ANALISIS Y PREVENCION DE FALLOSINTRODUCCIN

En la industria es importante la eleccin del material mas adecuado para su aplicacin, sabiendo: Caractersticas y propiedades del material.

Anlisis de fallos: Estudio sistemtico de la naturaleza de los distintos modos de fallos.

Prevencin de fallos:Aplicar conocimientos proporcionados por el anlisis para evitar desastres.

La informacin de los materiales es suministrada mediante los ensayos realizados sobre probetas.

Clasificacin de ensayos:

CLCULO DE LA ENERGA DE IMPACTOEnsayos de resiliencia

Los ensayos de resiliencia

Resiliencia

Tenacidad

Ductilidad

Resiliencia:

Existen dos variantes bsicas del ensayo de resiliencia desarrolladas ambas a principios del siglo XX.

Ensayo Charpy

Ensayo Izod

Ejemplos de pndulos comerciales:Pndulo de uso didctico

Pndulo de uso industrial

Pndulos de baja energa

ProbetasNorma UNE 7290-72

Algunas probetas comunes son:

Brochadora para realizar la entalla de una probeta

Ensayo Charpy

- Conocidas las alturas inicial y final del martilloEnerga inicial: Energa final: Energa absorbida: Resiliencia:

Conocidos los ngulos inicial, , y final, , y la longitud L del brazo del martilloAltura inicial: Altura final: Resiliencia:

Datos del ensayo de impacto Charpy para algunas aleaciones

Datos del ensayo de impacto Izod para distintos polmetros

Comparacin entre latn rojo(Cu 23000-061) y una aleacin hcp frgil (Mg AM100A)

Variacin de la T de transicin dctil-frgil con la composicin del acero

Energa de impacto Charpy frente a T para aleaciones Fe-Mn-0,05C

TENACIDAD DE FRACTURA

Tenacidad: Capacidad de un material para absorber energa antes de la fractura.

Tenacidad de fractura: La resistencia a la fractura de un material cuando existe una grieta. Resistencia a ser roto cuando existe una fisura.

Los materiales muy frgiles tienen valores bajos de tenacidad de fractura (KIC ) al contrario que los ms resistentes.

TENACIDAD DE FRACTURA: KIC

I Carga modo I (uniaxial)

C Crtico

Y factor geomtrico de orden la unidad

tensin total aplicada en el momento de la rotura

longitud de una grieta superficial

Valores tpicos de tenacidad de fractura (KIC) para distintos materiales

Mecanismos para aumentar la tenacidad de fractura de los cermicos frenando el avance de la grieta

FATIGA DE MATERIALESENSAYO DE FATIGA

Definicin de Fatiga y ejemplosFenmeno por el cual la rotura de los materiales bajo cargas dinmicas cclicas se produce ms fcilmente que con cargas estticas.Forma de rotura que aparece en estructuras que estn sometidas a fuerzas cclicas (puentes, aviones o componentes de mquinas)Es de una gran importanciaImplica una deformacin elstica del materialSu estudio data de mediados del s. XIX

Clasificacin ensayos de Fatiga y conceptos importantesAmplitud constante: Ensayos de bajo nmero de ciclos (104-105 ciclos) Amplitud variable: Ensayos de alto nmero de ciclos.

Vida a la fatiga: n de ciclos hasta rotura.Resistencia a la fatiga: Mxima tensin bajo la cual el material no se rompe.

