Control de calidad de piezas fabricadas e inspección de defectos mediante técnicas magnéticas no destructivas. Aplicaciones de implementación

Transcripción

1 Control de calidad de piezas fabricadas e inspección de defectos mediante técnicas magnéticas no destructivas. Aplicaciones de implementación industrial.

2 Técnicas Electromagnéticas para control de calidad Centro tecnológico Ceit-IK4, San Sebastián Técnicas Electromagnéticas ND para control de calidad Ejemplos de Proyectos de Investigación y Desarrollo (I+D) con Transferencia de Tecnología a Industria. Sistemas implementados: Esquema Detección de Quemas de rectificado Determinación de espesor de capa- tratamientos inducción Monitorización de tensiones residuales Superficial Perfil de profundidad Determinación de propiedades mecánicas Monitorización de degradación en cables de acero GRUPO de ENSAYOS NO DESTRUCTIVOS (END)

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4 Datos relevantes ,9 M Ubicación 2 centros en Donostia-San Sebastian, Parque C.-Tecnológico e Ibaeta Especialización Materiales y fabricación Agua y salud Transporte y energía Tecnologías de la Información y comunicación (TIC)

5 Perfil Institucional Historia y misión - Centro de investigación sin ánimo de lucro - Fundado en 1982 por la Universidad de Navarra Servicio a la sociedad - Mediante el desarrollo de proyecto de investigación - Mediante la formación de jóvenes investigadores

6 Perfil Institucional Combinamos rigor universitario con orientación industrial Desarrollamos investigación aplicada para ofrecer soluciones industriales Promovemos una colaboración, de medio-largo plazo con la industria

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8 Técnicas electromagnéticas no destructivas Las técnicas Electromagnéticas pueden utilizarse para: Caracterización microestructural en aceros. Control de calidad en procesos de producción. Control de integridad superficial en componentes

9 Técnicas electromagnéticas no destructivas Técnicas No-Destructivas: - Ciclos de histéresis (BH) H B H Técnicas Destructivas: - Ensayos de tracción (Micro y nanodurezas) - Emisión magnética de Barkhausen (EMB) 4 2 Ht 4 2 EMB (V) -2-2 Ht (ka/m) t (s) -Dispersión de flujo magnético (MFL) - Microscopía óptica y electrónica (FEG-SEM, EBSD, STEM, FIB) - Corrientes inducidas (EC) -Difracción de rayos X (Tensiones residuales)

10 Aplicaciones en control de calidad Cambios microestructurales Caracterización de propiedades mecánicas: Dureza, límite elástico y resistencia a tracción Tratamientos térmicos Capa endurecida: Temple por inducción. Cementación. Nitruración. Tensiones residuales Granallados, durante el torneado, Quemas de rectificado (Alternativa al ataque químico de Nital) Defectos / grietas / fatiga

11 Técnicas de medida de propiedades magnéticas - Ciclos de histéresis (BH) H B H - Emisión magnética de Barkhausen (EMB) 4 2 Ht 4 2 EMB (V) -2-2 Ht (ka/m) t (s)

12 Principio físico Técnicas de medida de propiedades magnéticas Material ferromagnético: formado por dominios magnéticos. H B Dominios magnéticos Movimiento de las paredes de dominio no continuo Paredes de dominio H Lugares de enclavamiento microestructurales Juntas de grano Dislocaciones Precipitados Inclusiones no magnéticas Si la pared de dominio salta de un lugar de enclavamiento a otro emite: Ciclo de histéresis (B-H) Emisión magnética de Barkhausen (EMB)

13 Principio físico Influencia de la dureza Técnicas de medida de propiedades magnéticas Ciclos de histéresis y Barkhausen Dureza Campo coercivo (H c ) y posición del pico de Barkhausen Dureza Amplitud del pico de Barkhausen Influencia de las tensiones residuales Emisión Magnética de Barkhausen (EMB) Tensiones tractivas en la dirección del campo EMB Tensiones compresivas en la dirección del campo EMB Distintas fases microestructurales 1 er pico 2 o pico Representativo de la fase blanda Microestructura ferrítica Representativo de la capa endurecida Microestructura martensítica RMS (EMB (V)),35,3,25,2,15 Primer pico Segundo pico,1 -,5,5 1 1,5 2 H(u.a.)

14 Caracterización de quemas de rectificado Durante el rectificado Sobrecalentamiento local no deseado Reducción de dureza Aumento de tensiones tractivas Representación esquemática del proceso de mecanizado

15 Caracterización de quemas de rectificado Coste compra de ácidos y tratamiento de desechos Necesidad de terminar las piezas para retirar la capa de acido Riesgo de picado del metal, necesidad de neutralizar rápida y eficazmente El acido puede caer en huecos y ranuras, riesgo de corrosión Riesgo de salud y medio ambiente Criterio subjetivo, no cuantificado. Dificultad para integrar a parámetros de proceso

16 Caracterización de quemas de rectificado Objetivos: Desarrollo de un sistema de CONTROL DE CALIDAD de QUEMAS DE RECTIFICADO alternativo al ataque químico de Nital. Tecnologías aplicadas: Emisión Magnética de Barkhausen Electrónica propia Sensores comerciales Análisis de señal

