Tema N° 3 Ensayos No Destructivos Partículas Magnetizables€¦ · LAS PARTICULAS MAGNETICAS Una vez magnetizada la pieza, la siguiente etapa a cubrir es aplicar sobre su superficie

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Manual de Entrenamiento Técnico

Ensayos No Destructivos

Tema N° 3

Ensayos No Destructivos Partículas Magnetizables

Preparada por: Sr. Juan Carlos Monsalvo

2007

gina Nº: 1 OV/07

Página Nº: 2 6/NOV/07



PÁGINA INTENCIONALMENTE DEJADA EN BLANCO




PARTICULAS MAGNETICAS FUNDAMENTOS DEL METODO El ensayo por partículas magnéticas permite detectar discontinuidades e impurezas superficiales, tales como las inclusiones no metálicas en materiales ferromagneticos. También es posible con ciertas limitaciones la detección de discontinuidades e inclusiones no metálicas subsuperficiales. El fenómeno físico en el que se fundamenta el ensayo es el siguiente: supongamos una pieza de acero al carbono, sometida a la acción de un campo magnético cuyas líneas de fuerza están orientadas. Si existe una discontinuidad cuyo plano sea perpendicular a estas, las líneas de fuerza tenderán a salvarla cual un obstáculo, formando una distorsión de las líneas de fuerza, tendiendo las que están más próximas a la superficie a salir al exterior y formando lo que llamaremos "campo de fuga" o "flujo disperso". Si ahora extendemos sobre la superficie de la pieza partículas finas de un material ferromagnetismo tenderán a acumularse sobre dichas discontinuidades copiando la trayectoria superficial de la discontinuidad.(FIG. 1). ETAPAS DEL ENSAYO El ensayo consta básicamente de tres etapas: a)Magnetización de la pieza. b)Aplicación de las partículas magnéticas. c)Observación y registro de las indicaciones. d)Desmagnetización

FACTORES QUE AFECTAN LA FORMACION DE LA INDICACION

Dirección e intensidad de campo magnético. Forma y tamaño de la discontinuidad y orientación de la misma con respecto al campo magnético.

Característica de las partículas magnéticas y modo de aplicarlas. Características magnéticas de la pieza a ensayar. Forma y dimensiones de la pieza que afectarán a la distribución del campo magnético.

Estado de la superficie de la pieza que afectará a la nitidez de las indicaciones.




SISTEMAS DE MAGNETIZACION La función es sumergir la pieza en el seno de un campo magnético de intensidad y dirección conocidas. Para producir campos magnéticos disponemos de dos sistemas de magnéticos disponemos de dos sistemas de magnetización:

por imanes por corriente eléctrica.

MAGNETIZACION POR IMANES Cuando un material ferromagnetico se sitúa entre los polos de un imán permanente, las líneas de fuerza del campo que cerraban el circuito a través del aire (Fig.2), pasarán ahora en su casi totalidad a través de la pieza (Fig.3), que dado su carácter, que presenta una reluctancia (resistencia al paso del flujo magnético) mucho menos que el aire. Tenemos, por lo tanto, la pieza magnetizada longitudinalmente, con lo que cualquier discontinuidad superficial que corte a las líneas de fuerza o se encuentra próxima a la superficie, dará lugar, si la magnetización es de suficiente intensidad, a un campo de fuga cuya presencia será revelada cuando se extienda la suspensión de las partículas magnéticas por la superficie de la pieza. Además de los imanes permanentes cuya intensidad de campo suele ser baja y además es constante, se utilizan también electroimanes que permiten campos más potentes y regulables a voluntad. MAGNETIZACION MEDIANTE CORRIENTE ELECTRICA Es, sin duda, el método‚ idóneo para magnetizar piezas que vayan a ser sometidas al ensayo por partículas magnéticas. Hay dos formas básicas de utilizar la corriente eléctrica para producir campos magnéticos:

Paso de corriente a través de la pieza (magnetización circular). Introducción de la pieza en el núcleo de una bobina o solenoide por el que circula la corriente (magnetización longitudinal).

