Exámenes radiográficos
Energía de Radiación vs Rangos prácticos de espesores
Exámenes radiográficos
Variables
•
•
•
•
•
•
•
•
•
1. Energía
2. Tiempo de exposición
3. Intensidad de la radiación
4. Densidad y tipo de material
5. Espesor del material
6. Características de la película
7. Distancia fuente-objeto
8. Distancia objeto-película
9. Tamaño de la fuente
En pequeñas variaciones de espesor un buen
contrate se logra con voltajes bajos
Factores que afectan la Nitidez
• Tamaño de la Fuente
• Distancia al Objeto
• Dispersión de los rayos
Exámenes radiográficos
Factores de Equivalencia
De acuerdo al factor de Equivalencia:
con 220 kV una radiografía de una
pieza de aluminio de 5” equivale a
una de 0,9” de acero
Exámenes radiográficos
Calidad de la imagen
La calidad de la radiografía practicada se determina a partir de la imagen
de un indicador de la calidad de la misma
Penetrámetro del código ASME de calderas
Exámenes radiográficos
Radiografía de una soldadura de ¾” que revela una gran grieta (izquierda) y
una profusión de poros a lo largo de la línea central. Además se ve la imagen
del penetrámetro (derecha)
Exámenes radiográficos
Radiografía que muestra una soldadura de penetración incompleta
Radiografía que muestra
la presencia de dos
fisuras
Exámenes radiográficos
Preparación de ensayos radiográficos
Exámenes radiográficos
Medidas de seguridad
• Aislaciones de plomo.
• Manejo extremadamente cuidadoso de la fuente de radiación antes y
durante la preparación y realización del ensayo.
1. Guardar el material en recipientes de plomo de espesor adecuado.
2. Evitar exposiciones largas. Permanecer a una distancia mínima de 3m.
3. Manipular el radio con pinzas evitando el contacto con las manos.
• Vigilar siempre la exposición indebida mediante la portación de un trozo de
placa radiográfica y mantener el chequeo de la cantidad de glóbulos
blancos.
EN RESUMEN :
• La exposición a la radiación debe ser tan corta como sea posible.
• La distancia a la fuente de radiación debe ser tanta como sea posible.
• El blindaje utilizado debe ser de la mayor densidad y espesor posibles.
Exámenes Radiográficos
Ventajas :
1. Provee un registro permanente muy preciso.
2. Es muy versátil y puede ser utilizado en para inspeccionar todo tipo de formas.
3. Es bastante sensible si se considera que la discontinuidad produce una reducción
razonable en el espesor de la pieza (1 a 2% en espesores de 6”, con
gammagrafía la sensibilidad puede caer al 5% en espesores de ½”).
4. Permite la caracterización de la discontinuidad.
5. Es un método ampliamente usado y probado en el tiempo.
Limitaciones :
1.
2.
3.
4.
5.
6.
Existen riesgos al manejar dispositivos radiactivos.
Tiene limitaciones de espesor según la energía utilizada y la densidad del material.
Puede requerir mucho tiempo (exposiciones largas).
El costo inicial del equipamiento y los materiales utilizados es muy alto.
Es muy dependiente de la orientación de la discontinuidad.
Requiere mucha experiencia y entrenamiento del operador.
Método de la partícula magnética
Principios
Se basa en los cambios abruptos en el flujo magnético que corre por la pieza debido
a irregularidades en el material, que resultan en una dispersión local del flujo.
Esta dispersión se detecta aplicando un fino polvo de material magnético que tiende a
apilarse y saltar sobre tales discontinuidades
1. Se utiliza en materiales que se pueden magnetizar
2. Detección de defectos superficiales o muy cercanos a la superficie
Método de la partícula magnética
Indicaciones de
agrietamiento por temple
en un disco de cierra
Indicaciones de
agrietamiento por temple
Método de la partícula magnética
El medio de inspección
•
Partículas magnéticas alargadas, de hierro u oxido de hierro, con revestimiento de
color rojo, negro o fluorescente.
•
El polvo puede aplicarse en forma seca o en suspensión líquida
Del gráfico resulta:
9 La cd es mejor para detectar
irregularidades profundas
9 La ca puede ser más reveladora
cuando se trata de irregularidades
poco profundas
9 Existe poca diferencia entre el
método húmedo y el seco
cuando se usa ca. Pero con cd
el método seco permite
indicaciones satisfactorias con
menor intensidad de corriente
Método de la partícula magnética
Métodos de magnetización: Magnetización Circular
Se utiliza en Caños,
Tubos, partes huecas
etc.
El campo exterior será poco apreciable excepto
por la existencia de un defecto
Método de la partícula magnética
Métodos de magnetización: Magnetización Longitudinal
Se utiliza en piezas grandes:
Calderas, Tanques, Cigüeñales,
etc.
