REPÚBLICA BOLIVARIANA DE VENEZUELAMINISTERIO DEL PODER POPULAR PARA LA EDUCACION

INSTITUTO UNIVERSITARIO DE TECNOLOGIA DEL ESTADO PORTUGUESAACARIGUA- ESTADO PORTUGUESA

GUIA N° 1. INTRODUCCION A LOS ENSANOS NO DESTRUCTIVOS

PROF: ING. IVANA ARIEMMA

ACARIGUA, MARZO 2011

1.- DEFINICION DE LOS ENSAYOS NO DESTRUCTIVOS:

Los Ensayos No Destructivos, también conocidos como END o NDT (Non Destruction Test) es una forma de ensayo de materiales y estructuras sin causar ningun daño a la pieza a inspeccionar.

La razón de que exista el Ensayo No Destructivo es la necesidad de encontrar y eliminar defectos en los materiales, piezas sueltas o ensamblada, con el objeto de prevenir una falla después de una fabricación o puestos de servicios.

Es imprescindible que la alta calidad del producto ya que toda la atención y expectativa del usuario esta concentrada en el rendimiento de un equipo adquirido, necesariamente con una variante como costo de producción, a la vez esta relacionado con los costos de calidad del fabricante y del comprador.

La aplicación correcta de estos métodos de END, es necesario de personal capacitado y serio, además que posean conocimientos correctos de estas técnicas que permita conocer ¿Cómo? y ¿ Por que? Fallan los materiales, para así tener la autoridad suficiente de aceptar o rechazar piezas con indicadores de discontinuidad conseguidas durantes las inspecciones de END.

2.- IMPORTANCIA DE LOS END

Detección de un defecto sino la prevención de fallas que puedan causar un desastre, o sea una medida de predecir el futuro si se dan ciertas probabilidades.

Los métodos de END se aplican en diferentes etapas del proceso productivo, pudiendo ser estas, el control de materia prima, durante el proceso de fabricación, así como en el ensayo final del producto y control en servicio.

Permiten el control del 100 % de una producción y pueden obtener información de todo el volumen de una pieza, con lo que contribuyen a mantener un nivel de calidad uniforme, con la consiguiente conservación y aseguramiento de la calidad funcional de los sistemas y elementos.

Además colaboran en prevenir accidentes, ya que se aplican en mantenimiento y en vigilancia de los sistemas a lo largo del servicio.

3.- CARACTERISTICAS DE LOS ENSAYOS NO DESTRUCTIVOS:

No modifica las condiciones de uso de la pieza o elemento ensayados es decir no la daña.}

END requiere una inversión costosa pero al no inutilizar los componentes que resulta de bajo costo.

Se puede aplicar a todas las piezas mas de una vez y la pieza sigue comportándose bien para su función específica, para la cual fue diseñada.

4.- BENEFICIOS DE LOS ENSAYOS NO DESTRUCTIVOS:

DIRECTOS INDIRECTOS

Disminución de los costos de fabricación, al eliminar en las primeras etapas de fabricación, los productos que serían rechazados en la inspección final, y el

aumento de la productividad, por reducirse el porcentaje de productos rechazados en dicha inspección final.

Se pueden citar su contribución a la mejora de los diseños, por ejemplo,

demostrando la necesidad de realizar un cambio de diseño de molde en zonas críticas de piezas fundidas o también

contribuyendo en el control de procesos de fabricación.

5.- CLASIFICACION DE LOS ENSAYOS NO DESTRUCTIVOS:

Podemos establecer distintas clasificaciones de los métodos de END según sus fundamentos, aplicaciones o su estado actual de desarrollo.

A) SEGÚN SUS FUNDAMENTOS:

Se basan esencialmente en las aplicaciones de uno o varios de los siguientes fenómenos físicos:

1. Ondas electromagnéticas (comprendiendo fenómenos basados en las propiedades eléctricas y/o magnéticas de las muestras.)

2. Ondas elásticas o acústicas3. Emisión de partículas subatómicas.4. Otros fenómenos, tales como los de capilaridad, estanqueidad, absorción, etc.

B) SEGÚN SUS APLICACIONES:

De manera general se puede decir que las aplicaciones de los métodos de END permiten realizar estudios de defectos, hacer mediciones y caracterizar materiales.