MAGNETIZACION MEDIANTE PASO DE CORRIENTE A TRAVES DE LA PIEZA Se llama también magnetización circular, debido a que las líneas de fuerza del campo magnético, que se genera en una barra cilíndrica, siguen trayectorias circulares contenidas en planos perpendiculares al eje de la barra (estructuralmente hablando, perpendiculares al eje de la corriente). El método permitirá, por lo tanto, detectar discontinuidades orientadas según el eje de la corriente, ya que serán las que intercepten mayor número de líneas de fuerza del campo magnético y, en consecuencia, producirán un campo de fuga más intenso, lo que, a su vez, dará lugar a la "atracción" de mayor numero de partículas magnéticas.




a) Distribución del campo magnético producido por paso de corriente a través de un conductor macizo.(Fig. 613 a), b) y c)).

b) Distribución del campo magnético producido por paso de corriente a través de un conductor hueco.(Fig. 614 a), b) y c)).

c) Distribución del campo magnético producido, por paso de corriente continua (CC.) a través de un conductor no ferromagnético concéntrico en el interior de un cilindro hueco ferromagnético.(Fig. 615).

MAGNETIZACION CON BOBINAS O SOLENOIDES Cuando por una bobina o solenoide se hace pasar una corriente eléctrica (alterna o continua) se genera un campo magnético cuyas líneas de fuerza, en el interior de la bobina son paralelas al eje de la misma. Por lo tanto, si introducimos en el núcleo del dispositivo una barra de material ferromagnético cuyo eje coincida con el de la bobina (o sea paralelo a el), se magnetizará longitudinalmente.(Fig. 4). LAS PARTICULAS MAGNETICAS Una vez magnetizada la pieza, la siguiente etapa a cubrir es aplicar sobre su superficie el "revelador" que permita detectar los campos de fuga originados en las discontinuidades. Este es el papel que desempeñan, las partículas magnéticas, cuyas propiedades varían dentro de una amplia gama según el problema específico que se pretenda resolver. Así hay grandes variaciones en tamaño, forma, densidad, movilidad y color, entre los diversos tipos de partículas. Si bien en todos los casos se trata de sustancias ferromagnéticas finamente divididas. CARACTERISTICAS Y PROPIEDADES DE LAS PARTICULAS MAGNETICAS a) Tamaño y forma adecuada: Es evidente la importancia que el tamaño y forma tiene en la obtención de indicaciones. Si son muy gruesas, serán necesarias fuerzas relativamente grandes para moverlas y, en consecuencia sólo los campos de fuga de gran intensidad podrán atraerlas y retenerlas, lo que significa que las pequeñas discontinuidades no darán ninguna indicación. Si, por el contrario, son demasiado finas, pueden adherirse a la superficie, aunque no haya discontinuidades, lo que puede dar lugar a errores en la interpretación. El tamaño también depende de la técnica de aplicación, permitiendo una mayor sensibilidad para pequeñas discontinuidades utilizando la: Técnica por vía seca, aunque con limitaciones a medida que disminuye su tamaño, por lo que, en la práctica se utilizan mezclas de diversos tamaños en proporciones cuidadosamente elegidas.




