Particulas magneticas (1)

rea de Ingeniera Mecnica - Mantenimiento Industrial Partculas magnticas

Prctica VIII Hoja 1 de 101

1. FUNDAMENTOSEl ensayo por partculas magnticas es una combinacin de los mtodos de dos ensayos no destructivos: Ensayo de fuga de flujo magntico. Se sabe que, al acercar el extremo de un imn al de otro, dichos extremos se atraen unas veces y se repelen otras. Ello es consecuencia de que existen unas lneas de fuerzas magnticas, asociadas a cada imn, que interactan entre si. Estas lneas de fuerza magnticas son cerradas, por lo que existen tanto en los extremos (polos) del imn como en su interior. Cuando una lnea de fuerza magntica ubicada en el interior de un imn interacciona con una discontinuidad superficial o subsuperficial, se ver obligada a salir de interior del imn originndose, en la superficie donde se encuentra la discontinuidad, una fuga magntica. Ensayo visual. La fuga magntica citada puede asociarse a la existencia de un nuevo imn con dos nuevos polos, por lo que s se espolvorean limaduras de hierro donde existe la fuga magntica, las limaduras quedarn retenidas encima de la discontinuidad, formando una indicacin.

1.1 TEORA DEL MAGNETISMOExiste en la naturaleza un mineral, la magnetita, de frmula Fe2O3 que tiene la propiedad de crear a su alrededor un campo magntico. Si esta piedra imn, con cuyo nombre se la conoce vulgarmente, se pone en contacto con un trozo de hierro dulce, ste crea tambin, mientras dura el contacto, un campo magntico a su alrededor. Se dice que el hierro se ha convertido, por influencia, en un imn temporal. Si se ponen en contacto la magnetita y el acero, ste contina poseyendo propiedades magnticas despus de separarlo de ella. Se ha convertido por influencia, en un imn permanente. Las mismas propiedades que adquiere el hierro dulce al ponerlo en contacto con la magnetita, las alcanzan al ser dispuestos en el interior de un solenoide recorrido por una corriente. As, s se introduce una barra de hiero dulce dentro de una bobina o solenoide por la cual se hace pasar la corriente elctrica, la barra de hierro se convierte en imn mientras pasa la corriente, pero, tan pronto deja de pasar, el hierro pierde sus propiedades magnticas. Al conjunto barra de hierro dulce y bobina se le llama electroimn.

1.1.1 Principios fundamentalesEste mtodo de ensayo est basado en el principio de que las lneas de fuerza existentes en un objeto magnetizado (por ejemplo un imn) es localmente distorsionado por la presencia de una discontinuidad. Esta distorsin obliga a que parte de las lneas de fuerza magnticas salgan y vuelvan a entrar en el objeto que se ensaya, all donde se encuentra la discontinuidad. Este fenmeno se llama fuga de flujo magntico. Esta fuga de flujo es capaz de atraer partculas de material ferromagntico finamente dividido, el cual forma una lnea exterior o indicacin de la discontinuidad. Existe otro mtodo de ensayo que tambin se basa en principio de flujo magntico, llamado mtodo de fuga de flujo. Desde el punto de vista terico slo existe una diferencia entre el examen por fuga de flujo y el examen por partculas magnticas: el uso de partculas de hierro como sensor. En el



examen por fuga de flujo se emplean como sensores aparatos tales como: elementos Hall, magnetodiodos, sensores de bobina, etc. La situacin ideal a conseguir en el examen por partculas magnticas es aquella que nos da la mayor sensibilidad para las discontinuidades ms pequeas. Ello se consigue combinando adecuadamente aspectos tales como: fuerza del campo magntico aplicado, densidad de flujo en el objeto a ensayar, tamao de las partculas magnticas y su mtodo de aplicacin y condiciones ptimas de observacin visual, los cuales se estudiarn a lo largo de estos apuntes. 1.1.1.1 Efectos de la magnetizacin Para explicar el comportamiento de los imanes y de los electroimanes se parte de la base de que todos los cuerpos pueden considerarse constituidos por un gran nmero de imanes infinitamente pequeos, llamados dominios magnticos. Dichos imanes o dominios, estn desordenados, distribuidos al azar (Figura 1.a), normalmente paralelos a los ejes cristalinos del material, de tal forma que su resultante magntica total es nula. Un material capaz de ser magnetizado, al ser colocado cerca de un imn o de una corriente elctrica, orienta sus dominios magnticos ponindose de manifiesto la existencia de un imn total (Figura 1.b) El proceso a travs del cual regiones submicroscpicas de un material (dominios magnticos) se ordenan predominantemente en una direccin se llama magnetizacin. Una vez que todos los dominios han sido orientados, el material ferromagntico se ha convertido en un imn, con un polo norte y un polo sur.

Figura 1. Orientacin de Dominios Magnticos Con todos los dominios alineados, el material ferromagntico desarrolla una fuerza total, igual a la suma de la de todos los dominios. Las lneas de fuerza tienen una direccin definida. Salen por el polo norte, entran por el polo sur y continan su camino a travs del imn, desde el polo sur al polo norte.



1.1.1.2 Campos de aplicacin El ensayo por partculas magnticas es un mtodo de deteccin de discontinuidades superficiales y subsuperficiales en materiales magnetizables tales como el hierro, nquel, cobalto, etc. Puede aplicarse a materias primas tales como palanquillas, barras, perfiles; durante procesos de conformacin, mecanizado, tratamientos trmicos y electroerosin y en componentes terminados, para detectar discontinuidades relativas a materiales, procesos de fabricacin y al servicio. Los procedimientos de partculas magnticas no puedan emplearse en materiales no magnetizables, tales como el aluminio o el cobre. Uno de los objetivos del ensayo por partculas magnticas es la deteccin, lo antes posible, de discontinuidades dentro de las distintas secuencias de los procesos de fabricacin, ello permite que no se realicen trabajos sobre piezas que posteriormente seran rechazadas. Prcticamente todos los procesos, desde la produccin del metal hasta la ltima operacin de fabricacin, pueden introducir discontinuidades. El ensayo por partculas magnticas puede evidenciar muchas de estas discontinuidades, evitando que entren en servicio componentes con defectos. A pesar de que el ensayo por partculas magnticas puede realizarse durante y entre operaciones de elaboracin, generalmente se realiza un ensayo final para asegurar que el producto terminado no tiene discontinuidades perjudiciales. Aunque existen varias formas de clasificar las aplicaciones de los ensayos por partculas magnticas, el sistema de clasificacin ms extendido es aquel que considera el origen de las discontinuidades durante los procesos de fabricacin y durante el servicio. Esta clasificacin puede categorizarse como sigue: Produccin y elaboracin primaria. El ensayo se emplea para inspeccionar los estados de elaboracin de procesos desde que se cuela el caldo en lingoteras hasta la obtencin de formas fsicas de materiales tales como chapas, barras, tubos, forjas y fundiciones. Estos ensayos se emplean bsicamente para localizar discontinuidades inherentes (rechupes, inclusiones no metlicas, sopladuras, roturas en lingotes) y discontinuidades asociadas a procesos primarios (costuras, laminaciones, acoplamientos, roturas de enfriamiento, roturas internas, roturas de forja, pliegues de forja, uniones fras, rechupes y salpicaduras en fundiciones). Ensayos de fabricacin y elaboracin secundaria. Estos ensayos se emplean para inspeccionar el resultado de procesos tales como conformacin, mecanizado, soldadura, tratamientos trmicos, que transforman la materia prima en productos acabados. Estos ensayos pueden detectar discontinuidades tales como: falta de fusin y penetracin, grietas, crteres en soldaduras, arrastres de material, roturas debidas a tratamientos trmicos, grietas de amolado y de enderezado, roturas debidas a ataques qumicos. Ensayos en servicio: se emplean para detectar grietas de fatiga y de sobre tensin. El ensayo por partculas magnticas no se emplea para detectar corrosin, deformaciones o desgaste.

1.1.2 Clasificacin de los materiales por sus caractersticas magnticasTodos los materiales son afectados en algn grado por los campos magnticos. Este hecho es consecuencia de que los tomos disponen de ncleos con carga elctrica positiva los cuales estn envueltos por un campo o nube de electrones cargados negativamente. Los electrones estn en continuo



movimiento girando alrededor del ncleo. Cuando un material esta sujeto a un campo magntico la rbita del electrn es perturbada en alguna medida. El grado de distorsin (o el correspondiente cambio en las caractersticas magnticas) que sufre un material cuando esta sujeto a un campo magntico externo, da un medio de clasificacin de los materiales. Atendiendo al grado de distorsin y cambio de las caractersticas magnticas que sufren los materiales cuando estn sujetos a un campo magntico externo, los materiales se clasifican en tres grupos: diamagnticos, paramagnticos y ferromagnticos. Materiales diamagnticos El trmino diamagntico se refiere a una sustancia cuya permeabilidad magntica (ver punto 1.1.8) es ligeramente inferior a la del vaco, el cual tiene un valor de permeabilidad magntica igual a la unidad. Cuando un material diamagntico se somete a un campo magntico fuerte, su magnetismo inducido tiene una direccin opuesta a la del campo magntico externo.

Son elementos diamagnticos: el mercurio, oro, bismuto y zinc, por ejemplo. Materiales paramagnticos El paramagnetismo denota una sustancia cuya permeabilidad es ligeramente mayor que la del aire o uno. Cuando estos materiales son sometidos a un campo magntico fuerte, se produce una ligera alineacin del giro de los electrones en direccin del flujo magntico. Esta alineacin slo se mantiene mientras el material esta sometido a un campo magntico externo.

Son materiales paramagnticos: el aluminio, platino y cobre, entre otros. Materiales ferromagnticos Estos materiales estn constituidos por dominios magnticos. Cada dominio se convierte en un pequeo imn. Antes de aplicar un campo magntico fuerte, tales dominios estn distribuidos al azar y la componente magntica es nula (Figura 2.a). Al aplicar un campo magntico crecen los dominios que tienen la orientacin del campo, gracias al movimiento de las paredes existentes entre ellos (Figura 2.b) y, a continuacin, se produce la rotacin de las direcciones de magnetizacin, que tienden a orientarse en la direccin del campo externo (Figura 2.c).

