Ensayos NO Destructivos

Transcripción

1 Ensayos NO Destructivos

2 Ensayos Destructivos vs NO Destructivos Características positivas de los ensayos Destructivos Proveen datos cuantitativos, precisos y confiables de la pieza ensayada Proveen datos muy útiles para diseño Permiten, en algunos casos, predecir la vida útil de la pieza Características negativas de los ensayos Destructivos Los resultados son solo aplicables al objeto ensayado En general la pieza ensayada no puede ser utilizada Características positivas de los ensayos NO Destructivos La pieza puede ser utilizada luego del ensayo Las condiciones superficiales e internas de cada ítem pueden ser examinadas Algunas partes pueden examinarse en servicio Algunos dispositivos de ensayo no destructivo son portables Características negativas de los ensayos NO Destructivos Son dependientes en mayor o menor medida del operador No proveen información cuantitativa La orientación y el tipo de discontinuidad debe ser considerado La evaluación de los resultados puede ser muy subjetiva

3 Algunas aplicaciones de los E. NO D. Detección de discontinuidades en producción primaria de metales 1. Detección de inclusiones 2. Detección de defectos de moldeo Inclusión de Silicato en una barra de acero Inclusiones gaseosas en fundición de aluminio Discontinuidad en un lingote de acero producida durante el moldeo

4 Algunas aplicaciones de los E. NO D. Inspección de soldaduras Detección de grietas, poros, falta de penetración, grietas por fragilización en la zona HAZ, etc Zona HAZ en soldadura Fractura en soldadura Falta de fusión Inclusión de escoria en la sección de soldadura

5 Algunas aplicaciones de los E. NO D. Detección de discontinuidades ocasionadas por corrosión Agujero causado por excesiva corrosión Fracturas ocasionadas por tensiones inducidas por corrosión

6 Algunas aplicaciones de los E. NO D. Detección de discontinuidades por deformaciones plásticas en piezas forjadas Traslape de forja Grietas de Forjado Bordes de laminación

7 Algunas aplicaciones de los E. NO D. Detección de discontinuidades en general Fractura en bulón Discontinuidades Inducidas por fatiga Costura en bulón Discontinuidad en una barra

8 Ensayos No destructivos Examen visual Ensayos penetrantes Exámenes radiográficos Métodos de análisis magnéticos Métodos de análisis eléctrico Análisis ultrasónico Otras técnicas

9 Inspección Visual Video Bore-Scoupe Mini cámara Bore-Scoupe Ventajas La ventaja sobre otras técnicas es la visualización en forma directa de la superficie examinda. Todos los colores sombras texturas y atributos visuales son observados en forma directa por el inspector. Limitaciones No es posible el acondicionamiento artificial de la imagen y las restricciones de acceso pueden limitar la inspección.

10 Ensayos penetrantes Principios Estos métodos se basan en el principio de la acción capilar de los líquidos y se emplean para detectar discontinuidades abiertas a la superficie en todo tipo de materiales NO POROSOS. Procedimiento 1. Se limpia y desengrasa perfectamente la superficie a examinar 2. Se cubre la pieza con el líquido penetrante y se deja un determinado tiempo para que este penetre (en general 10 a 15 min) 3. Se remueve el líquido de la superficie y se seca 4. Se aplica el revelador y se deja un cierto tiempo para que este extraiga el penetrante (en general 10 a 30 min) La profundidad de las discontinuidades puede correlacionarse con la riqueza del color y la velocidad de exudación. Aplicaciones: Se los emplea en materiales no porosos, metales ferrosos y no ferrosos, materiales no metálicos (cerámica, vidrio, plástico).

11 Ensayos penetrantes Arreglo típico de una línea de Ensayo penetrante fluorescente

12 Ensayos penetrantes Inspección de soldaduras con productos comerciales 1. Aplicación del limpiador 2. Aplicación del penetrante 3. Secado 4. Aplicación del revelador 5. Evaluación

13 Ensayos penetrantes Indicación de una grieta en la zona HAZ de una soldadura Indicación fluorescente de grietas

14 Ensayos penetrantes Ventajas : Portabilidad. Bajo costo. Sensibilidad. Versatilidad en principio cualquier sólido no poroso puede ser inspeccionado. Efectividad para inspección en producción. Limitaciones : Solo pueden ser detectadas las discontinuidades abiertas a la superficie. Requiere preparación cuidadosa de la superficie. Ciertas variables deben ser controladas: Temperatura. Condición de la superficie. El proceso es algo engorroso.

