Material de Lectura de la Unidad Ensayos No Destructivos 1

ENSAYOS NO DESTRUCTIVOS

PARTICULAS MAGNETIZABLES

FUNDAMENTO:

Es un mtodo de Ensayo No Destructivo para detectar grietas y otras discontinuidadesen la superficie o zonas cercanas a ella en materiales ferromagnticos. Consiste en laaplicacin de partculas magnetizables finamente divididas sobre la superficie de unapieza que ha sido adecuadamente magnetizada.

Las partculas son atradas a regiones sin uniformidad magntica asociadas condiscontinuidades, produciendo as, indicaciones que se observan visualmente. (ver Fig.1).

Figura N 1

Supngase que una pieza de acero al carbono, por ejemplo, tal como la representada en laFig. 1 (a), se somete a la accin de un campo magntico cuyas lneas de fuerza estnorientadas segn la flecha. Si existe una discontinuidad en la superficie de la pieza cuyoplano sea perpendicular a las lneas de fuerza, Fig. 1 (b), las lneas de fuerza tendern asalvarla cual un obstculo, ya que, en general, tendr una permeabilidad menor que elacero. Esto se traduce en una distorsin de las lneas de fuerza tal como indica la citadafigura, en la que se ve cmo las que estn ms prximas a la superficie se encuentranobligadas a salir al exterior formando lo que se llama un campo de fuga. La distorsin delcampo hace que se eleve la energa del sistema que resulta ms inestable que si noexistiese la discontinuidad.Si ahora se extiende sobre la superficie de la pieza, partculas finas de un materialferromagntico, tendern a acumularse en los campos de fuga para facilitar el paso de laslneas de fuerza y contribuir as a que disminuya la energa del sistema que pasa a unestado ms estable, Fig. 1 (c). Si el plano de la discontinuidad es paralelo a las lneas defuerza, Fig. 1 (d), no hay distorsin del campo y no se formarn indicaciones.La consecuencia directa de estos fenmenos es que las partculas actan como detectoresdel campo de fuga, cuya imagen aparece en la superficie de la pieza, y que se correspondeexactamente con la trayectoria superficial de la discontinuidad, (1), (2) y (3).

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Por lo dicho anteriormente, se requiere aplicar sucesivamente el ensayo con distintasdirecciones de campo para que toda discontinuidad existente corte en algn momento alas lneas de fuerza.

De todo cuanto ha sido expuesto se deduce que el ensayo por el mtodo de partculasmagnetizables consta, bsicamente, de tres etapas. Estas etapas son las siguientes:

Magnetizacin de la pieza Aplicacin de las partculas magnetizables Interpretacin de las indicaciones.

Entre los factores que afectan a la formacin de las indicaciones, cabe destacar: Direccin e intensidad del campo magntico Forma y tamao de la discontinuidad y orientacin de la misma respecto al

campo magntico Caractersticas de las partculas magnticas y modo de aplicarlas Caractersticas magnticas de la pieza a ensayar Forma y dimensiones de la pieza, que afectarn a la distribucin del campo

magntico Estado de la superficie de la pieza, que afectar a la nitidez de las indicaciones.

Existe una variedad de equipos de ensayo por partculas magnetizables para laresolucin de los diversos problemas que se presentan en la prctica.Segn la finalidad del ensayo, las caractersticas de diseo de estos equipos podrndiferir entre s. Cada problema requiere una conjugacin adecuada de las siguientescaractersticas de diseo bsicas: sistemas de imantacin, partculas magnetizables ysistemas de desimantacin y sus variantes, a fin de lograr la obtencin de unaindicacin propia de la discontinuidad buscada en la muestra de ensayo.