Figura 2. Aplicacin de un campo magntico: a) Estado original del material. b) Crecimiento de los dominios. c) Rotacin de los dominios Son ferromagnticos, elementos como el hierro, nquel, cobalto y gadolinio, xidos como la magnetita, y algunas aleaciones como Heusler (30% de Mn y 70% de Cu) y Permalloy (22% Fe, 78% Ni).



1.1.3 Imanes permanentesUn imn permanente es un objeto que tiene la propiedad de retener durante un largo perodo de tiempo un campo magntico aplicado sobre l, despus que ste haya cesado. Los imanes permanentes se obtienen sometiendo una aleacin de formulacin especial, a un tratamiento trmico a la vez que est sometida a un campo magntico fuerte. Durante el proceso de tratamiento trmico, los dominios se alinean y permanecen alineados una vez se elimina el campo externo. Ejemplos de materiales magnticos permanentes son ciertas aleaciones de aluminio y cobalto (alnico); cobre, nquel y cobalto (nico); cobre, nquel y hierro (cunife); y cobalto y molibdeno (comal). Otro imn permanente, aunque de origen natural, es la Tierra misma, con Polos Norte y Sur ligeramente desplazados con relacin a su eje. Este desplazamiento conlleva una ligera desviacin entre el Polo Norte magntico y el Polo Norte terrestre. Como tal imn, la Tierra esta rodeada por lneas magnticas de fuerza, tal como se indica en la Figura 3. Estas lneas de fuerza dan origen al llamado campo terrestre y pueden causar problemas en la magnetizacin y desmagnetizacin de los objetos. El campo terrestre es dbil, del orden de 0,3 G (Gauss), o lo que es lo mismo, 3.10-5 T (Teslas). (Ver punto 1.2.2.4).

Figura 3. Campo magntico terrestre

1.1.4 Polos magnticosYa hemos visto que el imn natural llamado magnetita, atrae al hierro y al acero y acta sobre las agujas magnticas de manera parecida a como lo hace la corriente elctrica. Ahora bien, esta propiedad no es exclusiva de la magnetita, pues existen varios metales, en particular el hierro y el acero, que, al estar en contacto con la magnetita o colocado en las proximidades de la corriente elctrica, adquieren esas misma propiedades magnticas, en virtud de las cuales no slo atraen al hierro y al acero, sino que ellos mismos se atraen o se repelen entre s. Utilizando los materiales citados, se construyen los imanes artificiales: piezas metlicas alargadas o en forma de herradura, que poseen las antedichas propiedades magnticas. Si cogemos limaduras de hierro finamente divididas y las colocamos encima de una hoja de papel, debajo del cual se ha colocado previamente un imn, podremos observar que dichas limaduras se disponen alrededor de ciertas regiones y forman una figura especial, equivalente a la de la Figura 4, llamada espectro, compuesta de lneas denominadas lneas de fuerza. Segn puede deducirse del espectro, las partculas tienden a juntarse en determinadas zonas del imn, principalmente en los extremos. Esas zonas donde se juntan las lneas de fuerza se llaman polos



magnticos. Uno de ellos se denomina polo norte, y el otro, polo sur. Estos polos son atrados hacia los polos magnticos de la tierra.

Figura 4. Visualizacin de las lneas de fuerza de un imn

1.1.5 Fuerzas magnticasSi se acerca uno de los polos de un imn a los dos polos de otro imn o de una aguja imantada, notaremos que uno de estos es atrado y que el otro es repelido. Sucede, por tanto, que entre los polos de los imanes se ejercen fuerzas parecidas a las que actan entre las cargas elctricas. A tales fuerzas las denominamos fuerzas magnticas. La disposicin caracterstica, citada en el punto 1.1.4 muestra el campo magntico del imn entrando y saliendo por los extremos de los polos del imn e ilustra el trmino lnea de fuerza que se emplea para describir el flujo del campo magntico. Las lneas de fuerza tienen asignadas propiedades importantes tales como: Son lneas continuas y cerradas que nunca se rompen. No se cruzan unas con otras. Se les atribuye una direccin, salen del polo norte y, viajando a travs del espacio, entran por el polo sur donde entran dentro del imn y vuelven al polo norte a travs del imn. Su densidad decrece al aumentar la distancia entre los polos. Buscan el camino de menos resistencia o reluctancia magntica.

Cuando un imn se rompe en dos o ms trozos se forman nuevos polos magnticos. Los polos opuestos se atraen uno al otro, tal como se observa en la Figura 5.

Figura 5. Ilustracin de la formacin de nuevos polos magnticos originados al romper un imn Si el trozo central de la figura se gira de tal forma que los polos adyacentes sean iguales, las lneas de fuerza harn que los trozos de imn se repelan unos a otros. Si la parte central es lo suficientemente pequea, las lneas de fuerza podran causar su rotacin de modo que los polos distintos estaran nuevamente uno al lado del otro. Los polos distintos se atraen, mientras que los polos iguales se repelen.



1.1.6 Campos magnticosPor definicin se considera un campo magntico como que el espacio en las proximidades de un imn o cerca de un conductor, por el que circula una corriente elctrica, donde existen fuerzas magnticas. El estado de un campo magntico se manifiesta por dos efectos: la fuerza que ejerce sobre una carga elctrica mvil o sobre un polo magntico que se encuentren en el mismo y el poder imanador del campo sobre el medio material que le rodea. Cada uno de estos efectos se representa por un vector, es decir por una cantidad dotada de una magnitud y una direccin. La fuerza que ejerce el campo magntico se denomina induccin magntica o densidad de flujo, B, y es el nmero de lneas de fuerza magnticas que atraviesan perpendicularmente una superficie. El poder imanador se denomina intensidad de campo magntico, H. Tal como veremos en el punto 1.1.8 ambas magnitudes se relacionan a travs de un parmetro llamado permeabilidad magntica. Cuando a travs de un conductor de longitud L circula una corriente elctrica de intensidad I se genera un campo magntico de fuerza F y densidad de flujo B, siendo las direcciones de B, F, I las que define la regla de la mano izquierda (Figura 6).

Figura 6. Regla de la mano izquierda 1.1.6.1 Campos magnticos uniformes Son aquellos en que la magnitud de la induccin magntica, B, es la misma en todos los puntos y su sentido es tambin el mismo en todos ellos, para una misma direccin. Pueden ser estticos o variables. 1.1.6.2 Campos magnticos estticos Son aquellos en los que se mantiene constante la induccin magntica en magnitud, direccin y sentido en cualquiera de sus puntos a lo largo del tiempo. 1.1.6.3 Lneas de fuerza del campo magntico Las lneas de fuerza de un campo magntico son los lugares geomtricos de todos los puntos que tienen la misma induccin magntica. Estas lneas de fuerza coincidirn con la trayectoria que debera seguir una partcula cargada elctricamente para que el campo magntico no ejerza fuerza alguna sobre ella en todo su recorrido.



1.1.7 Tcnica de magnetizacinPara llevar a cabo un examen por partculas magnticas, debemos producir un campo magntico en la pieza objeto del examen, es decir, se debe magnetizar o imantar. La magnetizacin o imantacin en la pieza se puede llevar a cabo bien mediante imanes o bien mediante conductores en los cuales se hace pasar corriente elctrica. La magnetizacin M que creamos en un material magntico es directamente proporcional a la intensidad del campo magntico H externo empleado. Esta proporcionalidad viene dada por una constante llamada susceptibilidad magntica, Xm M= XmHex 1.1.7.1 Magnetizacin por imanes Tal como se ha indicado anteriormente, en un imn las lneas de fuerza magnticas que circulan por el exterior del mismo salen del polo norte y a travs del aire entran por su polo sur, Cuando situamos entre dichos polos un material ferromagntico, las lneas de fuerza citadas en vez de ubicarse en el aire se concentran en el material ferromagntico (Figura 7).

Figura 7. Imanacin de un objeto por medio de un imn Por tanto dicho material se habr magnetizado longitudinalmente, estando el campo magntico alineado con relacin a los dos polos de imn. Cualquier discontinuidad que cruce las lneas de fuerza, y que forme un ngulo comprendido entre 90 y 45, podr producir un campo de fuga de flujo magntico, el cual podr atraer las partculas magnticas y formar una indicacin. 1.1.7.2 Magnetizacin por corriente elctrica Cuando una corriente elctrica circula a travs de un conductor, como puede ser una barra de cobre o la misma pieza ferromagntica a ensayar, se genera un campo magntico. Al colocar sobre una mesa una pequea aguja imantada, dispuesta de manera que pueda girar en un plano horizontal (una brjula), s se sita un hilo conductor de la corriente en direccin paralela a la de la aguja, cuando se hace pasar por el conductor una corriente elctrica se puede observar que la aguja imantada gira y tiende a colocarse en direccin perpendicular a la de cable. S se cambia el sentido de la corriente conectando los extremos del conductor con el polo contrario al que antes estaba unido a ellos, el fenmeno se produce de manera anloga a como se realiz en el caso anterior, pero el giro de la aguja tiene sentido contrario.



Si se aumenta la intensidad de la corriente se observa que cuanto mayor es dicha intensidad, mayor es la desviacin de la aguja. As mismo, cuando una corriente elctrica recorre un solenoide, excita en su interior un campo magntico. Para medir cuantitativamente el valor de esta excitacin podemos tomar una aguja magntica, susceptible de girar alrededor de un eje vertical, y provista de un resorte antagonista, tal como se indica en la Figura 8.

Figura 8. Esquema de una bobina de prueba Ello es debido a que la corriente elctrica produce un fenmeno magntico, y que la magnitud y el sentido de l estn relacionados con la intensidad y sentido de la corriente. En funcin de la disposicin del conductor, rectilneo o formando una bobina, se crear un campo magntico circular o longitudinal. En funcin de la orientacin de la discontinuidad esperada, magnetizaremos el objeto a ensayar mediante un campo magntico circular o longitudinal.

1.1.7.2.1 Campo magntico generado por una corriente elctrica rectilneaUna corriente elctrica rectilnea crea un campo magntico circular como el indicado en la figura, cuyas lneas de induccin magntica rodean al hilo conductor (Figura 9).

Figura 9. Campo magntico creado por el paso de una corriente elctrica a travs de un conductor

1.1.7.2.2 Campo magntico generado por una espira circular o un solenoideUna espira circular o un solenoide, por el que pasa una corriente elctrica de intensidad l, genera un campo magntico como el indicado en la figura siguiente, en cuyo interior las lneas de induccin magntica tienen la direccin del eje (Figura 10).



