Factores Menos Previsibles... Autor Alfredo Bigolotti Nivel 3 LP. PM. US. RI.

Factores menos previsibles que inciden en la detectabilidad de discontinuidades mediante Ensayos No Destructivos (END).

Autor: Alfredo D. Bigolotti Asesoramiento Tcnico - Procedimientos Nivel 3-END - Capacitacin

Tel. Cel. 54-261-5383165 - Mendoza - Argentina e-mail: [email protected] web: www.abigolotti.com.ar

Resumen En muchos casos la rutina de trabajo, los medios disponibles, el grado de competencia del responsable tcnico o una combinacin entre stos, en determinados componentes de la industria donde se requiere de END para detectar discontinuidades, pueden presentarse factores inadvertidos que disminuyan o incluso anulen la detectabilidad, donde lo verdaderamente peligroso puede presentarse en la conviccin que mediante los ensayos realizados no aparecieron indicaciones relevantes que requieran acciones inmediatas. Si bien en la mayora de las Normas de aplicacin se especifican los requisitos mnimos a considerar, para llevar a cabo una determinada examinacin, como lo son por ejemplo el equipamiento y bloques de calibracin, los productos requeridos para la deteccin, la verificacin de sensibilidad del Sistema en su conjunto, la Calificacin del personal, etc, veremos que en ciertos casos se hace indispensable contar (adems de un Procedimiento General emitido por un Especialista) con una Instruccin Operativa Especfica para realizar de buen grado la inspeccin de una determinada soldadura o pieza, donde las reglas generales no son suficientes. En tales casos, la condicin ptima para poner a punto el Sistema de Deteccin seleccionado, ser como el ejemplo del presente Trabajo (perno de Aparato Individual de Bombeo AIB petrolero), valerse en primera instancia de un elemento real de la mquina (preferentemente con discontinuidades naturales de proceso o servicio) o como alternativa un mock up que es un simulador o modelo en escala real de la pieza (o seccin de la misma), al que se le practican discontinuidades artificiales, en tamao, ubicacin y orientacin representativas de la defectologa esperable de ocurrir en funcin del material, procesos de fabricacin, tratamiento trmico, esfuerzos de servicio, etc, ligados a dicha pieza. Podr verse claramente los alcances y limitaciones de los Mtodos aplicados en la presente experiencia, a saber: Partculas Magnetizables, Lquidos Penetrantes, Ultrasonido y Radiografa Industrial. 1. Introduccin 1.1.Objeto El presente trabajo tiene por objeto ilustrar algunos ejemplos de aplicacin tendientes a buscar la optimizacin y enaltecimiento de los resultados obtenidos, mediante la realizacin de los Ensayos No Destructivos (END) en la Industria en general. Se adopt como muestra experimental un Perno inferior de biela de Aparato Individual de Bombeo de petrleo (AIB). Material: Acero al Carbono SAE 4140.

Trabajo de Investigacin-Mendoza Argentina - Agosto de 2009 - Pgina 1 de 12

Dimensiones: Dimetro de la base 110 mm, dimetro en la zona de discontinuidades en cono 100 mm, dimetro en el extremo de rosca 78 mm. Longitud total 375 mm (ver Fotos N 1 y N 2). 1.2. Alcance Si bien aqu se har referencia puntualmente a la aplicacin de los 4 Mtodos tradicionales de END a saber Partculas Magnetizables, Lquidos Penetrantes, Ultrasonido y Radiografa Industrial, en realidad los conceptos expuestos pueden extenderse a otros mtodos de ensayo, ya que el espritu de la propuesta es abarcativo por similitud y no limitante. 2. Desarrollo Las fotografas pertenecen a un perno real de AIB identificado como Perno S, sobre el que se practicaron tanto Partculas Magnetizables como Lquidos Penetrantes en diferentes tcnicas de aplicacin, para observar la variabilidad de resultados obtenidos en funcin de la mayor o menor sensibilidad de deteccin por diversos motivos fsicos del ensayo y de las propiedades especficas que proveen las discontinuidades tpicas en cuestin. Adems se realiz Ultrasonido y Gammagrafa. 2.1. Se definieron realizar los siguientes ensayos: 2.1.1. Ensayo Superficial: Mtodo Partculas Magnetizables (PM)

