UT 3.2 - Ensayos
TM - FRBA - UTN 1
Universidad Tecnolgica NacionalFacultad Regional Buenos Aires
Carrera de Ingeniera Civil
Tecnologa de los MaterialesCurso Prof. Esp. Ing. Fernando J. Arrayago
Presentacin UT 3.2
Caracterizacin y Evaluacin de los Materiales
Ensayos
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Tecnologa de los Materiales
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Ensayos - Clasificacin segn Ciencia
Ensayos Qumicos
Ensayos Fsicos
Ensayos Fisicoqumicos
Ensayos de Estructura Interna
Ensayos Mecnicos
Se denomina ensayo de materiales a toda
prueba cuyo fin es determinar las
propiedades de un material.
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Ensayos - Clasificacin segn Objetivo
Ensayos de Rutina o Control
Ensayos Investigacin Tecnolgica
Ensayos Investigacin Cientfica
Ensayos de Recepcin
Ensayos Tecnolgicos
Se denomina ensayo de materiales a toda
prueba cuyo fin es determinar las
propiedades de un material segn un objetivo
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Mecnicos - Objetivos
Determinar las propiedades y
caractersticas mecnicas de resistencia,
ductilidad, rigidez, tenacidad y dureza de
los materiales
Conocer la aptitud para desempearse
satisfactoriamente en determinadas
circunstancias de utilizacin tecnolgica.
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Mecnicos - Clasificacin por Velocidad Deformacin
Ensayos Estticos (V= 10-2/s)
Ensayos Dinmicos (V=102/s a 103/s)
Ensayos de Larga Duracin
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Mecnicos - Estticos - Definicin
Son aquellos ensayos en que las
deformaciones se imponen en forma
lenta hasta alcanzar un valor
determinado hasta la rotura y/o falla
del material.
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Mecnicos - Estticos - Tipos
Ensayos de Traccin
Ensayo de Compresin
Ensayo de Flexin
Ensayo de Torsin
Ensayo de Corte
Ensayos de Flexo-compresin, Flexo-torsin, etc.
Ensayos Tecnolgicos
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Mecnicos - Dinmicos - Definicin
Son aquellos ensayos de impacto
en que las deformaciones crecen
bruscamente hasta alcanzar la
rotura del material.
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Mecnicos - Dinmicos - Tipos
Ensayos de Charpy
Ensayo de Izod
Ensayo de Traccin Dinmica
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Mecnicos - Larga Duracin - Definicin
Son aquellos ensayos en que el tiempo
es un parmetro fundamental.
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Mecnicos - Larga Duracin - Tipos
Ensayos de Fatiga
(Cargas varan en el tiempo)
Ensayos de Creep
(Tensin o carga cte. en el tiempo)
Ensayos de Relajacin
(Deformacin cte. en el tiempo)
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Elementos - Tipos
Probetas
Mquinas de ensayo
Dispositivos dinamomtricos
Instrumentos de medicin
Normas de ensayo
Accesorios especiales
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Elementos - Probetas
Muestra o elemento para ser sometido a
ensayo, puede ser un trozo mecanizado o
no, una pieza o estructura completa, un
modelo a escala de la pieza o estructura.
Tipos de probetas de traccin para diferentes materiales
Tipos de probeta industrial de barra de acero
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Elementos - Maquinas
Equipos que reproducen casos simples
de solicitacin sobre probetas ya sea
esttica o dinmicamente, con el objeto
de determinar ciertas propiedades
mecnicas.
Poseen dos dispositivos uno de
accionamiento (genera la solicitacin) y
otro dinamomtrico (permite la medicin)
Mquina Universal de Ensayos Estticos Marca Lloyd LR150KPlus 150 KN
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Elementos Mquinas - Aplicaciones
Mquina Universal Ensayo Marca Zwick Roell 330 KN
Ensayo de Traccin de Barra Acero
Ensayo de Flexin de Barra Acero
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Elementos - Dispositivos Dinamomtricos
Dispositivos que sirven para medir e
indicar las fuerzas durante el ensayo,
como respuesta a las deformaciones
impuestas por los dispositivos de
accionamiento.