Mquinas de ensayo para el estudio del fenmenoWohler (1819-1914)Mquina de Moore (ensayo de flexin rotativa)

Curvas S-N o de WohlerCurva S-N con lmite de fatiga:Curva S-N sin lmite de fatiga:

Proceso de roturaINICIO:Deformacin plstica local en la superficie del metalDiscontinuidades acusadas superficialesFormacin de la grieta

PROPAGACIN:ETAPA I:Propagacin de la grieta de forma lenta

ETAPA II:Aumento de la velocidad de propagacinFormacin de marcas de playa y estras

ROTURA:Aumento de la grieta en anchuraRotura final

Factores que intervienen en la rotura por fatiga DISEO:Gran influenciaLas Discontinuidad geomtricas Concentradoras de tensinDiscontinuidad, concentracin de tensionesSoluciones: Modificar el diseo

TRATAMIENTOS SUPERFICIALES:Rayas y surcos Limitan la vida a la fatigaSoluciones: Mejora del acabado superficial (Procesos de Granallado o Perdigonado)

ENDURECIMIENTO SUPERFICIAL:Aumento de dureza superficial y vida a la fatiga (Proceso de Carburacin y Nitruracin)

Influencia del medioFATIGA TRMICA:A Temperaturas Sin aplicacin de tensin mecnicaDilatacin y contraccin

FATIGA CON CORROSIN:Tensin y ataque qumicoReduccin del espesorAparicin de fisuras o picadurasCorrosin del interior Disminucin de la vida a la fatiga

ENSAYOS NO DESTRUCTIVOS-Definen la calidad intrnseca de un producto sin deteriorarlo.-Permiten la inspeccin del 100% de la produccin, y la obtencin de datos de todo el volumen de un producto o pieza.-Contribuyen a mantener un nivel de calidad uniforme en el producto y en la produccin.

Qu es la uniformidad?-Es una comprobacin de la calidad de lo fabricado. -Prestigio a la industria, seguridad al proyectista y confianza al usuario.-Es un ndice de calidad de las propiedades fsico-qumicas y tecnolgicas de la pieza.Qu otorga la uniformidad?

ENSAYOS POR LIQUIDOS PENETRANTES-Sirven para detectar grietas en la superficie de slidos no porosos.-Se utiliza un lquido que por capilaridad penetra en las posibles grietas de la pieza.-Aplicable a materiales no magnticos: aluminio, magnesio, acero inoxidable, cobres, bronces, latones y otras aleaciones y metales. Tambin cermicas vitrificadas, vidrio y plsticos.

Etapas bsicas del ensayo1. Limpieza y preparacin previas de la superficie.2. Penetracin del lquido.3. Eliminacin del exceso de lquido penetrante.4. Aplicacin del Revelador.5. Observacin.

Qu propiedades afectarn a la penetrabilidad de los lquidos?Viscosidad se recomiendan valores medios.Tensin superficial y poder humectante estn ligadas del tal forma que contra ms baja sea la primera ms alta ser la segunda.Volatilidad debe ser pequea.Inercia qumica Inerte y resistente a la corrosin con respecto a los materiales a inspeccionar.Toxicidad, olor, irritacin de la piel se prefiere que sean inocuos sacrificando algunas caractersticas.

Tipos de lquidos penetrantes-Penetrantes fluorescentes: incorporan en su composicin un pigmento fluorescente. Autoemulsionables: se eliminan con agua. Postemulsionables: se aplica un emulsificador.En medio acuoso: se usan en caso de riesgo de incendio.-Penetrantes coloreados: son disoluciones de pigmentos coloreados. Tienen la ventaja de que no se necesita una fuente luminosa especial para observarlos (luz visible).

PROCEDIMIENTO DE LIQUIDOS PENETRANTES

Limpieza de la zona a inspeccionar, con cepillo metlico o trapo hmedo en limpiador. Aplicacin del penetrante, mediante brocha o spray (bao para piezas grandes) Espera de unos 15-20 min. para que se produzca la penetracin.

Eliminacin del penetrante, mediante trapos hmedos en eliminador. Aplicacin del revelado.Espera de unos 15 min. hasta que el revelador haga efecto.Evaluacin del ensayo.

ENSAYOS POR PARTCULAS MAGNTICAS-Permiten detectar discontinuidades superficiales y subsuperficiales en materiales ferromagnticos. -Las distorsiones atraen a unos polvos procedentes de una suspensin vertida previamente, mostrando por acumulacin y de manera visual las grietas del material.