Siendo normalmente utilizadas para la detección de discontinuidades subsuperficiales, piezas grandes de difícil manejo y adecuada para la detección con equipos de magnetización portátiles. Técnica por vía húmeda: en este caso las partículas magnéticas se aplican en suspensión en un medio líquido (kerosene, aceite liviano o agua) lo que permite utilizar tamaños mucho más finos. El límite superior de tamaño está en 40 y 60 micrones ya que a partir de este tamaño ,son muy difíciles de mantener en suspensión disminuyendo su movilidad y tendiendo a atenuarse formando cadenas. Esta técnica es más sensible para la detección de discontinuidades superficiales, es más utilizada para ensayar piezas pequeñas o ser aplicada en procesos de automatización. Presenta además una muy buena movilidad de partículas. La forma de la partícula influye directamente en su comportamiento y efectividad siendo las de mejores características aquellas que tengan forma alargada por la propiedad de formar un dipolo con mayor facilidad que una redonda, facilitando con esta forma la detección de discontinuidades superficiales muy pequeñas o subsuperficiales. Asimismo si no se utiliza esta forma de partículas y la técnica seca, su forma influye sobre la capacidad de fluir a través de los orificios de la pera de goma o de la pistola que se utilice para espolvorear la pieza, por lo que normalmente se utiliza como solución de compromiso una mezcla de diversas formas, sin encarecer el producto y con resultados aceptables. b) Permeabilidad magnética, retentividad y fuerza coercitiva: En teoría, la permeabilidad de las partículas magnéticas debe ser, lo más alta posible, de esta forma, capturaran más líneas de fuerza en los campos de fuga y serán, por lo tanto, orientadas más fácilmente lo que dará indicaciones más claras y de más rápida formación. En cuanto a la fuerza coercitiva y la retentividad, deben ser lo más bajas posibles. Si, alcanzan valores altos, las partículas formarán, en la primera utilización, imanes permanentes disminuyendo la tendencia de las partículas a dejarse controlar por los débiles campos magnéticos originados en las discontinuidades, tendiendo a adherirse magnéticamente a la superficie en el primer contacto, reduciendo la movilidad y formando un telón de fondo que hace que disminuya mucho el contraste. En el caso del método húmedo se utilizan partículas con una cierta retentividad con el fin de facilitar su aglomeración ya que, en caso contrario dado su pequeño tamaño se moverían con mucha lentitud en el medio líquido y las indicaciones tardarían mucho tiempo en formarse. c) Movilidad: es evidente que la movilidad de las partículas influye de manera decisiva en la formación de indicaciones. Cuanto mayor sea la movilidad, más rápidamente se formarán las indicaciones y serán a la vez, más nítidas.




En el método húmedo, el fenómeno de la movilidad es bastante más complejo. Por un lado, interesaría que las partículas tuviesen la menor tendencia posible a sedimentar; condición que se lograría: disminuyendo el tamaño de las partículas, disminuyendo su densidad o aumentando la viscosidad del medio líquido. Pero ninguno de estos recursos puede utilizarse sin sacrificar otras propiedades. Por lo que se deduce que la movilidad de las partículas estará lejos de ser ideal y habrá que llegar a un compromiso entre esta propiedad y los demás. d) Visibilidad y contraste: Son propiedades de gran importancia. De nada serviría que se formasen indicaciones rápidas y nítidas si después costase trabajo verlas debido a que su color no se diferenciase del de la superficie del metal. Por esta causa se fabrican partículas pigmentadas con diversos colores, sin que la capa de colorante afecte decisivamente sus características magnéticas. Hoy día existen en el mercado partículas grises, blancas negras, amarillas o rojas. Esta gama de colores asegura un contraste suficientemente bueno sobre la casi totalidad de las superficies En ocasiones se suele recurrir al pintado de la pieza a los efectos de asegurar el mismo, Sin embargo, rara vez es utilizado ya que las partículas fluorescentes proporcionan un contraste y una visibilidad óptimas. TIPO DE CORRIENTE PARA MAGNETIZAR

Alterna Continua. Alterna monofásica semirectificada (flujo en un solo sentido, con períodos de intensidad nula).

Alterna monofásica totalmente rectificada. Alterna trifásica totalmente rectificada.

TIPO DE PARTICULAS MAGNETICAS Y MODO DE APLICACION.

Partículas coloreadas. Partículas fluorescentes.

Aplicación por vía seca. Aplicación por vía húmeda.

SECUENCIA DE APLICACION DE LAS PARTICULAS MAGNETICAS.

Continua (aplicación de las partículas mientras actúa el campo magnético).

Residual (aplicación de las partículas después de magnetizar la pieza aprovechando su retentividad).




DIRECCION DEL CAMPO MAGNETICO.

Magnetización circular (transversal). Magnetización longitudinal. Magnetización multidireccional.

EQUIPO.

Portátil. Fijo. Automático.