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Elementos - Dispositivos Dinamomtricos
Por deformacin elstica
Anillos dinamomtricos y celdas de carga
Por aplicacin del principio de la palanca
A pesas y palancas fijas o mviles, a pndulo
Por medicin de la presin de fluido
A capsula hidrulica
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Elementos - Dispositivos Anillos y Celdas
Anillos Dinamomtricos de CompresinRango de Fuerza 0.5 a 100 KN
Celda de Carga de Traccin Rango de Fuerza 1 a 200 KN
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Elementos - Instrumentos de Medicin
Instrumentos que sirven para determinar
las medidas de las probetas y las
deformaciones en el ensayo
Calibre
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Elementos - Instrumentos de Medicin - Tipos
Probeta
Reglas milimetradas. Calibres. Micrmetros. Lupas de medicin. (>20x)
Deformaciones
en Ensayo
Extensmetros mecnicos. Extensmetros elctricos. Extensmetros pticos.
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Elementos - Instrumentos de Medicin
Calibre Digital Marca Mitutoyo Micrmetro Digital Marca Mitutoyo
Lupa Medicin Marca Mitutoyo
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Elementos - Instrumentos Extensmetros
Extensmetro Mecnico Extensmetro Elctrico Extensmetro Laser
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Elementos Normas de Ensayo
Sirven para comparar los resultados obtenidos en los ensayos realizados en
distintos laboratorios, con diferentes equipos y por diversos operadores.
Permiten fijar las condiciones de ensayo como:
Geomtricas:
Forma, medida y terminacin superficial de las probetas
Lugar (centrada o excntrica) y forma (concentrada o distribuida)de aplicacin de carga
Mecnicas:
Velocidades de deformacin
Fsicas:
Temperatura y medio
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Elementos - Accesorios Especiales
Sirven para obtener condiciones
especiales en los ensayos mecnicos de
acuerdo a lo establecido en la norma.
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Elementos - Accesorios Especiales
Cmaras fras
Para ensayos a bajas temperaturas
Cmaras para corrosin
Para algunos ensayos de fatiga
Cmaras climticas
Para ensayar a temperatura y humedad
establecida
Cmara Climtica para Ensayos de Traccin
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Mecnicos - Tipos
Ensayos Estticos
Ensayos Dinmicos
Ensayos Fatiga
Ensayos Tecnolgicos
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Mecnicos - Estticos - Objetivo
Determinar las propiedades y
caractersticas mecnicas de resistencia,
ductilidad, rigidez, tenacidad y dureza de
los materiales.
Son estticos porque las deformaciones
se imponen lentamente hasta alcanzar un
valor determinado hasta la rotura o falla
del material. (Velocidad 10-2/s)
Mquina Universal de Ensayos Estticos Marca Lloyd LR150KPlus 150 KN
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Mecnicos - Estticos - Tipos
Ensayos a la Traccin
Ensayos a la Compresin
Ensayos a la Flexin
Ensayos al Corte
Ensayos de Dureza
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Estticos - Traccin - Grfica F- L
Grfica genrica completa del ensayo a la traccin de un metal dctil
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Estticos - Traccin - Grfica -
Grfica - convencional genrica del ensayo a la traccin
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Estticos - Traccin - Grafica -
Grfica - convencional genrica del ensayo a la traccin
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Estticos - Traccin - Grafica -
Zonas de fluencia: a) A carga constante. b) A carga oscilanteGrfica de traccin de un acero que muestra zona de fluencia
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Estticos - Traccin - Grafica -
Determinacin de la carga en el limite 0,5 bajo cargaDeterminacin de la carga en el lmite convencional de fluencia de un metal
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Estticos - Traccin - Grafica -
Determinacin de la carga en el limite 0,5 bajo cargaDeterminacin de la carga en el lmite convencional de fluencia de un metal
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Estticos - Traccin - Resistencia
La resistencia a la traccin R se calcular como cociente entre la carga mxima
alcanzada durante el ensayo Fmax y el rea de la seccin transversal inicial So, por lo
que se trata de un valor absolutamente convencional
0
=S
FR
mx
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Estticos - Traccin - Ductilidad
Se denomina Ductilidad a la capacidad que presentan los metales de deformarse
plsticamente antes de alcanzar la rotura. Esta propiedad esta medida por dos
parmetros: el alargamiento de rotura A y la estriccin z.