15 Principios Exámenes radiográficos Se utilizan los rayos X o los Gamma para atravesar el material. Si la estructura de este es no uniforme los rayos serán absorbidos en mayor o menor medida por el material. Rad. de rayos X (Exografía) Rad. de rayos Gamma (Gammagrafía) Espectro electromagnético Aplicaciones más comunes en la industria Inspección de soldaduras Examen de pieza fundidas

16 Equipo de Rayos X Exámenes radiográficos Hasta 125 kv 125 kv hasta 400 kv Más de 400 kv Baja Energía Energía Media Energía Alta La mayoría de las aplicaciones industriales se realiza en el rango medio de energía

17 Equipo de rayos Gamma Exámenes radiográficos Corte de una cámara de transporte del sistema de rayos gamma, en la que se puede ver el tubo en forma de S que contiene la pastilla radiactiva rodeado de un blindaje metálico

18 Equipo de rayos Gamma Exámenes radiográficos La primer fuente de rayos gamma usada en la industria fue el radio Hoy los más usados son el Ir192 yel Co60 Sistema completo de Gammagrafía. Cámara de transporte de material radiactivo y sistema flexible ( fish pole ) de manejo a distancia

19 Equipo de rayos Gamma Exámenes radiográficos Preparación de un ensayo de gammagrafía

20 Exámenes radiográficos Energía de Radiación vs Rangos prácticos de espesores

21 Exámenes radiográficos Variables 1. Energía 2. Tiempo de exposición 3. Intensidad de la radiación 4. Densidad y tipo de material 5. Espesor del material 6. Características de la película 7. Distancia fuente-objeto 8. Distancia objeto-película 9. Tamaño de la fuente Factores que afectan la Nitidez Tamaño de la Fuente Distancia al Objeto Dispersión de los rayos En pequeñas variaciones de espesor un buen contrate se logra con voltajes bajos

22 Exámenes radiográficos Factores de Equivalencia De acuerdo al factor de Equivalencia: con 220 kv una radiografía de una pieza de aluminio de 5 equivale a una de 0,9 de acero

23 Calidad de la imagen Exámenes radiográficos La calidad de la radiografía practicada se determina a partir de la imagen de un indicador de la calidad de la misma Penetrámetro del código ASME de calderas

24 Exámenes radiográficos Radiografía de una soldadura de ¾ que revela una gran grieta (izquierda) y una profusión de poros a lo largo de la línea central. Además se ve la imagen del penetrámetro (derecha)

25 Exámenes radiográficos Radiografía que muestra una soldadura de penetración incompleta Radiografía que muestra la presencia de dos fisuras

26 Exámenes radiográficos Preparación de ensayos radiográficos

27 Medidas de seguridad Aislaciones de plomo. Exámenes radiográficos Manejo extremadamente cuidadoso de la fuente de radiación antes y durante la preparación y realización del ensayo. 1. Guardar el material en recipientes de plomo de espesor adecuado. 2. Evitar exposiciones largas. Permanecer a una distancia mínima de 3m. 3. Manipular el radio con pinzas evitando el contacto con las manos. Vigilar siempre la exposición indebida mediante la portación de un trozo de placa radiográfica y mantener el chequeo de la cantidad de glóbulos blancos. EN RESUMEN : La exposición a la radiación debe ser tan corta como sea posible. La distancia a la fuente de radiación debe ser tanta como sea posible. El blindaje utilizado debe ser de la mayor densidad y espesor posibles.

