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TRABAJO DE LABORATORIO DE RESISTENCIA DE

MATERIALES

ENSAYOS NO DESTRUCTIVOS TINTAS Y LIQUIDOS

PENETRANTES

YASSERLIS FRANCO URBINA

TRABAJO DE LABORATORIO DE RESISTENCIA DE MATERIALES

NOMBRE Y APELLIDO CODIGOFRANCO URBINA YASSERLIS ADRIANA 101411673

ENSAYOS NO DESTRUCTIVOSTINTAS Y LIQUIDOS PENETRANTES

Grupo: KD

Presentado al Ing.

Camilo Fontalvo Calvo

UNIVERSIDAD AUTÓNOMA DEL CARIBEFACULTAD DE INGENIERÍA

BARRANQUILLA2015

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RESUMEN

La inspección por Líquidos Penetrantes puede ser definida como: "Un procedimiento de inspección no destructiva diseñado para detectar y exponer discontinuidades superficiales en materiales de ingeniería«.Es la primera prueba no destructiva considerada para inspección de productos en la industria, gracias a que esta posee un costo es bastante económico, ypuede aplicarse en gran variedad de materiales, objetos, formas, tamaños, ubicaciones y condiciones del medio ambiente. Sin embargo, los resultados dependen del personal que la realiza.

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INTRODUCCION

Desde tiempos inmemorables el ser humano ha tenido la necesidad de desarrollar diversas técnicas con el fin de conocer las propiedades de los materiales que utilizara en actividades de la vida cotidiana; durante mucho tiempo este pensó que no se podían llevar a cabo pruebas en las que el material no se viera afectado, pero esto cambio , ya que con el pasar de los años las pruebas o ensayos se perfeccionaron hasta obtener técnicas de inspección eficaces, que permitieran la correcta planificación y ejecución de las obras de reparación, a las cuales se les llamaron ensayos no destructivos, estos aparecen como una expresión de la actividad inteligente del hombre en sus primeros deseos de dominar y transformar los materiales; son exámenes o pruebas utilizados para detectar discontinuidades internas y/o superficiales o para determinar propiedades selectas en materiales, soldaduras, partes y componentes; usando técnicas que no alteran el estado físico o constitución química, dañen o destruyan los mismos. En este trabajo se hablara específicamente del ensayo por tintas y líquidos penetrantes, se determinara su definición, procedimiento, equipo, propiedades físicas, ventajas y desventajas, así como también su aplicación útil en la vida industrial.

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OBJETIVOS

OBJETIVO GENERAL

Identificar y diferenciar que son las pruebas no destructivas y los tipos en que se clasifica para detectar si el material es sano o presenta discontinuidades.

OBJETIVOS ESPECIFICOS

Definir el ensayo de tintas y líquidos penetrantes, así como también su procedimiento y la aplicación correspondiente en este tipo de ensayo.

Determinar las ventajas y desventajas del ensayo de líquidos penetrantes.

MARCO TEORICO

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1. ENSAYOS NO DESTRUCTIVOS

Se denomina ensayo no destructivo (también llamado END, o en inglés NDT de Nondestructive Testing) a cualquier tipo de prueba practicada a un material que no altere de forma permanente sus propiedades físicas, químicas, mecánicas o dimensionales; estos ensayos implican un daño imperceptible o nulo y los diferentes métodos de ensayos se basan en la aplicación de fenómenos físicos tales como ondas electromagnéticas, acústicas, elásticas, emisión de partículas subatómicas, capilaridad, absorción y cualquier tipo de prueba que no implique un daño considerable a la muestra examinada.

Los materiales que se pueden inspeccionar son los más diversos, entre metálicos y no -metálicos, normalmente utilizados en procesos de fabricación, tales como: laminados, fundidos, forjados y otras conformaciones; teniendo en cuenta que todas las soldaduras o uniones presentan fallos, grietas, defectos y discontinuidades, es necesario localizar y determinar el tamaño de estos defectos, llegando así a el objetivo de estos ensayos, el cual, es detectar discontinuidades superficiales e internas en dichos materiales; aunque no ofrecen una gran cantidad de información comparados con los ensayos destructivos, tiene la ventaja, como su nombre los dice, de no destruir lo ensayado, lo que hace que sean más baratos para el propietario de la pieza. Su finalidad es verificar la homogeneidad del material encontrando grietas o micro fisuras en la pieza.