1000
0
=
LLL
A f 1000
0
=
SSfS
Z
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Estticos - Compresin - Objetivo
Evaluar la resistencia a la compresin
de los materiales.
Materiales frgiles Rotura
(Fundiciones Grises, Hormigones,
Duroplastos, Cermicos y Maderas)
Materiales dctiles Aplastamiento
(Aceros, Aluminios, etc.)
Prensa para Ensayo de Compresin en Hormigones
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Tecnologa de los Materiales
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Estticos - Compresin - Aplastamiento
En los materiales dctiles no se
alcanza la rotura se produce un
aplastamiento.
Grficas de compresin de un material frgil y de uno dctil
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Estticos - Compresin - Condiciones
A los efectos de evitar los efectos
de la falta de paralelismo entre las
caras extremas de la probeta y
efectuar una deformacin axil uno
de los platos de la mquina de
ensayo debe poseer una calota
esfricaEsquema de ensayo a la compresin entre los platos de una prensa
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Tecnologa de los Materiales
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Estticos - Flexin - Objetivo
Solicitar una probeta, apoyada
simplemente sobre dos rodillos
distanciados de una luz L y aplicar
la carga en un punto (a) o en dos
puntos (b).
Se miden simultneamente a la
carga el mximo corrimiento
vertical del plano neutro de la
probeta en el centro de la luz, cuyo
valor f se denomina flecha.Ensayos a la flexin con carga en un punto y en dos puntos
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Tecnologa de los Materiales
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Estticos - Flexin - Resultados
Grafico de ensayo carga flecha
Tensin mxima
Mdulo de Elasticidad
E = mdulo de elasticidad L = longitud f = flecha J = momento de inercia
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Tecnologa de los Materiales
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Estticos - Flexin - Acero
Probetas de acero SAE 1015 /45 al suspender el ensayo
Ensayo de probetas de acero a flexin con carga en un punto
Diagrama carga flecha de aceros SAE 1015 / 1045
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UT 3.2 - Caracterizacin y Evaluacin - Ensayos
Tecnologa de los Materiales
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Estticos - Flexin - Madera
Ensayo de probeta de madera a flexin con carga en dos puntos
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Tecnologa de los Materiales
Ingeniera Civil - FRBA - UTNUT 3.2 - 44 / 80
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Estticos - Corte Simple - Objetivo
El ensayo consiste en solicitar por
traccin una probeta como la de
figura para reproducir el corte
simple en metales.
Probeta metlica de corte simple
UT 3.2 - Ensayos
TM - FRBA - UTN 23
UT 3.2 - Caracterizacin y Evaluacin - Ensayos
Tecnologa de los Materiales
Ingeniera Civil - FRBA - UTNUT 3.2 - 45 / 80
Rev. 2015.1Curso Prof. Esp. Ing. Fernando J. Arrayago
Estticos - Corte Doble - Objetivo
El ensayo se realiza colocndolo
entre los platos de compresin de
una prensa, y si se utiliza como
probeta un perno roscado se debe
tomar la precaucin de que las
cuchillas de corte no acten sobre
la zona roscada sino sobre el
vstago.
Dispositivo de corte doble sobre probetas cilndricas
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Tecnologa de los Materiales
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Estticos - Dureza - Mtodos
Rayado
Rebote
Penetracin
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Tecnologa de los Materiales
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Estticos - Dureza - Rayado - Escala Mohs
Dureza Mineral Composicin qumica
1 Talco (se puede rayar fcilmente con la ua) Mg3Si4O10(OH)2
2 Yeso (se puede rayar con la ua con ms dificultad) CaSO42H2O
3 Calcita (se puede rayar con una moneda de cobre) CaCO3
4 Fluorita (se puede rayar con un cuchillo) CaF2
5 Apatita (se puede rayar difcilmente con un cuchillo) Ca5(PO4)3(OH-,Cl-,F-)
6 Feldespato (se puede rayar con una cuchilla de acero) KAlSi3O8
7 Cuarzo (raya el vidrio) SiO2
8 Topacio Al2SiO4(OH-,F-)2
9 Corindn (slo se raya mediante diamante) Al2O3
10 Diamante (el mineral natural ms duro) C
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Estticos - Dureza - Penetracin
Los diferentes mtodos utilizan
penetradores que adoptan diferentes
formas: esferas, conos o pirmides de
acero endurecido, carburo de
tungsteno o diamante.