- Se aplica un campo magntico provocar la aparicin de distorsiones cuyo componente vectorial ser perpendicular al campo externo.

Ferromagnetismo-Este comportamiento de la materia se presenta en el hierro puro, cobalto, nquel y en aleaciones de estos metales entre s. Tambin tiene lugar en el gadolinio y en el disprosio.-Es una propiedad de la materia que surge cuando se aplica un campo magntico externo. Este provocar la alineacin de los dipolos magnticos del material ante ese campo externo (imanacin).-Los dipolos magnticos reciben el nombre de dominios en los materiales ferromagnticos.

Ilustracin de los dominios ferromagnticos

Curva de histresisDe 0 a A Imanacin.Cerca de A Pte 0 por la imanacin de saturacin.De A a B Reduccin del campo aplicado hasta un valor 0. (Histresis)Punto B Campo remanente (el sumatorio de los dominio en la pieza ya no es cero en ausencia de campo externo).

-Es a travs de la interpretacin del ciclo de histresis como se detectan tensiones internas, el contenido en carbono, el tratamiento trmico o la dureza para un conjunto de materiales.

Equipos basados en la distorsin magntica- Aparte de las partculas magnticas (polvos) para detectar las discontinuidades de manera visual, existen elementos automticos capaces de detectarlas tambin. Estos detectores son las sondas Foersted o Hall y la banda magntica (Magnetografa)-

PROCEDIMIENTO DE PARTICULAS MAGNETICAS

Limpieza de la zona a inspeccionar (eliminacin de grasas y xidos).Eleccin del tipo de partculas:Secas: hay que recogerlas y son mas caras (ensayo mas lento).Hmedas: negras o fluorescentes.Para partculas negras se da una laca de contraste.Magnetizar zona a inspeccionar.

Aplicar partculas. Inspeccionar con lmpara (negras luz blanca; fluorescentes luz negra).Evaluacin de indicaciones.Limpieza de la zona ensayada.

ENSAYOS POR CORRIENTES INDUCIDAS-Comprueban la calidad de los materiales en cuanto a la presencia y la magnitud de heterogeneidades y adems ofrecen informacin sobre la caracterizacin de los mismos. La caracterizacin es la comprobacin de su naturaleza, de su composicin y de su estado estructural. -Constituyen una prueba de uniformidad por su gran sensibilidad y por la aplicacin al 100% de la produccin.- Son en esencia una mejora del mtodo de las partculas magnticas por el registro automtico de las indicaciones, la velocidad del mismo y la seleccin rpida de piezas sin grietas.

Fundamento del ensayo-No existe contacto directo entre el equipo y la pieza objeto de estudio, por lo que no existe posibilidad de daar la pieza.

-El ensayo consta de dos solenoides, el primero de ellos es la bobina exterior (primaria) y el otra la interior (secundaria) que es el receptor de las variaciones de impedancia aparente debido a las caractersticas significativas de la muestra.-En vaco existe una diferencia de fase entre el primario y el secundario. Al explorar la muestra se produce un desplazamiento de la curva correspondiente al secundario y, en el caso de que la muestra presente grietas, se produce un nuevo desplazamiento.

-Aplicaciones de las corrientes inducidasDiscontinuidades o grietas Deteccin y determinacin de su magnitud.Naturaleza y estado de tratamiento de metales y aleaciones Comprobacin de la pureza de metales no aleados, identificacin y clasificacin de metales y aleaciones, identificacin y comprobacin del estado del tratamiento, de la dureza, determinacin de la profundidad y dureza de chapas.Determinacin de propiedades fsicas conductividad elctrica, permeabilidad magntica.Dimensiones medida de espesores.

RAYOS XNATURALEZA DE LOS RAYOS X

Radiacin electromagntica penetrante. Producida por la transicin de e- internos entre orbitales, desarrollando una aceleracin brusca de estos e-. 10nm-0,001nm( que la luz visible). energa y poder penetrante.

