Ensayos no destructivos

Ingeniería de Materiales. Pruebas ultrasónicas. Inspección con partículas magnéticas. Pruebas con corrientes de eddy. Inspección por líquido penetrante. Termografía. Inspección por emisión acústica

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ENSAYOS NO DESTRUCTIVOS

Las pruebas mecánicas fueron creadas como respuesta a la necesidad de conocer el estado de los materiales, sin embargo, las pruebas destructivas tienen el inconveniente de que terminan con la vida útil de los elementos sujetos a prueba, fue entonces que surgieron los ensayos no destructivos, con los cuales se puede determinar el estado de los materiales sin inutilizar a los mismos.

Pruebas ultrasónicas. Un material puede, a la vez, transmitir y reflejar ondas elásticas. Un transductor ultrasónico hecho de cuarzo, titanato de bario o sulfato de litio aprovecha el efecto piezoeléctrico para introducir una serie de pulsos elásticos a alta frecuencia en el material, por lo general por encima de los 100,000 Hz. Los pulsos crean una onda de deformación por compresión, que se propaga a través del material. La onda elástica se transmita a través del material a una velocidad que depende del módulo de elasticidad y de la densidad del mismo. En el caso de una barra delgada.

v= e(Eg/ρð

Para pulsos que se propagan en materiales más gruesos se requieren expresiones más complicadas.

Se utilizan por lo común tres técnicas para inspeccionar ultrasónicamente un material.

Método de pulso y eco, o de reflexión, se genera un pulso ultrasónico que es transmitido a través del material. Cuando la onda elástica choca con una interfase, parte de la onda se refleja, regresando al transductor. En un osciloscopio es posible desplegar tanto el pulso inicial como el reflejado.

Del despliegue, se mide el tiempo requerido para el viaje de ida y vuelta, con lo que se puede calcular la distancia a la que se encuentra la interfase. De no existir fallas en el material, el haz se reflejará desde su lado opuesto y la distancia será dos veces el espesor de la pared, mientras que moviendo el transductor sobre la superficie, podemos conocer, también la longitud de la discontinuidad

Método de transmisión de un pulso a través del medio, en un transductor se genera un pulso ultrasónico y mediante un segundo transductor se detecta en la superficie opuesta. Los pulsos iniciales y los transmitidos se despliegan en el osciloscopio. La pérdida de energía entre el pulso inicial y el transmitido depende de si existe o no discontinuidad dentro del material.

Método de resonancia se utiliza la naturaleza ondulatoria de la onda ultrasónica. Se genera una serie de pulsos que viajan como onda elastica a través del material. Seleccionando una longitud de onda o frecuencia de manera que el espesor del material sea un múltíplo entero de medias longitudes de onda, se produce una onda elástica estacionaria, y se refuerza en el material. Una discontinuidad dentro del material evita que la resonancia ocurra. Sin embargo; esta técnica se utiliza con mayor frecuencia para la determinación del espesor del material.

'Ensayos no destructivos'

Inspección con partículas magnéticas Las discontinuidades cerca de la superficie los materiales ferromagnéticos se pueden detectar mediante pruebas con partículas magnéticas. Se induce un campo magnético en el material a probar produciendo líneas de flujo. Si en el material está presente alguna discontinuidad, la reducción en permeabilidad magnética del material debida a la discontinuidad altera la densidad de flujo del campo magnético. Las fugas de las líneas de flujo hacia la atmósfera circundante crean polos norte y locales, que atraen partículas de polvo magnético. Para un mejor movimiento, las partículas se pueden agregar en seco o en un fluido como agua o aceite ligero. También, para ayudar detección, pueden teñirse o recubrirse de un material fluorescente.

A fin de poder detectar discontinuidades mediante la inspección con partículas magnéticas deben satisfacerse varios requisitos:

1. La discontinuidad debe ser perpendicular a las líneas de flujo. Por lo que métodos diferentes de imposición del campo magnético detectarán discontinuidades con orientaciones distintas.

2. La discontinuidad debe estar cerca de la superficie, o de lo contrario las líneas de flujo simplemente se unirán en vez de escapar del material. La prueba con partículas magnéticas es también adecuada para la localización de grietas de templado, grietas por fatiga o grietas inducidas por esmerilado o rectificado, ya que todas ellas ocurren en la superficie.

