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• Andre Aliaga

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PRÁCTICA N° 14 ENSAYO POR PARTÍCULAS PARTICULAS MAGNETICAS 1. Objetivos del Ensayo   

Determinar las calidades de los materiales ferromagnéticos Obtener una imagen visual de las indicaciones en la superficie del material. Determinar e identificar los tipos de discontinuidades presentes, sin producir deterioro del material inspeccionado.

2. Fundamentos Físicos del Ensayo Es un método de ensayo no destructivo, que se usa para localizar discontinuidades en la superficie y cerca de la superficie, en materiales ferromagnéticos. Consiste básicamente en la magnetización de la pieza bajo ensayo, aplicación de un medio de inspección que es magnético y la interpretación de las indicaciones del medio magnético. El ensayo por partículas magnéticas permite detectar discontinuidades e impurezas superficiales en materiales ferromagnéticos, también es posible, con ciertas limitaciones, la detección de discontinuidades sub-superficiales. El fenómeno físico en el que se fundamenta este ensayo es el siguiente: supongamos que una pieza de acero al carbono tal como se muestra en la figura es sometido bajo la acción de un campo magnético, cuyas líneas magnéticas de fuerzas están orientadas según la flecha.

Si existe una discontinuidad en la superficie de la pieza, cuyo plano sea perpendicular a las líneas de fuerza; entonces se produciría una distorsión de las líneas de fuerza creándose un campo de escape, donde dichas líneas salen de la pieza y van por el aire de un polo hasta el otro polo. La distorsión del campo hace que se eleve la energía del sistema que resulta más inestable que si no existiese la discontinuidad.

Si ahora se agrega sobre la superficie de la pieza, partículas finas de un material ferromagnético, tenderán a acumularse en los campos de escape para facilitar el paso de las líneas de fuerza y contribuir así a que disminuya la energía del sistema, que pasa a un estado más estable.

Si el plano de la discontinuidad es paralelo a las líneas de fuerza, no hay distorsión del campo y no se formarán indicaciones. La consecuencia directa de estos fenómenos es que las partículas actúan como detectores del campo de fuga, cuya imagen aparece en la superficie de la pieza, y que se corresponde exactamente con la trayectoria superficial de la discontinuidad. Cuando se detecta una discontinuidad subsuperficial normalmente se forman indicaciones anchas y difusas. El tamaño y la intensidad de la indicación dependen de: la proximidad dela discontinuidad con la superficie, el tamaño y orientación de la discontinuidad, la intensidad y distribución del flujo magnético.

Corriente de Magnetización

Existen dos tipos básicos de corriente eléctrica de uso común, y ambas son aptas para fines de magnetización para la prueba de partículas magnéticas. Estas son corriente directa (D.C.) y corriente alterna (A.C.). La fuerza, dirección y distribución del campo son afectadas ampliamente por el tipo de corriente empleada para la magnetización. Entendiendo las características de estos tipos de corriente y las diversas modificaciones en su uso, resulta de gran importancia para la apropiada aplicación de la prueba por partículas magnéticas.

Corriente directa Vs Corriente Alterna

La corriente directa es considerada una corriente fluyendo constantemente en una sola dirección. La corriente alterna C.A. es considerada una corriente comercial, la cual es una corriente que invierte su dirección completamente a la velocidad de 50 o 60 ciclos por segundo. El campo magnético producido por

la corriente directa o alterna, difiere en muchas características. La diferencia de primordial importancia en la prueba por partículas magnéticas es que los campos producidos por la corriente directa generalmente penetran la sección transversal de la pieza, mientras que los campos producidos por la corriente alternase limitan a la superficie y cerca de la superficie

Uso de la corriente alterna en partículas magnéticas

Existen tres ventajas principales para utilizar la corriente alterna como fuente de magnetización. La primera es debido a que la corriente inversa provoca un efecto inductivo que concentra el flujo de magnetización en la superficie del objeto (llamado efecto piel) y éste proporciona una mejor detección de las discontinuidades superficiales. Los campos magnéticos producidos por corriente alterna son mucho más fáciles de remover durante la desmagnetización. Una tercera ventaja es que el efecto pulsante del flujo provocado por la corriente inversa agita las partículas aplicadas a la superficie del objeto de prueba. Esta agitación incrementa la movilidad de las partículas, permitiendo una mayor recolección de partículas en los puntos de fuga de flujo e incrementando el tamaño y visibilidad en la indicación de discontinuidades. La concentración del flujo en la superficie del objeto de prueba también puede ser una desventaja porque la mayoría de las discontinuidades subsuperficiales no son detectadas. Otra desventaja es que algunas especificaciones no permiten el uso de corriente alterna en componentes con espesor de recubrimiento que exceda los 0.08mm (0.003pulg.).

Partículas magnéticas Como partículas magnéticas se utilizan limaduras u óxidos de hierro, de tamaño comprendido entre 0,1 y 0,4mm, con colores que ayuden a mejorar el

contraste como son el negro, rojo y verde. También se utilizan partículas fluorescentes, que suelen proporcionar una posibilidad de localización de hasta 100 veces más que las visibles, si se aplican por vía húmeda. Normalmente se emplean partículas de varios tamaños mezcladas en una proporción idónea teniendo en cuenta que las más pequeñas y alargadas aumentan la sensibilidad y las más gruesas y redondas ayudan a detectar grandes discontinuidades y arrastran a las más pequeñas evitando que se formen falsas indicaciones.