Figura 10. Campo magntico generado por un solenoide

1.1.8 Permeabilidad magnticaUna de las propiedades ms importantes de los materiales magnticos es la permeabilidad. La permeabilidad es la facilidad con la cual un material se vuelve magntico. Ms especficamente, la permeabilidad se define como el cociente de la densidad de flujo o induccin magntica (numero de lneas de fuerza por unidad de superficie) y la intensidad del campo magnetizante (intensidad del campo magntico aplicada a un material para que este se magnetice).

=B/HEn la Figura 11 se refleja la relacin existente entre el campo magntico que se aplica a un material y la densidad de flujo magntico que aquel produce sobre el material.

Figura 11. Curva de imanacin H-B Un material sometido a un campo magntico tendr una densidad de flujo mayor cuanto mayor sea su permeabilidad. B = H La forma de este tipo de curvas depende, entre otros factores, de la permeabilidad del material. Cuanto ms permeable sea un material ms pendiente tendr la curva, es decir, que con igual intensidad de campo magntico, el material tendr una densidad de flujo mayor. Otros factores que afectan la forma de la curva son la condicin o estado de los materiales, microestructura, tamao de grano, composicin qumica, etc. Al aplicar un campo magntico sobre un material ferromagntico, hay un crecimiento reversible de los dominios magnticos (zona 1 de la curva). Sigue el crecimiento de forma irreversible al aumentar el campo (zona 2), debido a que comienzan a producirse rotaciones en las direcciones de intensidad del campo magntico exterior. En esta etapa el proceso de magnetizacin tiene variaciones sbitas y continuas. Por ltimo se produce la rotacin de los dominios para orientarse segn el campo. Cuando ya



todos los dominios estn orientados, la densidad de flujo magntico alcanza un valor constante, llamada densidad de flujo magntico de saturacin (punto Bs de la curva). Los hierros y los aceros suaves con bajo contenido de carbono son sumamente fciles de magnetizar y son altamente permeables. Estos materiales magnticos conducen fcilmente las lneas de fuerza o flujo. Los aceros duros, con alto contenido de carbono y la fundicin gris, son difciles de magnetizar y tienen baja permeabilidad. La permeabilidad magntica esta relacionada con la reluctancia de forma inversa, es decir un material con alta permeabilidad magntica tendr una reluctancia pequea y viceversa. La reluctancia se define como la resistencia del material a magnetizase bajo los efectos de un campo magntico. Las propiedades magnticas de un material tienen gran importancia debido al efecto que stas tienen en el comportamiento de los materiales cuando se hallan bajo el efecto de un campo magntico externo (es decir bajo una excitacin activa) o cuando el campo externo es desactivado (magnetismo residual).

1.1.9 Efectos diamagnticos, paramagnticos y ferromagnticosLas propiedades magnticas de los materiales estn definidas a travs de la interaccin de campos magnticos externos y el movimiento de cargas elctricas en los tomos de los materiales. Tal como se ha indicado anteriormente, dentro del material se producen campos magnticos a escala atmica consecuencia del movimiento de los electrones a travs de sus rbitas. Las rbitas que describen los electrones producen un circuito cerrado de corriente que tiene un momento magntico, m, perpendicular a la citada rbita, cuyo valor se define como el producto de la corriente y el rea asociada al circuito por donde circula la corriente.

m = I a 22 Donde I es la corriente equivalente y a es el rea de la rbita (circuito de corriente).Muchos de estos momentos magnticos o circuitos de corriente existen a nivel atmico y el volumen del material contiene por tanto una cierta densidad de momento magntico. Si existen N momentos magnticos por unidad de volumen y estos momentos estn alineados en la misma direccin, se genera una magnetizacin total M la cual viene dada por la expresin. Hin = M = Nm La densidad de flujo magntico de un material viene dada por: Bin =

M

Los trminos B, m y M son vectores, es decir tienen direcciones, lo que conlleva que solamente podr existir un campo magntico o una densidad de flujo neto en el caso que dichos vectores estn alineados de una forma tal que el vector resultante M exista. Si los momentos magnticos individuales m estn orientados al azar, como es el caso habitual, la magnetizacin M ser igual a cero. La magnetizacin M de un material es proporcional al campo magntico externo, a travs de una constante llamada susceptibilidad magntica Xm



M= XmHex La accin de un campo magntico externo en la materia origina un fenmeno en esta denominado imanacin o magnetizacin, debido a los momentos magnticos de los tomos cuando se orientan en la direccin del campo magntico externo. Esta orientacin origina una variacin de la induccin magntica en el medio material respecto a la induccin magntica en el vaco, siendo su valor en este medio: B=

o (Hex +

M)

Dada la relacin existente entre el campo magntico externo y la magnetizacin deducimos que: B= y podemos escribir:

o (1+Xm)Hex

= o (1+Xm)Esta ecuacin nos permite establecer un nuevo concepto, la permeabilidad magntica relativa r .

r = / o = 1+XmCuyo inters fundamental es su independencia del sistema de unidades empleado. Los valores de r y Xm para diversos materiales, son: MATERIALES Xm mr VACIO 0 1 PARAMAGNTICO 1>> Xm>0 >1 DIAMAGNTICO -11

Tal como se ha indicado anteriormente cuando se somete un material ferromagntico a la accin de un campo magntico externo, la densidad de flujo magntico en el material va incrementndose hasta que se alcanza un valor Bs de saturacin. Ello es debido a que los momentos magnticos atmicos estn alineados en ciertas direcciones dentro de pequeas regiones llamadas dominios magnticos, los cuales al estar bajo el efecto de un campo magntico externo, sufren un crecimiento o una disminucin de tamao en funcin de si estn o no, respectivamente, alineados con relacin al campo magntico externo. Al ir aumentado el campo magntico externo el nmero de dominios que se orientan en la misma direccin que el campo magntico aumenta. Una vez todos los dominios estn alineados aunque aumentemos la intensidad del campo magntico no se puede aumentar la magnetizacin neta. Si analizamos las posibles valores Xm y r que pueden presentar los materiales, segn sean paramagnticos: diamagnticos o ferromagnticos, se evidencia lo siguiente: Materiales ferromagnticos: al ser Xm y mr valores positivos y grandes dichos materiales, bajo la influencia de un campo magntico externo originan un campo magntico interno, consecuencia de la orientacin de sus dominios magnticos, que tiene el mismo sentido que el campo magntico exterior (mr>0), son fcilmente magnetizables (Xm >> 0) y las lneas de flujo magntico se ubicarn dentro del material.



Materiales paramagnticos: al tener valores de Xm muy prximos a cero implica que son poco susceptibles a la magnetizacin, por lo que las lneas de fuerza de un campo magntico exterior penetraran slo parcialmente dentro del material. Como los valores de mr son positivos, el campo interno que se genera en el material consecuencia de la orientacin de los dominios magnticos, tiene la misma direccin que el campo magntico exterior. Materiales diamagnticos: al tener valores de Xm y mr negativos y menores que la unidad, respectivamente, dichos materiales no sern magnetizables, es decir las lneas de fuerza de un campo magntico exterior no penetran en el material y la orientacin de sus dominios magnticos crean un campo magntico interno en sentido contrario al citado campo externo.

En la Figura 12 se observa que las lneas de fuerza de un imn penetran en el material paramagntico/ferromagntico (derecha), mientras que en un material diamagntico (izquierdo) las lneas de fuerza del imn no penetran en aquel.

Figura 12. Penetracin de lneas de fuerza en materiales diamagnticos paramagnticos y ferromagnticos

1.2 MAGNETIZACIN PRODUCIDA POR MEDIO DE CORRIENTES ELCTRICASCuando una corriente elctrica fluye a travs de un conductor, como una barra o hilo de cobre, se genera un campo magntico alrededor del conductor (Figura 13).

Figura 13. Campo Magntico La direccin de las lneas de fuerza magnticas es siempre de 90 grados con respecto a la direccin del flujo de corriente elctrica. Esta definicin corresponde la regla del sacacorchos de Maxwell: el sentido de las lneas de fuerza coincide con aquel en que ha de girar la cabeza de un sacacorchos, para que avance en la direccin de la corriente. Otra forma fcil para determinar la direccin del flujo magntico es imaginando que tomamos el conductor con nuestra mano derecha, con el pulgar extendido en la direccin de flujo de la corriente elctrica. El resto de dedos que sujetan el conductor nos muestra la direccin del flujo magntico. Esto se conoce como la regla de la mano derecha (Figura 14).



Figura 14. Regla de la mano derecha Cuando el conductor es recto o tiene una curvatura uniforme, la densidad de flujo o nmero de lneas de fuerza por unidad de rea es uniforme a lo largo del conductor y disminuye uniformemente cuando aumenta la distancia al conductor.

1.2.1 Campo magntico alrededor de un conductor rectilneo y campo producido por una bobina por la que pasa la corriente elctrica1.2.1.1 Magnetizacin circular (Conductor rectilneo) Dado que un objeto ferromagntico es de hecho un conductor, el flujo de corriente elctrica que atraviesa el objeto produce un campo magntico de la misma manera que el conductor de cobre citado anteriormente. Este campo magntico es conocido como campo magntico circular, ya que sus lneas de flujo magntico forman unas curvas cerradas alrededor del objeto (Figura 15).

Figura 15. Campo Magntico Circular Una caracterstica de los campos magnticos circulares es que las lneas de flujo magntico forman curvas cerradas, sin polos magnticos. Dado que las partculas magnticas slo son atradas donde existen lneas de flujo que entran y salen de la superficie del objeto, las discontinuidades slo aparecern en aquellos casos en que la discontinuidad atraviese las lneas de flujo. Por ello la acumulacin de partculas magnticas formar una indicacin localizada exactamente donde exista la discontinuidad. 1.2.1.2 Campo producido por una bobina (Magnetizacin longitudinal) La corriente elctrica puede emplearse para inducir campos magnticos longitudinales en materiales ferromagnticos. Cuando un conductor se dispone en forma de bobina y se hace pasar una corriente elctrica, se crea, alrededor de dicho conductor, un campo magntico orientado en direccin longitudinal (Figura 16).



