Tema 10 – Ensayos no destructivos. Finalidad. Fundamentación. Técnicas operativas e interpretación de los resultados de los distintos ensayos. Tipos: inspección visual, líquidos penetrantes, partículas magnéticas, inspección por ultrasonidos, inspección radiográfica y otros.

INTRODUCCIÓN

ENSAYOS NO DESTRUCTIVOS

Los ensayos no destructivos se han practicado por muchas décadas. Se tiene registro desde 1868 cuando se comenzó a trabajar con campos magnéticos. Uno de los métodos más utilizados fue la detección de grietas superficiales en ruedas y ejes de ferrocarril. Las piezas eran sumergidas en aceite, y después se limpiaban y se esparcían con un polvo. Cuando una grieta estaba presente, el aceite que se había filtrado en la discontinuidad, mojaba el polvo que se había esparcido, indicando que el componente estaba dañado. Esto condujo a formular nuevos aceites que serían utilizados específicamente para realizar éstas y otras inspecciones, y esta técnica de inspección ahora se llama prueba por líquidos penetrantes (PT).

Sin embargo con el desarrollo de los procesos de producción, la detección de discontinuidades ya no era suficiente. Era necesario también contar con información cuantitativa sobre el tamaño de la discontinuidad, para utilizarla como fuente de información, con el fin de realizar cálculos matemáticos y poder predecir así la vida mecánica de un componente. Estas necesidades, condujeron a la aparición de la Evaluación No Destructiva (NDE) como nueva disciplina. A raíz de esta revolución tecnológica se suscitarían en el campo de las PND una serie de acontecimientos que establecerían su condición actual.

En el año 1941 se funda la Sociedad Americana para Ensayos No Destructivos (ASNT por sus siglas en inglés), la cual es la sociedad técnica más grande en el mundo de pruebas no destructivas. Esta sociedad es promotora del intercambio de información técnica sobre las PND, así como de materiales educativos y programas. Es también creadora de estándares y servicios para la Calificación y Certificación de personal que realiza ensayos no destructivos, bajo el esquema americano.

La entidad que reune a todas las instituciones debidamente constituidas es el Comité Internacional de Ensayos No Destructivos (ICNDT, por sus siglas en inglés) con sede en Viena.

La globalización en los mercados mundiales ha marcado el desarrollo de los ensayos no destructivos, los cuales tienen ya un alcance en cada rincón del planeta, y actualmente existen sociedades de ensayos no destructivos en la mayoría de los países.

FINALIDAD

Los ensayos no destructivos se adaptan a las exigencias de la muestra con el fin de evitar su deterioro. Para conseguirlo hay que recurrir a aquellas características físicas del material que sean significativas tecnológicamente, y como estas pueden ser muy variadas (densidad, conductividad térmica, absorbancia electromagnética, índice de refracción, estructura cristalina, etc.) de ahí que el número de Ensayos no Destructivos sea potencialmente grande y su fundamento diverso.

Los ensayos no destructivos permiten la inspección del 100% de la producción, si es que así se requiere, y la obtención de datos de todo el volumen de un producto o pieza; con lo que contribuyen a mantener un nivel de calidad uniforme, con la consiguiente conservación y aumento del prestigio del producto. Además, en su aplicación sobre productos y piezas en funcionamiento, colaboran a prevenir accidentes y proporcionan beneficios económicos directos e indirectos.

En general los ensayos no destructivos proveen datos menos exactos acerca del estado de la variable a medir que los ensayos destructivos. Sin embargo, suelen ser más baratos para el propietario de la pieza a examinar, ya que no implican la destrucción de la misma. En ocasiones los ensayos no destructivos buscan únicamente verificar la homogeneidad y continuidad del material analizado, por lo que se complementan con los datos provenientes de los ensayos destructivos.

FUNDAMENTACIÓN

Los diferentes métodos de ensayos no destructivos se basan en la aplicación de fenómenos físicos tales como ondas electromagnéticas, acústicas, elásticas, emisión de partículas subatómicas, y otros como capilaridad, absorción, estanquidad y cualquier tipo de prueba que no implique un daño considerable a la muestra examinada.

TÉCNICAS OPERATIVAS E INTERPRETACIÓN DE LOS RESULTADOS DE LOS DISTINTOS ENSAYOS

Las etapas básicas de la inspección de un material estructural, mediante métodos de Ensayos no Destructivos, por lo que respecta a problemas de defectología, caracterización, y metrología, es decir, a su calidad intrínseca, pueden concretarse en las cuatro siguientes:

  1. Elección de métodos y técnicas operatorias idóneos.
  2. Obtención de la indicación propia.
  3. Evaluación de la indicación.
  4. Criterios de aceptación o rechazo.