En cuanto a las cargas utilizadas van
desde 1 gf hasta 3000 kgf, segn el
mtodo.
Durmetros
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Tecnologa de los Materiales
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Estticos - Dureza - Penetracin - Mtodos
Dureza Brinell
Dureza Rockwell
Dureza Vickers
Dureza Knoop
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Estticos - Dureza - Penetracin - Brinell
Durmetro Brinell Punta Durmetro Brinell
Mtodo de penetracin de lectura indirecta
Penetrador: Bola Acero ( =10/12mm)
Fuerza: 3 kgf.
Valor medido: Dimetro del casquete en la
superficie del material.
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Estticos - Dureza - Penetracin - Rockwell
Mtodo de penetracin de lectura directa
Penetrador: Bola Acero/ Cnico de Diamante
Fuerza: Precarga 10 kg, Carga 60 a 150 Kg (15s)
Valor medido: Con durmetro.
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Estticos - Dureza - Penetracin - Rockwell
Escala Penetrador Carga mayor (kg) Aplicaciones
A Diamante 60Aceros tratados y sin tratar. Materiales muy duros.
Chapas duras y delgadas.
B Esfera de 1/16 pulgada 100 Aceros recocidos y normalizados.
C Diamante 150 Aceros tratados trmicamente.
D Diamante 100 Aceros cementados
E Esfera de 1/8 pulgada 100 Metales blandos y antifriccin.
F Esfera de 1/16 pulgada 60 Bronce recocido.
G Esfera de 1/16 pulgada 150 Bronce fosforoso y otros materiales.
H Esfera de 1/8 pulgada 60Metales blandos con poca homogeneidad,
fundiciones con base hierro.
K Esfera de 1/8 pulgada 150 Aplicaciones anlogas al tipo anterior.
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TM - FRBA - UTN 27
UT 3.2 - Caracterizacin y Evaluacin - Ensayos
Tecnologa de los Materiales
Ingeniera Civil - FRBA - UTNUT 3.2 - 53 / 80
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Estticos - Dureza - Vickers
Durmetro Vickers Punta Durmetro Vickers
Mtodo de penetracin de lectura indirecta
Penetrador: Pirmide de diamante de 136.
Fuerza: 5 a 125 kgf (15s)
Valor medido:
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Tecnologa de los Materiales
Ingeniera Civil - FRBA - UTNUT 3.2 - 54 / 80
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Estticos - Dureza - Knoop
Es un mtodo de dureza por
penetracin para la determinacin de
dureza de los distintos componentes
de micro estructuras, o la realizacin
de perfiles de dureza para medir
profundidades de capas duras
superficiales muy delgadas.Durmetro Knoop Punta Durmetro Knoop
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TM - FRBA - UTN 28
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Tecnologa de los Materiales
Ingeniera Civil - FRBA - UTNUT 3.2 - 55 / 80
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Dinmicos - Dureza - Rebote - Mtodo Shore
Es un mtodo de dureza por rebote.
Se aplica una energa potencial prefijada
y se mide la altura del rebote.
Es adimensional.
A mayor rebote mayor dureza
Durmetro Shore
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Tecnologa de los Materiales
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Dinmicos - Impacto - Objetivo
Evaluar la capacidad de los metales para
resistir cargas instantneas,
determinando su tendencia a la rotura
frgil mediante la medicin de la energa
necesaria para romper una probeta en
condiciones prefijadas.
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Dinmicos - Impacto - Tipos
Ensayos de Impacto
de Charpy
Ensayos de Impacto
de Izod
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Dinmicos - Impacto - Charpy
Esquema del ensayo de impacto Charpy con el martillo pndulo
La energa absorbida por la probeta en el
impacto es igual a la perdida por el pndulo.