28 Ventajas : Exámenes Radiográficos 1. Provee un registro permanente muy preciso. 2. Es muy versátil y puede ser utilizado en para inspeccionar todo tipo de formas. 3. Es bastante sensible si se considera que la discontinuidad produce una reducción razonable en el espesor de la pieza (1 a 2% en espesores de 6, con gammagrafía la sensibilidad puede caer al 5% en espesores de ½ ). 4. Permite la caracterización de la discontinuidad. 5. Es un método ampliamente usado y probado en el tiempo. Limitaciones : 1. Existen riesgos al manejar dispositivos radiactivos. 2. Tiene limitaciones de espesor según la energía utilizada y la densidad del material. 3. Puede requerir mucho tiempo (exposiciones largas). 4. El costo inicial del equipamiento y los materiales utilizados es muy alto. 5. Es muy dependiente de la orientación de la discontinuidad. 6. Requiere mucha experiencia y entrenamiento del operador.

29 Método de la partícula magnética Principios Se basa en los cambios abruptos en el flujo magnético que corre por la pieza debido a irregularidades en el material, que resultan en una dispersión local del flujo. Esta dispersión se detecta aplicando un fino polvo de material magnético que tiende a apilarse y saltar sobre tales discontinuidades 1. Se utiliza en materiales que se pueden magnetizar 2. Detección de defectos superficiales o muy cercanos a la superficie

30 Método de la partícula magnética Indicaciones de agrietamiento por temple en un disco de cierra Indicaciones de agrietamiento por temple

31 Método de la partícula magnética El medio de inspección Partículas magnéticas alargadas, de hierro u oxido de hierro, con revestimiento de color rojo, negro o fluorescente. El polvo puede aplicarse en forma seca o en suspensión líquida Del gráfico resulta: La cd es mejor para detectar irregularidades profundas La ca puede ser más reveladora cuando se trata de irregularidades poco profundas Existe poca diferencia entre el método húmedo y el seco cuando se usa ca. Pero con cd el método seco permite indicaciones satisfactorias con menor intensidad de corriente

32 Método de la partícula magnética Métodos de magnetización: Magnetización Circular Se utiliza en Caños, Tubos, partes huecas etc. El campo exterior será poco apreciable excepto por la existencia de un defecto

33 Método de la partícula magnética Métodos de magnetización: Magnetización Longitudinal Se utiliza en piezas grandes: Calderas, Tanques, Cigüeñales, etc. El campo exterior será poco apreciable excepto por la existencia de un defecto

34 Método de la partícula magnética Algunos dispositivos para magnetizar Electromagneto Unidad horizontal para método húmedo Electromagneto a 90º

35 Método de la partícula magnética Clasificación según los diferentes métodos 1. Clasificación de acuerdo a la existencia o no de corriente magnetizante al aplicar el polvo: Residuales: El magnetismo es el remanente al aplicar el polvo Continuos: Se permite la circulación de la corriente que induce el flujo magnético mientras se aplica el polvo 2. Clasificación de acuerdo al carácter del campo: Magnetización circular Magnetización longitudinal 3. Clasificación de acuerdo al tipo de corriente utilizada para magnetizar: Magnetización con corriente continua Magnetización con corriente alterna

36 Método de la partícula magnética Aplicabilidad del método Detección de grietas originadas por templado, deformación fragilización, fatiga. Los defectos subsuperficiales pueden ser detectados solo cuando están cerca de la superficie. No se producen resultados satisfactorios en aleaciones poco magnéticas ni en aceros austeníticos como el 18-8 Cromo-Niquel En las soldaduras los defectos más perjudiciales (porosidad y falta de fusión) son subsuperficiales, además existe un cambio en la permeabilidad magnética entre el metal soldante y el metal base que hacen confusa la inspección por este método En la industria se aplica con propósitos de inspección en la fabricación y renovación de ciertas partes de aviones, autos, camiones, turbinas de vapor, etc

