Hay veces que queremos comprobar ciertas propiedades en una pieza y para ello hay que realizar un ensayo en el laboratorio.

Muchos ensayos consisten en tomar una muestra del material con una forma determinada y meterla en una máquina que intentará romperla, estirarla, pincharla para comprobar su dureza o transformarla de alguna manera.

Evidentemente eso se traduce en que la pieza original se destruye o se altera de tal manera que ya no puede usarse. Y no siempre podemos hacer eso.

Ahí es donde entran en juego los ensayos no destructivos o END, que consisten en realizar distintas pruebas pero sin alterar la pieza original.

¿Qué son los END?

Son ensayos que se aplican a objetos, equipos y componentes buscando conocer sus propiedades, verificar su calidad o su estado sin que resulten dañados y sin afectar su uso posterior.

Están basados en principios físicos que al ser aplicados mediante técnicas específicas muestran en forma indirecta las propiedades del objeto.

Se aplican en ámbitos muy diferentes: industria petroquímica, térmica, naval, nuclear, automotriz, aeronáutica, aeroespacial, estructuras civiles, parques de atracciones, etc.

  • No deterioran el material.
  • Se emplean sobre piezas acabadas.
  • Detectan fallos imposibles o muy difíciles de ver:
    • Fallos de conformado en fundiciones: rechupes, inclusiones ...
    • Fallos en las uniones: soldaduras, encolados ...
    • Fallos en los tratamientos térmicos: temple, cementación, nitruración ...
    • Fallos en las operaciones de acabado: rectificado, lapeado …

Discontinuidad o defecto

No existe la pieza perfecta, toda pieza contiene discontinuidades. Una discontinuidad es la pérdida de homogeneidad del material.

Por ejemplo en una aleación de metales puede existir una zona del material donde se ha acumulado mayor cantidad de un aleante que en el resto de la pieza. Esta variación con respecto a la normalidad es lo que se conoce como discontinuidad, aunque no necesariamente tiene que suponer un problema.

Un defecto es una discontinuidad inaceptable que debe ser reparada, si es posible. En otro caso, producirá el rechazo de la pieza.

Es importante tener claro que todo defecto es una discontinuidad, pero no toda discontinuidad representa un defecto. Mediante E.N.D. se obtienen indicaciones que pueden ser interpretadas como discontinuidades.

Para determinar qué discontinuidades son defectos, se requiere examinarlas conociendo los criterios de validez.

Proceso

Definición del problema:

  • Información general
  • Objeto a ensayar
  • Propósito del ensayo
  • Otros (momento del ensayo, registros, etc...)

Elección del método y técnica:

Decidir qué tipo de ensayo vamos a realizar, de entre todas las posibles opciones que existen.

Obtención de una indicación:

  • Aplicación de un campo de energía
  • Interacción con el material
  • Detección de las modificaciones.

Interpretación:

  • Forma
  • Tamaño
  • Orientación
  • Ubicación

Evaluación:

Decidir si la discontinuidad o discontinuidades encontradas suponen un problema (son defectos intolerables) o si no pasa nada.

¿En qué se basan los END?

En la medida de alguna propiedad del material que es sensible a la existencia de algún tipo de defecto (permeabilidad magnética, resistencia eléctrica, penetración de un líquido por tensión superficial, propagación de ondas ultrasonoras, absorción de rayos X...).

Los ensayos más usados son:

  • Partículas magnéticas
  • Líquidos penetrantes
  • Radiografía industrial y gammagrafía
  • Ultrasonidos

END con partículas magnéticas

En ensayo de partículas magnéticas detecta discontinuidades tanto en la superficie como por debajo de esta (hasta una profundidad de unos 7 mm).

Sirve solo para materiales ferromagnéticos.

¿Qué significa ferromagnéticos?

Es un tipo de materiales según su reacción a un campo magnético.

  • Diamagnéticos: permeabilidad magnética nula (incluso negativa) y no magnetizables: Au, Ag, Cu ...
  • Paramagnéticos: permeabilidad magnética pequeña y magnetización muy débil: Al, Mg, Li, Mo, Ta, Ti…
  • Ferromagnéticos: permeabilidad magnética grande y magnetización fuerte: Fe, Ni, Co y la mayoría de sus aleaciones. 

Vamos a ver el fundamento de este tipo de END.

Cómo funciona

Vemos en la figura siguiente, una barra de acero que se somete a un campo magnético.

Las líneas representan el campo magnético.

Si existiese una discontinuidad cercana a la superficie en la barra de acero perpendicular a las líneas de fuerza del campo, esta afectaría al campo magnético:

Las líneas de fuerza intentarían rodear la discontinuidad saliéndose de la superficie, originándose un campo magnético de fuga o escape.

Si en ese momento depositamos sobre la barra de acero partículas ferromagnéticas, estas tenderán a acumularse en la discontinuidad (facilitando el paso de las líneas de fuerza).

Lo cuál haría que veamos claramente que en ese punto donde se acumulan las partículas hay una discontinuidad.

Si por un casual la discontinuidad fuese paralela a las líneas de fuerza, esta no interferiría con el campo magnético, con lo que no nos daríamos cuenta.

En este caso habría que aplicar un campo magnético perpendicular a la discontinuidad.

Como eso no podemos saberlo, lo que se hace es aplicar distintas pruebas con distintos campos.

