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ENSAYOS NO DESTRUCTIVOS Técnica de Partículas Magnéticas – Pieza de entrenamiento

1. OBJETIVOS 1.1.

OBJETIVO GENERAL

Identificar las indicaciones presentes en el cordón de soldadura y la zona afectada por el calor en la unión de dos placas metálicas con bisel en V, aplicando la técnica de partículas magnéticas y evaluar conforme con el código AWS D1.1. 1.2.

OBJETIVOS ESPECÍFICOS

Analizar y comparar cada técnica de partículas magnéticas respecto a la forma de inducir el campo magnético y comparar las indicaciones obtenidas en cada ensayo. Indicar los posibles errores procedimentales que afectan la visualización de las indicaciones en la pieza de estudio y evaluar las indicaciones relevantes encontradas en cada ensayo según los criterios de aceptación y rechazo referidos en el código AWS D1.1, especificando si en cada técnica se encontraron discontinuidades que permitan aceptar o rechazar la pieza. Comparar las indicaciones detectadas al emplear la técnica de partículas magnéticas secas con las observadas por medio de la técnica de partículas magnéticas húmedas a fin de conocer la sensibilidad relativa entre los dos tipos de partículas.

2. RESULTADOS Y ANÁLISIS 2.1.

Nivel de Iluminación

 Partículas secas: La iluminación en el laboratorio bajo la cual se realizó la técnica de partículas magnéticas secas se determinó con la ayuda de una aplicación móvil “luxómetro KHTSXR”. La cual registró una iluminación de 1230,65 [Lx].  Partículas húmedas Determinación del nivel de iluminancia bajo el cual se realizó la técnica de partículas magnéticas húmedas medida con la ayuda del Luxómetro. Valor registrado por el luxómetro = 0,4 [ft*Cd] Valor debido a que el luxómetro se encontraba descalibrado = 0,04 [ft*Cd]

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Factor de conversión de [ft*Cd] a [LX] = 10,6 [LUM/M2] 0,4 -0,04 = 0,36 [ft*Cd] 0,36 x 10,6 = 3.816 [Lx]

2.2.

Limpieza de la pieza de entrenamiento

La pieza de entrenamiento corresponde a dos placas metálicas unidas mediante un cordón de soldadura por medio de un bisel en V. Las placas soldadas, probablemente por el proceso de soldadura de arco eléctrico con electrodo revestido (SMAW), poseen las siguientes dimensiones cada una: 120,15 mm x 149,50 mm x 6,10 mm. Las dimensiones de las placas fueron tomadas por medio de un pie de rey con sensibilidad de 0,02 mm. En la Figura 1 se presenta la pieza de entrenamiento antes de la respectiva limpieza.

Figura 1. (a) Cara superior de la pieza de entrenamiento antes del lavado y (b) Cara inferior de la pieza de entrenamiento antes del lavado.

Para la aplicación del ensayo no destructivo con partículas magnéticas se requiere un procedimiento de limpieza previo a la pieza a analizar, sin embargo, a comparación de las tecinas se inspección visual y líquidos penetrantes, el procedimiento no es tan exhaustivo, esto gracias a que los principios físicos en los que se basa la técnica se dan independientemente de la suciedad de las piezas en la mayoría de los casos. Se debe resaltar que existen ciertos casos en los que se necesita un procedimiento de limpieza cuidadoso; como por ejemplo cuando existen recubrimientos conductores, pinturas o grasas en la superficie; para estos casos es recomendable seguir el procedimiento de limpieza especificado en la norma ASTM E709 (Standard Guide for Magnetic Particle Testing) y los métodos recomendados son solventes orgánicos, detergentes o limpieza mecánica según sea el caso.