17 Quemas de rectificado- distintos métodos de análisis Caracterización de quemas de rectificado

18 Caracterización de quemas de rectificado Quema de rectificado Pieza más fácil de magnetizar EMB (V) Ht t (s) Ht (ka/m) RMS (u.a.) t (s) Corriente aplicada (A) MP MP cuando: Tensiones tracvas Dureza Quemas: B, C, D

19 Caracterización de quemas de rectificado

20 Caracterización de quemas de rectificado Sensor de medida de Barkhausen

21 Caracterización de capa endurecida y quemas de rectificado Objetivos: Desarrollo de un sistema de CONTROL DE CALIDAD de QUEMAS DE RECTIFICADO y de la CAPA ENDURECIDA por INDUCCIÓN en husillos en miniatura. Tecnologías aplicadas: Emisión Magnética de Barkhausen Electrónica propia Sensores propios Tratamiento digital de la señal Análisis multiparámetrico MBN envelope [V] T1 T3 T13 T H t [ka/m]

22 Sistema desarrollado: Caracterización de capa endurecida y quemas de rectificado Sistema de medida de Emisión Magnética de Barkhausen Amplificador de potencia Yugo electromagnético Sensor Hall Bobina sensora Husillos Generador de funciones Sistema de adquisición FEM Envolvente EMB (RMS) H Parámetros derivados: MBN envelope [V] RMS (u.a.) P1 P2 H1 H H t [ka/m] 1 er pico: capa blanda/ microestructura ferrítica 2 o pico: capa dura/ martensita

23 Caracterización de capa endurecida y quemas de rectificado Caracterización de la capa endurecida Distintos tratamientos térmicos de inducción: Dureza [HRC] Profundidad [µm] Medida de Emisión Magnética de Barkhausen: T1 T2 T3 T8 T1 T13 T14 o Dureza superficial: HRC (excepto T1) o Profundidad de capa: µm RMS [u.a.] T1 T3 T13 T H t [ka/m] Parámetro magnético Parámetro magnético relacionado linealmente con la profundidad de la capa Puede utilizarse para: caracterizar capa endurecida

24 Caracterización de las quemas de rectificado Caracterización de capa endurecida y quemas de rectificado RMS [u.a.] T3 T3 S1 OK T3 S2 OK T3 S3 NoK/ Quema RMS [u.a.] T1 S1 OK T1 S2 OK T1 S3 NoK/ Quema T1 S4 NoK/ Quema T H t [ka/m] H t [ka/m] Quemas de rectificado H2 [ka/m] Dureza superficial H2 T3 S1 OK T3 S2 OK T3 S3 NoK/Quema T1 S1 OK T1 S2 OK T1 S3 NoK/ Quema T1 S4 NoK/ Quema Longitud útil del husillo [mm] H2: valor umbral puede distinguir todos los husillos mecanizados correctamente de los que presentan una quema de rectificado

25 Caracterización de tensiones residuales Objetivos: Desarrollo de un sistema de Emisión Magnética de Barkhausen capaz de caracterizar el perfil de tensiones residuales Tecnologías aplicadas: Emisión Magnética de Barkhausen Electrónica y sensores propios Técnicas avanzadas de programación. Tratamiento digital de señal. Medidas de difracción de Rayos X, electropulido [MPa] S1-EMB S1-Xray S2-EMB S2-Xray S3-EMB S3-Xray S4-EMB S4-Xray Profundidad [µm]

26 Caracterización de tensiones residuales mediante MBN Control de calidad del granallado: RMS(V) Granallado mayor Granallado menor Sin granallar Muestra sin granallar: Tensiones tractivas RMS Muestra granallada: Menor intensidad Tensiones compresivas RMS intermedio Muestra granallada: Mayor intensidad Tensiones compresivas RMS H(A/m)

27 Caracterización de tensiones residuales [MPa] S1-EMB S1-Xray S2-EMB S2-Xray S3-EMB S3-Xray S4-EMB S4-Xray Profundidad [µm] o Hasta 9 µm error < 3 MPa o A partir de 9 µm error < 7 MPa

28 Caracterización de propiedades mecánicas: dureza, límite elástico y resistencia a tracción Objetivos: Obtener las propiedades mecánicas de dureza, límite elástico o resistencia a tracción a través de medidas indirectas de propiedades magnéticas. Tecnologías aplicadas: Electrónica propia de medida de propiedades magnéticas. Tratamiento digital de señal y programación avanzada. Ensayos de tracción y caracterización microestructural

29 Técnica de dispersión de flujo magnético Dispersión de flujo magnético Detección de: Defectos Grietas superficiales/sub-superficiales Degradación de cables en servicio Principio físico Se mide la dispersión del flujo magnético causado por una grieta superficial o sub-superficial.

30 Monitorización de la degradación de cables en servicio Objetivos: Desarrollo de un sistema de inspección que permite MONITORIZAR la degradación de cables en servicio Fatiga nº de ciclos Recuento hilos metálicos deteriorados Mantenimiento Herramientas para establecer criterios objetivos de descarte Tecnologías aplicadas: Dispersión del flujo magnético Electrónica propia Procesado digital de señal.

31 Monitorización de la degradación de cables en servicio.4 V Lsum (V) Wire rope length (mm) Longitud del cable de acero (mm) Número de hilos metálicos deteriorados Inspección magnética Inspección visual Punto medio del intervalo por metros

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