Factores que pueden afectar al ensayo:

  • La dirección e intensidad del campo.
  • La forma, tamaño, profundidad y orientación de los defectos.
  • La forma y dimensiones de las piezas.
  • El estado superficial de las piezas.
  • Las características de las partículas magnéticas y el modo de aplicarlas.
  • Las características magnéticas de las piezas a ensayar.

Vamos a ver los pasos que hay que seguir para realizar este ensayo. 

Pasos a seguir

Importante: Antes de nada hay que confirmar que en los alrededores no haya personas con marcapasos, ya que estos se afectan por los campos magnéticos generados.

  1. Limpieza inicial de Piezas
  2. Aplicación del contraste
  3. Aplicación de las partículas magnéticas: secas ó húmedas, fluorescentes o coloreadas
  4. Magnetización por campo lineal o circular
  5. Observación de las indicaciones
  6. Desmagnetización, si es necesaria
  7. Limpieza final de la piezas

Equipos utilizados para realizar la magnetización

Yugos magnéticos

Los yugos magnéticos son el equipo de inspección más utilizado para realizar este tipo de ensayos.

END con líquidos penetrantes

En los ensayos de líquidos penetrantes, a diferencia de los ensayos con partículas magnéticas, se detectan discontinuidades solo en la superficie.

Pero en este caso sí sirven tanto para materiales ferromagnéticos como no, aunque generalmente se usa para metales no magnéticos (porque si son magnéticos podemos usar el método anterior).

Cómo funciona

Se basan en los fenómenos de tensión superficial y capilaridad que hacen que este tipo de líquidos (denominados penetrantes) puedan entrar con facilidad en un tubo muy fino, en una cavidad muy estrecha, etc… simplemente por entrar en contacto pero sin necesitar un esfuerzo exterior.

Posteriormente se usan reveladores que son una suspensión de partículas muy solventes que absorben el líquido que queda en la grieta y hacen que podamos verlos, quedando claramente diferenciadas las discontiniudades superficiales.

Pasos a seguir

  1. Limpieza inicial de las piezas
  2. Aplicación del líquido penetrante (5 min)
  3. Eliminación exceso de penetrante
  4. Aplicación del revelador
  5. Inspección y evaluación indicaciones
  6. Limpieza final de las piezas

Ensayo por radiografía industrial y gammagrafía

Se basan en la utilización de un haz de fotones de muy alta energía, que penetran en la pieza a inspeccionar, siendo parcialmente absorbidos y parcialmente dispersados por el material.

Se coloca una película radiográfica que interacciona con la radiación que atraviesa la pieza, ennegreciéndose en distinto grado según la intensidad de radiación recibida. Es necesario indicar la posición de la película, se emplea para ello marcadores de Plomo.

Película radiográfica:

Es el receptor final de la información radiográfica.

Estructura de la película:

Equipo de rayos X:

Genera un haz de electrones muy energéticos que incide sobre el metal.

Equipo de rayos 𝛾:

Los R𝛾 se producen por la emisión de pequeñas cantidades de sustancias radiactivas.

Comparación:

Ultrasonidos

Se basa en la atenuación del flujo de ondas acústicas ultrasónicas que sucede al interaccionar con estas imperfecciones.

Son ondas de igual naturaleza que las ondas sonoras pero que operan a frecuencias por encima de la zona audible del espectro acústico.

Rango ensayo: 0.2 Mz - 25 Mz

Tipos de Onda

Se usan dos tipos de onda: longitudinal y transversal.

Onda longitudinal

La dirección de oscilación de las partículas coincide con la dirección de propagación de la onda.

Onda transversal

La dirección de oscilación de las partículas es perpendicular a la dirección de propagación  de la onda.

Las ondas transversales no pueden usarse en líquidos ni gases.

Dado que los líquidos y gases no ofrecen ninguna resistencia a los esfuerzos de corte, las ondas transversales no pueden ser propagadas en estos medios. Sin embargo en los sólidos pueden propagarse tanto las ondas transversales como las longitudinales y sus combinaciones.

Principios de aplicación

Es parecido al eco que percibimos cuando gritamos y el sonido rebota en la lejanía. Conociendo la velocidad del sonido y el tiempo de rebote podemos saber qué barreras se ha encontrado la onda emitida.

Las ondas ultrasónicas se introducen en los sólidos utilizando el efecto piezoeléctrico que presentan algunos materiales. El ejemplo típico es el caso del cuarzo.

La aplicación de esta técnica requiere: fuente de emisión de ondas ultrasónicas, interacción de las ondas con la pieza y sus defectos y un registrador.

Cuando una onda ultrasónica (proporcionada por un cristal piezoeléctrico de salida, emisor o palpador) incide en una superficie se produce una reflexión y una refracción de la onda incidente según las leyes de la óptica.

En el caso de sólidos homogéneos y finitos cuando estas ondas se encuentran con una cavidad de aire (grietas, porosidades …), se reflejan.

En el aparato receptor se detecta el pico correspondiente al defecto y su distancia a la superficie.

El oscilador y receptor están situados en palpadores. Pueden colocarse en el mismo o bien en diferentes.

Fuente de emisión/recepción:

Palpador ultrasónico normal:

Palpador angular:

Orden de ensayo

Generalmente es preferible realizar ensayos por líquidos penetrantes, por ser los más económicos y sencillos.

Si con este ensayo no obtenemos indicaciones y la pieza es ferromagnética, pasamos a realizar un ensayo por partículas magnéticas.

Y por último se opta por la radiografía o análisis por ultrasonidos.