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Para la pieza que se analizó en esta práctica se utilizó el método de limpieza con detergentes para remover las impurezas y grasas que están presentes en la superficie. No fue necesario otro método de limpieza gracias a que no se encontró ningún tipo de recubrimiento sobre la pieza. En la Figura 2 se puede observar la pieza de entrenamiento después del método de limpieza con detergente.  Limpieza con detergente- La pieza de entrenamiento fue limpiada con jabón detergente marca AXION, dado que es un producto de limpieza soluble en agua no inflamable que contienen tensioactivos especialmente seleccionados para la humectación, la penetración, emulsionantes, y saponificación de diversos tipos de suelos, en este caso la grasa. Este tipo de lavado permite y facilita la eliminación completa de la contaminación de la superficie y áreas vacías (poros, grietas, huecos). La muestra se llevó a una pileta, se le aplicó jabón disuelto en agua y con la ayuda de un cepillo de cerdas suaves se hizo la debida limpieza por un tiempo de 15 minutos enjabonando y enjuagando el material

alternadamente, finalmente se hizo secado con aire caliente para evitar residuos de otro material en la pieza. Figura 2. (a) Cara superior de la pieza de entrenamiento después de aplicar el método de limpieza con detergente y (b) Cara inferior de la pieza de entrenamiento después de aplicar el método de limpieza con detergente

2.3.

Magnetización de la pieza

Existen varios métodos de magnetización con diferentes tipos de corriente para realizar el ensayo, los cuales dependen del tipo de discontinuidades que se requiera encontrar y la geometría de la pieza, en la presente práctica se utilizaron los siguientes tipos de magnetización para la realización de la técnica de partículas magnéticas.  Magnetización con pinzas o mordazas  Magnetización con yugo  Magnetización con bobina 2.4.

Magnetización con pinzas (corriente rectificada media onda)

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Las posibles indicaciones que se observan son superficiales y sub-superficiales, las pinzas proporcionan un campo magnético circular, por lo tanto las indicaciones observadas son paralelas a la corriente. En las Figuras 3 y 4, se observa la ubicación de las pinzas tanto en forma paralela como de manera perpendicular al cordón de soldadura, donde las líneas azules representan el flujo del campo magnético, mientras que las líneas rojas representan el flujo de la corriente en el material. En la práctica de laboratorio, se inspeccionó el cordón de soldadura y la zona afectada por el calor, aplicando una corriente de 600 A y

partículas magnéticas secas. Figura 3. (a) Ubicación de las mordazas para la observación de indicaciones perpendiculares al cordón de soldadura y (b) Ubicación de las mordazas para la observación de indicaciones paralelas al cordón de soldadura.

2.4.1. Indicaciones encontradas

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1

2

3

Figura 4. Indicaciones encontradas con magnetización con mordazas con partículas secas, corriente rectificada media onda y 600 A.

2.5.

Magnetización con yugo (corriente alterna)

El tipo de corriente seleccionada (AC) permite observar discontinuidades únicamente superficiales, la dirección de las indicaciones observadas depende de la posición del yugo con respecto a la pieza. El yugo permite obtener un campo magnético longitudinal, el cual va de un extremo de la punta del yugo hacia la otra punta, por lo tanto, las indicaciones que se observan son perpendiculares a la línea trazada entre los extremos del yugo y hasta 45°, por esta razón es necesario girar el yugo 45° en cada sentido para observar todas las indicaciones posibles. En la Figura 4 se muestra una esquematización de la ubicación del yugo para la observación de indicaciones paralelas y perpendiculares al área a inspeccionar, donde las líneas azules representan el flujo de campo magnético. El área efectiva de análisis es proporcional a la separación de las puntas del yugo y se determina según la norma ASTM E709, la cual recomienda 1/3 de la separación de las puntas. En el laboratorio se realizó el ensayo haciendo uso de partículas magnéticas secas, con una separación de 6 pulgadas entre las puntas del yugo, lo que representa un área efectiva de inspección de 2x2 pulgadas.

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Figura 4. (a) Ubicación del yugo para la observación de indicaciones perpendiculares al cordón de soldadura y (b) Ubicación de las mordazas para la observación de indicaciones paralelas al cordón de soldadura.