Los ensayos son realizados bajo procedimientos escritos, que atienden a los requisitos de las principales normas o códigos de fabricación, tales como el ASME, ASTM, API y el AWS entre otros. Los inspectores son calificados como Nivel I, II y III por la ASNT (American Society for Nondestructive Testing) según los requisitos de la Práctica Recomendada SNT-TC-1A, CP-189.2

Los ensayos no destructivos se pueden clasificar por el alcance que poseen en cuanto a la detección de fallas, por lo que se dividirán los mismos de acuerdo a los siguientes parámetros:

Pruebas no destructivas superficiales:

VT Inspección Visual PT Líquidos Penetrantes MT Partículas Magnéticas ET Electromagnetismo

2 (Federico, 2009)

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Pruebas no destructivas volumétricas: Estas pruebas proporcionan información acerca de la sanidad interna de los materiales inspeccionados. Los métodos de PND volumétricos son:

RT Radiografía Industrial UT Ultrasonido Industrial AE Emisión Acústica

Pruebas no destructivas de hermeticidad: Estas pruebas proporcionan información del grado en que pueden ser contenidos los fluidos en recipientes, sin que escapen a la atmósfera o queden fuera de control. Los métodos de PND de hermeticidad son:

Pruebas de Fuga Pruebas por Cambio de Presión (Neumática o hidrostática). Pruebas de Burbuja Pruebas por Espectrómetro de Masas Pruebas de Fuga con Rastreadores de Halógeno3

2. ENSAYO DE TINTAS Y LIQUIDOS PENETRANTES

2.1 DEFINICION

El ensayo por líquidos penetrantes es un ensayo no destructivo que se emplea para detectar e indicar discontinuidades abiertas a la superficie en materiales sólidos no porosos. El principio en el cual se basa esta técnica no destructiva es la capacidad de que un líquido pueda penetrar por capilaridad y ser retenido en las discontinuidades abiertas a la superficie como pueden ser fisuras y poros. La penetración por capilaridad es la propiedad que tiene algunos fluidos y que modifica los efectos de algunos principios fundamentales de la física, como pueden ser la ley de la gravedad y los vasos comunicantes. Ello se debe a la propiedad denominada tensión superficial, la cual origina una cohesión entre las moléculas superficiales de los líquidos, capaz de resistir una determinada tensión.4

3 (Wikipedia, 2015)4 (Obtesol)

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Figura 1. Pasos aplicación de líquidos penetrantes.

https://es.wikipedia.org/wiki/Inspecci%C3%B3n_por_l%C3%ADquidos_penetrantes#/media/File:Ressuage_principe_2.svg

2.2 PROCEDIMIENTO DE APLICACIÓN DE TINTAS Y LIQUIDOS PENETRANTES

2.2.1 Preparación Y Limpieza De La Pieza:

Limpiar cuidadosamente la superficie a inspeccionar de pintura, aceite, grasa y otros contaminantes. Será necesario eliminar los restos de óxidos, pinturas, grasas, aceites, taladrinas, carbonilas, etc. Y esto se hace por métodos químicos, ya que los mecánicos, están prohibidos por la posibilidad que tiene su aplicación de tapar defectos existentes.

Se pueden usar todos aquellos procesos que dejen a la superficie limpia y seca; que no dañen al espécimen y que no empleen productos que sean incompatibles con los componentes.

Soluciones detergentes en caliente por inmersión, desengrase en fase de vapor o desengrase mediante disolvente, son los principales métodos para eliminar grasas y aceites. Los óxidos y las carbonillas térmicas se eliminaran con desoxidantes alcalinos o ácidos y a veces, principalmente en superficies rectificadas se hace un ataque ácido a fondo que abre las grietas durante la operación. Las pinturas se eliminan con productos cáusticos en caliente o basados en ellos.

2.2.2 Aplicación Del Penetrante:

Los penetrantes se aplican por inmersión, rociado con un cepillo o brocha, vertiendo el líquido sobre la pieza o cualquier otro método, vertiendo el líquido sobre la pieza o cualquier otro método que cubra la zona que se inspecciona.Será necesario obtener una película fina uniforme en toda la superficie y se deberá esperar un tiempo llamado tiempo de penetración para que el líquido

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penetre en grietas. Este tiempo oscila entre los 5 y 15 minutos dependiendo del material y la clase de grietas.