SISTEMAS DE MAGNETIZACIN

La magnetizacin de la pieza es, como se ha visto, la primera de las etapas a cubrir enel ensayo por partculas magnetizables y tiene por objeto sumergir la pieza en el senode un campo magntico de intensidad y direccin conocidas.Para producir campos magnticos idneos para el ensayo por partculas magnetizables,se dispone de dos sistemas de magnetizacin:

Por imanes Por corriente elctrica

Magnetizacin mediante Imanes

Cuando un material ferromagntico se sita entre los polos de un imn permanente, laslneas de fuerza del campo que cerraban el circuito a travs del aire, Fig. 2 (a), pasarnahora en su casi totalidad a travs de la pieza, Fig. 2 (b) que, dado su carcter,presenta una reluctancia (resistencia al paso del flujo magntico) mucho menor que elaire.Se tiene, por tanto, la pieza magnetizada longitudinalmente, con lo que cualquierdiscontinuidad superficial que corte a las lneas de fuerza, o se encuentre prxima a lasuperficie, dar lugar, si la magnetizacin es de suficiente intensidad, a un campo defuga cuya presencia ser revelada cuando se extienda la suspensin de partculasmagnetizables por la superficie de la pieza.

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Un imn permanente es un metal altamente retentivo el cual ha sido fuertementemagnetizado; por ejemplo la aleacin Alnico.

Pueden ser del tipo herradura o estar constituidos por un par de piezas polares unidasentre s por un flexible que fija la distancia mxima de operacin y evita que seapliquen dos polos iguales a la pieza.

No estn normalizados y para evaluar la intensidad del campo magntico disponible sepuede medir su capacidad portante para la mxima separacin de las piezas polares.

Se obtiene magnetizacin longitudinal.

Los yugos de imn permanente se utilizan cuando no hay posibilidad de suministro deenerga elctrica o bien cuando est prohibido el magnetizar por corriente, comoocurre en el caso de que el examen haya de ser efectuado donde pueda existir unaatmsfera explosiva. Como principales inconvenientes para su empleo, cabe destacarlos siguientes:

No es posible magnetizar piezas grandes con intensidades de campo adecuadasque permitan indicaciones satisfactorias;

Su densidad de flujo no puede ser modificada; Si la intensidad del campo del imn es muy fuerte no resulta cmoda su

utilizacin; Las partculas pueden adherirse a sus polos y dificultar la observacin.

Magnetizacin mediante Corriente Elctrica

La magnetizacin mediante el paso de corriente a travs de las piezas que vayan a sersometidas a ensayo, induciendose en ellas un campo magntico circular, es, sin duda,el mtodo de magnetizacin ms adecuado.Hay dos formas bsicas de utilizar la corriente elctrica para producir camposmagnticos:

Paso de corriente a travs de la pieza (magnetizacin circular), Introduccin de la pieza en el ncleo de una bobina o solenoide por el que

circula la corriente (magnetizacin longitudinal).En la magnetizacin de la pieza se puede utilizar corriente alterna o contnua.La Magnetizacin mediante paso de corriente alterna permite detectar con altasensibilidad discontinuidades superficiales, mientras que con corriente contnua(corriente rectificada), permite detectar discontinuidades superficiales ysubsuperficiales.

Magnetizacin mediante paso de corriente a travs de la pieza

Se llama tambien magnetizacin circular debido a que las lneas de fuerza del campomagntico, que se genera en una barra cilndrica sometida a este ensayo, siguentrayectorias circulares contenidas en planos perpendiculares al eje de la barra (esdecir, perpendiculares al eje de la corriente)El mtodo permitir, por tanto, detectar discontinuidades orientadas segn el eje de lacorriente, ya que sern las que intercepten mayor nmero de lneas de fuerza delcampo magntico y, en consecuencia, producirn un campo de fuga mas intenso, loque, a su vez, dar lugar a la atraccin de mayor nmero de partculas magnetizables.

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La corriente de magnetizacin debe mantenerse dentro de los valores que se indican acontinuacin:De 30 a 40 A por cada mm de dimetro o seccin de la pieza a inspeccionar.

Magnetizacin mediante Puntas de Contacto o Electrodos.

Se utilizan equipos, generalmente porttiles, que suministran corriente a travs de unpar de conductores terminados en contactos especiales que se apoyan sobre la pieza aensayar a fin de hacer pasar la corriente por la misma, (Fig. 4).La distancia mnima aceptable entre puntas o contactos es de 75 mm., la mximadepender de la tensin disponible en el equipo (aproximadamente 200 mm).