2.5.1. Indicaciones encontradas

4 5 8

6 7

9 10 12

11

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13 14 15 16

17

19 18

2.6.

Magnetización con bobina (corriente alterna)

También utiliza el tipo de corriente alterna y se observan discontinuidades superficiales, este método es muy parecido al de yugo puesto que también utiliza una magnetización longitudinal, la cual va en dirección perpendicular a la circunferencia de la bobina, por lo tanto las indicaciones que se observan son paralelas al diámetro de la circunferencia. En la Figura 5 se muestra una esquematización de la ubicación de la bobina para la observación de indicaciones paralelas y perpendiculares al área a inspeccionar, donde las líneas azules representan el flujo de campo magnético. En el laboratorio se realizó el ensayo haciendo uso de partículas magnéticas secas y húmedas, introduciendo la pieza de entrenamiento en diferentes direcciones para observar todas las discontinuidades posibles.

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Figura 5. (a) Ubicación de la placa en la bobina para la observación de indicaciones perpendiculares al cordón de soldadura y (b) Ubicación de la placa en la bobina para la observación de indicaciones paralelas al cordón de soldadura

2.6.1. Indicaciones encontradas partículas secas y húmedas

20

21 22

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La pieza de entrenamiento fue entregada con una condición superficial de suciedad con grasa en el cordón de soldadura y en la zona afectada por el calor (ZAC). Por la cara inferior de las placas, se observa marcas provocadas por un desbaste mecánico con pulidora producidas por el soldador a la hora de eliminar las marcas provocadas por las piezas que sostenían las placas durante el proceso de soldadura. En la figura 4, se puede observar las marcas anteriormente descritas.

 Posibles discontinuidades antes de la limpieza de la pieza de entrenamiento.

Las discontinuidades en el cordón de soldadura fueron analizadas por inspección visual directa con una iluminación de 1230 lx. Como complemento del ensayo se usó instrumentos de medición tales como regla metálica, calibrador, cinta métrica y se determinaron las dimensiones del cordón de soldadura usando una galga pico de loro marca BRIDGE CAM. 𝐴𝑙𝑡𝑢𝑟𝑎 𝑝𝑟𝑜𝑚𝑒𝑑𝑖𝑜 𝑑𝑒𝑙 𝑟𝑒𝑓𝑢𝑒𝑟𝑧𝑜 𝑑𝑒 𝑠𝑜𝑙𝑑𝑎𝑑𝑢𝑟𝑎 = 1,5 𝑚𝑚 𝐴𝑙𝑡𝑢𝑟𝑎 𝑝𝑟𝑜𝑚𝑒𝑑𝑖𝑜 𝑑𝑒 𝑙𝑎 𝑟𝑎𝑖𝑧 𝑑𝑒 𝑠𝑜𝑙𝑑𝑎𝑑𝑢𝑟𝑎 = 1 𝑚𝑚 En las figuras 5-9 se muestran las imágenes capturadas en el laboratorio y las discontinuidades encontradas en la soldadura y en la zona afectada por el calor (1 pulgada a lado y lado del cordón) se registran en la tabla 1.

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DISCONTINUIDAD 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20

TIPO DE DISCONTINUIDAD Grieta cráter Inclusión de escoria Falta de fusión Falta de fusión Salpicadura Salpicadura Salpicadura Socavadura Inclusión de escoria Falta de fusión Falta de fusión Salpicadura Salpicadura Salpicadura Inclusión de escoria Inclusión de escoria Porosidad Falta de fusión Falta de fusión Salpicadura

UBICACIÓN (EJE Y)

DIMENSIONES [mm]

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21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34

Salpicadura Salpicadura Salpicadura Salpicadura Salpicadura Salpicadura Salpicadura Salpicadura Salpicadura Salpicadura Falta de fusión Falta de penetración Exceso de M.A. Grieta

Tabla1.Ubicación, tipo de discontinuidad y dimensiones de la pieza de entrenamiento antes de la limpieza.