Figura 16. Campo Magntico Longitudinal La aplicacin de la regla de la mano derecha muestra que el campo magntico en cualquier punto de la bobina es de direccin longitudinal. Cuando se coloca dentro de la bobina por la que circula una corriente elctrica un objeto ferromagntico, las lneas de flujo magntico se disponen en direccin longitudinal. Un objeto que ha sido magnetizado longitudinalmente se caracteriza por tener polos en sus extremos (Figura 17).

Figura 17. Magnetizacin por un solenoide Cuando un objeto magnetizado longitudinalmente contiene una discontinuidad transversal, se produce un campo de fuga que atrae las partculas magnticas y forman una indicacin (Figura 18).

Figura 18. Magnetizacin por una bobina 1.2.1.3 Magnetizacin multidireccional Cuando se ensaya un material para detectar discontinuidades orientadas en distintas direcciones, es una prctica habitual realizar dos ensayos, uno con magnetizacin longitudinal y otro con magnetizacin circular. Se aplican al objeto dos o ms campos en direcciones distintas y en sucesiones rpidas de forma secuencial.



Cuando esto se lleva a cabo, se forman indicaciones de partculas magnticas en funcin de la orientacin que presenten las discontinuidades con relacin a las direcciones de los campos. Estas indicaciones persisten mientras se mantienen las variaciones rpidas de la corriente elctrica.

1.2.2 Definiciones1.2.2.1 Direccin de campo magntico En un objeto magnetizado la direccin del campo magntico, dentro del objeto, est definida por el sentido sur-norte de los polos del objeto. El paso de una corriente elctrica a travs de un conductor ferromagntico origina un campo magntico el cual es perpendicular a la direccin del flujo elctrico y su direccin viene dada por la regla de sacacorchos o de la mano derecha. (Ver punto 1.2.1) 1.2.2.2 Intensidad de campo magntico Es la medida de la intensidad del campo magntico en un punto. Su unidad de medida es amperios/metro (S.I.) y Oersted. (c.g.s.) 1 amperio/metro

1,310 -2 Oersted o Gauss de induccin magntica.

1.2.2.3 Flujo magntico Es el nmero total de lneas de fuerza que existen en un circuito magntico o en un rea determinada. Un campo magntico esta formado por lneas de flujo. Inicialmente su unidad de medida era el maxwell siendo un maxwell una lnea de flujo. En el Sistema Internacional la unidad de medida es el weber (Wb), siendo 1 Wb = 108 lneas de flujo. 1 Wb = 108 maxwell = 108 lneas de flujo. 1.2.2.4 Densidad de flujo magntico Es el flujo magntico normal por unidad de superficie, es decir, es el nmero total de lneas de fuerza que pasan transversal mente una unidad de superficie. Inicialmente su unidad de medida era el Gauss, siendo 1 Gauss = Maxwell/cm2. Con posterioridad el Gauss, como unidad de densidad de flujo, se redefini, siendo actualmente la unidad medida en el Sistema Internacional el tesla (T). 1 tesla = Wb/m2 donde 1 Gauss = 10 -4 tesla y 1 lnea de flujo/pulgada2 = 0,15510-5 teslas. Un tesla corresponde a una densidad de flujo magntico tal que produce una fuerza de un Newton sobre una carga de un culombio que se mueve perpendicularmente al campo. 1.2.2.5 Campo magntico En un objeto magnetizado, el campo magntico es la zona del objeto as como el espacio que lo rodea en el cual existen fuerzas magnticas. Esto tambin es de aplicacin cuando se trata de un conductor por el que circula una corriente elctrica.



Un campo magntico esta constituido por lneas de flujo magntico o lneas de fuerza. La unidad de medida de la magnetizacin en el Sistema Internacional es amperio/metro.

1.2.3 Clculo de la intensidad de campo producida por una corriente a travs de un conductor o a travs de una bobina1.2.3.1 Intensidad del campo generado por una corriente rectilnea de gran longitud Una corriente elctrica rectilnea crea un campo magntico circular como el indicado en la Figura 9, cuyas lneas de induccin magntica rodean al hilo conductor. La densidad de flujo magntico a una distancia R del hilo conductor por el que pasa una corriente elctrica de intensidad I toma el valor:

B = o I / 2RSiendo igual a:

o

el coeficiente de permeabilidad del aire. La intensidad del campo magntico ser

H = I / 2R1.2.3.2 Intensidad de campo generado por una espira circular y un solenoide Cuando una corriente elctrica recorre un solenoide, excita en su interior un campo magntico. Para medir cuantitativamente el valor de esta excitacin se puede tomar una aguja magntica, susceptible de girar alrededor de un eje vertical y provista de un resorte antagonista, tal como se indica en la Figura 8. Una escala tomada arbitrariamente puede servir para medir las desviaciones de la aguja y por consiguiente, para comprobar excitaciones diversas. Se dice que dos solenoides producen la misma excitacin cuando la aguja anterior sufre la misma desviacin al colocarla sucesivamente en el interior de cada uno. Anlogamente, un solenoide crea una excitacin doble que otro cuando la aguja experimenta una excitacin doble. Mediante este aparato, se encuentra que la desviacin de la aguja es constante, mientras lo es el cociente NI/L, en el cual N representa el nmero total de espiras del solenoide, I la intensidad de la corriente que lo recorre y L su longitud. La intensidad de campo magntico que genera la bobina se determina a travs de la siguiente expresin: H = NI / L Donde H tiene carcter vectorial ya que si se invierte el sentido de la corriente, tambin lo hace el sentido de giro de la aguja del magnetoscopio. El sentido positivo de H es el mismo del campo magntico definido anteriormente; es decir, el sentido S-N dentro del solenoide. La densidad de flujo magntico viene dada por la expresin:

B = o NI / LSiendo N el nmero de espiras y L la longitud del solenoide



1.2.4 Relacin entre fuerza magnetizante, densidad de flujo y permeabilidadUn campo magntico ejerce una fuerza sobre una carga elctrica mvil o sobre un polo magntico que se encuentren en el mismo. Para definir completamente el estado magntico en un punto, es preciso introducir un nuevo vector B, llamado induccin magntica o densidad de flujo magntico, o bien por el vector H de intensidad de campo magntico. (Un vector es una cantidad dotada de una magnitud y una direccin). Ambas magnitudes, tal como se ha indicado anteriormente, se relacionan entre si por medio de la ecuacin: donde medio.

B = Hes una constante denominada permeabilidad magntica y que es caracterstica del

La magnitud B se introduce experimentalmente en la Fsica determinando el valor de la fuerza que experimentan diferentes cargas movindose de distintas maneras, bajo el efecto de un campo magntico, La relacin que se obtiene entre la densidad de flujo o induccin magntica y la citada fuerza es siguiente:

F = qvsen BDonde q es la carga elctrica en movimiento, v es la velocidad con que se desplaza a travs del campo magntico, el ngulo que forma el campo magntico y la trayectoria de la carga. Un campo magntico ejerce una fuerza sobre una carga elctrica en movimiento por lo que un conductor elctrico por el que circule una corriente elctrica tambin estar sometido a una fuerza magntica. Cuando un conductor de longitud L, a travs del cual circula una corriente elctrica de intensidad I, es sometido a la accin de un campo magntico, la corriente elctrica es desviada lateralmente con una fuerza proporcional a la intensidad magntica B, a la intensidad de corriente I y a la longitud L de corriente afectada por el campo. B= F/IL

1.2.5 Curva inicial, lazo de histresisS se coloca una pieza de acero sin magnetizar dentro de una bobina o solenoide, a travs de la que est circulando corriente alterna, se puede estudiar la relacin que existe entre la intensidad del campo magntico H, que aquella produce, y la densidad de flujo B. Dicha relacin no es lineal por lo que un cambio en la intensidad del campo magntico H producir un mayor o menor cambio en la densidad de flujo B. Cuando se aumenta la intensidad del campo magntico H, en pequeos incrementos y se mide la densidad de flujo B para cada intervalo, se puede representar grficamente la relacin existente entre H y B. Esta representacin grfica se conoce con el nombre de curva de histresis (Figura 19).



Figura 19. Curva de histresis completa La lnea punteada, que se inicia en el punto O y finaliza en el punto A, se conoce como la curva virgen para esta pieza de acero y muestra el punto de saturacin A del material o la mxima densidad de flujo que se puede obtener para dicha pieza. De la curva de histresis se pueden deducir muchas cosas, acerca de la pieza. A continuacin se analiza la curva por tramos: Partiendo del punto O, de la Figura 20, a lo largo de la lnea punteada, la densidad de flujo aumentar, segn vaya incrementndose la intensidad del campo magntico, hasta que se alcance un punto, a partir del cual cualquier aumento en la intensidad del campo magntico no incrementa la densidad de flujo. En este punto A el acero est saturado. Cuando la intensidad del campo magntico se reduce, la densidad de flujo decae lentamente y cuando la intensidad del campo magntico alcanza el valor cero, punto B de la curva, el material posee un valor de densidad de flujo determinado. La distancia entre los puntos O y B representa el magnetismo residual en la pieza. La capacidad de un material ferromagntico, para retener cierta cantidad de magnetismo residual, se conoce como retentividad.

Figura 20. Curva parcial de histresis Si la intensidad del campo magntico es invertida, como es el caso con corriente alterna y se incrementa gradualmente, en direccin inversa, la densidad de flujo se reduce a cero, en el punto C de la Figura 21. Con la densidad de flujo reducida a cero, en el punto C, se puede determinar la fuerza coercitiva de la pieza.



Figura 21. Curva parcial de histresis La fuerza coercitiva se define como la intensidad del campo magntico inverso requerido para eliminar el magnetismo residual en el material. Cuando la intensidad del campo magntico inverso se incrementa a partir del punto C, la densidad de flujo aumenta hacia el punto de saturacin, en direccin inversa, punto D de la Figura 22, El punto D, en la curva de histresis, es el punto de mxima saturacin, en la direccin inversa. En otras palabras, la pieza ha sido magnetizada, hasta su punto de mxima densidad de flujo, en la direccin inversa.

Figura 22. Curva parcial de histresis Al reducir nuevamente a cero la intensidad del campo magntico, punto E de la Figura 23 en la direccin inversa, tendremos magnetismo residual inverso, La distancia entre el punto G y E representa la retentividad o la capacidad del material para retener magnetismo residual.