Tcnica Coloreada Va Seca Campo Residual Corriente Continua (CC) Tcnica Fluorescente Va Hmeda Campo Continuo Corriente Alterna (CA)

2.1.2. Ensayo Superficial: Mtodo Lquidos Penetrantes (LP)

Tcnica Coloreada Lavable con Agua Tcnica Coloreada Removible con Solvente Tcnica Fluorescente Lavable con Agua

2.1.3. Ensayo Volumtrico: Mtodo Ultrasonido (US)

Tcnica de Contacto Posicin de Barrido 1 (nico acceso como se ensaya el perno montado en el equipo petrolero Area de inters Tramo 2-0 - ver Foto N 2 y Figura N 1) Palpador Monocristal 24 mm 4 MHz

2.1.4. Ensayo Volumtrico: Mtodo Radiografa Industrial (RI) - Gammagrafa

Tcnica Simple Pared Simple Imagen (con enmascaramiento de bordes y protecciones especiales contra radiacin difusa) Exposicin 1 (Area de inters Tramo 2-0 - ver Foto N 2 y Figura N 2) Pelcula ASTM Clase I Vel. 64 Fuente Ir 192


3. Resultados Como referencia para comparacin de Ensayos Superficiales, se toma un Zoom del rea de inters en el Tramo 2-0, ver Foto N 3, donde se observan visualmente y en forma tenue y parcial, algunas de las indicaciones existentes. 3.1. Ensayo Superficial: Mtodo Partculas Magnetizables (PM)

3.1.1. Tcnica Coloreada Va Seca Campo Residual CC: ver Foto N 4, la deteccin es de muy buena sensibilidad. Existe alta definicin y contraste medio.

3.1.2. Tcnica Fluorescente Va Hmeda Campo Continuo CA: ver Foto N 5, la deteccin tambin es de muy buena sensibilidad. Existe alta definicin con mayor contraste que el caso anterior.

3.2. Ensayo Superficial: Mtodo Lquidos Penetrantes (LP) 3.2.1. Tcnica Coloreada Lavable con Agua: ver Foto N 6, la deteccin es de baja

sensibilidad. Existe mediana definicin y contraste bajo. 3.2.2. Tcnica Coloreada Removible con Solvente: ver Foto N 7, la deteccin es de

buena sensibilidad (interferida por la exudacin del punteado de demarcacin). Existe buena definicin y mucho mejor contraste que el caso anterior.

3.2.3. Tcnica Fluorescente Lavable con Agua: ver Foto N 8, la deteccin es de mejor sensibilidad que la Tcnica Coloreada Lavable con Agua, pero an no satisfactoria para el presente caso. Existe baja definicin y contraste medio.

3.3. Ensayo Volumtrico: Mtodo Ultrasonido (US) 3.3.1. Tcnica de Contacto Posicin de Barrido 1 (nico acceso como se ensaya el

perno montado en el equipo petrolero rea de inters Tramo 2-0 - ver Foto N 2 y Figura N 1) Palpador Monocristal 24 mm 4 MHz Rango 500 mm Ganancia segn AVG KSR 2 mm: ver Fotos N 12 a 15, donde se observa una indicacin central de 35 mm de largo con una amplitud que alcanz slo en su mxima respuesta el Nivel de Referencia (KSR 2 mm), mientras que hacia los laterales se dimension con cada de 12 dB. En sentido de profundidad de barrido radial coincidente con la profundidad de la indicacin partiendo de la superficie hacia el interior, se constat que sta no presenta ancho en profundidad, es decir que es netamente superficial.

