P á g i n a 18 Emisión acústica Principio del método El principio se basa en la detección de las ondas acústicas emitidas por un material, por deformación, activación y/o evolución de un defecto. Figura 10: Principio del método de la emisión acústica. Los resultados que se extraen del ensayo basado en la emisión acústica no son del tipo convencional. No se debe usar este método para detectar tipo y dimensiones del defecto presente en una estructura, sino para registrar su evolución durante la aplicación de un esfuerzo cuyo nivel de carga es tal que genera deformaciones, aumento de defectos, desprendimiento de escoria, descama-do, fricciones, etc. Es posible también detectar algunas transformaciones de fase en un material por emisión acústica. El método puede, por tanto, utilizarse para obtener una información preciosa en la supervisión de un componente en funcionamiento. El método encuentra muchas aplicaciones, entre las cuales, a título de ejemplo, se pueden citar:
P á g i n a 19 Las primeras pruebas hidráulicas de recipientes sometidos a presión; La supervisión continua, en períodos largos e importantes, de componentes o equipos en funcionamiento; Las pruebas de fatiga de estructuras o componentes en escala reducida o real (nodos de plataformas, recipientes de presión, etc.) El control de desgaste de las herramientas y el control de los procesos de soldadura; Las características de los materiales heterogéneos (fibras de vidrio, fibras de carbono, columnas de concreto, etc.). Técnicas de ensayo La prueba de emisión acústica permite en general detectar, localizar y en cierta medida clasificar la fuente emisora. Para determinar la ubicación de la fuente emisora es necesario me- la diferencia de tiempos de llegada de la onda elástica generada desde la fuente hacia los diferentes sensores dispuestos sobre la estructura. En general, la posición de la fuente emisora se establece mediante técnicas de triangulación, empleando tres o más sensores. El número de sensores necesarios para tener bajo control toda la estructura depende del volumen y del espesor del componente estudiado y de su falta de homogeneidad (por ejemplo, aberturas, cordones de soldadura, etc.). La posibilidad de localizar los defectos en todo su volumen, sin necesidad de mover la sonda, permite tener la estructura bajo control mientras se realiza la prueba incluso en zonas de difícil acceso. Limites La actividad acústica de los defectos depende de la temperatura y del comportamiento dúctil o frágil del material examinado. Los aceros austeníticos presentan, por ejemplo, una baja capacidad de emisión. El carácter irreversible de la emisión acústica no permite repetir la prueba: no se pro-duce emisión acústica si no se supera la carga anterior (efecto Kaisers). Los defectos estables o de baja emisión obviamente no se relevan durante la prueba, sin embargo estos pueden volverse potencialmente peligrosos con el sucesivo uso del componente a causa de la presencia de esfuerzos como la fatiga, la corrosión, la sobrecarga, etc. Todo esto no autoriza, por tanto, a sustituir los otros ensayos no destructivos por la emisión acústica. Hasta ahora, no se ha estado Siempre en condiciones de relacionar las características de la fuente con el tipo y la severidad del defecto emisor.
P á g i n a 20 La detección de las ondas acústicas se realiza a través de sensores habitualmente piezoeléctricos. Los sensores se ponen convenientemente en contacto con el cuerpo a examinar, sometiéndolo posteriormente a un esfuerzo (mecánico, térmico, etc.). Las señales eléctricas obtenidas son sucesiva-mente amplificadas y filtradas para eliminar el ruido de fondo, enviadas a un dispositivo para la medición del tamaño característico de las señales acústicas y de los parámetros de la prueba y, por último, van a una computadora que elabora los datos recibidos y los representa en forma gráfica en vídeo y/o papel. Figura 11: Disposición de los sensores para el monitoreo de las emisiones. Figura 12: Detección de emisión acústica.