Figura 23. Curva parcial de histresis Al incrementar la fuerza de magnetizacin en la direccin original, completamos el ciclo o curva de histresis, (Figura 24) y se establece un campo magntico residual en la direccin inversa, que cuando



sea necesario eliminarlo requerir la aplicacin de una intensidad de un campo magntico de magnitud F, igual al valor correspondiente a la fuerza coercitiva del material.

Figura 24. Curva de histresis completa Una pieza de un acero muy duro es difcil de magnetizar, pero retendr un campo magntico residual mayor, Si se trazara una curva de histresis para el caso de un acero muy duro, la distancia entre O y F sera mayor que para un acero blando, ya que la fuerza coercitiva sera ms fuerte, porque una pieza de acero muy duro retendr un campo magntico residual ms fuerte y la intensidad del campo magntico inverso requerido para eliminar el magnetismo residual tendr que ser mayor. La Figura 25 muestra una curva tpica de histresis, para piezas de acero muy duro.

Figura 25. Curva tpica de histresis de un acero duro Una curva de histresis ancha indica que el material es difcil de magnetizar, tendr alta reluctancia. Resumiendo, esta curva muestra que un acero duro tendr las siguientes caractersticas: BAJA PERMEABILIDAD: Difcil de magnetizar. ALTA RETENTIVIDAD: Retiene un campo magntico residual fuerte. ALTA FUERZA COERCITIVA: Requiere de una gran fuerza de magnetizacin inversa, para eliminar el magnetismo residual. ALTA RELUCT ANClA: Gran resistencia a la fuerza de magnetizacin. ALTA CANTIDAD DE MAGNETISMO RESIDUAL: Retiene un campo magntico residual mayor.

Una curva delgada de histresis muestra un material de poca retentividad. Ver Figura 26.



Figura 26. Curva tpica de histresis de un acero suave Este tipo de curva muestra las cualidades de materiales suaves, como el hierro, con un bajo contenido de carbono. La fuerza coercitiva es menor, debido a que el material retiene solamente un dbil campo magntico residual. Resumiendo, esta curva muestra que el hierro suave tendr las siguientes caractersticas: ALTA PERMEABILIDAD: Fcil de magnetizar. BAJA RETENTIVIDAD: Retiene un dbil campo magntico residual. BAJA FUERZA COERCITIVA: Requiere de una fuerza de magnetizacin inversa baja, para el residual. BAJA RELUCTANClA: Poca resistencia a la fuerza de magnetizacin. BAJA CANTIDAD DE MAGNETISMO RESIDUAL: Retiene un dbil campo magntico residual.

1.2.6 Temperatura de CurieSe define el punto de Curie, como aquella temperatura en la cual los materiales ferromagnticos no pueden ser magnetizados por fuerzas externas y en la cual pierden su magnetismo residual. Todos los materiales ferromagnticos que posean flujo magntico pueden desmagnetizarse calentndolos a una temperatura igualo superior a la del punto de Curie y dejndolo enfriar a temperatura ambiente. El cambio de material ferromagntico a paramagntico en el punto de Curie se invierte cuando se enfra el material y vuelve a ser ferromagntico, habindose perdido su magnetismo residual. La mayora de los metales presentan un punto de Curie comprendido entre 650 y 870 C.

1.2.7 Influencia del material en el campo magnticoEn el punto 1.1.9 se ha tratado la influencia de los campos magnticos sobre materiales, segn sean ferromagnticos, paramagnticos y diamagnticos, a partir de sus correspondientes valores de mr' (permeabilidad magntica relativa) y Xm (susceptibilidad magntica). En este punto se expondr como se distribuye el campo magntico generado por distintos tipos de corriente elctrica, al pasar por un conductor ferromagntico y no ferromagntico.



1.2.7.1 Distribucin del campo magntico producido por paso de corriente continua a travs de un conductor no ferromagntico, macizo La distribucin del campo en el interior de un conductor no ferromagntico, tal como una barra de cobre cuando pasa una corriente continua es distinta a la distribucin exterior a la barra, (Figura 27).

Figura 27. Corriente continua y conductor no ferromagntico En cualquier punto interior de la barra, el campo magntico es debido slo a la fuente de corriente que fluye en el metal entre este punto y el centro de la barra; es decir, a travs de un cilindro cuyo radio sea la distancia del centro de la barra al punto en cuestin. En consecuencia, el campo aumenta linealmente desde cero hasta un mximo en la superficie. Fuera del conductor, el campo decrece segn la curva mostrada en la Figura 27, como si la corriente estuviera concentrada en el centro de la barra, de manera que si R es el radio de la misma y el campo de la superficie es H, el campo a una distancia 2R del centro ser H/2; a 3R, H/3, etc. 1.2.7.2 Distribucin del campo magntico producido por paso de corriente continua a travs de un conductor ferromagntico, macizo Si el conductor es de acero u otro material ferromagntico se tendr la misma distribucin del campo magntico, pero la fuerza del campo ser mucho mayor (comparar la Figura 27 con la Figura 28). Si el dimetro del conductor es el mismo, el campo en su centro ser tambin nulo, pero en la superficie ser m H, siendo m la permeabilidad magntica del material, pudiendo llegar a valer 1.000 2.000 veces el campo de un conductor no magntico. Sin embargo, justo fuera de la superficie, la fuerza del campo baja exactamente al mismo valor que para un conductor no ferromagntico y el campo en el exterior presenta la misma curva de distribucin.

Figura 28. Corriente continua y conductor ferromagntico



1.2.7.3 Distribucin del campo magntico producido por paso de corriente alterna a travs de un conductor ferromagntico, macizo En los casos anteriores se ha supuesto el paso de corriente continua (c. c.) a travs del conductor. Si la corriente es alterna (c.a.), es sabido que tender a concentrarse en la superficie del conductor y esta tendencia ser ms pronunciada cuanto mayor sea la frecuencia de la corriente. A las frecuencias usuales (50 ciclos) esta tendencia es apreciable, especialmente en materiales ferromagnticos. Por consiguiente, si la densidad de corriente es mayor en los campos externos del conductor, la densidad del campo ser pues mayor en estas zonas (Figura 29).

Figura 29. Corriente alterna y conductor ferromagntico

1.2.8 Medicin de la intensidad del campo magnticoTal como se ha indicado en el punto 1.2.3.2, en una bobina de prueba como la indicada en la Figura 8, la intensidad del campo magntico que genera se determina a travs de la expresin: H = NI / L Si se acta sobre la resistencia variable R del solenoide, se modifica el valor de la intensidad de la corriente que lo recorre, con ello se observa que las desviaciones de la aguja son proporcionales a dicha intensidad. Por tanto existe proporcionalidad entre las desviaciones y la excitacin correspondiente. La escala que se haba graduado arbitrariamente, puede ya hacerse en amperiosvuelta/metro y se puede ahora utilizar el aparato, al que puede llamarse magnetmetro, para medir directamente cualquier excitacin magntica. Para hallar el valor de la excitacin en cualquier punto de un campo magntico, se puede proceder de dos maneras. Una es utilizar el magnetmetro y determinar el valor de la desviacin de la aguja. Otra es mediante un pequeo solenoide, recorrido por una corriente, cuya direccin e intensidad sea tal, que anule el campo magntico existente en el punto considerando. El correspondiente valor de NI/L de este solenoide, cambiado de signo, suministra el valor de la excitacin magntica en dicho punto.



1.3 CAMPO MAGNTICO DE FUGA 1.3.1 Campo de fuga1.3.1.1 Origen Tal como se indic en el punto 1.1.3, todos los imanes tienen las lneas de fuerza magnticas que fluyen por su interior desde el polo sur hacia el polo norte. La fuerza con que un imn atrae a otros materiales magnetizables hacia los polos magnticos, es conocida como flujo magntico. El flujo magntico est formado por todas las lneas de fuerza. Consideremos la naturaleza de las lneas de fuerza en imanes, de formas diferentes. El imn ms comn es el imn de herradura. En el imn de herradura, el flujo magntico o las lneas de fuerza entrarn o abandonarn el imn por los polos (Figura 30). El imn de herradura atraer otros materiales magnetizables solamente donde las lneas de fuerza salgan o entren al imn. Si el imn de herradura lo cerramos, formando casi un crculo, (Figura 31), ste se comporta de manera idntica al imn de herradura. Si, en vez de tener un imn circular abierto, tenemos un imn circular cerrado, las lneas de fuerza o flujo estn contenidas completamente dentro del crculo, ya que no existen polos, y por lo tanto este imn no atrae a otros materiales ferromagnticos.

Figura 30. Imn de herradura

Figura 31. Imn circular abierto



Supongamos que el imn circular completo tiene una grieta en la superficie exterior. Una grieta en el imn interrumpe el flujo uniforme de las lneas de fuerza, algunas de las cuales se vern forzadas a salir del imn. stas crean un campo magntico, con un polo norte y un polo sur. Las lneas de fuerza, que se ven forzadas a salir del imn como resultado de una grieta, se conocen como fugas de flujo. Por lo tanto, si se espolvorean partculas magnticas sobre el citado imn, stas seran atradas por los polos creados por la grieta, dndonos una indicacin, por el amontonamiento de partculas en la zona del defecto. Si ahora enderezamos el imn de herradura, tendramos un imn de barra. El imn de barra tiene las mismas caractersticas que el imn de herradura. Las lneas de fuerza o flujo fluyen del polo sur hacia el polo norte. Las partculas magnticas sern atradas hacia los polos, nicamente donde las lneas de fuerza o flujo abandonan o entran al imn. Una grieta en el imn de barra causara, tambin, fugas de flujo. Las lneas de fuerza en el fondo de la grieta tienden a seguir la lnea de menor resistencia y permanecen en el imn. Las lneas de fuerza que pasan a travs de rea de la grieta tienden a ser forzadas hacia la superficie. Algunas de estas lneas de fuerza saltan por encima de la grieta. Aquellas lneas de fuerza que saltan por encima y a travs de la grieta, causan fugas de flujo y forman sus polos norte y sur donde se ha originado la grieta (Figura 32).

Figura 32. Fugas de flujo magntico originadas por una discontinuidad en un imn longitudinal Si ahora consideramos un imn de barra, con un corte en el centro (Figura 33), tambin tendramos fugas de flujo.