1. Defectología: Detección, ubicación y evaluación de: heterogeneidades, discontinuidades, impurezas, corrosión, fugas; puntos calientes, etc.

2. Metrología: Medición de: espesores de material base de ambos lados y de un solo lado, de recubrimientos, de dureza, controles de nivel, etc.

3. Caracterización de materiales: Determinación de características físicas, mecánicas, químicas.

C) SEGÚN EL ESTADO ACTUAL DE DESARROLLO:

Se pueden clasificar en:

1. Métodos convencionales de END

Consideramos como métodos convencionales aquellos que debido al desarrollo actual de los equipos y técnicas operatorias, permiten seguir el ritmo de la producción, proporcionan un registro permanente y permiten la automatización del proceso de inspección. Son los que comúnmente se utilizan en la industria.

Dentro de esta categoría, se distinguen los métodos capaces de proporcionar una amplia gama de aplicaciones, de los que si bien son altamente desarrollados, solo se limitan a aplicaciones particulares o son modificaciones de los convencionales para mejorarlos en aplicaciones particulares.

2. Métodos nuevos o no convencionales de END

Consideramos como métodos nuevos, aquellos de reciente introducción o en período actual de desarrollo, o aquellos que no tienen una utilización generalizada.

El desarrollo acelerado de estos métodos nuevos ha sido principalmente por los avances tecnológicos en los campos aerospacial y nuclear, en los que se requieren un severo control de calidad en los materiales.

Los siguientes se pueden considerar como métodos de END convencionales:

1. Radiografía Industrial (RI);2. Ultrasonidos (US)3. Líquidos Penetrantes (LP);4. Partículas Magnetizables (PM)5. Corrientes Inducidas (CI) 6. Visual (EV)

Los siguientes se pueden considerar como métodos de END no convencionales:

1. Fuga;2. Termografía; 3. Espectroscopía ultrasónica; 4. Emisión acústica; 5. Radiografía neutrónica6. Tensiones residuales

6.- DEFECTOS DE PIEZAS Y MATERIALES:

Aparte de los defectos dimensionales (tolerancia),los defectos de las piezas pueden ser roturas, grietas, agujeros, burbujas y todo puede resumirse en una sola palabra que es discontinuidades.

Una discontinuidad significa una brecha o interrupción en la estructura física normal de una pieza composición o en la estructura del material, ya sea parcial o composición o en la estructura del material, ya sea parcial o total.

Cada método de END da una inspección visual la cual dará la indicación de los defectos que no son normalmente visibles a ojo descubierto.Los procesos de fabricación aunque sean conocidos o tambien la forma de procesos de maquinado pueden descubrirse mas rápidamente y fácilmente los defectos que pueden producirse.

CAMPO DE LOS DEFECTOS:

GENERAL: Los procesos de END suministren indicaciones de la condición o estado del metal o de cualquier otro material, por medios indirectos; tales indicaciones necesitan ser interpretados para lograr determinar el defecto y la causa que lo origina.

Es una condición necesaria conocer en los materiales y piezas y tipos de acabado, y las diferentes discontinuidades que se pueden presentar en las diferentes etapas de fabricación, que nos muestran las condiciones las cuales deben reclutar un INSPECTOR EN END, además de la recolección de información sobre el problema que se presente y de esta manera le ayudara a prevenir que defectos estarían presentes y donde puede ocurrir.

DEFINICION DE DEFECTO:

Discontinuidad cuyo tamaño, forma, orientación, ubicación o propiedades son inadmisibles para alguna norma específica. En particular, al realizar un ensayo no destructivo (END) se cataloga como defecto a toda discontinuidad o grupo de discontinuidades cuyas indicaciones no se encuentran dentro de los criterios de aceptación especificados por la norma aplicable.

CLASES DE DISCONTINUIDADES:

Superficiales: es decir tienen acceso por la superficie de la pieza Internas o por debajo de la superficie: no tienen salida a la parte externa de la

pieza .Esta clasificación esta relacionada con el proceso que las produce, es el mas utilizado y pueden ser discontinuidades debidas a la forja, soldadura, tratamientos térmicos, grietas por rectificado entre otros.

Discontinuidades inherentes, de proceso e inducidas en servicio

Discontinuidades inherentes. Discontinuidades de proceso o fabricación. Discontinuidades de servicio.