El campo exterior será poco apreciable
excepto por la existencia de un defecto
Método de la partícula magnética
Algunos dispositivos para magnetizar
Electromagneto
Unidad horizontal para método húmedo
Electromagneto a 90º
Método de la partícula magnética
Clasificación según los diferentes métodos
1. Clasificación de acuerdo a la existencia o no de corriente magnetizante
al aplicar el polvo:
• Residuales: El magnetismo es el remanente al aplicar el polvo
• Continuos: Se permite la circulación de la corriente que induce el flujo
magnético mientras se aplica el polvo
2. Clasificación de acuerdo al carácter del campo:
• Magnetización circular
• Magnetización longitudinal
3. Clasificación de acuerdo al tipo de corriente utilizada para magnetizar:
• Magnetización con corriente continua
• Magnetización con corriente alterna
Método de la partícula magnética
Aplicabilidad del método
9 Detección de grietas originadas por templado, deformación fragilización, fatiga.
Los defectos subsuperficiales pueden ser detectados solo cuando están cerca de
la superficie.
9 No se producen resultados satisfactorios en aleaciones poco magnéticas ni en
aceros austeníticos como el 18-8 Cromo-Niquel
9 En las soldaduras los defectos más perjudiciales (porosidad y falta de fusión) son
subsuperficiales, además existe un cambio en la permeabilidad magnética entre
el metal soldante y el metal base que hacen confusa la inspección por este
método
9 En la industria se aplica con propósitos de inspección en la fabricación y
renovación de ciertas partes de aviones, autos, camiones, turbinas de vapor,
etc
Método de la partícula magnética
Ventajas
1. Los resultados del ensayo son prácticamente instantáneos.
2. Las formaciones de partículas indican la forma y tipo de discontinuidad.
3. La experiencia y el entrenamiento previo requerido es significativamente menor que con
métodos como ultrasonido, radiografías y corrientes de Eddy. El método es simple.
4. El equipamiento requerido es mucho más barato que el utilizado en otros métodos.
5. Prácticamente todo tipo de tamaños y formas pueden ser inspeccionados.
6. La preparación de la superficies a ensayar es menos crítica que en los ensayos penetrantes.
7. No hay riesgos para el personal asociados con el método.
8. Se pueden inspeccionar muchas partes en simultaneo si se utiliza la magnetización residual.
Limitaciones
1. Solo es aplicable a materiales ferromagnéticos.
2. Solo se pueden detectar discontinuidades superficiales o muy cercanas a la superficie.
3. Puede ser necesaria la desmagnetización previa, durante y posterior al ensayo.
4. Las discontinuidades solo son detectadas cuando son perpendiculares a la dirección del campo.
5. Puede ser necesaria la remoción de pinturas y recubrimientos en forma localizada para facilitar.
buen contacto eléctrico, durante la magnetización o para evitar que las fallas queden muy alejadas
de la superficie si el recubrimiento es de mucho espesor.
6. Variaciones locales en las propiedades del material, que producen cierta dispersión del campo,
pero que no son relevantes, pueden hacer dificultosa la interpretación.
Métodos de las corrientes de Eddy
Principios:
El método se basa en someter a un material CONDUCTOR a un campo
magnético que varía en el tiempo y observar las variaciones en las corrientes
inducidas en el material
Variables detectables por el método
• Variaciones de la conductividad eléctrica
• Discontinuidades en el material
• Espesor del material
• Variaciones en la permeabilidad magnética
Principales áreas de aplicación
1. Inspección en servicio de tuberías en centrales nucleares y de
combustible fosil, en plantas petroquimicas, submarinos nucleares, etc
2. Inspección de estructuras aeroespaciales
3. Testeo en producción de tubos, caños, alambres, barras, etc
El método de las corrientes de Eddy es apropiado para la inspección
superficial y la inspección volumétrica de materiales conductores
Métodos de las corrientes de Eddy
Algunas aplicaciones
Discontinuidades en el patrón de corrientes
Detección de fallas en tubos
Dispositivo portátil de análisis de barras
Métodos de las corrientes de Eddy
Ventajas
1. El equipamiento disponible para uso en campo es cada ves más liviano y portable. Además
muchos instrumentos son basados en microporcesador lo que permite guardar en memoria los
test-setups y los resultados de los test para archivar y analizar.
2. No requiere fluidos de acople, ni polvos, la única interfase entre el material ensayado y el
dispositivo de testeo es el campo magnético.
3. Es ideal para inspección pasa no pasa. Alarmas visuales y sonoras, disparadas por un umbral de
variación que puede ser seteado. Conveniente para testeo automático.
4. No es necesario que la bobiba este en contacto con el material, lo que permite velocidades de
inspección relativamente altas.
5. El método es seguro y no existen riesgos como en el caso de las radiografías.
6. En general no se requiere la preparación del material.
Limitaciones
1. El material a testear debe ser eléctricamente conductor.
2. Es dificultoso acceder a las condiciones subsuperficiales en materiales ferromagnéticos. El testeo
de materiales ferromagnéticos está limitado a la detección de discontinuidades superficiales a
menos que el material esté magnéticamente saturado.
3. Aún en materiales no ferromagnéticos el método de las corrientes de Eddy tiene una penetración
limitada, que varía con la conductividad del material y la frecuencia utilizada.
4. La velocidad de la inspección está limitada por la frecuencia utilizada.
5. Gran parte de la teoría del método de las corrientes de Eddy es compleja y constituye un
verdadero desafío para los profesionales que requieren el dominio del método.