2.2.3 Eliminación Del Exceso De Penetrante:

Se debe retirar la capa superficial del penetrante de forma que lo único que permanezca sea el que se hubiera alojado en las discontinuidades. Se entiende por exceso de penetrante todo líquido que no se ha introducido en los defectos y que permanece sobrante sobre la superficie de la pieza a inspeccionar.

Esta etapa es crítica y de su correcta realización dependerá el resultado final de la inspección, ya que es necesario eliminar y limpiar el exceso de penetrante de tal modo que no extraigamos el penetrante introducido en los defectos. Si no se ha eliminado perfectamente el líquido penetrante, en la inspección final aparecerán manchas de penetrante produciendo indicaciones falsas e incluso, el enmascaramiento de las grietas. Para saber si hemos eliminado bien el exceso de penetrante es necesario hacer una inspección visual.

Es aconsejable quitar en primer lugar la mayor parte del penetrante con trapos o papel absorbente y después eliminar el resto utilizando trapos o papel ligeramente impregnados en disolvente.

2.2.4 Aplicación Del Revelador.

Aplicar el revelador y dejarlo actuar.

El revelado es la operación que hace visible al ojo humano la posición del defecto. El revelador es básicamente un producto en polvo de compuestos químicos blancos, inertes y con una granulometría tal que dispone de un gran poder de absorción. Una vez aplicado el revelador, hay que esperar un tiempo para que absorba el penetrante, este tiempo oscila entre 5 y 15 minutos.

Durante la preparación de las piezas para la inspección es necesario secarlas después de la aplicación del revelador húmedo o eliminar el remanente antes del uso del polvo revelador seco.

2.2.5 Inspección Final De La Pieza

Una vez transcurrido el tiempo de revelado, se procede a la inspección de los posibles defectos de las piezas procesadas.

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El tiempo de revelado depende del tipo de penetración, del revelador y del defecto, pero deberá permitirse tiempo suficiente para que se formen las indicaciones. La inspección se realiza antes de que el penetrante comience a exudar sobre el revelador hasta el punto de ocasionar la perdida de definición.

El proceso de inspección se compone de tres etapas.

A. Inspección.

B. Interpretación.

Una regla práctica es que el tiempo de revelado nunca debe ser menor a siete minutos.

- Indicaciones relevantes. Son las causadas por discontinuidades que están generalmente presentes en el diseño.

- Indicaciones falsas. Son el resultado de alguna forma de contaminación con penetrantes, estas indicaciones no pueden referirse a ningún tipo de discontinuidad.4

Figura 2. Aplicación de líquidos penetrantes.http://www.monografias.com/trabajos31/liquidos-penetrantes/liquidos-

2.3 CLASIFICACIÓN DE LAS INSPECCIONES

Podemos clasificar las inspecciones de dos tipos, por sensibilidad y por tipo de tinte.

2.3.1 Clasificación Por La Sensibilidad

Si es muy sensible, se desperdiciará tiempo en el proceso. Si falta sensibilidad, las discontinuidades rechazables permanecerán indetectables. El costo de los materiales puede ser relacionado directamente a la sensitividad del sistema, y el requerimiento de uno muy alto, más de lo requerido aumentaría los costos innecesariamente.

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Se debe entender que al comprar una marca u otra de penetrantes, hablando de sensibilidad, todos los penetrantes son iguales si comparamos dos penetrantes de diferentes marcas de un mismo grupo.• Grupo I — Penetrante con tinte visible removible con solvente.• Grupo II — Penetrante con tinte visible post-emulsificable.• Grupo III — Penetrante con tinte visible lavable con agua.• Grupo IV — Penetrante con tinte fluorescente lavable con agua (Baja

sensibilidad).• Grupo V — Penetrante con tinte fluorescente post-emulsificable (Media

sensibilidad).• Grupo VI — Penetrante con tinte fluorescente post-emulsificable (Alta

sensibilidad).• Grupo VII — Juego de penetrante con tinte fluorescente removible con

solvente (consiste• La sensibilidad de los Grupos I, II y III es aproximadamente la misma como

para el Grupo IV.• Estos niveles de sensibilidad son válidos solo cuando son usados los

mismos tipos de revelador.

