INTRODUCCION A LA TECNICA DE EDDY CURRENT

Aplicaciones y alcances del método

- Detección de discontinuidades superficiales con aplicaciones limitadas para las sub superficiales (cercanas a la superficie).

• Corrosión en recubrimientos de aeronaves• Corrosión en remaches de fuselaje• Discontinuidades en orificios o agujeros• Discontinuidades en espesores de tubos y en soldaduras

- Determinación de cambios de los tratamientos térmicos (cambios en la conductividad eléctrica), dureza, etc.

- Medición de espesores de materiales no conductores

Comparación con otras técnicas

Generación de las corrientes Eddy, de Foucault o parásitas, en los materiales conductores

La técnica consiste en aplicar un campo magnético (primario), generado al hacer circular corriente alterna a través de una bobina. Cuando este campo es aproximado a un material conductor, inducirá corrientes eléctricas circulares (Ley de inducción de Faraday).

Estas corrientes circulares de Foucault crean, en el conductor, electroimanes con campos magnéticos (secundarios) que se oponen al efecto del campo magnético aplicado (primario) (Ley de Lenz). Principio de conservación de la energía.

Bs: campo magnético secundario opuesto al

primario

E (fuerza electromotriz)

Bp

Campos magnéticos aplicados más intensos, mayor la conductividad del material, mayor la velocidad relativa de movimiento entre el campo y el material conductor, o mayor velocidad relativa de movimiento de los electrones (campo alternado, frecuencia), entonces mayores serán las corrientes de Foucault y los campos opuestos generados.

A frecuencias cada vez mayoresla densidad absoluta de corrientes de Foucault en la superficie del material aumenta, aumentando el flujo del campo magnético secundario generándose un mayor blindaje a la penetración delmaterial (Skin-effect).

Principio de la aplicación de la técnica de Eddy Current sobre materiales

Se basa es someter al material a ensayar a un estado de energía adecuado donde ésta fluye en el material. Los defectos e irregularidades causan anomalías en el flujo de energía y éstas anomalías pueden ser detectadas de forma externa sin penetrar destructivamente en el material.

Corriente de excitación

Bp

Bs

Eddy current

Bobina de inducción: (forma adecuada y CA) Genera campo magnético (primario) que penetra en el material. Induce corrientes parásitas las que generan campo magnético opuesto al campo primario.

Al acercarse la bobina al material, el campo primario y campo opuesto interactúan, este último debilita al campo primario. Este efecto reduce la reactancia inductiva de la bobina a medida que aumentan las corrientes de Foucault.

Irregularidades (inclusiones, materiales diferentes al material base, TT, discontinuidad, corrosión, etc) obstruyen la circulación de las corrientes de Foucault disminuyendo su intensidad y aumentando la reactancia inductiva de la bobina (L0).

Esta es la base de la técnica

Bobina se desplaza sobre placa de metal a una distancia A constante. Cambios momentáneos se producen en la reactancia de la bobina y en la corriente que circula por ella al pasar sobre una grieta o defecto. Este cambio en la corriente es amplificado, se presenta en un instrumento (indicación digital o de aguja)

L0

A

Z

Ventajas- Con/sin contacto entre la bobina de inducción y material

(ej. Materiales conductores pintados)- Anomalías generadas en la circulación de las corrientes

se detectan por medios electrónicos.

Instrumentos simples no se utilizan en la práctica sólo, serían capaces de indicar defectos muy grandes. Instrumentos modernos son considerablemente más elaborados, veremos el principio de funcionamiento.

Influencia de la conductividad eléctrica del material sobre impedancia la bobina

Inicialmente consideramos una bobina ideal, sin resistencia óhmica (sin pérdidas por resistencia). σ conductividad eléctrica delmaterial.

Impedancia de la bobina en el plano complejo se muestra comofunción de la conductividad del material a ensayar a unaDistancia A constante (Lift off mínimo).

Material es un aislante (conductividad eléctrica 0): no se generan corrientes parásitas, reactancia inductiva (jωL0) sin cambios (punto P1).

Material conductividad eléctrica finita: se generarán corrientes parásitas y pérdidas óhmicas. Aumento de la componte óhmica, reducción simultánea de la componente inductiva. Aumento de la conductividad eléctrica: el punto de funcionamiento se desplaza de P1 a P2.

Conductividad eléctrica elevada (hipotéticamente infinito, superconductor): no habrá pérdidas óhmicas, la componente óhmica de la impedancia (Z) de la bobina desaparecerá. Flujo de las corrientes de Foucault elevados al igual que el campo que estas generan. Reducción considerable de la reactancia de la bobina (punto P3).

La conductividad tiene una influencia determinante en la impedancia de la bobina cuando está en la vecindad

de un material conductor

Influencia de la distancia (bobina-material) sobre la impedancia de la bobina

La distancia A entre la bobina y el material conductor también modifica la impedancia.