En cuanto a la elección de los métodos y técnicas operatorias podemos decir:

En la elección racional del método y técnica operatoria idóneos de inspección hay que tener presente la naturaleza del material, su estado estructural, es decir, los procesos de elaboración a los que ha sido sometido, el tamaño y forma del producto, así como tener conocimiento sobre el tipo de heterogeneidades que se pretenden detectar o de la característica del material a determinar o de la dimensión a medir; ya que todos los métodos presentan limitaciones de interpretación. Limitaciones debidas a la geometría y a la naturaleza del material, así como limitaciones en el campo de observación y en la velocidad de aplicación que permite el ensayo.

Por otra parte cada método posee una sensibilidad limitada, la cual podrá ser adecuada para el examen de un tipo de material con una condición de servicio o de empleo. Teniendo en cuenta que el aumento de sensibilidad trae consigo un mayor coste del ensayo debe estar claro el nivel de calidad a través de la especificación de la tolerancia o de los criterios de aceptación del producto. Sin este requisito no es posible elegir racionalmente el Ensayo no Destructivo que mejor se adapte al caso concreto.

Una característica común de los métodos de Ensayos no Destructivos es que siguen procedimientos indirectos, esto es, que determinan la característica buscada en el producto a través de cualquier otra propiedad relacionada con ella:

  • Métodos radiográficos: proporcionan una indicación que es una imagen de las heterogeneidades presentes en el material.
  • Ensayo por ultrasonidos: una indicación en una pantalla de rayos catódicos.
  • Examen por partículas magnéticas o líquidos penetrantes: una indicación que es una ampliación de la heterogeneidad según una sección por la superficie de observación.
  • Métodos magnéticos y eléctricos: miden una variación en las propiedades físicas del material.

Cada uno de los métodos da una indicación, según el sistema representativo de cada ensayo, de la que se deducirán variaciones en composición, tratamientos térmicos, espesores, presencia de heterogeneidades, etc.

Producida la indicación, es preciso evaluarla. La evaluación consiste en hallar la correlación entre la indicación observada con, por ejemplo, la propia naturaleza, morfología, situación, orientación y tamaño de la heterogeneidad; es decir, la evaluación es el dictamen sobre qué es lo que da motivo a una indicación. Para hallar esta correlación, es aconsejable recurrir en las primeras fases de puesta a punto del método a los ensayos destructivos que sean precisos, con el fin de asegurar la validez del ensayo.

Una vez obtenida y evaluada una indicación, se debe hallar la correlación entre la heterogeneidad detectada, la característica determinada y/o la dimensión medida en el material, con su efecto posterior en las propiedades requeridas del mismo: esto es, decidir sobre cuando una heterogeneidad o característica del material afecta a su empleo. Los criterios de aceptación o rechazo son definidos por expertos en fiabilidad y en la ciencia y técnica de los materiales, con conocimientos suficientes de la Mecánica de Fractura.

La definición de los criterios de aceptación o rechazo es una tarea crítica que afecta a la validez del método aplicado. Como se ha dicho la fijación de estos criterios es una labor de equipo entre expertos en fiabilidad e Ingenieros de producto que tratan de dar respuesta a dos preguntas básicas:

  1. ¿Puede el proceso de inspección mediante Ensayos no Destructivos garantizar que, mediante el mismo, se detectarán todos los defectos mayores de un determinado tamaño crítico?.
  2. ¿Cuál es el tamaño del mayor defecto que puede no detectarse durante la inspección?.

TIPOS: Inspección Visual, Líquidos Penetrantes, Partículas Magnéticas, Inspección por Ultrasonidos, Inspección Radiográfica y Otros.

Inspección Visual

La inspección visual puede realizarse como ensayo previo a otros o como ensayo no destructivo en si mismo. Este método proporciona indicaciones inmediatas que frecuentemente no precisan de interpretación elaborada. Además puede servir para descartar ensayos posteriores si se ha determinado que el producto inspeccionado no es aceptable.

Es un método que exige no caer en la creencia de que “lo que se ve” es “como se ve”. Lo visto debe ser elaborado en función de los aspectos materialográficos del problema y de la técnica de observación. La interpretación debe conducir a la identificación de la discontinuidad responsable de la indicación, es por tanto, el punto clave de la inspección. La inspección visual exige experiencia respecto al material ensayado y su defectología.

En cuanto a los criterios de aceptación, estos pueden estar documentados o si no lo están la decisión es labor de expertos.

Se trata, en general, de decidir si lo observado nos indica la presencia de un defecto o de una imperfección. Si es defecto, la decisión será reparar o rechazar. Si es imperfección, la muestra funcionalmente es buena y puede pasar al siguiente proceso o ser vendida al cliente.

Líquidos Penetrantes

Es un END que sirve para detectar disconformidades que afloren a la superficie de los materiales no porosos.

Consiste en aplicar un líquido sobre la superficie de la muestra, de tal manera que éste penetre, por fenómenos de capilaridad en las disconformidades. Posteriormente se limpia el exceso de líquido de la superficie de la muestra, quedando únicamente, el atrapado en las en las discontinuidades, el cual exuda de las mismas y, previa aplicación de un revelador, puede ser observado en la superficie.