2.7.

Pieza de entrenamiento después de la limpieza

Dado que la pieza de entrenamiento fue entregada con una condición superficial de suciedad (con grasa) en el cordón de soldadura y en la zona afectada por el calor (ZAC), se procedió a realizar la elección y aplicación del método de limpieza basados en la norma ASTM E165/E165M – 12, anexo A1, teniendo en cuenta los criterios para la limpieza superficial de la pieza de entrenamiento, tales como el tipo de contaminante que se va a eliminar para el caso de la muestra grasa en el cordón de soldadura; efecto del método de limpieza en la pieza, es decir que pueda remover por completo la suciedad para obtener resultados de inspección favorables (discontinuidades relevantes, defectos); la practicidad del método de limpieza para la pieza y especificaciones de limpieza dadas en la clase se eligió el siguiente sistema de limpieza y se hizo el respectivo método:  Limpieza con detergente- La pieza de entrenamiento fue limpiada con jabón detergente marca AXION, dado que es un producto de limpieza soluble en agua no inflamable que contienen tensioactivos especialmente seleccionados para la humectación, la penetración, emulsionantes, y saponificación de diversos tipos de suelos, en este caso la grasa. Este tipo de lavado permite y facilita la eliminación completa de la contaminación de la superficie y áreas vacías (poros, grietas, huecos). La muestra se llevó a una pileta, se le aplicó jabón disuelto en agua y con la ayuda de un cepillo de cerdas suaves se hizo la debida limpieza por un tiempo de 15 minutos enjabonando y enjuagando el material alternadamente, finalmente se hizo secado con aire caliente para evitar residuos de otro material en la pieza. Después de hacer el debido procedimiento de limpieza, se procedió a realizar el ensayo no destructivo de inspección visual directo, con la ayuda de instrumentación auxiliar de dos lupas manuales con poder de amplificación 8x, galga tipo Bridge Cam y una

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cámara fotográfica. Los resultados obtenidos fueron los mismos (tabla 1) antes y después de la limpieza de las placas soldadas. 2.3 Análisis detallado de las discontinuidades Grieta de cráter: Esta indicación mostrada en las figura 5, ubicada en el cordón de soldadura, se consideran a su vez como grietas en caliente ya que ocurre durante la solidificación del charco metálico, lo cual se genera debido a una interrupción inapropiada del proceso de soldadura o en los puntos donde terminan las pasadas individuales del cordón. Esta discontinuidad se puede corregir depositando metal de aporte en el cráter para rellenar dicha depresión. Socavación: Al observar en la figura 5, se percibe que esta indicación corresponde a una condición superficial ubicada en el cordón de soldadura, la cual durante el proceso de soldadura el metal base se ha fundido no existiendo la suficiente cantidad de material de aporte para llenar la depresión resultante. Esta discontinuidad pudo haber sido ocasionada por una velocidad de avance excesiva con parámetros de voltajes y corrientes altos y a su vez por una técnica inadecuada de soldadura. Esta socavación podría resultar perjudicial para estructuras que vayan a estar sometidas a cargas de fatiga. Falta de fusión: Es una discontinuidad localizada en el cordón de soldadura en la cual la fusión no ocurre entre el metal de aporte, las caras de fusión o los cordones de soldadura. La cual se puede observar en la imagen (). La causa más común de esta discontinuidad es la técnica inadecuada en la manipulación del electrodo y la inapropiada elección de este; a su vez en algunos casos se debe a un mal diseño de la junta a soldar. Falta de penetración: Esta expresión se usa para describir la situación en que el metal depositado y el metal base no se funden en forma integral en la raíz de la soldadura, como se observa en la figura 8. Puede ser ocasionada porque la cara de la raíz de la soldadura de ranura no alcance la temperatura de fusión a toda su altura. La penetración incompleta es indeseable, particularmente si la raíz de la soldadura está sujeta ya sea a tensión directa o a esfuerzos flexionantes. El área que no se funde permite concentraciones de esfuerzos que pueden resultar en fallas sin deformación apreciable. Salpicadura: En las figuras 5-7 se observa esta discontinuidad las cuales se encuentran ubicadas en la zona afectada por el calor, es decir a una pulgada del cordón de soldadura, las cuales son pequeños puntos de metal de aporte que salpica y se depositan en el metal base durante el proceso de soldadura. Las salpicaduras fueron posiblemente originadas por el uso de una elevada corriente durante el proceso y en algunos casos estas discontinuidades se deben a la humedad del revestimiento que posee el electrodo generando un corto circuito entre el metal base y el electrodo al estar en contacto. Porosidad: Esta discontinuidad es provocada por los gases que quedan atrapados