DESMAGNETIZACION. Todos los materiales ferromagnéticos sometidos a un campo magnético conservan, después de cesar la acción del campo, un cierto magnetismo llamado magnetismo residual o remanente, cuya intensidad depende de la retentividad del material. SISTEMAS DE DESMAGNETIZACION. Hay varios procedimientos más o menos eficaces para llevar a cabo la desmagnetización, cuyo fundamento puede ser explicado mediante el ciclo de histéresis. Todos los sistemas operan, más o menos, sometiendo la pieza a un campo magnético cuya intensidad va gradualmente decreciendo hasta anularse. Las piezas a desmagnetizar se hacen pasar a través de una bobina por la que circula que circula corriente alterna, con la que son sometidas a un campo magnético alterno, pero de intensidad máxima constante. Hay dos procedimientos para hacer que el campo vaya disminuyendo progresivamente:

El primero es mover la pieza desde el núcleo de la bobina hacia el exterior, con lo que el campo a que está sometida la pieza irá siendo cada vez menor a medida que se aleja de la bobina y a una distancia relativamente pequeña (1-1,5 m).

El segundo es mantener fija la pieza dentro de la bobina y disponer de un mando que permita reducir progresivamente la intensidad de la corriente (un potenciómetro).

Preparación de la pieza Antes de realizar la inspección magnética, las superficies de todos los materiales y piezas, estarán exentos de grasa o cualquier materia que pueda interferir el libre movimiento de las partículas de los reveladores, o enmascarar la definición de las indicaciones. Grasa, pintura, cascarilla y otros materiales extraños, serán eliminados mediante disolventes adecuados (tricloroetileno, tolueno, metil etil cetona, etc.) o un método abrasivo que no produzca daños en las piezas.




Los cojinetes a bolilla o rodillos y todas aquellas zonas de los conjuntos que puedan ser dañadas por las partículas magnéticas, o de las que no puedan eliminarse con seguridad en la limpieza posterior, deben ser precintadas, con grasa dura, tapones de corcho o madera, cintas plásticas adhesivas o cualquier otro medio que constituya una protección efectiva para evitare el contacto con la suspensión reveladora. Esta preparación debe efectuarse conforme la norma MIL-M-6867. Examen En el procedimiento no fluorescente se examinará la pieza sobre una mesa de trabajo con una iluminación artificial o natural no menor a 1.000 lux o 100 pie/candela, es conveniente auxiliarse con una lente de 2 4 aumentos. Para el examen con luz negra se dispondrá de un puesto de trabajo con cámara oscura, cuya intensidad luminosa no debe superar los 2 pie / candela, 20 lux; y lámparas de vapor de mercurio cuya longitud de onda, este comprendida entre 320 y 400 nm con picos de 365 nm y una intensidad luminosa no inferior a 1.000 micro wat por centímetro cuadrado. El operador debe habituarse a la oscuridad por un tiempo mínimo de tres minutos antes de iniciar la inspección. La bomba para agitar la suspensión y la luz negra se deben encender previamente con una anticipación mínima de 15 minutos. MAGNETIZACIÓN Continua: En el método continuo la corriente de magnetización actuará mientras la pieza está rodeada por el revelador, dejándose cerrado el circuito durante 1/5 a ½ segundo, después de retirar la aportación de la suspensión magnética (en el método húmedo), o después de golpear ligeramente (en el método seco). Residual: Para el método residual, la corriente de magnetización actuara por lo menos 1/5 de segundo. Es aplicable a piezas cuyo contenido de carbono sea superior al 0.2% y o normalmente a piezas de geometría complicada y cambios de sección relativamente notorios, para evitar indicaciones no relevantes. Magnetización Circular (sin polos):La intensidad de la corriente de magnetización en el método circular, será de 30 a 40ª, por milímetro de diámetro exterior o diagonal de la sección de formas no cilíndricas, si se usa corriente continua y de 20 a 30ª para corriente alterna. Este método es adecuado para descubrir defectos longitudinales. a) Con puntas de contacto: Distancia entre puntas no inferior a 75mm, n mayor de 200 mm. Si el voltaje a aplicar es mayor de 25V, se deben usar contactos de plomo, acero o aluminio, para evitar contaminar con cobre el material. La norma ASME V / Art. 7 establece la corriente de magnetización conforme la distancia entre contactos y espesor de material con CC y corriente rectificada en aceros estructurales.




b) Entre extremos o mediante conductor central: Con corriente continua o corriente alterna, se aplicaran los valores detallados en para magnetización circular, (sin polos). MAGNETIZACIÓN LONGITUDINAL (Polar) Si se emplean cables flexibles arrollados sobre piezas, la bobina formada constara de 6 a 10 espiras y deberá tener, cuando sea posible una espira cada 25 mm. La intensidad de la corriente eléctrica será tal, que se obtenga una fuerza magnetizante de 1.000 a 10.000 A/V, según diámetro D y longitud de las piezas L.