Detección ultrasónica de defectos
Principios
Se basa en el principio de la reflexión de ondas ultrasónicas en la superficie
interfase de dos medios distintos. En este sentido una falla interna proveerá una
superficie donde una porción de las ondas será reflejadas
Calcular el % de energía reflejada
en una interfase acero-aire
Zacero = 47 ; Zaire = 0.0004
Características de las ondas ultrasónicas:
•
La frecuencia utilizada está en el rango de 100 kHz a 20 MHz mientras que el
rango audible es de 16 a 20 kHz
•
Se transmiten o propagan a través de los materiales sólidos con mayor facilidad
que a través del aire, de hecho las ondas iniciadas en una cara de un objeto
sólido se reflejan al encontrarse con una bolsa de aire o en la cara opuesta del
mismo material.
•
Las ondas ultrasónicas usadas son producidas por las oscilaciones mecánicas
que producen ciertos cristales (ej. el cuarzo) al ser colocados en campos
eléctricos.
Detección ultrasónica de defectos
Procedimiento
El cristal palpador envía cierta cantidad de pulsos y se prepara para recibir los pulsos
reflejados.
Los pulsos reflejados hacen vibrar el cristal produciendo pulsos eléctricos los
cuales se registran en un osciloscopio
Detección ultrasónica de defectos
Diagrama en bloques de un detector
ultrasónico
Detector ultrasónico
Detección ultrasónica de defectos
Ventajas
1. La inspección se puede realizar desde una sola superficie.
2. Examen de piezas gruesas y largas.
4. Inspección de partes de acceso dificultoso. Ej. ejes en cajas de rodamientos
5. Información de la profundidad de la discontinuidad.
6. Las discontinuidades superficiales y subsuperficiales pueden ser detectadas.
7. Permite realizar escaneo a alta velocidad con conmutador electrónico de señal
y sistema de alarma.
8. Inspección pasa no pasa en producción de componentes.
9. Repetitividad.
10. El equipamiento es liviano y portable.
11. No se requieren licencias especiales como con fuentes de radiación.
Detección ultrasónica de defectos
Limitaciones
1. Discontinuidades paralelas al haz de ondas pueden no ser detectadas.
2. Discontinuidades cuyo tamaño son del orden o menores al tamaño de grano
pueden no ser detectadas.
3. Secciones delgadas pueden ocasionar problemas de sensibilidad.
4. Señales espurias pueden ser mal interpretadas.
5. En general el método requiere habilidad, entrenamiento y experiencia.
6. En general no se obtienen registros permanentes del examen.
La inspección ultrasónica es ideal para la inspección de pequeñas discontinuidades
asumiendo lo siguiente:
1. La energía ultrasónica es proyectada en un ángulo favorable de acuerdo a la orientación de
la falla reflectora.
2. La relación entre el tamaño de la discontinuidad y la estructura de granos del material
permite una relación señal/ruido aceptable.
3. La condición de la superficie es adecuada para el escaneo. Una superficie inadecuada
requerirá mayor fluido de acople y quizá una reducción en la frecuencia. Esto puede
resultar en una inspección con baja resolución.
Termografía Infrarroja
Principios
Consiste en analizar el mapa de la emisión térmica infrarroja del sistema
inspeccionado
Aplicaciones de la termografía infrarroja en
sentido preventivo
Termografía infrarroja de un
circuito PCB
Principales áreas de aplicación (en el sentido de E. No D. tradicional)
• Industria aeroespacial
• Industria electrónica
Termografía Infrarroja
Ventajas
• Los sistemas de imágenes térmicas pueden resolver diferencias de temperatura
menores de 0,1º.
• El método es versátil y un termógrafo experimentado puede obtener una muy
buena caracterización de la situación en forma casi inmediata.
• El método se está desarrollando y por ej. en la industria aeroespacial está
reemplazando a otros métodos.
Limitaciones
• Solo la superficie del cuerpo puede ser evaluada térmicamente.
• El patrón térmico es el resultado de la transferencia térmica subsuperficial o el
calor reflejado por la superficie.
• Ciertas superficies muy reflexivas requieren cierta preparación.
• La interpretación de las imágenes térmicas requieren conocimiento,
entrenamiento y experiencia en termografía.
Cuadro Resumen de los Principales métodos
Cuadro Resumen de los Principales métodos. Continuación
Resúmen
Métodos que permiten detección de fallas con salida a la superficie:
•
•
•
•
Líquidos penetrantes
Metodo de las partículas magnéticas
Radiografía
Métodos de análisis eléctricos
Métodos que permiten detección de fallas internas:
•
•
•
•
Metodo de las partículas magnéticas (si la falla está cerca de la superficie)
Radiografía
Métodos de análisis eléctricos (principalmente en materiales no ferromagnéticos)
Análisis ultrasónico
Métodos aplicables solo a materiales magnetizables
• Metodo de las partículas magnéticas
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Lectura recomendada:
1. Ensaye e Inspección de los Materiales en
Ingeniería
Capítulo 10 (10.1 a 10.28)
2. Handbook of Non Destructive Evaluation