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Dinmicos - Impacto - Charpy
Disposicin de la probeta en el ensayo de impacto Charpy
La probeta se encuentra apoyada en sus
extremos y se golpea en el centro en la cara
opuesta de la entalla utilizando el martillo a
pndulo.
Se mide la energa absorbida por la rotura de
la probeta al impacto.
Las entalladuras concentran las tensiones y
las deformaciones plsticas
Entalladuras de las probetas Charpy: en V, en ojo de cerradura y en U
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Dinmicos - Impacto - Martillo a Pndulo
Cuanta mayor sea la fragilidad del material y
menor su tenacidad ms fcilmente romper el
pndulo la probeta y mayor altura alcanzar tras el
impacto.
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Dinmicos - Impacto - Izod
Disposicin de la probeta en el ensayo de impacto Izod
La probeta se encuentra empotrada por una
de sus mitades y se golpea en el extremo del
voladizo por la cara de la entalla utilizando el
martillo a pndulo.
Se mide la energa absorbida por la rotura de
la probeta al impacto.
Las entalladuras concentran las tensiones y
las deformaciones plsticas
Entalladuras de las probetas Izod en V,
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Tecnolgicos - Objetivo
Evaluar la aptitud de un material en ciertas
condiciones especiales de solicitacin,
generalmente adaptadas al uso, donde el
resultado obtenido consiste, en la mayora de
los casos, en una aprobacin o rechazo del
material o producto.
Ensayo de plegado de barra de acero
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Tecnolgicos - Tipos
Ensayos de Doblado
Ensayos de Abocardado
Ensayo de Conformabilidad
Ensayo de Aplastamiento
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Tecnolgicos - Doblado
Consiste en deformar plsticamente una
probeta de seccin maciza rectangular,
mediante una solicitacin esttica de flexin
en el dispositivo, por medio de un mandril de
forma y medidas normalizadas, hasta
alcanzar un ngulo de doblado de 180,
Se verifica la presencia o no de fisuras,
grietas o desprendimientos en la cara
traccionada.Dispositivo de doblado a utilizar en maquina universal de ensayos
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Tecnolgicos - Conformabilidad
Consiste en presionar estticamente un
punzn de forma esfrica, de 20mm de
dimetro, sobre la chapa a ensayar apoyada
sobre una matriz abierta de forma cnica del
dispositivo hasta lograr que la probeta se
rompa o se fisure.
Se detiene el avance del cabezal y se mide la
altura de la copa resultante, que expresada en
mm da el ndice de Erichsen (IE).
Dispositivo para el ensayo Erichsen de chapas metlicas
Morfologa una chapa de aluminio e=7mm en Ensayo Erichsen
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Tecnolgicos - Aplastamiento de Tubos
Consiste en aplastar gradualmente entre
platos de compresin, la probeta extrada del
cao o tubo, en forma perpendicular al eje
longitudinal, hasta que la distancia H entre
platos o h entre las caras internas de la
muestra alcance bajo carga, el valor
especificado en las normas particulares del
producto.
Ensayo de aplastamiento de tubos
Ensayo de aplastamiento de tubera plstica corrugada de PP
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Tecnolgicos - Abocardado de Tubos
Consiste en aplicar una carga mediante un
mandril de 60 en la direccin longitudinal del
tubo hasta la rotura del mismo.
Ensayo de abocardado de tubos metlicos
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No Destructivos - Objetivo
Detectar las discontinuidades en el
material en estudio, sin cambiar las
caractersticas de los mismos.
Ensayo de radiologa industrial para tuberas metlicas
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No Destructivos - Tipos
Inspeccin visual
Inspeccin por lquidos penetrantes
Inspeccin por termografa
Inspeccin por emisin acstica
Inspeccin por ensayo de fuga
Inspeccin por corrientes inducidas
Inspeccin por partculas magntica
Inspeccin por radiografa
Inspeccin por ultrasonido
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No Destructivos - Inspeccin Visual
Se aplica cuando los defectos son
superficiales y pueden ser detectados con
una cuidadosa inspeccin visual en forma
directa.
Accesorios para inspeccin visual
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No Destructivos - Inspeccin Visual
Accesorios para inspeccin visual
Para la inspeccin visual se pueden utilizar:
Lupas
Microscopios
Cmaras fotogrficas
Cmaras de televisin
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No Destructivos - Inspeccin por Lquidos Penetrantes
Es una tcnica para la deteccin de defectos
superficiales por lquidos penetrantes.