A. V.: = 45.000 – D L

Esta formula es válida para 2 < L/D < 15 y para una sección de la pieza < 1/10 del área de la bobina. Si la pieza se ubica sobre la pared interior de la bobina, esta magnetiza como máximo hasta 220 mm a ambos lados de la misma. Este método es adecuado para descubrir defectos transversales. DATOS PARA LA MAGNETIZACIÓN

a) Imanes permanentes o electroimán, excitado por corriente continua, este requiere una fuerza portante de 20 Kg mínimo.

b) Electroimán excitado con corriente alterna, requiere una fuerza portante de 5 Kg mínimo.

REVELADORES Las sustancias reveladoras, tendrán una notable permeabilidad magnética, producirán un contraste adecuado y no serán toxicas. Para el método seco, se usará polvo de hierro u óxido magnético de hierro tamizado con malla 120. Esta técnica es más sensible para la detección con equipos magnéticos portátiles. La superficie debe estar limpia y seca, presenta gran contraste y máxima temperatura de trabajo 316 °C. Para el método húmedo se formarán suspensiones de partículas magnéticas con agua o aceite ligero, tal como keroseno u otro equivalente, y es más utilizado para ensayar piezas pequeñas o ser aplicada en procesos de automatización. Máxima temperatura de trabajo 57 °C.




Para el método húmedo no fluorescente, se emplearán suspensiones comerciales ya preparadas que hayan sido previamente aceptadas por un ente calificado. Cuando se utilice aceite ligero, el contenido de pasta magnética en suspensión será: 7.5 a 11.5 gr/l, lo cuál representará un volumen aparente de partículas libremente depositadas de 1,7 a 2,4 cm3 de suspensión. En el caso de que dicha suspensión esté preparada con agua, la concentración de partículas magnéticas estará comprendida entre 18 y 33 gr/l. Para el caso del método húmedo fluorescente, el contenido de pasta magnética en las suspensiones de aceites ligeros, será de 0.75 a 3 gr/l, lo que representará un volumen aparente de partículas depositadas libremente de 0.1 a 0.5 cm3 por cada 100 de revelador. Cuando se utilice agua, el contenido de pasta magnética en la suspensión será de 1.1 a 1.5 gr/l. Nota: Es esencial que el keroseno o líquidos empleados en la preparación de estas suspensiones, no presenten fluorescencia a, a lo sumo, una débil fluorescencia blanquecina. No serán empleadas suspensiones magnéticas que contengan a la vez sustancia magnética fluorescente y no fluorescente. CONTROL DE LOS REVELADORES

a) Los reveladores secos, podrán usarse mientras constituyen un polvo suelto, homogéneo y limpio, sin adherencia a las superficies metálicas, desengrasadas y fácilmente atraído por un imán permanente.

b) Los reveladores húmedos, estarán sometidos aun control cada 8 horas de la concentración, mientras no se advierte anormalidad en su comportamiento. Cuando la suspensión llega a contaminarse por aceite, pelusa u otras sustancias extrañas en un grado que pueda interferir la adecuada distribución de las partículas magnéticas, o el carácter y la definición de las indicaciones; los recipientes serán drenados completamente, limpiados y vueltos a llenar con suspensión nueva.

c) Método de ensayo de concentración: En una ampolla graduada en cm3, se ponen 100 cm3 de la suspensión bien agitada y en las misma condiciones que se aplica a las piezas. Se deja en reposo el tiempo necesario para que toda la materia sólida se deposite en el fondo. Este tiempo no será inferior a 30 minutos. Hacer una lectura del volumen ocupado por la sustancia magnética sólida depositada en el fondo de la ampolla:

Para suspensiones no fluorescente, deberá ser de: 1.3 a 2.4 cm3 Para suspensiones fluorescentes de: 0.1 a 0.5 cm3 Nota: Estas concentraciones están fijadas en la norma

ASTM E – 138 - 63




DESMAGNETIZACIÓN Todas las piezas que se han sometido a la inspección por partículas magnéticas, serán desmagnetizadas. La desmagnetización absoluta no se puede lograr, pero es necesario llevarla a límites prácticos razonables, comprobándose con polvos magnéticos secos o mediante un indicador de campo; observándose desviaciones menores a 2 unidades de Gauss. Las piezas cilíndricas uniformes, magnetizadas por el procedimiento circular, no darán manifestación externa de su magnetismo; para eliminarlo es necesario magnetizar la pieza longitudinalmente antes de desmagnetizar. En la operación de desmagnetizar mediante solenoides de corriente alterna de 50 periodos, es conveniente golpear ligeramente las piezas mientras están dentro de la bobina y retirarlas lentamente de ellas sin interrumpir la corriente. TÉCNICAS Y EQUIPOS DE DESMAGNETIZACIÓN a) Desmagnetización con bobina y corriente alterna: El equipo consiste

en una bobina del tipo túnel abierto, por la que circula C.A. de línea. La pieza se coloca en la bobina, se conecta la corriente y se la retira de la bobina hasta una distancia de aproximadamente 1 m a 1,5 m antes de cortar la corriente.

b) Desmagnetización con equipos de inspección de CA y CC: Equipo portátil: Normalmente estos equipos pueden suministrar ambas corrientes alterna y rectificada de ½ onda. Se hace una bobina de 3 o 4 vueltas del cable. Se ajusta un valor de CA, al máximo utilizado para la magnetización. Se coloca la pieza dentro de la bobina, se conecta la corriente y luego se saca la pieza lentamente hasta alejarla de 1 a 1,5 m y se interrumpe la corriente. Tiene poca penetración. Con equipos de CC, se coloca la pieza dentro de la bobina se ajusta el valor de la corriente al máximo utilizado, se da un impulso al valor inicial; se invierte la polaridad, se reduce el valor de corriente y se da un impulso con nuevo valor continuando este proceso por pasos: invertir y reducir, hasta alcanzar el mínimo valor que permite el equipo. Este procedimiento es muy lento. Equipo estacionario: Si bien el procedimiento y metodología es la misma, normalmente se dispone de una llave selectora con valores de corriente de desmagnetización. En algunos equipos este proceso es automático controlado por un motor, en otros es necesario realizarlo por pasos decrecientes. LIMPIEZA POSTERIOR Las partículas magnéticas de los reveladores serán eliminadas por completo después de la desmagnetización.




Para esta operación se puede usar un tanque con tricloroetileno o equivalente, donde se sumergen las piezas y se frotan con cepillos de pelo o brochas. El soplado con aire comprimido depurado, es también conveniente. Esta limpieza debe efectuarse conforme a norma MIL-M-6867. IDENTIFICACIÓN DE LA PARTE Todas las piezas y/o partes inspeccionadas por esta técnica deben ser identificadas con un timbre o punzón como se debe detallar en el Manual de Control de Calidad. PERSONAL DE INSPECCION Solamente realizará este tipo de inspección personal certificado para ello, acreditado con un certificado de Nivel 1, 2 o 3. Conforme a Normas: IRAM-ISO 9712 MIL-STD-410 SNT-TC-1A COMPARACIÓN AMPERÍMETRO EMPLEADO El amperímetro será controlado con una amperímetro patrón. El amperímetro empleado debe ser reparado o reemplazado si presenta un error de +/- 10%. CALIBRACIÓN AMPERÍMETRO PATRON El amperímetro patrón será calibrado anualmente por un ente habilitado . Puede ser tolerado un error de +/- 0.2%, respecto del instrumento primario. REGISTRO El taller de ensayo debe presentar un libro foliado de registro de ontroles efectuados. c

NORMAS El ensayo por partículas magnéticas debe responder y/o convenir con los siguientes Códigos y o estándar: ASTM E 1444 ASME SECCION V ART. 7 SE-109 / SE-138







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