P á g i n a 21 Desarrollos Actualmente se están realizando muchos trabajos experimentales y teóricos para mejorar la detección de emisiones acústicas y su relación con el tipo de fuente. Dada la importancia de poder realizar investigaciones más significativas para el diagnóstico y el pronóstico de defectos y para -el control de los procesos, se espera poder usar en el futuro cercano los resultados de los estudios que actualmente se están realizando. En todo caso, exceptuando ciertos controles de proceso, la técnica de la emisión acústica no sustituye a otros métodos. Sólo la aplicación de la emisión acústica junto con otras técnicas complementarias entre sí, una rigurosa y completa correlación entre los resultados y los parámetros de la prueba (por ejemplo, valores de carga y de su velocidad de aplicación, número de ciclos hasta la fatiga, etc.), el conocimiento de la propiedad del material y la historia de los procesos de transformación/elaboración y de los tratamientos sufridos, permitirán clasificar la tipología y el grado de severidad de las eventuales discontinuidades (defectos) que genera la actividad acústica. Líquidos penetrantes Principio del método El método se basa en el fenómeno de la capilaridad, o sea la tendencia de un líquido a subir por un tubo capilar, y sobre características físicas de los líquidos, tales como la viscosidad y la tensión superficial. El poder penetrante es una característica muy importante de la cual depende en gran parte la sensibilidad del ensayo.
P á g i n a 22 Figura 13: Principio del método de líquidos penetrantes. Figura 14 Aplicación del líquido penetrante y del líquido revelador. Aplicación y desarrollo El método con líquidos penetrantes sirve para detectar defectos que afloran en superficies de cualquier tipo, con la condición de que sean "abiertos".
P á g i n a 23 Pueden detectarse defectos en fundiciones como uniones frías y fisuras por contracción, etc., de fabricación como fisuras de templado, soldaduras, roscas, repliegues de laminación, etc., y de trabajo como fisuras por fatiga, tenso corrosión, etc. El método no está vinculado al tipo de material o a su estructura; sin embargo, éste no debe ser poroso en la superficie, como ciertos materiales cerámicos. Es posible examinar: acero, aluminio, materiales compuestos, fundición, vidrio, etc. Los líquidos penetrantes muestran con exactitud y extrema simplicidad la ubicación del defecto sobre la superficie, pero sus dimensiones usualmente resultan aumentadas con respecto a la realidad. La investigación llevada a cabo por grandes grupos industriales que operan en este sector ha permitido el desarrollo de nuevos productos más sensibles, menos tóxicos y fácilmente biodegradables. El último aspecto es sin duda importante, en cuanto al costo de la disposición, que con leyes cada vez más severas, es uno de los elementos que más inciden en el costo del equipo. Un ejemplo significativo ha sido la introducción de los emulsionantes a base de agua en lugar de los de a base oleosa, lo que ha permitido aumentar la sensibilidad de la prueba y, al mismo tiempo, reducir considerablemente los costos de la depuración de los efluentes. Técnicas de ensayo Hay varias técnicas de ensayo según el tipo de penetrante utilizado, el objeto a controlar y el número de piezas. Cada técnica de ensayo tiene su campo de aplicación particular, aunque las fases principales del método implican siempre: La aplicación del penetrante sobre la superficie a inspeccionar; La remoción del penetrante que sobra; La aplicación del revelador. La ejecución del control puede ser manual, semiautomática o automática. Todos los equipos deben estar dotados de medios idóneos para la eliminación de los vapores y para el tratamiento de los efluentes. Los productos a utilizar se eligen en función de la rugosidad de la superficie de la pieza y de la sensibilidad del control deseada. Sobre superficies grises, por ejemplo, dan mejores
P á g i n a 24 resultados los líquidos penetrantes coloreados de sensibilidad media, mientras que sobre superficies rectificadas, dan mejores resultados aquellos que son fluorescentes' o los coloreados de altísima sensibilidad. Límites No detecta discontinuidades apenas perceptibles o cerradas en superficie; Por lo general, no se la puede aplicar al examen de superficies excesivamente rugosas o porosas; se presta a la automatización sólo en lo que respecta a la parte ejecutiva, mientras que la interpretación de los resultados debe hacerla personal calificado; El ensayo se limita normalmente a zonas de fácil acceso; El campo de temperatura en el cual es posible el control con productos para empleo normal es de 12 a 56 C (existen sin embargo productos específicos para altas temperaturas aplicables hasta los 130 C); La sensibilidad del método está condicionada por el grado de terminación de la superficie. Visualización del defecto La visualización se hace directamente sobre la pieza examinada por contraste entre el penetrante y el revelador.