Como la corriente entre las puntas fluye siempre por el camino ms corto, loimportante para el clculo es la distancia entre puntas, siendo el espesor deimportancia relativa.El campo obtenido es de tipo circular por las puntas de contacto.La corriente de magnetizacin debe mantenerse dentro de los valores que acontinuacin se detalla:

a) De 90 a 110 A/25mm de separacin entre electrodos, para materiales con unespesor menor de 19 mm.

b) De 100 a 125 A/25mm de separacin entre electrodos, para materiales con unespesor mayor de 19 mm.

Se efectuarn por lo menos dos aplicaciones de la corriente magnetizadora en cadarea, asegurando que las lneas de flujo sean lo ms perpendiculares entre s.

Figura 4

Magnetizacin mediante Conductor Central

Dado que no siempre es posible o conveniente magnetizar mediante el paso de unacorriente elctrica (alterna o continua) a travs de la propia pieza que se examina,

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puede utilizarse un conductor central que es, frecuentemente, una barra de cobre deseccin apropiada, (Fig. 5).La corriente se hace circular por este conductor, que crea a su alrededor el respectivocampo circular. Si se aproxima a aqul una muestra ferromagntica, sta condensaren s las lneas de fuerza del campo magnetizandose transversalmente, lo quepermitir detectar discontinuidades paralelas al conductor central. La principal ventajade esta tcnica consiste en que elimina el riesgo de sobrecalentamiento de la muestra,as como de puntos quemados por chisporroteo a consecuencia de un mal contactocon los cabezales del equipo. En el caso de formas tubulares o circulares resultaespecialmente cmodo suspenderlas, pasando por el hueco la barra de cobre.Un caso particular de conductor central es el que se arrolla formado una espira y quedebe considerarse como una transicin a las bobinas o solenoides.

Figura 5

Magnetizacin con Bobinas o Solenoides

Como es sabido, cuando por una bobina o solenoide se hace pasar una corrienteelctrica (alterna o contnua) se genera un campo magntico cuyas lneas de fuerza,en el interior de la bobina, son paralelas al eje de la misma, (Fig, 6).Por tanto, si se introduce en el ncleo del dispositivo, una barra de materialferromagntico, cuyo eje coincida con el de la bobina ( o sea paralelo a l), semagnetizar longitudinalmente.Las dimensiones de la bobina son de gran importancia para una correctamagnetizacin.Por una parte, influye la relacin entre el rea de la seccin transversal de la bobina yel de la pieza. Es lo que se llama factor de llenado y su valor determina el que seconsiga, o no, un campo adecuado en la pieza. En general, no es conveniente utilizarbobinas cuyo dimetro sea 10 o ms veces superior al de la pieza. La longitud de labobina o, ms bien, la relacin de su longitud a la de la pieza es tambin importante,sobre todo cuando se trata de inspeccionar piezas largas. Lo ideal es que la bobina y lapieza sean de igual longitud. Ahora bien, como en general las bobinas utilizadas enestos ensayos son cortas, sern precisas varias etapas para magnetizar piezas largas.Hay equipos que disponen de la bobina para este ensayo pero, si no es as, un cableaislado arrollado a la pieza puede servir perfectamente.

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Figura 6

En cuanto a la intensidad de la corriente, se aplican las siguientes frmulas como gua:

a) Para piezas colocadas hacia el lado interno de la bobina se utilizar la frmula:

45.000NI = ----------------- ( 10 %) L/D

b) Para piezas colocadas en el centro de la bobina:

43.000 RNI = ------------------- ( 10 %) ( 6L/D) 5

c) Para piezas tales que el dimetro interno del solenoide o bobina es llenadocompletamente por el dimetro exterior de la pieza:

35.000NI = -------------------- ( 10 %) ( L/D ) + 2

Donde:N: Nmero de vueltas en la bobina,I : Corriente de magnetizacin de la bobina en Amperes (A),R : Radio de la bobina en mm,L : Longitud de la pieza a ensayar en mm,D : Dimetro de la pieza a ensayar en mm.