Figura 33. Fugas de flujo magntico originadas por un chavetero en una pieza magnetizada longitudinalmente grieta. El imn con el corte en el centro se comporta de la misma forma que el imn de barra con la En cualquier imn, los materiales como el hierro y el acero sern atrados hacia los polos. Si ahora observamos un imn con una irregularidad superficial, tal como una superficie ondulada, en la zona de la superficie irregular ondulada las lneas de fuerza permanecen dentro del imn. Las lneas de fuerza tienden a seguir la trayectoria de menor resistencia, las cuales permanecen dentro del imn. Como resultado, no se crean polos magnticos, ni fugas de flujo (Figura 34).



Figura 34. Lneas de fuerza en un material con cambio de seccin Supongamos que tenemos otro imn, al que le hemos practicado una entalla inferior. Dicha entalla crea nuevos polos que distorsionan las lneas de flujo magntico internas. Si la entalla est lo suficientemente prxima a la superficie opuesta del imn, las lneas de flujo magntico que circulan por la entalla y por encima de ella pueden verse distorsionadas por la misma, obligando a que las lneas de flujo salgan al exterior por la cara opuesta a la entalla (Figura 35).

Figura 35. Lneas de fuga de flujo magntico, producidas por una entalla Lo anterior es extrapolable a discontinuidades subsuperficiales. Por ello, el mtodo de ensayo por partculas magnticas tambin permite detectar discontinuidades que, an no siendo superficiales, estn prximas a la superficie. 1.3.1.2 Aspectos tcnicos del campo de fuga en las discontinuidades Tal como ya se ha indicado anteriormente las lneas de flujo magntico que se ven obligadas a salir y a entrar en un material magnetizado, como consecuencia de la existencia de discontinuidades, son capaces de atraer partculas magnticas y evidenciar as la existencia de dichas discontinuidades.

1.3.1.2.1 Distorsin de las lneas de flujoLa distorsin que producen las discontinuidades en las lneas de flujo y que a su vez originan o pueden originar un flujo magntico de fuga y por lo tanto indicaciones, depende de factores tales como: El nmero de lneas de flujo magntico que se ven afectados por la discontinuidad. La densidad de flujo magntico del material. La profundidad de la discontinuidad. La anchura de la discontinuidad (separacin de polos). Que la discontinuidad sea superficial o subsuperfical. La profundidad a la que se halle la discontinuidad (para discontinuidades subsuperficales). La orientacin de la discontinuidad (Figura 36).

La discontinuidad con orientacin a producir una acumulacin mayor de partculas magnticas que la que tiene la orientacin b, mientras que la orientacin c no producir ninguna indicacin ya que no se producen lneas de fugas.



1.3.1.2.2 Curvatura del campo de fuga de flujo magnticoCon relacin a la ubicacin de una discontinuidad, superficial o subsuperficial, se debe tener presente que las discontinuidades estrechas y abiertas a la superficie producen un campo de fuga de flujo magntico altamente curvado, mientras que en las discontinuidades subsuperficiales dicho campo de fuga ser menos curvado. Cuando mayor sea el curvado del campo de fuga mayor es la habilidad de las partculas magnticas para fijarse en la discontinuidad. Por ello, la deteccin de discontinuidades superficiales por el ensayo de partculas magnticas podr llevarse a cabo con intensidades de campo menores que en el caso de que se trate de discontinuidades subsuperficiales.

Figura 36. Flujo de campos de fuga producidos por diferentes orientaciones de una discontinuidad Asimismo y en funcin de la retentividad del material y del grado de curvatura del campo de fuga que originan las discontinuidades, el ensayo de partculas magnticas podra llevarse a cabo con el magnetismo residual de la pieza.

1.3.1.2.3 Efecto de la sobremagnetizacinEn el ensayo de partculas magnticas es importante alcanzar una intensidad de campo y una densidad de flujo adecuados dentro del objeto, que produzcan un campo de fuga de flujo magntico suficiente para atrapar las partculas magnticas en las discontinuidades. Si producimos una excesiva magnetizacin las partculas magnticas tambin se acumularn en zonas donde existan fugas de flujo no producidas por discontinuidades. Cuando esto ocurre se formarn falsas indicaciones (ver punto 2.2.3), y se dice que el objeto est sobremagnetizado. En algunos casos puede no ser posible distinguir entre falsas indicaciones e indicaciones producidas por discontinuidades. Cuando se sospeche que esto sucede, puede ser conveniente verificar el resultado del ensayo con otro mtodo no destructivo. Las falsas indicaciones pueden originarse como consecuencia de cambios locales de permeabilidad debidos a tensiones locales (ver punto 2.2.3). Una posible solucin a la excesiva magnetizacin podra ser magnetizar la superficie de la pieza nicamente. Esto puede conseguirse empleando corriente alterna y su correspondiente efecto de superficie (skin).



1.3.1.2.4 Relacin entre el campo de fuga de flujo magntico y la atraccin que ste produce sobre las partculas magnticasLa habilidad de los campos de fuga para atraer las partculas magnticas depende, adems de factores tales como los citados en el punto 1.3.1.2.1, de: La fuerza magntica existente entre el campo de fuga de flujo magntico y las partculas magnticas. Las fuerzas gravitatorias, que pueden actuar empujando las partculas magnticas dentro o fuera de la discontinuidad. Para el mtodo de partculas magnticas hmedas, intervienen tambin las fuerzas de tensin superficial existente entre la superficie del objeto y el del medio que contiene las partculas magnticas.

Algunas de estas fuerzas dependen de la orientacin de la discontinuidad, el campo gravitacional terrestre, la forma, tamao y permeabilidad de las partculas magnticas y del medio que contienen las mismas.



2. CREACIN DE CAMPOS MAGNTICOSTal como se ha indicado anteriormente, en el ensayo de partculas magnticas se debe magnetizar la pieza a ensayar. Esta magnetizacin se puede llevar a cabo mediante el empleo de imanes o de corriente elctrica. En esta parte nos centraremos en la creacin de campos magnticos originados por el paso de corriente elctrica a travs de un conductor.

2.1 TIPOS DE CORRIENTE DE MAGNETIZACINUna corriente elctrica es un flujo de carga elctrica que circula por un conductor. Su intensidad se mide en Amperios. En un inicio se crea que la mejor opcin para llevar a cabo un ensayo por partculas magnticas era empleando, como corriente de magnetizacin, corriente continua suministrada por bateras elctricas.

2.1.1 Corriente continuaLa corriente continua consiste en un flujo de cargas elctricas cuya intensidad no varia con el tiempo. Es decir su intensidad se mantiene constante (Figura 37).

Figura 37. Intensidad de una corriente elctrica continua A medida que los conocimientos de los procesos de partculas magnticas iban aumentando, se dispuso de otros tipos de corrientes magnetizantes: corriente alterna, corriente alterna rectificada (continua de media onda y corriente continua de onda completa)

2.1.2 Corriente alternaLa corriente alterna consiste en un flujo de cargas elctricas cuya intensidad varia de forma peridica con el tiempo. Esta variacin de intensidad tiene, tal como puede observarse en la figura, una forma sinusoidal (Figura 38).

Figura 38. Corriente Alterna



Si analizamos la figura se aprecia que la intensidad de corriente va aumentando desde cero a un valor mximo positivo, a partir del cual dicho valor disminuye hasta alcanzar el valor de cero. Llegado a este punto, la direccin de la corriente elctrica se invierte y alcanza un valor negativo mnimo a partir del cual la intensidad aumenta hasta alcanzar otra vez el valor de cero. El tiempo que transcurre en el proceso citado se llama ciclo, definindose un Hercio (Hz) como un ciclo por segundo. En los pases europeos la corriente alterna se invierte 50 veces por segundo, es decir en un segundo la corriente describe 50 ciclos o lo que es lo mismo tiene una frecuencia de inversin de 50 Hz. En Estados Unidos y otros pases afines, la corriente alterna tiene una frecuencia de 60 Hz. .

2.1.3 Corriente rectificadaLa rectificacin de una corriente alterna consiste en la obtencin de una corriente elctrica unidireccional sin modificar, de forma intencionada, las crestas de sus ondas. Si se hace pasar una corriente alterna a travs de un rectificador simple, se consigue cortar o bloquear el flujo de corriente negativo. Ello conducir a la obtencin de un tipo de corriente pulsante, cuyos pulsos se inician en cero, alcanzan un valor positivo mximo, y disminuyen hasta alcanzar un valor cero, el cual se mantiene hasta que se inicia el siguiente ciclo. Este tipo de corriente elctrica se denomina corriente continua rectificada de media onda o corriente continua de media onda (Figura 39).

Figura 39. Corriente continua rectificada de media onda Si se hace pasar una corriente alterna a travs de un rectificador que en vez de eliminar el flujo de corriente negativa lo invierta, se obtendr una corriente elctrica a la que se le habr duplicado el nmero de pulsos positivos. Este tipo de corriente elctrica se denomina corriente continua rectificada de onda completa (Figura 40).

Figura 40. Corriente continua rectificada de onda completa Existen otros tipos de corriente alterna como la corriente trifsica, la corriente continua trifsica rectificada, etc., las cuales quedan fuera del alcance de este punto. Para todos los propsitos prcticos, la corriente alterna (c.a.) se usa para detectar los defectos superficiales, mientras que la corriente rectificada o corriente continua se usa cuando el defecto est probablemente bajo la superficie. La capacidad para detectar defectos subsuperficiales y el lmite de la profundidad es un concepto subjetivo. Depende de muchos factores, as como de las condiciones de ensayo. Defectos descubiertos



en laboratorio, o en una pieza ideal, pueden no ser detectados por un inspector de soldaduras trabajando en condiciones adversas, en un foso, en campo o en invierno, por ejemplo. El tamao y la orientacin del defecto subsuperficial pueden tambin tener un gran efecto, debido a que las fugas de flujo sobre la superficie se presentarn como una indicacin poco definida. Este puede no ser fcilmente detectado si existe, con relacin al fondo de la pieza (superficie), poco contraste.

2.1.4 Corriente pulsanteLa corriente pulsante consiste en un tren de pulsos elctricos a intervalos predeterminados. Los pulsos elctricos se inician en cero, alcanzan un valor positivo mximo y disminuyen hasta alcanzar un valor cero, el cual se mantiene hasta que se inicia el siguiente ciclo (Figura 41).

Figura 41. Corriente pulsante Un tipo de corriente pulsante es la corriente rectificada de media onda (ver punto 2.1.3).

