Ensayos

NO

Destructivos

Ensayos Destructivos vs NO Destructivos

• Los resultados son solo aplicables al objeto ensayado• En general la pieza ensayada no puede ser utilizada

• 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

• 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

• 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

Características positivas de los ensayos Destructivos

Características negativas de los ensayos Destructivos

Características positivas de los ensayos NO Destructivos

Características negativas de los ensayos NO Destructivos

Algunas aplicaciones de los E. NO D.

Detección de discontinuidades en producción primaria de metales

Discontinuidad en un lingote de acero

producida durante el moldeo

Inclusiones gaseosas en fundición de aluminio

Inclusión de Silicato en una barra de acero

1. Detección de inclusiones

2. Detección de defectos de moldeo

Inspección de soldadurasDetección de grietas, poros, falta de penetración, grietas por fragilización en la zona HAZ, etc

Fractura en soldadura Falta de fusión Inclusión de escoria en la sección de soldadura

Zona HAZ en 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

Grietas de Forjado Bordes de laminación

Traslape de forja

Algunas aplicaciones de los E. NO D.

Costura en bulónDiscontinuidades Inducidas por fatiga

Fractura en bulón

Discontinuidad en una barra

Detección de discontinuidades en general

Algunas aplicaciones de los E. NO D.

Ensayos No destructivos

• Examen visual

• Ensayos penetrantes

• Exámenes radiográficos

• Métodos de análisis magnéticos

• Métodos de análisis eléctrico

• Análisis ultrasónico

• Otras técnicas

Inspección Visual

VentajasLa 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.

LimitacionesNo es posible el acondicionamiento artificial de la imagen y las restricciones de acceso pueden limitar la inspección.

Mini cámara Bore-ScoupeVideo Bore-Scoupe

Ensayos penetrantesPrincipios

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.

Procedimiento1. Se limpia y desengrasa perfectamente la superficie a examinar2. 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 seca4. 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

1. Aplicación del limpiador 2. Aplicación del penetrante 3. Secado

4. Aplicación del revelador 5. Evaluación

Inspección de soldaduras con productos comerciales

Ensayos penetrantes

Indicación fluorescente de grietas

Indicación de una grieta en la zona HAZ de una soldadura

Ensayos penetrantesVentajas :• 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 radiográficosPrincipiosSe 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.

Aplicaciones más comunes en la industria• Inspección de soldaduras• Examen de pieza fundidas

• Rad. de rayos X (Exografía)• Rad. de rayos Gamma (Gammagrafía) Espectro electromagnético

Exámenes radiográficosEquipo de Rayos X

Energía AltaMás de 400 kVEnergía Media125 kV hasta 400 kVBaja Energía Hasta 125 kV La mayoría de las aplicaciones

industriales se realiza en el rango medio de energía

Exámenes radiográficosEquipo 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

Sistema completo de Gammagrafía. Cámara de transporte de material radiactivo y sistema flexible (“fish pole”) de manejo a distancia

La primer fuente de rayos gamma usada en la industria fue el radio

Hoy los más usados son el Ir192 y el Co60

Equipo de rayos Gamma

Exámenes radiográficosEquipo de rayos Gamma

Preparación de un ensayo de gammagrafía

Exámenes radiográficosEnergía de Radiación vs Rangos prácticos de espesores

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

Exámenes radiográficos

• Tamaño de la Fuente• Distancia al Objeto• Dispersión de los rayos

Factores que afectan la Nitidez

En pequeñas variaciones de espesor un buen contrate se logra con voltajes bajos

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

Calidad de la imagen

Exámenes radiográficos

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 la presencia de dos fisuras

Radiografía que muestra una soldadura de penetración incompleta

Exámenes radiográficos

Preparación de ensayos 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.