1.- Discontinuidades inherentes: Son aquellas originadas durante la solidificación del metal fundido. Entre ellas están: rechupe, grietas de solidificación, porosidades, gotas frías, laminaciones, etc.

2.-Discontinuidades de proceso o fabricación: A continuación se presentanlas discontinuidades agrupadas de acuerdo a cada proceso de fabricación.

a) Discontinuidades comunes a las piezas metálicas en general :

Grietas superficiales, grietas sub-superficiales, fisuras superficiales, grietas internas, vacíos internos, variación de espesores de las paredes, variaciones metalúrgicos, etc.

b) Discontinuidades en piezas laminadas, chapas y hojas.

Variaciones de espesores, laminación, agujeros y orificios, discontinuidades superficiales.

c) Discontinuidades en barras y tubos .

Astillas, fragmentos, vacíos, orificios y dobles paredes, grietas, fisuras e inclusiones.

d) Discontinuidades en piezas fundidas.

Interrupción de vaciado, gotas frías, grietas superficiales y de contracción, agujeros, porosidades, inclusiones de escorias y arena.

e) Discontinuidades en piezas forjadas.

Pliegues, inclusiones, grietas internas, fisuramientos internos, grietas, corte, hendiduras.

f) Discontinuidades en soldaduras .

Inclusiones, grietas de contracción, fisuras, falta de fusión, porosidades, falta de penetración, socavaduras, mordeduras, desgarres, solapados.

g) Discontinuidades por procesos de acabado.

Grietas generadas en el tratamiento térmico, grietas por esmerilado, rayas, grietas o fisuras de maquinado, grietas generadas durante el manejo y falta de adherencia entre dos metales.

3.- Discontinuidades en Servicio : Abarca todas aquellas relacionadas a las condiciones de trabajo o servicio de la pieza, tales como : Corrosión, fatiga o erosión.

Entre éstas tenemos : grietas de las roscas de los tornillos, corrosión, corrosión intergranular, grietas de fatiga, disminución de espesores, fisuras por acción de calor, corrosión por tensión, etc.

7.-DESCRIPCIÓN DE LAS DISCONTINUIDADES MÁS IMPORTANTES.

7.1. GRIETAS Y FISURAS :

Constituyen una de las grandes fuentes de defectos. Son roturas del metal, bajo tensiones mecánicas o térmicas, etc. A las grietas de orden microscópico se les denominan fisuras. Tanto las fisuras y grietas pueden ser longitudinales, transversales o radiales y presentarse tanto superficial como sub-superficialmente.

La presencia de grietas en las piezas es motivo de rechazo de las mismas (Ver Figura N° 1).

Soldadura

GrietaTransversal

Grieta Superficial(Longitudinal)

FIGURA N° 1 : Diversos tipos de figuras y grietas en los metales.

7.2. RECHUPES :

Es una discontinuidad propia de las piezas coladas, que se presenta en forma de cavidad, y que se origina debido a la contracción del metal durante la solidificación.

En los lingotes la cavidad se forma en la parte superior y tiene la forma de un embudo.

Los rechupes en los lingotes de acero presentan sus paredes cubiertas por óxidos y no se sueldan por presión durante la laminación. Así, tales discontinuidades en los lingotes, al ser laminados producen una doble chapa que se llama defecto de laminación o también llamada doble laminación. (Ver Figura N° 2).

FIGURA N° 2 : Lingotes con Rechupe

7.3. PLIEGUES Y LAMINACIONES :

Son discontinuidades producidas generalmente en las operaciones de forja y laminación de los metales. En general, aparecen paralelos a las superficies de las chapas, y en el caso específico de las laminaciones se presentan hacia la mitad del espesor. (Ver Figura N° 3).

(a)

FIGURA N° 3 : El Diseño muestra en (a) un Lingote.Después de laminado o forjado, las protuberancias

producen en general los pliegues.

7.4. POROSIDADES :

Son cavidades en la masa de los metales, causadas por el aprisionamiento de gases, durante el proceso de solidificación. (Ver Figura N° 4).