INTRUMENTAL

Partes del equipo:Tubo de rayos XCarcasa protectoraEnvoltura de cristalCtodoFilamento (mayor o menor)Copa de enfoqueSelectornodo (estacionario o rotativo)Punto focalBlandobaco de exposicinMonitorCables auxiliaresPelculaIndicador de imagen

Tipos de equipo:Equipo fijo

Equipo porttil

RAYOS NATURALEZA DE LOS RAYOS GAMMA

Radiacin producida por un ncleo excitado (radioactivo). que rayos X energa y poder penetrante.Emisin de partculas alfa y beta asociada a la radiacin .Poder penetrante: gamma > beta(-) > alfa(+)No poseen carga ni masa no hay cambio estructural.Emisin pura istopos (ismeros nucleares). Ej. Protactinio 234

INTRUMENTAL Y EQUIPO

Carcasa del equipo de rayos gammaTelemandoSoporte del telemandoGua flexible de salida de fuentePorta fuentesColimadorbaco de exposicinPelculaIndicador de calidad

PROCEDIMIENTO DE ENSAYO RAYO Y X Tipo de material.Tipo de probeta u zona a ensayar (unin soldada, tubo, chapa ).Espesor de zona a radiografiar.Tamao y calidad de pelcula.Indicadores de calidad de imagen. Distancia entre foco y pieza.Voltaje del equipo.Tiempo de exposicin.Revelado y calificacin de la radiografa.

UTILIZACIN

Fallos internos:Rayos X: espesores menores.Rayos : espesores mayores, zonas de difcil acceso.

ULTRASONIDOSNATURALEZA DE LOS ULTRASONIDOS

Vibraciones elsticas de frecuencia superior a 20000 Hz.El haz snico (ondas) posee una frecuencia entre 20 KHz a 20 MHz.Requieren un medio con partculas que oscile alrededor de su posicin de equilibrio.Tipos de ondas:Ondas longitudinalesOndas transversalesOndas Rayleigh

GENERACIN DE ONDAS ULTRASONICASMtodos:Cristales piezoelctricos (cristales entre electrodos metlicos oscilan por resonancia). Ej. CuarzoMateriales cermicos ferro elctricos (varilla ferromagntica sometida a dos campos). Ej. Sulfato de litio

Forma y caractersticas de haz:

TCNICAS DE ENSAYO

Mtodo por transmisin

Mtodo por reflexin o pulso-eco

Mtodo por resonanciaMtodo por ecos mltiples

INSTRUMENTAL Y EQUIPO

Equipo de ultrasonidosPalpadorCable de conexinReceptor (si se necesita)

PROCEDIMIENTO DE ENSAYO Tipo de material.Tipo de probeta u zona a ensayar (unin soldada, tubo, chapa ).Espesor de zona de ensayo.Eleccin del tipo de palpador (normales o angulares) y frecuencia a utilizar.Calibracin de equipo.Limpieza de zona de ensayo.Aplicacin del acoplante (colas, aceites).Realizacin de ensayo.Evaluacin de posibles indicaciones o defectos.

Modo de fallosMetodologa e identificacin de los diferentes modos de fallos:

Rotura dctilLos materiales sobrepasan el lmite elstico y se rompen

Rotura FrgilPropagacin rpida de una grieta sin deformacin plstica.

Fallo por fatigaTras varios ciclos de aplicacin de una tensin menor que la de rotura

Fallo por corrosin bajo tensinTensin no cclica en un ambiente corrosivo

Fallo por erosin lquidaCausado por un lquido produciendo una zona de picaduras

Fragilizacin por hidrgenoEL hidrgeno se encuentra entre el acero produciendo grietas imperceptibles

El anlisis de fallos del TitanicLa temperatura de transicin entre dctil y frgil era muchas ms alta que la que se encontraban en los actuales aceros (Ensayo de impacto Charpy)

El anlisis de fallos del TitanicLa seleccin del material fue un fracaso, pero probablemente era el mejor de la poca

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