Exámenes radiográficos

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. Existen riesgos al manejar dispositivos radiactivos.2. Tiene limitaciones de espesor según la energía utilizada y la densidad del material.3. Puede requerir mucho tiempo (exposiciones largas).4. El costo inicial del equipamiento y los materiales utilizados es muy alto.5. Es muy dependiente de la orientación de la discontinuidad.6. Requiere mucha experiencia y entrenamiento del operador.

Método de la partícula magnéticaPrincipiosSe 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

Indicaciones de agrietamiento por temple en un disco de cierra

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

Método de la partícula magnética

La cd es mejor para detectar irregularidades profundas

La ca puede ser más reveladora cuando se trata de irregularidades poco profundas

Existe poca diferencia entre el método húmedo y el seco cuando se usa ca. Pero con cdel método seco permite indicaciones satisfactorias con menor intensidad de corriente

Del gráfico resulta:

El campo exterior será poco apreciable excepto por la existencia de un defecto

Métodos de magnetización: Magnetización Circular

Método de la partícula magnética

Se utiliza en Caños, Tubos, partes huecas etc.

Métodos de magnetización: Magnetización Longitudinal

Método de la partícula magnética

Se utiliza en piezas grandes: Calderas, Tanques, Cigüeñales, etc.

El campo exterior será poco apreciable excepto por la existencia de un defecto

Algunos dispositivos para magnetizarMétodo de la partícula magnética

Unidad horizontal para método húmedo

Electromagneto

Electromagneto a 90º

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

Detección de grietas originadas por templado, deformación fragilización, fatiga. Los defectos subsuperficiales pueden ser detectados solo cuando están cerca de la superficie.

No se producen resultados satisfactorios en aleaciones poco magnéticas ni en aceros austeníticos como el 18-8 Cromo-Niquel

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

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

Aplicabilidad del método

Método de la partícula magnética

Método de la partícula magnética

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.

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.

Ventajas

Limitaciones

Métodos de las corrientes de Eddy

• Variaciones de la conductividad eléctrica• Discontinuidades en el material• Espesor del material• Variaciones en la permeabilidad magnética

El método de las corrientes de Eddy es apropiado para la inspección superficial y la inspección volumétrica de materiales conductores

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

Principales áreas de aplicación1. Inspección en servicio de tuberías en centrales nucleares y de

combustible fosil, en plantas petroquimicas, submarinos nucleares, etc2. Inspección de estructuras aeroespaciales3. Testeo en producción de tubos, caños, alambres, barras, etc

Métodos de las corrientes de EddyAlgunas aplicaciones

Dispositivo portátil de análisis de barras

Discontinuidades en el patrón de corrientes

Detección de fallas en tubos

Métodos de las corrientes de Eddy

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 amenos 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.

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.

Ventajas

Limitaciones

Detección ultrasónica de defectos

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.

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

Principios

Calcular el % de energía reflejada en una interfase acero-aire

Zacero = 47 ; Zaire = 0.0004

Detección ultrasónica de defectos

El cristal palpador envía cierta cantidad de pulsos y se prepara para recibir los pulsos reflejados.

Procedimiento

Los pulsos reflejados hacen vibrar el cristal produciendo pulsos eléctricos los cuales se registran en un osciloscopio

Detección ultrasónica de defectos

Detector ultrasónico

Diagrama en bloques de un detector ultrasónico

Detección ultrasónica de defectos

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.

Ventajas

Detección ultrasónica de defectos

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.

Limitaciones

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 InfrarrojaPrincipiosConsiste en analizar el mapa de la emisión térmica infrarroja del sistema inspeccionado

Principales áreas de aplicación (en el sentido de E. No D. tradicional)• Industria aeroespacial • Industria electrónica

Aplicaciones de la termografía infrarroja en sentido preventivo

Termografía infrarroja de un circuito PCB

Termografía Infrarroja

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.

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.

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

Lectura recomendada:

1. Ensaye e Inspección de los Materiales en Ingeniería

Capítulo 10 (10.1 a 10.28)

2. Handbook of Non Destructive Evaluation

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