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durante la soldadura cuando no existe un tiempo suficiente para que estos escapen antes de la solidificación del metal líquido, generando así una cavidad en esta. Al observar la figura 6, se logra percibir un tipo de porosidad esférica en el centro del cordón de la soldadura, la cual puede ser originada por presencia de humedad en el metal base y/o electrodo, la falta de gas de protección en el charco metálico, la aplicación de corrientes y voltajes inadecuados o una velocidad de soldadura elevada. Exceso de penetración: Esta discontinuidad se debe a un exceso de material de aporte depositado en la raíz del cordón de soldadura ubicada en la cara inferior de la placa, generalmente ocurre cuando se emplea una elevada corriente al depositar el cordón de soldadura, una velocidad de avance baja o por un diseño de unión incorrecto de la pieza. Como se puede observar en la figura 8. Grietas: En la figura 9, se observa la presencia de una grieta posiblemente formada por un exceso de esfuerzo aplicado por el soldador a la hora de quitar las placas de respaldo empleadas durante el proceso de soldadura. Las grietas son indeseables en la soldadura porque estas pueden continuar expandiéndose y generar una falla del material.

2.3 Criterios de aceptación y rechazo según AWS D1.1 Criterios de aceptación para la inspección visual

Grado de la discontinuidad

Criterio Conexiones no tubulares (cargadas estáticamente)

Descripción

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Aceptación (1)Prohibición de grietas  Cualquier grita deberá ser inaceptable, sin importar tamaño o ubicación. (2) Fusión de la soldadura / metal base  deberá haber fusión completa entre las capas adyacentes en el metal de la soldadura y entre el metal de la soldadura y el metal base. (3) Cráter en la sección transversal  todos los cráteres deberán ser llenados para proporcionar el tamaño especificado de la soldadura. (4) Perfiles de soldadura  los perfiles deben coincidir con el acuerdo 5.24 en la norma AWS D1.1 versión 2010. (5) Tiempo de inspección  La inspección visual de soldaduras en todos los aceros puede comenzar inmediatamente después de que las soldaduras terminadas se hayan enfriado a temperatura ambiente. Los criterios de aceptación para aceros ASTM A 514, A 517 y A709 grado 100 y 100 W, deberá ser basado en la inspección visual realizada en no menos de 48 horas después de la terminación de la soldadura. (6) Socavación  Para el material menor de 1 pulgada [25 mm] de espesor, el socavado no deberá exceder 1/32 pulgada [1mm], con la siguiente excepción: el socavado no deberá exceder 1/16 pulgada [2mm] para cualquier longitud acumulada de hasta 2 pulgadas [50 mm] en cualquier longitud de 12 pulgadas [300mm]. (7) Porosidad  Las soldaduras de canal de penetración completa CJP en juntas a tope transversal en dirección al esfuerzo de tracción calculado no deberán tener porosidad tubular visible. Para todas las otras soldaduras de canal, la suma de porosidad tubular visible de 1/32 pulg. [1mm] o mayor en diámetro, no deberá exceder 3/8 de pulg. [10mm] en cualquier pulgada linealde la soldadura y no deberá deberá exceder 3/4 pulg. [20mm] en cualquier longitud de la soldadura de 12 pulg. [300mm]. (8) Salpicadura  Todas las soldaduras deben estar libres de golpes de arco, salpicadura de soldadura quemada y traslapes. (9) Inclusiones de escoria  Todas las soldaduras deben estar libre de inclusiones de escoria.