3.4. Ensayo Volumtrico: Mtodo Radiografa Industrial (RI) - Gammagrafa

3.4.1. Tcnica Simple Pared Simple Imagen (con enmascaramiento de bordes y protecciones especiales contra radiacin difusa) Exposicin 1 (rea de inters Tramo 2-0 - ver Foto N 2 y Figura N 2) Pelcula ASTM Clase I Vel. 64 (grano extra fino, muy alto contraste y baja velocidad) Fuente Ir 192 con haz colimado: a pesar de haberse logrado una densidad buena y uniforme debido a las precauciones adoptadas para la exposicin, donde el ennegrecimiento de la pelcula fue nicamente producido por la radiacin directa emergente del espcimen (con las limitaciones del espesor en esa zona y el tipo de pelcula que requirieron de un tiempo de exposicin muy extenso), no han sido detectables las indicaciones observadas en Fotos N 4 y N 5, dato que coincide con el ensayo de Ultrasonido que indica ubicacin superficial de lo relevado y por lo tanto poco propenso a verse por Radiografa.


Uno de los variados modelos de Pernos de AIB

Foto N 1 - Perno S Tramo 2-0 Foto N 2 - Perno S Tramo 2-0

Punteado demarcatorio indicativo de zona con discontinuidades

Extremo de inters blanqueado para incrementar contraste

Foto N 3 - Perno S Ampliacin de la zona de inters


Foto N 4 - Perno S PM Coloreada Va Seca Campo Residual CC

Foto N 5 - Perno S PM Fluoresc. Va Hmeda Campo Cont. CA

Foto N 6 - Perno S LP Coloreada Lavable con Agua


Foto N 7 - Perno S LP Coloreada Removible c/ Solvente

Foto N 8 - Perno S LP Fluorescente Lavable con Agua

Figura N 1 Alcance y Limitaciones por US


Figura N 2 Alcance y Limitaciones por RI

Foto N 9 - Otro modelo de Perno de AIB denominado X (Colapsado)

Foto N 10 - Ubicacin de la Fractura en Perno X

Fractura


Foto N 11 - Caras de la Fractura en Perno X

Foto N 12 - Perno S Barrido en indic. N 2 en su mxima amplit.- L = 35 mm

Foto N 13 - Perno S Oscilograma de Foto N 12

3

5

6

Ver Foto N 14

4

2

1


Foto N 14 - Perno S Foto N 15 - Perno S

La indicac.No Relevante N4 representa la mayor reflexin proveniente de la rosca

6

5

4

3

2

1


Foto N 16 - Perno S Barrido hacia la izq. de la indic. N 2 donde desaparece

2 no

Foto N 17 - Perno S Barrido hacia la der. de la indic. N 2 donde desaparece

2 no


4. Conclusiones 4.1. Al verse slo parte de las indicaciones observadas por PM con mucha menor cuanta y sensibilidad mediante LP, nos est sealando la presencia de indicaciones con dos caractersticas:

4.1.1. Las que no aparecen por LP pueden ser indicaciones causa de fatiga en el estado plstico inmediato previo a la rotura, lo que dice que no son abiertas a la superficie en esa zona, mientras que por PM s pueden detectarse por haber un marcado cambio de permeabilidad magntica en el rea resentida, y adems,

4.1.2. Las que sean ya inicialmente abiertas a la superficie en su ms temprano estado de aparicin, pueden ser tan estrechas que an no permiten ser penetradas por LP.