En la siguiente imagen se observan curvas con valores constantes de A (lift off).

El punto P1 bobina muy alejada, no hay inducción de corrientes, la impedancia de la bobina no se modifica.

Si A varía desde valores elevados, a través de valores finitos, hasta el valor 0 (que no se puede obtener en la práctica), las curvas de impedancia continuarán expandiéndose hasta el origen.

Con conductividad muy alta y A idealmente 0 no habrá componente óhmica en la impedancia, se tendrán corrientes elevadas. El acoplamiento de la bobina con el material será ideal y el campo de generación primario estará completamente cancelada por el campo secundario de las corrientes parásitas. Esto significa que la bobina tampoco tendrá ninguna reactancia, es decir, inductancia efectiva será 0.

También la distancia entre la bobina y material a ensayar tiene una influencia importante en la impedancia de la

bobina 

En la detección de defectos el objetivo no es medir la conductividad o la distancia A sino la influencia de los defectos del material sobre el impedancia de la bobina y por lo tanto la corriente que circula por ella.

Si la bobina pasa por una discontinuidad su impedancia cambia con un valor específico y con una determinada dirección del vector impedancia.

Si por otro lado el valor de la impedancia cambia debido a la distancia entre la bobina y la superficie, el vector cambia en otra dirección.

Este efecto es muy significativo. Mediante ayudas electrónicas se puede evaluar los efectos de un

defecto en referencia a otros efectos

Materiales con baja conductividad eléctrica se tornan difíciles de evaluar frente a materiales de alta conductividad eléctricaen cuanto al cambio de impedancia por presencia de discontinuidades.

Influencia de la frecuencia sobre la impedancia de la bobina.

Ambas ¨variables¨ ejercer la misma influencia sobre la impedancia. La impedancia reacciona a un aumento de la conductividad eléctrica del mismo modo que a un aumento de la frecuencia.

Del punto de vista práctico no se trabaja con la conductividad eléctrica sino con la frecuencia de prueba que puede ser calculada o bien determinada por medio del uso de patrones.

Consideraciones con materiales ferromagnéticos.

Permeabilidad magnética influye sobre el campo magnético de la bobina (concentrándolo) aumentando la reactancia inductiva de ella. Es decir es un campo mas fuerte que eclipsa el campo generado por las corriente de Eddy.

En la siguiente figura se ve este efecto

Sistema de bobina para inspección de elementos cilíndricos (throughput o encircling coil)

La influencia de la separación entre el material y la bobina (caso de la bobina de exploración) se corresponde con el grado de llenado (encircling coil).

Grado de llenado: relación entre la sección transversal de material de prueba respecto al de la bobina: factor de llenado bajo o de llenado alto

Bobinas (cabezales o probes)

Bobina Absoluto: una sola bobina se pone en contacto con el material a inspeccionar.

Bobina Diferencial: dos bobinas, una es la de excitación y otra la de medición son utilizadas. Pueden estar contenidas en un mismo cabezal o separadas.

Determinación de la profundidad (teórica) de las corrientes de Eddyδ = penetracion (mm)f = frecuencia (Hz)µ0= permeabilidad mag vacio (H/mm)µr= permeabilidad mag. relativaσ= Electrical Conductivity (% IACS o Siemens/m)

Conductividad eléctricaSu valor está referido o expresados en porcentaje de IACS (International Anneled Copper Standard)

Los equipos están calibrados en % IACS.

Por ejemplo para aleación de aluminio (30 a 40% IACS), dimensiones de fisuras entre 1,52 a 3,4 mm de largo y 0,48 mm a 2,48 mm de profundidad, se recomiendan frecuencias de inspección entre 100 y 500 kHz.

Mediciones de la conductividad eléctrica

Se ve influenciada por: tratamiento térmico, recubrimiento aplicado y geometría de la pieza. Las lecturas de conductividad están dadas en IACS y son equipos especiales para este propósito.Pueden presentar indicaciones calibradas (caso de la conductividad) o bien presentar un display mas flexible el cual se calibra

Tratamiento térmicoEn la siguiente gráfica se puede observa el cambio de la conductividad eléctrica de la aleación de aluminio 7075 por efecto de los diferentes tratamientos térmicos.

Para convertir IACSa m/Ω/mm2, dividir por 1,7241

Recubrimiento

Clad (recubrimiento conductor): es una técnica que afecta la medición de la conductividad eléctrica sobre el material base y esta relacionado con el espesor del clad. Se deben hacer ensayos si bien se tienen documentos de referencia.

Pinturas: gruesas capas de pintura afectan la relación entre el cabezal y la superficie a inspeccionar y por lo tanto la determinación de la conductividad eléctrica.

Geometría

La forma de las piezas, cambio en su configuración, afecta la distribución de las corrientes de Eddy, espesores y curvaturas son dos de las fuentes mas grandes de lecturas erróneas.