Clasificación de las partículas magnéticas Las partículas magnéticas pueden ser clasificadas en: 1. Métodos, por la forma de ser transportadas  Partículas secas (aire)  Partículas vía húmeda (agua o petróleo ligero) 2. Tipos, por el contraste con la superficie  Partículas visibles, no-fluorescentes, contrastantes o coloreadas  Partículas fluorescentes Es importante utilizar el método y tipo adecuado de partículas magnéticas para asegurar que las indicaciones de discontinuidades prevalezcan en cualquier caso dado.

Método de aplicación de las partículas magnéticas Vía seca: las partículas son aplicadas directamente sobre la superficie magnetizada de la pieza con la ayuda de aplicadores manuales de polvo (por ejemplo, pinceles) o bombas de pulverización. Esta técnica permite la recuperación de las partículas libres de contaminación una vez inspeccionada la pieza. Comparado con el método por vía húmeda, es un método mucho más cómodo y limpio, es más fácil de utilizar en piezas grandes y con equipos portátiles a pie de obra y permite localizar con facilidad discontinuidades subsuperficiales.

Vía húmeda: las partículas se encuentran en suspensión en un medio líquido, que puede ser agua, queroseno o derivados del petróleo. Las partículas tienen una granulometría mucho más fina que permite detectar discontinuidades mucho más pequeñas. En este método las partículas, al encontrarse en dispersión, tienen una mayor movilidad que por vía seca, cubriendo con

facilidad piezas grandes o irregulares. Es el método más rápido para el control de grandes series de piezas pequeñas. Campo continuo: las partículas magnéticas se aplican mientras fluye la corriente de magnetización. Campo residual: las partículas son aplicadas después de que la pieza haya sido magnetizada. Se puede usar donde se especifique, en piezas que tengan una alta retentividad magnética. Métodos de Magnetización La primera de las etapas a cubrir en el ensayo de partículas magnéticas es la magnetización de la pieza, que tiene por objeto sumergir la pieza en el seno de un campo magnético de intensidad y dirección conocida; hay dos formas básicas de utilizarla corriente eléctrica para producir campos magnéticos: Magnetización longitudinal Magnetización Circular Magnetización longitudinal: este método consiste en inducir un campo magnético en la pieza, tal que las líneas magnéticas de fuerza, que se extienden a través de la pieza estén aproximadamente paralelas al eje de la bobina magnetizante, o a las líneas que conecta los dos polos cuando se usa electroimanes, y tienden a seguir el contorno de la pieza. Este método es adecuado para la detección de defectos con ejes aproximadamente perpendiculares al eje de la bobina. La magnetización longitudinal ofrece posibles discontinuidades orientadas ejemplo en barras, flechas, tubos, etc. bobina sobre la pieza, permite realizar

la facilidad de inspeccionar piezas con transversalmente al eje principal, por La rapidez y forma práctica de colocar la con agilidad la inspección.

Existen dos formas de inducir un campo longitudinal en una pieza: Uso de bobinas o solenoides Uso de electroimanes o culatas En conclusión, mencionaremos que con la magnetización longitudinal (bobina, cable enrollado y yugo) se pueden detectar discontinuidades perpendiculares a la dirección del flujo magnético (90°) y hasta 45°, esto significa que, en el caso de la bobina y el cable enrollado, serán detectadas las discontinuidades transversales aleje de la pieza, como se muestra en la figura.

Magnetización con solenoide (técnica de la bobina): En esta técnica la pieza se coloca en el interior de una bobina formada por un arrollamiento de hilos conductores de corriente eléctrica alterna o continua de forma que se crea un campo magnético cuyas líneas de fuerza son paralelas al eje de la pieza. Una bobina o solenoide es un conductor eléctrico que es enrollado en varias vueltas.

Magnetización por yugo: los yugos son equipos portátiles en forma de ³C´ (herradura), los cuales, inducen un campo magnético longitudinal entre sus polos (piernas), y son usados para magnetización local. El campo magnético es generado en un sistema de bobina, localizada dentro del yugo, y transmitido a la pieza a través de sus polos. En la magnetización con yugo no existe el riesgo de producir quemadas por arco, gracias a que se transmite a la pieza solamente el campo magnético, la corriente no entra a la pieza, ver la figura

Magnetización campo circular es para detectar

Circular: Un magnético adecuado

discontinuidades que sean transversales al flujo magnético, en este caso, que sean paralelas al eje de la pieza inspeccionada, como se ilustra en la figura. Una discontinuidad que sea paralela al flujo magnético no provocará fugas de flujo y no serán atraídas las partículas magnéticas

Métodos de magnetización circular

La magnetización circular induce un campo magnético dentro de las piezas en tres formas:

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Por inducción directa, que se conoce como magnetización entre cabezales, Inducción directa por medio de electrodos, Inducción indirecta, conocida como magnetización con conductor central.

a) Magnetización entre cabezales (por placas de contacto) En este método de magnetización las placas de contacto introducen la corriente en la pieza inspeccionada, como a un conductor, y se crea un campo circular a su alrededor, ver la figura.