4.2. En referencia a los Mtodos volumtricos, vemos que por US se observa una indicacin de 35 mm aproximadamente en el centro de la zona perimetral representada en el orden de un tercio del permetro (tramo 2-0) visiblemente acusada por PM. Dicha indicacin encontrada originalmente por US, fue la causante del rechazo del Perno en su etapa de inspeccin peridica del AIB donde ste se encontraba montado en servicio con su nica cara de ataque posible desde PB1. La investigacin y ensayos posteriores una vez desmontado, llevaron a desarrollar el presente trabajo. Obsrvese que la ubicacin de la indicacin vista por US es coincidente en su mayora con la zona donde no se detecta nada con LP, es decir que la morfologa y propiedades mecnicas ya resentidas por fatiga, brindan una respuesta a la reflexin de la energa ultrasnica (aunque sea en baja amplitud) en reas que no necesariamente coinciden con lo detectado en su totalidad por PM y por lo tanto no representan un patrn previsible de comparacin en los estados de reciente o temprana aparicin (Ver Fotos N 16 y 17). 4.3. Adems, mediante RI a travs de Rayos Gamma exponiendo con muy buenos parmetros de calidad, no se logr detectar ni siquiera vestigios de lo visto por PM y US, lo que coincide en determinar que tales indicaciones son muy estrechas y poco profundas. Como dato complementario se indica que el punteado demarcatorio de una profundidad promedio del orden de los 0,8 mm, tampoco pudo observarse en la imagen radiogrfica donde el espesor a atravesar es de 100 mm (0,8 %) y para comenzar a ver con una sensibilidad del 2 % (promedio estndar) habra que tener una profundidad de fisura del orden de los 2 mm, lo que demuestra que las indicaciones aunque sea en la zona de mayor magnitud, no llegan a ese valor. 4.4. Para concluir se seala que la inspeccin en servicio inicialmente mediante US de los Pernos de AIB enunciados se hace ciertamente crtica debido a que desde la declaracin de las fisuras iniciales por fatiga hasta el colapso del Perno (Ver Fotos N 9 a 11 correspondientes a otro modelo llamado Perno X) puede haber poco tiempo de diferencia, por lo que una deteccin en el estado inicial de manifestacin es lo deseable, pero debe tenerse en cuenta que el personal calificado interviniente en el ensayo debe adems reunir un entrenamiento especfico terico-prctico sobre las distintas marcas y modelos de Pernos de AIB, debido a que adicionalmente a la precaucin de detectar el tipo particular de indicacin Relevante proveniente de la fisura o inicio de la misma, debe saber discriminarla entre un gran nmero de reflectores No Relevantes como son entallas, chaveteros, agujeros transversales pasantes y no pasantes, agujeros axiales posteriores, reflexiones de rosca y otros ecos de forma o de cambio de modo del haz ultrasnico.



Asimismo, no debe ser olvidado que dicho ensayo en servicio es Parcial (PB1 solamente) y que por lo expuesto en la Figura N 1 no podr garantizarse el 100% de los resultados obtenidos, a menos claro est, que el Perno sea desmontado y ensayado tambin desde PB2 y adicionalmente con PM para el presente caso particular. Agradecimientos Al Ing. Carlos Rodrguez de YPF SA Yacimientos Mendoza Zona Norte y al Ing. Ral Chaile de YPF SA Yacimientos Mendoza Zona Sur, quienes colaboraron con la investigacin al facilitarle en su momento a la Empresa de Servicios de Ensayos e Inspecciones CONTROL SRL algunas variedades de Pernos de AIB desmontados inicialmente por Rechazo de US o colapsados de almacenes. A la gerencia de la Empresa CONTROL SRL y a los Operadores Sres. Jos Lara y Marcelo Freire, quienes colaboraron con el Autor para llevar a cabo los distintos END desarrollados. Referencias

ASTM E 709 Standard Guide for Magnetic Particle Examination ASTM E 1444 Standard Practice for Magnetic Particle Examination ASTM E 165 Standard Test Method for Liquid Penetrant Examination ASTM E 1417 Standard Practice for Liquid Penetrant Examination ASTM E 1418 Standard Test Method for Visible Penetrant Examination Using

the Water-Washable Process ASTM E 1220 Standard Test Method for Visible Penetrant Examination Using

Solvent-Removable Process ASTM E 1209 Standard Test Method for Fluorescent Liquid Penetrant

Examination Using the Water-Washable Process ASTM E 94 Standard Guide for Radiographic Examination ASTM E 1742 Standard Practice for Radiographic Examination ASTM E 747 Standard Practice for Design, Manufacture and Material

Grouping Classification of Wire Image Quality Indicators (IQI) Used for Radiology ASTM E 1815 Standard Test Method for Classification of Film Systems for

Industrial Radiography ASTM A 388/A 388M Standard Practice for Ultrasonic Examination of Heavy

Steel Forgings ASTM E 114 Standard Practice for Ultrasonic Pulse-Echo Straight-Beam

Examination by the Contact Method ASTM E 1901 Standard Guide for Detection and Evaluation of Discontinuities

by Contact Pulse-Echo Straight-Beam Ultrasonic Methods ASTM E 317 Standard Practice for Evaluating Performance Characteristics of

Ultrasonic Pulse-Echo Examination Instruments and Systems without the Use of Electronic Measurement Instruments

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