Se utiliza para la deteccin de fisuras, grietas,
porosidad en la superficie .
Los lquidos penetrante puede ser
fluorescentes para mejorar la sensibilidad en
la observacin.
Aplicacin del penetrante en el control mediante lquidos penetrantes de soldaduras de estructuras metlicas
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No Destructivos - Lquidos Penetrantes - Procedimiento
1. Corte de un material que presenta una grieta.
2. Se aplica en la superficie el lquido penetrante.
3. Se remueve el exceso de liquido penetrante.
4. Se aplica el revelador para la visibilidad del defecto.
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No Destructivos - Inspeccin por Termografia
Es una tcnica para la obtencin de una
imagen de la distribucin de calor sobre la
superficie de un objeto.
Se utiliza una cmara con para infrarrojos y
un trasmisor de radiacin.
Las emisiones de rayos infrarrojos dependen
de la superficie del material.
La emisin no uniformes de infrarrojos indica
la heterogeneidad interna del material.Equipo para termografia Resultado de termografia
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No Destructivos - Inspeccin por Emisin Acstica
Es una tcnica para la deteccin de defectos
por medio de una emisin acstica.
La emisin se detecta por medio de
transductores fijados a la superficie de la
pieza.
Una red de detectores permite localizar los
crujidos (defectos)
Cambios repentinos en el rango son
indicativos de la formacin de nuevos
defectos.Esquema de funcionamiento de inspeccin por emisin acstica
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No Destructivos - Inspeccin por Ensayos de Fuga
Es una tcnica para la deteccin de defectos
por medicin de fugas.
Ensayo de fuga hidrosttico:
Agua, tintura (visual)
Ensayo de fuga por aire a presin:
Solucin de jabn (visual), sonido
(ultrasonido)
Ensayo de fuga por gas:
Hidrogeno, helio, gas halgeno y gas
radioactivo (detectores)Instrumento para Prueba de Fuga por Cada de Presin
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No Destructivos - Inspeccin por Corrientes Inducidas
Es una tcnica para la deteccin de defectos
por medio de la induccin electromagntica
aplicada a una pieza.
Al circular una corriente elctrica variable a
travs de un conductor, se genera un flujo
magntico que inducir a otro conductor una
corriente que genera un flujo magntico
opuesto al del primer conductor.
La lectura de variacin de la corriente
inducida de Edy (luces, display, audio,
papel, etc.) detecta la presencia de fisuras,
grietas, oquedades, corrosin, erosin y
daos mecnicos.
Equipo de corrientes inducidas
Diagrama de aplicacin de corrientes inducidas
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No Destructivos - Inspeccin por Partculas Magntica
Es una tcnica para la deteccin de defectos
por medio de un campo magntico.
El defecto se detecta por la aplicacin de
polvo magntico sobre la pieza magnetizada.
La ubicacin y extensin de una fisura se
produce por la polarizacin de los bordes.
Se usa en materiales ferromagnticos..
Es un mtodo de inspeccin ms rpido que
los lquidos penetrantes.
Equipo de partculas magnticas
Principios de la inspeccin por partculas magnticas
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No Destructivos - Inspeccin por Radiografa
Es una tcnica para la deteccin de defectos
mediante la emisin de los rayos x y
Las emisiones de rayos generan imgenes
del resultado sobre una placa sensible.
La absorcin de las radiaciones es menor en
huecos, soldaduras o defectos internos.
Equipos de radiografa X
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No Destructivos - Inspeccin por Ultrasonido
Es una tcnica para la deteccin de defectos
por medio de una emisin de ultrasonido.
La emisin transforma las corrientes
alternadas de alta frecuencia en vibraciones.
Un defecto genera una reflexin en el haz
incidente de la onda ultra sonora (>20Khz)
Existen tres mtodos de ensayo (tiempo de
propagacin, intensidad de haz y resonancia)
Se utilizan en materiales slidos y en
soldaduras.
Diagrama de aplicacin de ultrasonido
Equipos de ultrasonido para grietas
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