2.3.2 Clasificación Por El Tipo De Tinte

El penetrante debe ser visible después de haber entrado y subsecuentemente haber salido de una discontinuidad. Para cumplir con esto, se agrega un tinte al penetrante, para proporcionar un color que contraste con el fondo. Los líquidos penetrantes y sus procedimientos de inspección pueden ser clasificados en términos de sus tintes trazadores como:

1. Penetrantes con tinte visible (color contrastante). - El rojo proporciona un color altamente contrastante con muchos colores

típicos de partes metálicas.- Los tintes rojos son obtenidos en muchos matices, son económicos y fáciles

de mezclar.- Son usados los matices más oscuros y las concentraciones más altas

posibles de tinte. Los penetrantes más sensibles contienen un tinte rojo muy oscuro y la máxima cantidad que pueda suspenderse sin que se precipite.

- Usados normalmente en conjunto con reveladores húmedos o secos.- Su ventaja es porque pueden usarse con iluminación ordinaria y aplicarse

con un juego pequeño portátil de inspección.

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Figura 3. Penetrante rojo (color contrastante)http://www.satecso.es/es/products.php?MID=1&SID=5&PID=45

2. Penetrantes con tinte fluorescente (brillantez contrastante).- La sensibilidad de los penetrantes fluorescentes es influenciada por la

concentración del tinte y el matiz del color.- Los sistemas con penetrantes fluorescentes tienen más aplicaciones

potenciales y son considerados más sensibles porque producen una indicación con un menor volumen de penetrante.

- Los materiales fluorescentes absorben energía de ondas de luz ultravioleta, la cual, es convertida y emitida como luz con diferente longitud de onda.

- La más comúnmente usada en pruebas no destructivas es luz ultravioleta (UV) con longitud de onda de 365 nanómetros (1 nanómetro = 10-9 m), conocida comúnmente como “luz negra”.

- Los tintes penetrantes emiten luz que se encuentra en el espectro visible en el rango verde a amarillo.

- La calidad de los tintes fluorescentes está determinada por su eficiencia para absorber luz ultravioleta y convertirla en luz visible.

Variables que afectan la fluorescencia:- Los tintes fluorescentes requieren un espesor mínimo de película para

emitir fluorescencia.- La intensidad de iluminación de la luz negra.- La capacidad de absorber luz ultravioleta y la cantidad de luz visible

producida son controladas por la mezcla de tintes.- La cantidad de tinte agregado al penetrante.- Pueden decolorarse con la edad, exposición a la luz (negra y de día) y el

calor.5

5 (llogsa)

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Figura 4. Penetrante fluorescente http://www.dinatecnica.com.ar/producto/hoja-de-datos-lasquidos-

penetrantes-fluorescentes-tipo-i-cod-fp

2.4 SOLVENTES

• Su función principal es remover el penetrante.• Son usados solventes de grado comercial y clorinados.

También son usados como agente de limpieza para remover aceite, grasa y suciedad.

• Los solventes de grado comercial son altamente inflamables por lo que no deben usarse cerca de flamas abiertas.

• Los solventes remueven aceites naturales de la piel, por lo que se recomienda usar guantes cuando se tenga contacto prolongado.6

2.5 EMULSIFICADORES1.- Emulsificadores lipofílicos:Son un tipo de jabón líquido, base aceite, mezclados con ciertos constituyentes que les proporcionan algunas propiedades. Una de estas es el color, para que contraste con el color del penetrante y muestre que todo el penetrante sobre la superficie ha sido cubierto por él. Debe difundirse o interactuar con el penetrante a una velocidad un poco lenta para permitir su manejo durante el proceso y proporcionar el tiempo necesario para controlar el lavado. Los emulsificadores lipofílicos tienen tres propiedades que deben ser balanceadas para asegurar sus características de lavado:

(1) actividad, (2) viscosidad, y (3) tolerancia al agua.

2.- Emulsificadores hidrofílicos:

Agentes tenso-activos o detergentes. La palabra “hidrofílico” significa afecto o soluble en agua. Tienen tolerancia infinita al agua y son suministrados como concentrados que deben mezclarse con agua para obtener la dilución deseada. Para diferentes aplicaciones son usadas diferentes diluciones. Una ventaja es el

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rango amplio de tiempos de emulsificación, por lo que se tiene menos dependencia en el control del tiempo. 7

2.6 REVELADORES

La mayoría de procedimientos requieren el uso de revelador, pero existe la posibilidad de no usarlos. El propósito principal de un revelador es formar una indicación que sea detectada a simple vista, para lo cual realiza cuatro funciones básicas:

1.- Extraer una cantidad suficiente de penetrante para formar una indicación.

2.- Expandir el ancho de la indicación lo suficiente para hacerla visible.

3.- Incrementar la brillantez del tinte fluorescente.