2.1.5 Corriente instantneaLa corriente instantnea es un tipo de corriente la cual se forma y se almacena hasta que se consigue un valor de intensidad de corriente determinado. Ello se consigue con el uso de condensadores. Slo a partir de un valor fijado se produce la descarga de los condensadores los cuales dan paso a la totalidad de la corriente almacenada. Normalmente en el ensayo por partculas magnticas el valor de la intensidad de la corriente instantnea se determina para conseguir que el objeto a examinar quede magnticamente saturado.

2.1.6 Diferencia entre corriente continua y alterna: caractersticas y aspectos tcnicosCuando se magnetiza un objeto o material con corriente continua, esta se distribuye uniformemente a travs de su seccin. El campo magntico creado, as como, su densidad de flujo son mximos en la superficie exterior y cero en el eje central del objeto. Por el contrario, la magnetizacin de un objeto o material con corriente alterna crea un campo magntico el cual se sita en las proximidades de la superficie exterior. Ello es consecuencia del efecto piel (skin effect). Dicho fenmeno se describe en el punto 2.1.7. Esta diferencia de comportamiento entre ambos tipos de corrientes conllevar, a la hora de realizar un examen por el mtodo de partculas magnticas, la existencia de ventajas y desventajas. 2.1.6.1 Corriente continua (c. c.) Suele emplearse en la deteccin de defectos subsuperficiales, generalmente utilizando bateras. El tipo de corriente es constante y corresponde a la medida del ampermetro. a) Ventajas: Detecta defectos subsuperficiales. No precisa de medios de suministro elctrico.



b) Desventajas: El peso de las bateras. Vida limitada de la batera cuando se deben emplear altas intensidades de corriente. No se realza la discontinuidad debido a que las partculas magnticas no estn sometidas a vibracin.

2.1.6.2 Corriente alterna (c. a.) Producida como una onda de forma sinusoidal con valores de corriente positivos y negativos. Debido al efecto piel, consecuencia del efecto inductivo originado a raz de la inversin de la corriente, el flujo magntico se concentra en la superficie del objeto, solamente se usa en la deteccin de discontinuidades superficiales. a) Ventajas: La corriente para los valores requeridos puede ser normalmente suministrada a travs de las fuentes de suministro elctrico industrial. Las mquinas de corriente alterna son relativamente baratas y simples. Debido a la fluctuacin de la corriente, la partcula magntica vibrar y emigrar rpidamente hacia las fugas de flujo. Esto hace que las indicaciones de la discontinuidad se definan con facilidad. Los campos magnticos producidos son ms fciles de eliminar durante los procesos de desmagnetizacin. Solamente detecta con exactitud discontinuidades superficiales. Algunas especificaciones no permiten el empleo de corriente alterna en el ensayo de componentes con recubrimiento, si este supera el espesor determinado. La densidad de flujo del objeto a ensayar puede no tener su valor de pico (mximo), dependiendo de donde se encuentre el ciclo de magnetizacin cuando se cierra el paso de corriente magnetizante.

b) Desventajas:

Un ampermetro que indique corriente alterna generalmente mide el valor eficaz. Por ello, para calcular el valor de pico de corriente, la lectura del ampermetro debe multiplicarse por 1,414.

2 , es decir por

2.1.7 Efecto pielCuando se emplea corriente alterna como corriente magnetizante, se produce un fenmeno llamando efecto piel, por el cual la magnetizacin se localiza cerca de la superficie del objeto que se magnetiza. Cuanto mayor es la frecuencia de la corriente magnetizante empleada, ms se acenta el efecto piel, es decir, la magnetizacin producida es ms superficial. Al concentrarse el flujo magntico en la superficie del objeto el empleo de corriente alterna, como corriente de magnetizacin, se limitar a la deteccin de discontinuidades superficiales, Adems, en



funcin de las normas y cdigos aplicables, no se permitir el uso de corriente alterna en la inspeccin de objetos/materiales que tengan un espesor de recubrimiento superior a 0,08 milmetros.

2.2 TCNICAS DE MAGNETIZACINLa magnetizacin de la pieza, es la primera fase del ensayo por partculas magnticas y tiene por objeto sumergir la pieza en el seno de un campo magntico de intensidad y direccin conocidas. En funcin de la orientacin esperada de las discontinuidades que se pretendan detectar a travs del ensayo de partculas magnticas, se deber escoger una direccin de magnetizacin adecuada, con objeto de que la orientacin de la discontinuidad forme un ngulo comprendido entre 45 y 90 con relacin a la direccin de las lneas de flujo magntico. (Ver Figura 17).

2.2.1 Magnetizacin circular, magnetizacin longitudinalYa se ha indicado en puntos anteriores que los imanes permanentes y las bobinas, a travs de las cuales circula una corriente elctrica, crean un campo magntico longitudinal, mientras que el paso de corriente a travs de un conductor rectilneo genera un campo magntico circular. La magnetizacin por conductor central y la magnetizacin directa son tcnicas que se basan en el principio de que un conductor rectilneo genera un campo magntico circular. 2.2.1.1 Magnetizacin directa (circulacin de corriente a travs de la pieza) Por esta tcnica, la magnetizacin se obtiene mediante el paso de corriente a travs de la longitud de la pieza a examinar. sta produce un campo magntico circular que es perpendicular a la direccin del flujo de corriente en la pieza. Cuando fluye una corriente elctrica a travs de un material ferromagntico, el campo magntico se establece dentro del material. Las lneas de fuerza permanecen dentro de l, porque es permeable y conduce fcilmente las lneas de fuerza. Tambin en este caso el campo magntico se encuentra a 90 con respecto a la direccin del flujo de corriente. A continuacin se representa, esquemticamente un ejemplo tpico de magnetizacin directa (Figura 42).

Figura 42. Magnetizacin directa de un anillo



2.2.1.2 Magnetizacin por conductor central Cuando circula electricidad a travs de un conductor elctrico, como puede ser una barra de cobre, se establece un campo magntico alrededor de l. En la prctica, se utiliza este principio al poner una barra de cobre entre los cabezales, o al colocar el propio cable conductor por el interior de la pieza, con simple vuelta o varias. El conductor central se utiliza para establecer un campo magntico en objetos cilndricos, como pueden ser tuberas y pequeos cilindros huecos. Este mtodo es ms efectivo que la magnetizacin con bobina, porque el campo magntico es mximo en la superficie del conductor central. El campo magntico alrededor del conductor central crea un campo magntico circular, dentro de la pieza. Debido a que la densidad de flujo es mxima en la superficie del conductor central, el campo magntico inducido en la pieza ser el mximo. Utilizando el conductor central, se establecer el flujo magntico en las superficies internas y externas de la pieza. La densidad del flujo es mxima en la superficie interna y, dependiendo del espesor de la pared, algo menor en la superficie externa (Figura 43).

Figura 43. Magnetizacin por conductor central El campo magntico circular, creado por el conductor central, detectar defectos que sean transversales a las lneas de flujo, como en el ejemplo anterior. Un defecto que sea paralelo a las lneas de flujo no provocar fugas de flujo y no atraer partculas magnticas. Es importante recordar que la densidad de flujo es mxima en la superficie de un conductor central, por lo tanto, las piezas huecas se introducirn en el conductor central y tendrn contacto directo con l, para as obtener un campo magntico mximo inducido en ellas. 2.2.1.3 Magnetizacin por corriente inducida El mtodo de la corriente inducida se utiliza principalmente en grandes anillos o piezas con forma de corona en los cuales el empleo de otros mtodos no es aconsejable, por ejemplo la magnetizacin directa por el dao que podra producir un quemado. En la siguiente figura se muestra un diagrama tpico de este sistema.



Este mtodo consiste en la generacin de una corriente elctrica inducida sobre la pieza, la cual origina un campo magntico circular. Para mejorar la densidad de flujo en el anillo a inspeccionar, se suele colocar en el centro del mismo un ncleo de material ferromagntico.

Figura 44. Magnetizacin por corriente inducida

2.2.2 Determinacin de la sensibilidad mxima y densidad de flujoPodemos definir la sensibilidad como el grado de capacidad con que el ensayo de partculas magnticas detectar, en materiales ferromagnticos, discontinuidades superficiales y subsuperficales. La sensibilidad de un ensayo de partculas magnticas depende del tipo de partculas magnticas empleadas, el mtodo de aplicacin de las mismas (va seca o hmeda), del equipo empleado, de la intensidad del campo magntico creado en la pieza y del mtodo de magnetizacin. La eleccin de! mtodo de magnetizacin a emplear para la realizacin del ensayo de partculas magnticas depender de los factores siguientes: Aleacin, forma y acabado superficial del material. Nmero de piezas a ensayar. Valor de la densidad de flujo en el material. Tipo de corriente magnetizante empleada. Direccin del campo magntico aplicado. Secuencia de aplicacin de partculas magntica. De la propia discontinuidad.

Dado que la aleacin, forma de material y l nmero de piezas a ensayar son factores que ya estn predeterminados, para obtener mayor sensibilidad deberemos actuar sobre el resto de los factores citados en este apartado, es decir: el tipo de partculas magnticas, mtodo de aplicacin de las mismas, (va seca o hmeda), el equipo a emplear, intensidad de campo magntico o densidad de flujo magntico (ambos factores se relacionan entre s a travs de la permeabilidad), tipo de la corriente magnetizante, direccin del flujo magntico, secuencia de aplicacin de las partculas magnticas (mtodo residual o continuo) y de la propia discontinuidad.



2.2.2.1 Influencia de las partculas magnticas La facilidad con que las partculas magnticas formarn una indicacin, originada por la presencia de una discontinuidad, depende de varios factores. A continuacin se indica la influencia de dichos factores sobre la sensibilidad, no obstante hay que tener en cuenta que lo indicado a continuacin slo es valido de forma general. En el punto 3.2.1 se entra a un anlisis ms profundo. Permeabilidad magntica. A mayor permeabilidad se obtendr mayor sensibilidad en el ensayo. Retentividad y fuerza coevativa. Cuando menores sean los valores asociados a estas caractersticas, mejor ser la sensibilidad del ensayo. Tamao de las partculas. Las partculas magnticas ms pequeas son ms adecuadas para la deteccin de pequeas discontinuidades, mientras que las de mayor tamao son ms sensibles a discontinuldades poco profundas y anchas. Forma de las partculas. Cuando ms alargadas sean las partculas magnticas empleadas en el examen mejor sensibilidad se obtendr. 2.2.2.2 Influencia del mtodo de aplicacin de las partculas magnticas Influye de forma decisiva en la sensibilidad del ensayo la situacin de las discontinuidades respecto a la superficie de la pieza. El mtodo seco da mejores resultados cuando las discontinuidades son subsuperficiales, debido a la alta permeabilidad y favorable forma alargada de las partculas. En la Figura 45 vemos la comparacin de los mtodos seco y hmedo en cuanto a su ~ capacidad para detectar discontinuidades subsuperficiales.