3. La discontinuidad debe tener una permeabilidad magnética inferior a la del metal.

4. Solamente se pueden probar materiales ferromagnéticos.

Pruebas con corrientes de eddy Las pruebas con corrientes de eddy se basan en la interacción entre el material y un campo electromagnético. Una corriente alterna fluyendo a través de una bobina conductora produce un campo electromagnético. Si cerca o dentro de la bobina se coloca un material conductor el campo de la bobina inducirá corrientes de eddy y campos electromagnéticos adicionales en la muestra, corrientes que a su vez interactuarán con el campo original de la bobina. Midiendo el efecto de la muestra sobre la bobina, se podrán detectar cambios en conductividad eléctrica o en permeabilidad magnética de la muestra, generados por diferencias en composición, microestructura y propiedades. Dado que las discontinuidades de la muestra alterarán los campos electromagnéticos, es posible detectar defectos potencialmente dañinos. Mediante esta prueba incluso pudieran detectarse cambios en las dimensiones o en el espesor de los recubrimientos de una muestra.

Las pruebas con corrientes de eddy, igual que la inspección con partículas magnéticas, son más adecuadas para detectar defectos cerca de la superficie de una muestra. Particularmente a altas frecuencias, las corrientes de eddy no penetran profundamente debajo de la superficie.

La prueba con corrientes de eddy es particularmente rápida en comparación con la mayor parte de las demás técnicas de prueba no destructivas. Por tanto, gran cantidad de piezas pueden probarse rápida y económicamente. A menudo la prueba con corriente de eddy se toma como una prueba de "Pasa o No Pasa" estandarizada con piezas en buen estado. Si la interacción entre bobina y pieza es la misma que cuando se prueban otras muestras, se puede suponer que éstas son de buena calidad.

Inspección por líquido penetrante Mediante la inspección con líquido penetrante o técnica de tinte penetrante, pueden detectarse discontinuidades como grietas que entran en la superficie. Un tinte líquido es atraído por acción capilar hacia una grieta delgada, que de otra manera resultaría invisible. Hay cuatro etapas en este proceso. La superficie primero se limpia completamente; se rocía sobre ella un tinte líquido y se le deja durante un periodo durante el cual el tinte es atraído hacia cualquier discontinuidad superficial. La tinta excedente entonces se limpia retirándola de la superficie del metal. Finalmente, sobre ésta se rocía una solución reveladora, la cual reacciona con cualquier tinte que haya quedado y extrayendo el de las grietas. Entonces la pintura ya puede ser observada, debido a los cambios de color del revelador o porque se vuelve fluorescente bajo luz ultravioleta.

'Ensayos no destructivos'

Termografía Generalmente las imperfecciones en un material alteran la velocidad de flujo térmico a su alrededor, generando gradientes de alta temperatura, es decir puntos calientes. En la termografía, a la superficie de un material se le aplica un recubrimiento sensible a la temperatura, a continuación el material es calentado uniformemente y luego enfriado. La temperatura es más elevada cerca de una imperfección que en otros sitios; por tanto, el color del recubrimiento en este punto será distinto y fácilmente detectado.

Se puede utilizar una gran diversidad de recubrimientos. Comúnmente se usan pinturas y papeles sensibles al calor; compuestos orgánicos o fósforos que producen luz visible al ser excitados por radiaciones infrarrojas; y materiales orgánicos cristalinos, conocidos como cristales líquidos.

Un uso importante de la termografía es la detección de uniones pobres o delaminación de monocapas o cintas individuales, que forman muchas estructuras de materiales compuestos reforzados con fibras, particularmente en la industria aerospacial.

Inspección por emisión acústica Asociada con muchos fenómenos microscópicos, como el crecimiento de una grieta o transformaciones de fase, aparece una liberación de energía de esfuerzo en forma de ondas de esfuerzo elásticas de alta frecuencia, de manera muy similar a las producidas durante un terremoto. En la prueba por emisión acústica, se aplica un esfuerzo inferior al esfuerzo de cedencia nominal del material. Debido a concentraciones de esfuerzo en el extremo de alguna grieta ya existente, ésta puede ampliarse, liberando la energía de esfuerzo que rodea el extremo de la grieta. La onda de esfuerzo elástico asociado con el movimiento de la grieta puede ser detectada por un sensor piezoeléctrico, y posteriormente amplificada y analizada. Mediante esta técnica se pueden detectar grietas tan pequeñas como de 10-6 pulgadas de largo. Utilizando varios sensores simultáneos, es posible también determinar la ubicación de la grieta.

Es posible utilizar la prueba de emisión acústica para todos los materiales, Se utiliza para detectar microgrietas en componentes de aluminio de aeronaves, aún antes que éstas sean lo suficientemente grandes para poner en peligro la seguridad de la aeronave. Se pueden detectar grietas en polímeros y cerámicos. La prueba detectará la ruptura de las fibras en materiales compuestos reforzados con fibras, así como la falta de unión entre fibras y matriz.

BIBLIOGRAFÍA

-Askeland R. Donald “La ciencia e ingeniería de los materiales”

2ª edición

-http://www.eddytronic.cl/