P á g i n a 25 Figura 15: Aplicación de líquidos penetrantes en un piñón. Figura 16: Evidencia de una fisura.
P á g i n a 26 Figura 17: Aplicación de líquidos penetrantes sin detectar fisuras Magnetoscopia (Inspección con Partículas Magnéticas) Principio del método El principio del método se basa en la desviación que sufren las líneas de campo magnético inducido en un material, en presencia de una discontinuidad que no sea paralela a las líneas de flujo de dicho campo magnético.
P á g i n a 27 Figura 18: Principio del método magnetoscopio, también llamado método de partículas magnéticas. Aplicación y desarrollo El ensayo magnetoscopio, llamado también ensayo con partículas magnéticas', es un método para detectar defectos superficiales y sub-superficiales en materiales ferromagnéticos, como fisuras, uniones, inclusiones, replegados, dobleces, falta de penetración en las soldaduras, etc. Casos típicos de aplicaciones del método magnetoscopio son las fundiciones de acero en estructuras de hierro, los forjados, los extrudidos, los estampados, las soldaduras y otros componentes con matriz de hierro. Es importante para la detección de los defectos que éstos estén orientados de modo que puedan ser interceptados por las líneas de fuerza del flujo magnético inducido; por tal razón, una misma pieza debe magnetizarse como mínimo en dos direcciones, ortogonales entre sí. El empleo de lectores ópticos ha representado un significativo desarrollo para la interpretación automática de los resultados.
P á g i n a 28 Técnicas de ensayo La magnetización de las piezas puede realizarse con la técnica del pasaje de corriente magnetizadora, o bien con la técnica de inducción, en cuyo caso la magnetización se induce sobre la pieza a examinar por medio de un campo magnético externo. La aplicación del revelador se hace al mismo tiempo que la magnetización o en tiempo diferido, utilizando el magnetismo residual. Figura 19 :Aplicación del revelador (para control en seco o en húmedo) El revelador puede ser en polvo para control en seco (dry) o en polvo para control en húmedo (wet). Este último consiste en partículas en suspensión en un líquido como el agua o el aceite en fracciones ligeras.
Figura 20: Polvos para el control en seco (dry) y en húmedo (wet). P á g i n a 29
P á g i n a 30 Figura 21: Aplicación del polvo en seco. La técnica del control en húmedo se aplica para la detección de defectos superficiales muy pequeños o sobre superficies lisas, mientras que el control en seco se usa para superficies no trabajadas y donde se requiere una menor sensibilidad. Las partículas pueden pigmentarse con diferentes colores (rojo, amarillo, azul, verde, para actuar por contraste) o bien pueden ser fluorescentes, según la necesidad del control y de la sensibilidad. En la magnetización es muy importante el tipo de corriente magnetizadora, que puede ser alterna o continua. La primera permite una mejor detección de los defectos superficiales, mientras que la segunda es mejor con los sub-superficiales. En función de la geometría y de la cantidad de piezas en examen, los equipos utilizados pueden ser: Fijos, del tipo de banco; Móviles o portátiles.
P á g i n a 31 Los primeros están destinados a controles en serie de elementos generalmente de pequeñas dimensiones; los segundos a controles en el lugar o sobre grandes componentes del taller. Figura 22: Bobina de magnetización. Figura 23: Kit de control con yugo de magnetización.