37 Ventajas Método de la partícula magnética 1. Los resultados del ensayo son prácticamente instantáneos. 2. Las formaciones de partículas indican la forma y tipo de discontinuidad. 3. La experiencia y el entrenamiento previo requerido es significativamente menor que con métodos como ultrasonido, radiografías y corrientes de Eddy. El método es simple. 4. El equipamiento requerido es mucho más barato que el utilizado en otros métodos. 5. Prácticamente todo tipo de tamaños y formas pueden ser inspeccionados. 6. La preparación de la superficies a ensayar es menos crítica que en los ensayos penetrantes. 7. No hay riesgos para el personal asociados con el método. 8. Se pueden inspeccionar muchas partes en simultaneo si se utiliza la magnetización residual. Limitaciones 1. Solo es aplicable a materiales ferromagnéticos. 2. Solo se pueden detectar discontinuidades superficiales o muy cercanas a la superficie. 3. Puede ser necesaria la desmagnetización previa, durante y posterior al ensayo. 4. Las discontinuidades solo son detectadas cuando son perpendiculares a la dirección del campo. 5. Puede ser necesaria la remoción de pinturas y recubrimientos en forma localizada para facilitar. buen contacto eléctrico, durante la magnetización o para evitar que las fallas queden muy alejadas de la superficie si el recubrimiento es de mucho espesor. 6. Variaciones locales en las propiedades del material, que producen cierta dispersión del campo, pero que no son relevantes, pueden hacer dificultosa la interpretación.

38 Principios: Métodos de las corrientes de Eddy El método se basa en someter a un material CONDUCTOR a un campo magnético que varía en el tiempo y observar las variaciones en las corrientes inducidas en el material Variables detectables por el método Variaciones de la conductividad eléctrica Discontinuidades en el material Espesor del material Variaciones en la permeabilidad magnética Principales áreas de aplicación 1. Inspección en servicio de tuberías en centrales nucleares y de combustible fosil, en plantas petroquimicas, submarinos nucleares, etc 2. Inspección de estructuras aeroespaciales 3. Testeo en producción de tubos, caños, alambres, barras, etc El método de las corrientes de Eddy es apropiado para la inspección superficial y la inspección volumétrica de materiales conductores

39 Métodos de las corrientes de Eddy Algunas aplicaciones Discontinuidades en el patrón de corrientes Detección de fallas en tubos Dispositivo portátil de análisis de barras

40 Ventajas Métodos de las corrientes de Eddy 1. El equipamiento disponible para uso en campo es cada ves más liviano y portable. Además muchos instrumentos son basados en microporcesador lo que permite guardar en memoria los test-setups y los resultados de los test para archivar y analizar. 2. No requiere fluidos de acople, ni polvos, la única interfase entre el material ensayado y el dispositivo de testeo es el campo magnético. 3. Es ideal para inspección pasa no pasa. Alarmas visuales y sonoras, disparadas por un umbral de variación que puede ser seteado. Conveniente para testeo automático. 4. No es necesario que la bobiba este en contacto con el material, lo que permite velocidades de inspección relativamente altas. 5. El método es seguro y no existen riesgos como en el caso de las radiografías. 6. En general no se requiere la preparación del material. Limitaciones 1. El material a testear debe ser eléctricamente conductor. 2. Es dificultoso acceder a las condiciones subsuperficiales en materiales ferromagnéticos. El testeo de materiales ferromagnéticos está limitado a la detección de discontinuidades superficiales a menos que el material esté magnéticamente saturado. 3. Aún en materiales no ferromagnéticos el método de las corrientes de Eddy tiene una penetración limitada, que varía con la conductividad del material y la frecuencia utilizada. 4. La velocidad de la inspección está limitada por la frecuencia utilizada. 5. Gran parte de la teoría del método de las corrientes de Eddy es compleja y constituye un verdadero desafío para los profesionales que requieren el dominio del método.

41 Principios Detección ultrasónica de defectos Se basa en el principio de la reflexión de ondas ultrasónicas en la superficie interfase de dos medios distintos. En este sentido una falla interna proveerá una superficie donde una porción de las ondas será reflejadas Características de las ondas ultrasónicas: Calcular el % de energía reflejada en una interfase acero-aire Z acero = 47 ; Z aire = La frecuencia utilizada está en el rango de 100 khz a 20 MHz mientras que el rango audible es de 16 a 20 khz Se transmiten o propagan a través de los materiales sólidos con mayor facilidad que a través del aire, de hecho las ondas iniciadas en una cara de un objeto sólido se reflejan al encontrarse con una bolsa de aire o en la cara opuesta del mismo material. Las ondas ultrasónicas usadas son producidas por las oscilaciones mecánicas que producen ciertos cristales (ej. el cuarzo) al ser colocados en campos eléctricos.