4.- Incrementar el espesor de la indicación.

El primer requisito del revelador para que cumpla con las cuatro funciones es su habilidad para adherirse a la superficie, y la rugosidad de la pieza influye en la adhesión del revelador.

Mecanismo de revelado

El revelado se lleva a cabo por calor y acción capilar. El revelador proporciona un recubrimiento poroso con muchos caminos para la acción capilar del penetrante, actúa como papel secante que extrae. Todas las funciones del revelador son parcialmente completadas por acción capilar, la cual:

Dispersa el penetrante lateralmente sobre la superficie, ensanchando la indicación, y expande el tinte en capas delgadas alrededor de las partículas del revelador para resaltar su brillantez.

Los solventes del revelador en suspensión no acuosa y de película plástica disuelven el penetrante atrapado en las discontinuidades, actúan sobre el penetrante reduciendo su viscosidad y expandiendo su volumen, por lo cual, el penetrante fluye hacia la superficie, dentro del revelador, para formar una indicación por acción capilar.

Existen dos características de las indicaciones producidas por penetrantes que son grandemente controladas por los reveladores:

- Sensibilidad: Es la capacidad del revelador para formar una indicación con un volumen pequeño de penetrante atrapado.

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- Resolución: Es la habilidad del revelador para mostrar dos o más indicaciones cercanas entre sí, sin formar una sola indicación grande.

2.6.1 TIPOS DE REVELADORES

1.- Polvo seco.

Polvo ligero y suave, una mezcla de un tipo de talco y otros polvos; no es tóxico, de baja densidad y debe mantenerse seco. En piezas con superficies rugosas no necesita estar en contacto durante largos periodos de tiempo. Proporciona una película fina y delgada, siendo ventaja sobre los reveladores húmedos que dejan una capa continua de mayor espesor.

Revelador Suspendido en Agua Normalmente es suministrado como un polvo seco que debe ser mezclado con agua, también está disponible en mezclas preparadas. Contiene tenso-activos que ayudan a humedecer la superficie de las piezas y a cubrirlas completamente. Además, contiene inhibidores de corrosión para proteger a las piezas, los tanques y el equipo para su aplicación.

2.- Suspendido en agua

Suministrado como un polvo cristalino. Después que el agua se evapora el polvo vuelve a cristalizar, por lo que no contiene partículas suspendidas.

Se les agrega agentes humectantes, inhibidores de corrosión y fungicidas para evitar la generación de bacterias. Debe ser aplicado después del lavado y antes del secado.

Se usa en una variedad de concentraciones y tiene buena adherencia superficial. No se recomienda utilizar con penetrantes lavables con agua. Su aplicación es casi nula actualmente.

3.- Suspendido en solvente

Usado principalmente con penetrantes visibles para proporcionar un fondo uniforme de contraste blanco. La alta volatilidad y flamabilidad del solvente en el que está suspendido el revelador requiere que sea suministrado en botes sellados, gracias a lo cual, es la selección natural para suministrarse en juegos de penetrantes portátiles.

La razón por la que cuenta con una alta sensibilidad es porque tiene una doble acción:

1.- Reacciona con el penetrante en la discontinuidad diluyéndolo, reduciendo su viscosidad y expandiendo su volumen.

2.- La acción del solvente esencialmente fuerza al penetrante hacia la capa de polvo lo cual proporciona muchos espacios capilares dentro de los cuales puede

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expandirse y, una vez iniciada, la acción capilar continúa extrayendo el penetrante para formar una indicación.

4.- Soluble en agua

Se suministra en botes aspersores o en barriles. Debido a la flamabilidad y rápida evaporación del solvente no es práctico o económico almacenarlo o usarlo en tanques abiertos.

Contiene agentes tenso-activos para ayudar en la adherencia con las superficies de las piezas inspeccionadas.

Se le agregan dispersantes para evitar la aglomeración del polvo.

5.- Película plástica.

Consiste de una laca clara o resina, y es usado para aplicaciones con penetrantes visibles. El mecanismo efectivo de la acción del revelador se cree que es porque el penetrante es disuelto en la película plástica debido a la acción del solvente que es altamente volátil y evapora en segundos. Este revelador no proporciona acción capilar, esencialmente fija la indicación como una línea fina con poco sangrado dentro de la propia película. Su sensibilidad y resolución son muy altas; sin embargo, es muy caro y no es práctico usarlo en piezas grandes.8

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