P á g i n a 32 Figura 24: Inspección subacuática con partículas magnéticas en soldadura de una estructura off-shore. Límites Los límites del ensayo magnetoscopio son: Aplicabilidad sólo a materiales ferromagnéticos, Escasa sensibilidad para defectos de forma redondeada; Se presta bien a la automatización sólo en lo que respecta a la parte ejecutiva, mientras que la interpretación de los resultados debe ser hecha por personal calificado; Para la interpretación de los resultados, si bien existen especificaciones y tablas con estándares fotográficos, siempre presenta un cierto margen de subjetividad; El examen se limita normalmente a zonas de fácil acceso. Los rangos de temperatura en los cuales es posible el control, llegan hasta los 50 C con reveladores húmedos y hasta 300 C con reveladores en seco. Visualización del defecto La visualización puede realizarse de dos formas:
P á g i n a 33 Directamente sobre la pieza, mediante las pequeñas partículas magnéticas que, dispersas sobre la parte magnetizada, evidencian el flujo magnético desviado por la discontinuidad; Mediante sondas que individualizan el flujo disperso, transformándolo en una señal eléctrica. Métodos ópticos Principio del método El principio se basa en el empleo de la luz como medio revelador de los defectos. Analizando la dirección, la amplitud y la fase de la luz difundida o reflejada por la superficie de un objeto opaco, o transmitida al interior de un medio transparente, se puede obtener información sobre el estado físico del objeto bajo examen. Aplicaciones Con el término de medios ópticos se indicaban, hasta hace poco tiempo atrás, todas aquellas técnicas que permitían la observación directa de superficies, aunque estuviesen colocadas en áreas remotas o inaccesibles y que por tanto estaban limitadas, por definición, a la búsqueda de defectos superficiales. En los últimos tiempos, no obstante, la definición se ha extendido hasta abarcar todas las técnicas, incluso las muy complejas, basadas en la detección de las interacciones entre materiales y la luz visible. Los métodos más avanzados permiten la detección incluso de defectos internos en los materiales. Los métodos ópticos permiten detectar un número vastísimo de defectos como fisuras, corrosiones, alteración de colores debido a recalentamiento, erosiones, deformaciones, irregularidades de la terminación superficial, errores de montaje de los sistemas mecánicos, variaciones dimensionales, etc. Técnicas más complejas, tales como la interferometría holográfica, permiten ampliar los campos de investigación y obtener mayores informaciones respecto a los métodos ópticos tradicionales. La interferometría holográfica, en particular, es una técnica de medición sin contacto y extremadamente sensible. Permite detectar incluso los defectos internos en estructuras compuestas (desprendimientos, daños por impacto, etc.) en cubiertas de neumáticos tanto nuevas como recauchutadas (separaciones, burbujas, cavidades, etc.) y en propelentes sólidos (falta de homogeneidad, separaciones, etc.).
P á g i n a 34 La técnica se emplea también para el estudio de fenómenos dinámicos, para el análisis de esfuerzos en los materiales y para el diseño en el proyecto de partes, componentes y estructuras. Técnicas de ensayo tradicionales En todos los casos en los cuales la superficie a examinar es fácilmente accesible, el examen se realiza a simple vista, con la ayuda de una lente de aumento, o bien con telecámaras. En este caso es posible incluso conducir exámenes muy sofisticados con técnicas de elaboración de imágenes. Las superficies inaccesibles pueden inspeccionarse visualmente con endoscopios de fibra óptica, rígidos o flexibles, que permiten acceder incluso al interior de partes geométricamente complejas. Los más recientes consisten en telecámaras, de un diámetro de 6-8 mm, que se introducen y se guían al interior de la cavidad que se desea examinar. Figura 25: Fotografía del interior de una pieza bajo ensayo a través del endoscopio.