INTRODUCCION A LA TECNICA DE EDDY CURRENT

INTRODUCCION A LA TECNICA DE EDDY CURRENT

Aplicaciones y alcances del mtodo

Deteccin de discontinuidades superficiales con aplicaciones limitadas para las sub superficiales (cercanas a la superficie).

Corrosin en recubrimientos de aeronavesCorrosin en remaches de fuselajeDiscontinuidades en orificios o agujerosDiscontinuidades en espesores de tubos y en soldaduras

Determinacin de cambios de los tratamientos trmicos (cambios en la conductividad elctrica), dureza, etc.

Medicin de espesores de materiales no conductores

Comparacin con otras tcnicasGeneracin de las corrientes Eddy, de Foucault o parsitas, en los materiales conductores

La tcnica consiste en aplicar un campo magntico (primario), generado al hacer circular corriente alterna a travs de una bobina. Cuando este campo es aproximado a un material conductor, inducir corrientes elctricas circulares (Ley de induccin de Faraday).

Estas corrientes circulares de Foucault crean, en el conductor, electroimanes con campos magnticos (secundarios) que se oponen al efecto del campo magntico aplicado (primario) (Ley de Lenz). Principio de conservacin de la energa.

Bs: campo magntico secundario opuesto al primarioE (fuerza electromotriz)BpCampos magnticos aplicados ms intensos, mayor la conductividad del material, mayor la velocidad relativa de movimiento entre el campo y el material conductor, o mayor velocidad relativa de movimiento de los electrones (campo alternado, frecuencia), entonces mayores sern las corrientes de Foucault y los campos opuestos generados.

A frecuencias cada vez mayoresla densidad absoluta de corrientes de Foucault en la superficie del material aumenta, aumentando el flujo del campo magntico secundario generndose un mayor blindaje a la penetracin delmaterial (Skin-effect).

Principio de la aplicacin de la tcnica de Eddy Current sobre materiales

Se basa es someter al material a ensayar a un estado de energa adecuado donde sta fluye en el material. Los defectos e irregularidades causan anomalas en el flujo de energa y stas anomalas pueden ser detectadas de forma externa sin penetrar destructivamente en el material.

Corriente de excitacinBpBsEddy currentBobina de induccin: (forma adecuada y CA) Genera campo magntico (primario) que penetra en el material. Induce corrientes parsitas las que generan campo magntico opuesto al campo primario.

Al acercarse la bobina al material, el campo primario y campo opuesto interactan, este ltimo debilita al campo primario. Este efecto reduce la reactancia inductiva de la bobina a medida que aumentan las corrientes de Foucault.

Irregularidades (inclusiones, materiales diferentes al material base, TT, discontinuidad, corrosin, etc) obstruyen la circulacin de las corrientes de Foucault disminuyendo su intensidad y aumentando la reactancia inductiva de la bobina (L0).Esta es la base de la tcnica

Bobina se desplaza sobre placa de metal a una distancia A constante. Cambios momentneos se producen en la reactancia de la bobina y en la corriente que circula por ella al pasar sobre una grieta o defecto. Este cambio en la corriente es amplificado, se presenta en un instrumento (indicacin digital o de aguja)

L0AZVentajasCon/sin contacto entre la bobina de induccin y material (ej. Materiales conductores pintados)Anomalas generadas en la circulacin de las corrientes se detectan por medios electrnicos.

Instrumentos simples no se utilizan en la prctica slo, seran capaces de indicar defectos muy grandes. Instrumentos modernos son considerablemente ms elaborados, veremos el principio de funcionamiento.

Influencia de la conductividad elctrica del material sobre impedancia la bobina

Inicialmente consideramos una bobina ideal, sin resistencia hmica (sin prdidas por resistencia). conductividad elctrica delmaterial.

Impedancia de la bobina en el plano complejo se muestra comofuncin de la conductividad del material a ensayar a unaDistancia A constante (Lift off mnimo).

Material es un aislante (conductividad elctrica 0): no se generan corrientes parsitas, reactancia inductiva (jL0) sin cambios (punto P1).

Material conductividad elctrica finita: se generarn corrientes parsitas y prdidas hmicas. Aumento de la componte hmica, reduccin simultnea de la componente inductiva. Aumento de la conductividad elctrica: el punto de funcionamiento se desplaza de P1 a P2.

Conductividad elctrica elevada (hipotticamente infinito, superconductor): no habr prdidas hmicas, la componente hmica de la impedancia (Z) de la bobina desaparecer. Flujo de las corrientes de Foucault elevados al igual que el campo que estas generan. Reduccin considerable de la reactancia de la bobina (punto P3).

La conductividad tiene una influencia determinante en la impedancia de la bobina cuando est en la vecindad de un material conductor

Influencia de la distancia (bobina-material) sobre la impedancia de la bobina

La distancia A entre la bobina y el material conductor tambin modifica la impedancia.