Rechazo

x

x

x

x

Se evidencia la presencia de grieta en la raíz de la soldadura (figura 9) Se evidencia en las figuras 5 y 6 la presencia de falta de fusión de la cara lateral. En la figura 5 se evidencia la presencia de un cráter en el cordón de soldadura. De acuerdo a la norma, el refuerzo máximo permitido para placas con espesor menores o iguales a 1 pulg. [25mm] es 1/8 pulg. [3mm] La inspección tuvo lugar después de que la soldadura fue enfriada a temperatura ambiente, por lo que se toma como válida y no se evidencia fragilización por hidrogeno.

x

La socavadura encontrada en la soldadura no supera los criterios estipulados por la norma.

x

x

No se encontró porosidad que supere el criterio.

x

x

Las salpicaduras encontradas y quemadas del metal base no fueron removidas. La escoria de la soldadura no fue removida de manera eficiente.

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3. CONCLUSIONES 





Con lo observado en los resultados y especificado en el análisis respecto a las indicaciones halladas con corriente alterna y rectificada media onda, se concluye que la selección del tipo de partículas magnéticas, técnica de inspección y tipo de corriente afectará significativamente la forma como se verán las discontinuidades y la capacidad para visualizarlas. Se debe por tanto, realizar una correcta selección de estas variables para la identificación de indicaciones relevantes. Según lo evidenciado en los resultados, es indispensable que el material se encuentre libre de irregularidades superficiales como salpicaduras que interfieran en el libre movimiento de las partículas magnéticas, sobre todo cuando se trabaja con un campo magnético débil como lo observado en la bobina, que dificulta aún más el movimiento. Las técnicas que involucran el uso de partículas magnéticas secas están sujetas a errores durante la remoción de las partículas que no se encuentran en un campo de fuga, siendo difícil realizar el mismo soplado en cada uno de los ensayos, con esto se concluye que una comparación de las técnicas con estas condiciones de ejecución es errónea dado que la efectividad del campo inducido es difícil de comparar cuando se usan 2 técnicas diferentes con la misma corriente,

4. RECOMENDACIONES 

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Se debe tener en cuenta que la correcta visualización de las indicaciones presentes en la pieza depende principalmente de una adecuada limpieza inicial puesto que los residuos de suciedad y humedad no permitirán una observación detallada de las indicaciones, generando a su vez posibles indicaciones falsas. Es necesario realizar la desmagnetización de las piezas luego del ensayo para garantizar su correcto funcionamiento en servicio. Existen varios métodos de desmagtización en los cuales se utilizan los mismos equipos que para magnetizar como yugo y bobina, es recomendable realizar la desmagnetización con el mismo equipo que se magnetizó y es obligatorio hacerla con el mismo tipo de campo magnético. Se recomienda que la lámpara de luz ultravioleta se encuentre en perfecto estado, con el fin de facilitar la inspección por partículas magnéticas húmedas, además de corroborar el nivel de iluminación en el sitio de trabajo, según lo estipulado en la norma ASTM E709, para poder realizar satisfactoriamente la técnica de inspección.

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5. BIBLIOGRAFÍA    

Roderic K. Stanley, " Nondestructive Testing Handbook, Third Edition: Volume 8, Magnetic Testing (MT)", Houston – Texas, U.S.A, 2012. AWS D1.1/D1.1M. Structural Welding Code – Steel. American Welding Society, 2008. ECHEVARRIA R. “Defectología”. Universidad Nacional de Comahue, 2002. ASTM E709 Standard Guide for Magnetic Particle Testing, ASTM International, West Conshohocken, PA, 2012.