FIGURA N° 4 : Porosidades

7.5.- VARIACIONES DE ESPESOR :

Pueden presentarse en las piezas, debido a fallas en el proceso de fabricación, lo cual, produce diferencias de espesores en las paredes de las mismas, o también durante el servicio o uso de la pieza se produce el desgaste de las paredes por erosión o corrosión. Esta situación se presenta en plantas generadoras de vapor, en centrales eléctricas, en plantas químicas, petroquímicas y prácticamente en todas las plantas industriales y el transporte naval. El control del espesor es vital, sobre todo en aquellas piezas de gran responsabilidad, para los cuales las tolerancias en las especificaciones son muy rígidas.

7.6. VARIACIONES METALÚRGICAS :

Son diferencias en las propiedades mecánicas y metalúrgicas de suficiente magnitud como para que puedan convertirse en causas potenciales de fallas. Ejemplo, variaciones de dureza en diferentes zonas de una pieza.

7.7. FALTA DE FUSIÓN.

Se pueden presentar en cualquier tipo de soldaduras, independientemente del método empleado para soldar.

Una falta de fusión es la ausencia de unión entre el metal de aporte y el metal base o entre cordones de los diferentes pasos de soldadura. (Ver Figura N° 5).

FIGURA N° 5 : Falta de Fusión

7.8. FALTA DE PENETRACIÓN :

Es común a todos los procesos de soldar. Se debe a una fusión incompleta entre el metal base, debido a que el metal de aporte no penetra hasta la raíz de la junta. (Ver Figura N° 6).

FIGURA N° 6  7.9 REFUERZO EXCESIVO O SOBRE ESPESOR :

Es un exceso de metal en la junta soldada. (Ver Figura N° 7).

FIGURA N° 7

7.10.MORDEDURA :

Es una socavación en la cara de un cordón de soldadura, y ésta puede ser continua o intermitente. Generalmente, se encuentra entre el cordón y el metal base. (Ver Figura N° 8).

FIGURA N° 8

7.11.EXCESO DE PENETRACIÓN :

Es un exceso de metal de aporte que penetra a través de la raíz de la soldadura hecha por un solo lado, o a través del metal previamente depositado por un solo lado en las uniones multipaso. Este exceso de penetración puede estar localizado. (Ver Figura N° 9).

FIGURA N° 9

7.12.EROSIÓN :

Destrucción de metales o de otros materiales por la acción abrasiva de fluidos en movimiento, generalmente acelerada por la presencia de partículas o materia en suspensión. Su efecto se refleja en una disminución de espesor de la pieza.

7.13.EROSIÓN - CORROSIÓN :

Destrucción de metales por la acción conjunta de la erosión y corrosión.

7.14.CORROSIÓN :

Deterioro de un metal mediante reacción química o electroquímica con su ambiente.

7.15.CORROSIÓN INTERGRANULAR :

Es la corrosión que ocurre preferencialmente en los bordes de granos.

7.16.FATIGA :

Fenómeno que origina la fractura bajo esfuerzos repetidos o fluctuantes, con un valor máximo menor que el límite elástico del material.

Las fracturas por fatiga son progresivas, empezando como fisuras diminutas, que crecen bajo la acción del esfuerzo fluctuante.

8.- MÉTODOS DE ENSAYOS NO DESTRUCTIVOS :

Si analizamos los diferentes principios en que se basan los END y los comparamos con el tipo de problemas que deben resolver, podemos sacar como primera conclusión, que no existe un método de END en particular que pueda tener una aplicación universal. Los diferentes métodos de END son específicos para un determinado tipo de problemas. En muchos casos, existe la posibilidad de aplicar más de un método con iguales resultados en cuanto a la información que se pueda obtener. En otros casos, entre los varios métodos aplicables uno puede tener ventajas sobre los demás. Puede ocurrir también que la información que se desea puede obtenerse utilizando en forma complementaria más de un método aplicable, o que sea necesario pensar en el desarrollo de un método específico para obtener la información que se necesita.

Cada especificación de END debe estar basada en un correcto conocimiento de la naturaleza y función del material o parte a ser ensayada, y de las condiciones en que prestará servicio, a fin de poder seleccionar el método más apropiado.

Además, también se debe suministrar los datos de carga en servicio, condiciones de operación, límites de aceptación de defectos o de variaciones de propiedades, identificando las zonas de tensiones preferenciales, así como los puntos y tipos de fallas más probables.

En las páginas a continuación se dará un resumen sobre los principales métodos de ensayos no destructivos y en la Tabla N° 2.1, las principales aplicaciones de los mismos.