42 Detección ultrasónica de defectos Procedimiento El cristal palpador envía cierta cantidad de pulsos y se prepara para recibir los pulsos reflejados. Los pulsos reflejados hacen vibrar el cristal produciendo pulsos eléctricos los cuales se registran en un osciloscopio

43 Detección ultrasónica de defectos Diagrama en bloques de un detector ultrasónico Detector ultrasónico

44 Detección ultrasónica de defectos Ventajas 1. La inspección se puede realizar desde una sola superficie. 2. Examen de piezas gruesas y largas. 4. Inspección de partes de acceso dificultoso. Ej. ejes en cajas de rodamientos 5. Información de la profundidad de la discontinuidad. 6. Las discontinuidades superficiales y subsuperficiales pueden ser detectadas. 7. Permite realizar escaneo a alta velocidad con conmutador electrónico de señal y sistema de alarma. 8. Inspección pasa no pasa en producción de componentes. 9. Repetitividad. 10. El equipamiento es liviano y portable. 11. No se requieren licencias especiales como con fuentes de radiación.

45 Limitaciones Detección ultrasónica de defectos 1. Discontinuidades paralelas al haz de ondas pueden no ser detectadas. 2. Discontinuidades cuyo tamaño son del orden o menores al tamaño de grano pueden no ser detectadas. 3. Secciones delgadas pueden ocasionar problemas de sensibilidad. 4. Señales espurias pueden ser mal interpretadas. 5. En general el método requiere habilidad, entrenamiento y experiencia. 6. En general no se obtienen registros permanentes del examen. La inspección ultrasónica es ideal para la inspección de pequeñas discontinuidades asumiendo lo siguiente: 1. La energía ultrasónica es proyectada en un ángulo favorable de acuerdo a la orientación de la falla reflectora. 2. La relación entre el tamaño de la discontinuidad y la estructura de granos del material permite una relación señal/ruido aceptable. 3. La condición de la superficie es adecuada para el escaneo. Una superficie inadecuada requerirá mayor fluido de acople y quizá una reducción en la frecuencia. Esto puede resultar en una inspección con baja resolución.

46 Termografía Infrarroja Principios Consiste en analizar el mapa de la emisión térmica infrarroja del sistema inspeccionado Aplicaciones de la termografía infrarroja en sentido preventivo Termografía infrarroja de un circuito PCB Principales áreas de aplicación (en el sentido de E. No D. tradicional) Industria aeroespacial Industria electrónica

47 Termografía Infrarroja Ventajas Los sistemas de imágenes térmicas pueden resolver diferencias de temperatura menores de 0,1º. El método es versátil y un termógrafo experimentado puede obtener una muy buena caracterización de la situación en forma casi inmediata. El método se está desarrollando y por ej. en la industria aeroespacial está reemplazando a otros métodos. Limitaciones Solo la superficie del cuerpo puede ser evaluada térmicamente. El patrón térmico es el resultado de la transferencia térmica subsuperficial o el calor reflejado por la superficie. Ciertas superficies muy reflexivas requieren cierta preparación. La interpretación de las imágenes térmicas requieren conocimiento, entrenamiento y experiencia en termografía.

48 Cuadro Resumen de los Principales métodos

49 Cuadro Resumen de los Principales métodos. Continuación

50 Resúmen Métodos que permiten detección de fallas con salida a la superficie: Líquidos penetrantes Metodo de las partículas magnéticas Radiografía Métodos de análisis eléctricos Métodos que permiten detección de fallas internas: Metodo de las partículas magnéticas (si la falla está cerca de la superficie) Radiografía Métodos de análisis eléctricos (principalmente en materiales no ferromagnéticos) Análisis ultrasónico Métodos aplicables solo a materiales magnetizables Metodo de las partículas magnéticas

51 Lectura recomendada: Anuncios 1. Ensaye e Inspección de los Materiales en Ingeniería Capítulo 10 (10.1 a 10.28) 2. Handbook of Non Destructive Evaluation