Figura 45. Comparacin la sensibilidad de los mtodos seco y hmedo con distintos tipos de corriente Sin embargo, cuando se trata de discontinuidades superficiales muy finas, la superioridad del mtodo hmedo es incuestionable, cualquiera que sea el tipo de corriente utilizada, Las discontinuidades poco profundas, tanto si son anchas como estrechas, se detectan mejor con el mtodo hmedo. La seleccin del color de las partculas, en ambos mtodos, tambin afecta a la sensibilidad del ensayo, ya que se obtendrn mejores resultados cuando mayor sea el contraste existente entre el color de la superficie de la pieza a ensayar y el color de las partculas magnticas, Disponiendo de partculas negras y grises pueden conseguirse contrastes aceptables en la mayora de las superficies y condiciones de iluminacin y en el caso del mtodo hmedo, siempre es posible aplicar partculas fluorescentes cuya visibilidad y contraste son ptimos, La sensibilidad de las partculas magnticas hmedas visibles o fluorescentes es la misma, pero bajo unas condiciones de



iluminacin adecuadas las indicaciones correspondientes a las partculas fluorescentes son ms fciles de ver. 2.2.2.3 Influencia del equipo a emplear Un equipo de ensayo por partculas magnticas puede ser tan pequeo y sencillo como un imn o tan grande y complejo como los que se emplean en las fundiciones para examinar las palanquillas. A continuacin se va ha indicar algunas de las caractersticas que poseen los distintos equipos de magnetizacin, relacionadas con la sensibilidad del ensayo: Imanes permanentes, Producen campos magnticos dbiles, por lo que sern equipos poco sensibles, Yugos. Generan campos magnticos que penetran poco en la pieza a ensayar, por lo que dichos equipos tendrn buena sensibilidad para detectar discontinuidades superficiales o que estn muy prximas a la superficie. Bobinas, Las bobinas generan un campo magntico cuyo valor es mximo en la superficie de la espira y disminuye radialmente hasta centro de la bobina, en el cual el campo magntico generado es nulo.

Cuanto ms alejada axialmente se encuentre la bobina del objeto de ensayo, menor es el valor del campo magntico, y por tanto la sensibilidad del ensayo disminuye. Electrodos. Para una misma intensidad de corriente elctrica magnetizada, la sensibilidad del ensayo ser mayor cuanto menores sean el espesor de la pieza a examinar y la separacin existente entre los electrodos. No obstante, hay que tener en cuenta que si la separacin entre los electrodos es pequea (menor de 75 mm), se pueden producir acumulaciones de partculas que disminuiran la sensibilidad del ensayo. Equipos de bancada. Cuando se magnetiza la pieza entre cabezales, se obtiene la mxima sensibilidad en el exterior de la pieza, mientras que si se magnetiza la pieza (por ejemplo, un tubo) a travs de un conductor central, la mxima sensibilidad se obtendr en el interior de la misma e ira disminuyendo progresivamente hasta alcanzar la superficie exterior. Adems, la mxima sensibilidad se obtendr en las zonas que estn ms prximas del conductor.

2.2.2.4 Influencia de la intensidad del campo magntico Es evidente que cuanto mayor sea la intensidad del campo magntico o su densidad de flujo magntico, mejor sensibilidad se obtendr, siempre y cuando no se magnetice en exceso la pieza. A la hora de realizar un ensayo por partculas magnticas, como estamos viendo, existen muchos parmetros y factores que afectan la sensibilidad del ensayo. Por ello, al seleccionar dichos parmetros, los medidores de campo magnticos y los medidores de flujo magntico sern de gran utilidad, pues nos darn informacin acerca de si el mtodo empleado es o no es adecuado. A continuacin se describen distintos equipos de medida, sensibles al flujo magntico. Bobina de prueba. Su principio se ha visto en el punto 1.1.7.2. Elementos Hall. Dicho equipo se emplea para medir la intensidad de la fuerza magnetizante tangencial a la superficie de ensayo. No mide el flujo magntico del objeto,



sino la intensidad del campo magntico H. Cuando se usa la tcnica de magnetizacin residual, se suele requerir una intensidad de campo magntico que oscila entre 1,6 a 4,8 KA/m (20 60 Oe). Intensidades menores de 240 A/m normalmente no atraen las partculas magnticas. Los elementos Hall son cristales de materiales semiconductores. Cuando una corriente pasa a travs de ellos y estos se colocan en un campo magntico, se crea un voltaje entre las caras de los cristales. El voltaje es proporcional a la intensidad del campo magntico. Magnetoides. Estn constituidos por un semiconductor cuya resistencia vara con la intensidad del campo. En la Figura 46 puede observarse, para un semiconductor determinado, la relacin existente entre la intensidad del campo y la variacin que sta produce sobre aqul.

Figura 46. Curva tpica caracterstica de un magnetoide .Ferroprobes. Los ferroprobes o microprobes de Foerster consisten en un ncleo de ferrita, el cual dispone de una o dos bobinas arrolladas a l. Una bobina es excitada con corriente alterna de una frecuencia determinada. El voltaje que se induce en la segunda bobina, a una frecuencia doble que la que circula en la otra bobina, incluye informacin relativa al flujo magntico del campo de fuga.

Figura 47. Esquema del sistema de detencin de flujo de fuga 2.2.2.5 Influencia del tipo de corriente magnetizante La eleccin del tipo de corriente de magnetizacin depender de la situacin de las discontinuidades con respecto a la superficie de la pieza; en particular, si son superficiales o subsuperficiales.



Como es sabido, el campo magntico generado en el interior de una pieza por la corriente alterna es tanto ms profundo cuanto menor es la frecuencia de la corriente. As, una corriente alterna normal de 50 Hz no permitir detectar discontinuidades subsuperficiales que estn a ms de 0,4 - 0,5 mm. de profundidad mientras que a frecuencias de 10Hz la distribucin de las lneas de fuerza es, a efectos del ensayo por partculas magnticas, prcticamente igual que si se tratase de corriente continua. Si las discontinuidades son superficiales, el empleo de corriente alterna presenta muchas ventajas. En efecto, los cambios rpidos de polaridad de la corriente someten a las partculas a una agitacin intensa que facilita sus desplazamientos y, en consecuencia, su atraccin por los campos de fuga, lo que redundar en una mayor intensidad de las indicaciones que, adems, se formarn en tiempos ms cortos. Este efecto, claramente observable en el mtodo seco, es mucho menos intenso en el mtodo hmedo, debido a que la viscosidad del lquido amortigua en gran parte la agitacin de las partculas. Esto equivale a decir que podrn detectarse discontinuidades subsuperficiales si se utiliza corriente continua en la magnetizacin. La Figura 48 muestra claramente el diferente comportamiento de los distintos tipos de corriente, puesto de manifiesto en un ensayo con discontinuidades artificiales, siguiendo el mtodo continuo (aplicacin de las partculas y del campo magntico simultneamente) por va seca.

Figura 48. Comparacin de la sensibilidad de distintos tipos de corriente En la Figura 48 vemos cmo una discontinuidad situada a unos 2 mm. por debajo de la superficie necesita aproximadamente 475 A en corriente alterna, mientras que si se utiliza corriente alterna rectificada de media onda es suficiente con 175 A. Debemos aclarar, sin embargo, que se trata de intensidades umbral, es decir, la mnima a la que comienza a aparecer la indicacin de la discontinuidad. Estos ensayos se han llevado a cabo con una pieza cilndrica de acero suave con taladros de 0,8 mm. de dimetro paralelos a las generatrices del cilindro y a diferentes distancias de la superficie (Figura 49).



Figura 49. Probeta para ensayo de sensibilidad a discontinuidades subsuperficiales (acero de 0,4% C, recocido) 2.2.2.6 Influencia de la direccin del flujo magntico La mxima sensibilidad del ensayo se obtendr cuando las lneas de flujo magntico formen un ngulo de 900 con relacin a la discontinuidad. Existen equipos indicadores de campo que permiten verificar la adecuada direccin del flujo magntico. (Ver punto 3.3.2). 2.2.2.7 Influencia de la secuencia de aplicacin de las partculas magnticas La tcnica de magnetizacin continua es ms sensible que la tcnica de magnetizacin residual. 2.2.2.8 Influencia de la propia discontinuidad Cuantas ms lneas de fuga de flujo magntico salgan del objeto a ensayar, como consecuencia de la existencia de una discontinuidad, ser ms fcilmente detectable. As pues, la distancia a la que se encuentra la discontinuidad con respecto a la superficie, su anchura y profundidad, y su orientacin con relacin al campo magntico, son parmetros que afectarn a la formacin de indicaciones.

2.2.3 Tipos de defectos detectablesHasta ahora, se ha hablado de que el mtodo de ensayo por partculas magnticas permite detectar las discontinuidades que generen un flujo de fuga magntico. Una discontinuidad es una interrupcin de la estructura fsica normal de la pieza, tal como una grieta, porosidad, etc. Una discontinuidad puede afectar o no a la utilidad de la pieza. Un defecto es una discontinuidad que interfiere con la utilidad que se pretende dar a la pieza, por lo que no todas la discontinuidades son defectos. Adems, la definicin de defecto depende del tipo de pieza, de su construccin, del tipo de material, as como de las especificaciones o normas que le apliquen. Por ello, una discontinuidad sin importancia para una pieza puede ser un defecto muy importante en otro tipo de objeto.



Con el mtodo de ensayo de, partculas magnticas se podrn detectar aquellas discontinuidades que por su localizacin, orientacin y profundidad, tamao, originan un flujo de fuga magntico. Este flujo magntico atraer las partculas magnticas, dando lugar a indicaciones. Una indicacin es una acumulacin de partculas magnticas que sirve como evidencia de la existencia de un c

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