Magnetizacin mediante Yugo electromagntico

Los yugos electromagnticos consisten en una bobina devanada alrededor de unncleo de hierro dulce excitado por corriente contnua o alterna (Fig. 7). Los apoyos o

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patas pueden ser fijos o bien pueden tener la posibilidad de modificar su posicin ylongitud con el fin de abarcar mayor zona y adaptarse mejor a la configuracin de lapieza que se vaya a examinar.

La intensidad de campo que es posible alcanzar con un electroimn, adems de poderser considerablemente superior a la que se consigue con un imn permanente, puedeser regulada a voluntad, lo que permite adaptar la intensidad de campo a lasnecesidades del examen.

Aunque este mtodo de magnetizacin, tanto con el empleo de imanes permanentescomo con electroimanes, puede resultar adecuado y proporcionar, en ciertos casos,buenos resultados, no suele ser el ms indicado en la generalidad de las aplicacionesde este mtodo de ensayo.

Estn normalizados y en funcin de la distancia, se requiere una fuerza portantemnima de aproximadamente 22 Kg. para los de corriente continua y de 5 Kg.aproximadamente para electroimanes de corriente alterna, siendo la fuerza portanteigual al poder de levantamiento. Con estos equipos se obtiene magnetizacinlongitudinal.

Figura 7

2.3.- MEDIO INDICADOR

El medio indicador constituido por las partculas magnetizables debe poseer lassiguientes caractersticas:

1.- Elevada permeabilidad y baja retentividad magntica.

2.- Granulometra adecuada al modo operativo, es decir no demasiado finas para eluso en seco y no demasiado gruesas para el uso en suspensin lquida.

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3.- Debe estar constituida por una mezcla de partculas de formas redondeadas, parafacilitar la movilidad y de formas alargadas para facilitar la formacin de polosmagnticos.

4.- El color debe permitir un elevado contraste con la superficie a examinar.

Cuando se desea aumentar la sensibilidad de deteccin se utilizan partculasmagnetizables fluorescentes, cuyas indicaciones deben ser observadas en un ambienteoscurecido y utilizando radiacin UV (Ultravioleta) o sea "Luz Negra"

Aplicacin del Medio Indicador:

El medio indicador puede ser aplicado en forma de:

1.- Partculas en Medio Seco:

Se moviliza mediante una ligera corriente de aire con el objeto de lograr suacumulacin en las zonas donde aparece el campo de fuga debido a unadiscontinuidad.

2.- Partculas en Suspensin en un Liquido de Baja Viscosidad:

En estas condiciones el medio indicador se roca sobre la pieza y luego se aplica elcampo magnetizante. Las partculas se desplazarn en el medio fluido hacia los puntosen los cuales exista un campo de fuga. El rociado del medio indicador se debesuspender al aplicar el campo magntico para evitar que las corrientes de fluidoarrastren las partculas impidiendo su retencin en los campos de fuga.

2.4.- MODOS DE OPERACIN:

1.- Modo Contnuo:

La aplicacin del medio indicador es simultnea con la aplicacin del campo magntico.

Es aplicable a cualquier tipo de acero (salvo el acero inoxidable austentico).

2.- Modo Residual:

Se efecta primero la magnetizacin, que puede lograrse con un pulso muy corto decorriente, y luego se aplica el medio indicador aprovechando el magnetismoremanente en la pieza.

Como el magnetismo remanente slo ser significativo en el caso de materiales quepresenten elevado magnetismo remanente, o sea, elevada fuerza coercitiva, este modoslo es aplicable en aceros de alto carbono.

2.5.- ILUMINACIN

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Para la interpretacin de las indicaciones se debe disponer de la iluminacin adecuada.Si se trata de partculas coloreadas el nivel de iluminacin no debe ser inferior a 1.000Lux (Fig. 8) En el caso de partculas fluorescentes, la intensidad de iluminacin en elentorno no debe exceder de 20 Lux, mientras que la intensidad de radiacin UV debeser en el lugar de la observacin de 1.000 W/cm2.