TABLA N° 8.

PRINCIPALES MÉTODOS DE ENSAYOS NO DESTRUCTIVOS Y SUS APLICACIONES

ENSAYOS NO DESTRUCTIVOS PROBLEMAS QUE CONSTITUYEN EL PRINCIPAL CAMPO DE APLICACIÓN

EJEMPLOS DE APLICACIÓN TÍPICA

MÉTODOS TÉCN. PPAL

EXAMEN VISIÓN DIRECTADETECCIÓN DE DEFECTOS SUPERFICIALES EN PRODUCCIÓN.

INSPECCIÓN DE UNIONES SOLDADAS.

VISUAL TRANSM. DE IMÁGENES

DETECCIÓN DE CORROSIÓN, EROSIÓN, DESGASTES EN MANTENIMIENTO.

INSPECCIÓN DE MANTE-NIMIENTO EN CENTRALES NUCLEARES.

METALOGRAFÍANO

DESTRUCTIVASRÉPLICAS

EVALUACIÓN DE RUGOSIDAD Y DE ESTRUCTURAS METALOGRÁFICAS.

INSPECCIÓN DE RECALENTA-DORES DE VAPOR EN CEN-TRALES TÉRMICAS.

LÍQUIDOSCOLOREADOS DETECCIÓN DE DEFECTOS ABIERTOS A LA

SUPERFICIE, PRINCIPALMENTE FISURAS,

INSPECCIÓN DE SOLDADURA EN LOS ACEROS AUSTENÍSTI-COS (DETECCIÓN DE FISU-RAS).

PENETRANTESFLUORESCENTES

EN MATERIALES NO POROSOS, FERROMA-NÉTICOS O NO.

INSPECCIÓN DE ALABES DE TURBINAS PARA DETECTAR FISURAS DE FATIGA.

PARTICULAS COLOREADASDETECCION DE DEFECTOS SUPERFICIALES Y SUBSUPERFICIALES EN MATERIALES

INSPECCIÓN DE SOLDA-DURAS EN ACEROS.

MAGNETICASFLUORESCENTE

FERROMAGNETICOS. INSPECCIÓN DE FORJAS DE ACERO.

RAYOS X(50-400 KV)

INSPECCION DE SOLDA-DURAS EN PLANTA DE FABRICACIÓN.

RADIOGRAFIA RAYOS GAMMA DETECCION DE DISCONTINUIDADES IN-TERNAS EN TODO TIPO DE MATERIALES.

INSPECCION DE SOLDADU-RAS EN MONTAJE DE OBRA. INSPECCION DE FUNDICIÓN.

RAYOS X DE ALTAENERGIA (4-15 MV)

INSPECCION DE SOLDA-DURAS Y FUNCIONES DE GRANDES ESPESORES (100 MM).

ULTRASONIDO TRANSMISION DETECCION DE DISCONTINUIDADES INTER-INSPECCION DE CHAPAS COLAMINADAS.

PULSO ECONAS Y SUPERFICIALES EN MATERIALES QUE TRASMITEN ONDAS ELÁSTICAS.

INSPECCION DE SOLDADU-RAS EN CHAPAS MEDIANAS Y GRANDES ESPESORES.

RESONANCIA MEDICION DE ESPESORESINSPECCIÓN CONTINUA DE TUBOS DE PAREDES DELGADAS.

ELECTROMAGNETICOS

BOBINA ENVOLVENTEDETECCION DE DEFECTOS , EVALUACION

INSPECCION CONTINUA DE BARRAS Y TUBOS.

BOBINA FRONTALDE ESTRUCTURAS METALOGRÁFICAS YDIMENSIONES EN MATERIALES METALICOS.

INSPECCION DE CUBIERTAS PROTECTORAS (ANODIZA-DOS, COBREADOS, ETC.).

ELECTRICOSCORRIENTECONTINUA

MEDICION DE PROFUNDIDAD DE FISURAS Y DE ESPESORES.

INSPECCION DE CILINDROS DE LAMINACION EN PROCE-SO DE RECUPERACION.

CAPACITIVOS ESPESORES EN FILMS NO CONDUCTORES. DIMENSIONES. CALIBRACIÓN DE ESPESOR EN PLASTICOS. DIAMETRO INTERNO EN TUBOS.