La inspección por líquidos penetrantes, se realiza en siete etapas básicas:

  1. Limpieza y preparación de la superficie.
  2. Aplicación del líquido penetrante.
  3. Eliminación del exceso de líquido penetrante.
  4. Aplicación del revelador.
  5. Observación de las indicaciones.
  6. Interpretación y/o evaluación de las indicaciones.
  7. Limpieza final.

Campos de aplicación:

  • Materiales no porosos.
  • Materiales metálicos no magnéticos.
  • Materiales no metálicos: Aluminio y sus aleaciones, aceros inoxidables, cobres, bronces, latones, cerámicas vitrificadas, vidrio, pláticos.

Limitaciones, no se aplica a:

· Materiales porosos.

· Muestras pintadas o que tengan algún medio protectivo superficial.

· Piezas que están a muy baja temperatura.

· Piezas que están a muy altas temperaturas.

· Materiales ferromagnéticos. Para estos se aconseja END por partículas magnéticas.

Partículas Magnéticas

Si a una muestra de material ferromagnético con una discontinuidad que aflore o se encuentre próxima a la superficie, comúnmente una grieta, se le aplica polvo formado por diminutas partículas magnetizables, al tiempo que se le somete a la acción de un campo magnético, se observa que las partículas tienden a acumularse sobre la discontinuidad denunciando su presencia.

El ensayo se realiza en tres etapas:

  1. Imantación de la pieza.
  2. Aplicación de las partículas magnéticas.
  3. Observación y anotación de la presencia de indicadores.

En cuanto al tipo de partículas, estas pueden ser fluorescentes o coloreadas para facilitar la observación de indicadores. La detección de los indicadores puede ser realizado por examen visual, detección automática y por cámaras de visión que ayudan al examen visual.

La observación de las partículas proporciona una gran cantidad de información, pero no es fácil deducir la propia identidad de la discontinuidad o de una inclusión no metálica. En términos generales, las indicaciones de las partículas magnéticas presentan sus bordes con una definición muy nítida cuando proceden de discontinuidades, grietas superficiales, cuyo plano sea perpendicular a las líneas de fuerza del campo magnético.

Inspección por Ultrasonidos

Los ultrasonidos son ondas acústicas de idéntica naturaleza que las ondas sónicas, diferenciándose de estas en que su campo de frecuencias se encuentra por encima de la zona audible. Para el control no destructivo por ultrasonidos se utilizan haces de ondas acústicas de alta frecuencia (en general entre 1 y 25 MHz) que se propagan a través del material y se reflejan, difractan y atenúan, haciendo posible la detección de heterogeneidades, la medida de espesores o la determinación de ciertas propiedades tecnológicas.

Comparando con otras técnicas no destructivas, las principales ventajas del ensayo por ultrasonidos son:

  • Alto poder de penetración.
  • Alta sensibilidad.
  • La posición de los defectos internos se determina con precisión.
  • El resultado de la inspección es instantáneo.
  • El ensayo es documentado.
  • Sin riesgos para operador o personas cercanas.
  • Elevada portabilidad de los equipos.
  • Fácil procesamiento por técnicas digitales de la señal para caracterizar defectos o para determinar propiedades del material.
  • Elevada versatilidad.

Entre las desventajas del ensayo por ultrasonidos cabe citar:

  • Los ensayos manuales requieren personal altamente cualificado.
  • El diseño y puesta a punto de los procedimientos de inspección requiere amplios conocimientos técnicos.
  • Las muestras pequeñas, irregulares, rugosas o de pequeño espesor son difíciles de inspeccionar.
  • El paso de la energía acústica desde el palpador hacia la muestra y el retorno al palpador requiere el uso de medio de acoplamiento líquido o semilíquido.
  • La calibración del sistema de ensayo y la determinación de ciertas características de los defectos requiere el uso de muestras patrón o de referencia.

Inspección Radiográfica

Para entender en qué consiste basta con admitir que haya un agente similar a la luz, pero capaz de atravesar los cuerpos que son opacos a ésta. Según este supuesto, si intercalamos un objeto entre un manantial cuasi puntual del imaginario agente y una pantalla sobre la que aquél arroje su “sombra”, obtendremos una imagen en la que aparecerán proyectados, detalles de su geometría y de su estructura interna, ocultos a la observación directa.

La aplicación de los distintos tipos de fuentes (X o gamma), la película y la muestra depende del problema a resolver. En todo caso, se trata de obtener una imagen que permita decidir sobre el mismo.

La inspección radiográfica se aplica a:

  • Soldaduras.
  • Piezas moldeadas.
  • Sistemas y componentes en fase de montaje o en servicio.
  • Materiales compuestos.

Otros

· Inducción electromagnética.

· Tomografía.

· Holografía óptica.

· Termografía.

· Microondas.

· Ensayos acústicos (de ruidos).

· Resonancia magnética nuclear.

· Ensayos de fugas.

BIBLIOGRAFÍA

INTA (Instituto Nacional de Técnica Aeroespacial)

Publicado: enero 29, 2016 por Santiago

Etiquetas: tema 10 fabricación mecánica