Figura 8

2.6.- INTERPRETACIN DE LAS INDIACIONES

La observacin de las caractersticas de una indicacin de partculas magnetizablesproporciona una gran cantidad de informacin sobre su posible origen, pero deducir deah la propia identidad de la discontinuidad o de una inclusin no metlica, no siemprees tarea fcil. La experiencia y pericia del operador son en este caso muy valiosas.La interpretacin de una indicacin involucra:

a) Conocer la naturaleza del material de la muestra de ensayo.b) Conocer el historial de fabricacin de la muestra (forjada, estampada,

moldeada o mecanizada, etc), as como los tratamientos trmicos recibidos ytipo de heterogeneidades especficas que pueden producirse en cada etapa dela fabricacin.

c) A ser posible, tener experiencia con piezas similares.d) Realizar, si se juzga necesario, ensayos complementarios, incluso destructivos,

para poder identificar una indicacin desconocida. Los conocimientos generalessobre metalurgia suelen ser muy valiosos, cuando no esenciales.

2.7.- EVALUACIN

Todas las indicaciones se deben clasificar como relevantes o no relevantes. Lasindicaciones relevantes se deben comparar con los criterios de aceptacin / rechazo y,segn esto, las piezas se aceptan o rechazan.

2.8.- REGISTROS DE LAS INDICACIONES

Cuando el procedimiento escrito lo requiere, se deben marcar sobre la pieza laubicacin de todas las indicaciones rechazables, y llevar registros permanentes de laubicacin, direccin y frecuencia de las indicaciones.

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2.9.- DESMAGNETIZACIN

Todos los materiales ferromagnticos, despus de haber sido sometidos a un campomagntico y una vez que ha cesado su accin, presentan un cierto magnetismoresidual o remanente, cuya intensidad depender de la retentividad del material. Estemagnetismo remanente puede ser despreciable para materiales tales como acerosblandos de bajo contenido en carbono (baja retentividad), mientras que puedealcanzar valores altos en materiales duros, pudiendo llegar a ser del orden demagnitud de los valores que se pueden alcanzar en las aleaciones especiales paraimanes permanentes, cuando de stas se trate.En muchos casos es necesario efectuar la desmagnetizacin, debido a razonesfundamentadasen la utilizacin posterior de la pieza.

2.10.- INFORME DE INSPECCION.

Los datos y resultados de la inspeccin deben ser informados empleando formularioselaborados a tal efecto.La inspeccin debe efectuarse despus de recibirse la Orden de fabricacindebidamente llenada por el solicitante y aprobada al menos por un Nivel 2 enPartculas Magnetizables.Cuando existan requisitos especiales de inspeccin por parte del cliente, antes deaprobar la Orden de fabricacin, el Nivel 3 en Partculas Magnetizables debe verificarque es posible su ejecucin.Cuando la inspeccin se realiza bajo requisitos especiales definidos en el pedido,debern anexarse a la Orden de fabricacin dichos requisitos, el Procedimiento y/o elcriterio de aceptacin del mismo.

2.11.- CALIFICACION DEL PERSONAL.

Todo el personal que efecte inspecciones por el mtodo de Partculas Magnetizables,debe estar calificado y haber recibido certificacin de acuerdo con la Norma IRAM ISO 9712.La interpretacin y evaluacin de los resultados debe ser efectuado por personalcalificado como Nivel 2 3 segn Norma IRAM ISO 9712.

SISTEMAS DE MAGNETIZACINMagnetizacin mediante ImanesMagnetizacin mediante Corriente ElctricaLa Magnetizacin mediante paso de corriente alteMagnetizacin mediante paso de corriente a trav

Figura 4

Magnetizacin mediante Conductor CentralFigura 5

Magnetizacin con Bobinas o Solenoides2.3.- MEDIO INDICADOR2.5.- ILUMINACIN2.6.- INTERPRETACIN DE LAS INDIACIONES2.7.- EVALUACIN2.8.- REGISTROS DE LAS INDICACIONES2.9.- DESMAGNETIZACIN