En la siguiente imagen se observan curvas con valores constantes de A (lift off).

El punto P1 bobina muy alejada, no hay induccin de corrientes, la impedancia de la bobina no se modifica.

Si A vara desde valores elevados, a travs de valores finitos, hasta el valor 0 (que no se puede obtener en la prctica), las curvas de impedancia continuarn expandindose hasta el origen.

Con conductividad muy alta y A idealmente 0 no habr componente hmica en la impedancia, se tendrn corrientes elevadas. El acoplamiento de la bobina con el material ser ideal y el campo de generacin primario estar completamente cancelada por el campo secundario de las corrientes parsitas. Esto significa que la bobina tampoco tendr ninguna reactancia, es decir, inductancia efectiva ser 0.

Tambin la distancia entre la bobina y material a ensayar tiene una influencia importante en la impedancia de la bobina

En la deteccin de defectos el objetivo no es medir la conductividad o la distancia A sino la influencia de los defectos del material sobre el impedancia de la bobina y por lo tanto la corriente que circula por ella.

Si la bobina pasa por una discontinuidad su impedancia cambia con un valor especfico y con una determinada direccin del vector impedancia.

Si por otro lado el valor de la impedancia cambia debido a la distancia entre la bobina y la superficie, el vector cambia en otra direccin.

Este efecto es muy significativo. Mediante ayudas electrnicas se puede evaluar los efectos de un defecto en referencia a otros efectos

Materiales con baja conductividad elctrica se tornan difciles de evaluar frente a materiales de alta conductividad elctricaen cuanto al cambio de impedancia por presencia de discontinuidades.

Influencia de la frecuencia sobre la impedancia de la bobina.

Ambas variables ejercer la misma influencia sobre la impedancia. La impedancia reacciona a un aumento de la conductividad elctrica del mismo modo que a un aumento de la frecuencia.

Del punto de vista prctico no se trabaja con la conductividad elctrica sino con la frecuencia de prueba que puede ser calculada o bien determinada por medio del uso de patrones.

Consideraciones con materiales ferromagnticos.

Permeabilidad magntica influye sobre el campo magntico de la bobina (concentrndolo) aumentando la reactancia inductiva de ella. Es decir es un campo mas fuerte que eclipsa el campo generado por las corriente de Eddy.En la siguiente figura se ve este efecto

Sistema de bobina para inspeccin de elementos cilndricos (throughput o encircling coil)

La influencia de la separacin entre el material y la bobina (caso de la bobina de exploracin) se corresponde con el grado de llenado (encircling coil).

Grado de llenado: relacin entre la seccin transversal de material de prueba respecto al de la bobina: factor de llenado bajo o de llenado alto

Bobinas (cabezales o probes)

Bobina Absoluto: una sola bobina se pone en contacto con el material a inspeccionar.

Bobina Diferencial: dos bobinas, una es la de excitacin y otra la de medicin son utilizadas. Pueden estar contenidas en un mismo cabezal o separadas.

Determinacin de la profundidad (terica) de las corrientes de Eddy

= penetracion (mm)f = frecuencia (Hz)0=permeabilidad mag vacio (H/mm)r= permeabilidad mag. relativa= Electrical Conductivity (% IACS o Siemens/m)Conductividad elctricaSu valor est referido o expresados en porcentaje de IACS (International Anneled Copper Standard)

Los equipos estn calibrados en % IACS.

Por ejemplo para aleacin de aluminio (30 a 40% IACS), dimensiones de fisuras entre 1,52 a 3,4 mm de largo y 0,48 mm a 2,48 mm de profundidad, se recomiendan frecuencias de inspeccin entre 100 y 500 kHz.

Mediciones de la conductividad elctrica

Se ve influenciada por: tratamiento trmico, recubrimiento aplicado y geometra de la pieza. Las lecturas de conductividad estn dadas en IACS y son equipos especiales para este propsito.Pueden presentar indicaciones calibradas (caso de la conductividad) o bien presentar un display mas flexible el cual se calibra

Tratamiento trmicoEn la siguiente grfica se puede observa el cambio de la conductividad elctrica de la aleacin de aluminio 7075 por efecto de los diferentes tratamientos trmicos.

Para convertir IACSa m//mm2, dividir por 1,7241

Recubrimiento

Clad (recubrimiento conductor): es una tcnica que afecta la medicin de la conductividad elctrica sobre el material base y esta relacionado con el espesor del clad. Se deben hacer ensayos si bien se tienen documentos de referencia.

Pinturas: gruesas capas de pintura afectan la relacin entre el cabezal y la superficie a inspeccionar y por lo tanto la determinacin de la conductividad elctrica.

Geometra

La forma de las piezas, cambio en su configuracin, afecta la distribucin de las corrientes de Eddy, espesores y curvaturas son dos de las fuentes mas grandes de lecturas errneas.