La inspección debe ser realizada de tal manera que las superficies de la pieza no sean dañadas físicamente por la presión ejercida, o bien, por el calor producido por un arco eléctrico o alta resistencia en los puntos de contacto. Para asegurar que la resistencia al paso de corriente sea lo más baja posible y evitar quemadas en la superficie de la pieza, los puntos de contacto deben ser lo más grandes posible. b) Electrodos (puntas de contacto) Los electrodos, o puntas de contacto, son conductores de corriente, los cuales se utilizan para magnetizar áreas localizadas. Las puntas usadas son típicamente barras de cobre de3/4´ de diámetro y de 6´ a 8´ de longitud, montadas en soportes o manerales individuales o duales, como se observa en las figuras a y b, y pueden contar con puntas de contacto de cobre o aluminio intercambiables, y un interruptor integrado. Debe tenerse mucha precaución debido a la posibilidad de producir quemaduras por arco en las piezas inspeccionadas, específicamente en los puntos de contacto, por lo cual las puntas de contacto deben mantenerse limpias. Con esta técnica se produce un campo circular alrededor de las puntas.

Existen

algunas variables de la técnica para su aplicación: utilizando imanes o pinzas. Las puntas se conectan a la fuente de corriente mediante cables que normalmente son flexibles de calibre 00 con cubierta de hule. Hasta donde sea práctico, los cables deben ser lo más cortos posible. La magnitud de la corriente utilizada depende del espesor de la pieza inspeccionada y de la separación entre las puntas. Se considera que la magnetización es más efectiva cuando las puntas están separadas de 15a 20 cm (6 a 8 pulgadas), pero pueden usarse con separaciones de 7.6 a 20 cm (3 a 8 pulgadas). c) Magnetización con conductor central.

Para la inspección de piezas cilíndricas huecas, por ejemplo tubos o anillos, se utiliza un conductor central que induce un campo circular, como se ilustra en las figura.

Para la inspección de tubos pequeños es preferible que el conductor sea colocado al centro, para que el campo sea uniforme para la detección de las discontinuidades que existen en cualquier punto sobre las superficies del tubo. Sin embargo, en el caso de tubos, anillos o recipientes a presión de diámetros grandes, la corriente necesaria para producir campos magnéticos con la fuerza adecuada para la inspección de la circunferencia completa, podría ser excesivamente grande. La ventaja principal de utilizar un conductor central es que, al no existir contacto entre el conductor y la pieza inspeccionada, virtualmente se elimina la posibilidad de quemaduras por arco. En algunas ocasiones las piezas inspeccionadas son demasiado grandes, cuando este caso se presenta, se puede emplear el cable que conduce la corriente eléctrica desde el generador, como conductor centro.

Procedimiento de desmagnetización: todos los materiales ferromagnéticos pueden retener magnetismo residual, la fuerza de este magnetismo va a depender de la retintividad de la pieza o parte que se esté examinando. La desmagnetización es requerida solamente si es solicitada en la especificación o en la orden de compra. Los campos magnéticos residuales pueden interferir en los procesos de soldadura, maquinado, instrumentación, etc.

Métodos de desmagnetización

a. La desmagnetización, en general, es lograda aplicando un campo magnético similar o mayor sobre la pieza, pero en sentido inverso, esta actividad se realiza varias veces hasta que el campo residual marque cero. b. La más rápida y simple técnica usada con mayor frecuencia, es la aplicada mediante el paso de la pieza por una bobina de alta intensidad de corriente alterna y retirarla lentamente del campo magnético. Bobinas de 5000 o 10000vueltas son las más recomendadas. La frecuencia utilizada es de 50 a 60 Hertz. c. Otra técnica alternativa para desmagnetizar, es sometiendo la pieza a un campo magnético y reduciendo gradualmente el campo hasta lograr el nivel desmagnetización deseado. d. La utilización de yugos electromagnéticos de corriente alterna pueden ser usados para desmagnetización local, colocándolos sobre la superficie y moviéndolos alrededor del área y retirándolos lentamente mientras se mantiene energizada. e. La utilización de corriente directa en reverso sobre la pieza, en pasos consecutivos, y reduciendo la corriente directa hasta el nivel deseado. Este es un proceso bien efectivo y económico, sobre todo para piezas grandes.

Ventajas Las principales ventajas del método de inspección por partículas magnéticas son:  



Inspección relativamente rápida y de bajo costo, Equipo relativamente simple, provisto de controles utilizados para ajustar la corriente y un amperímetro visible para verificar la fuerza de magnetización que ha sido creada para la inspección, Equipo portátil y adaptable a muestras pequeñas o grandes,

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Se requiere menor limpieza que en líquidos penetrantes, Se pueden detectar discontinuidades subsuperficiales, Las indicaciones se forman directamente en la superficie de la muestra, No se requiere de lecturas electrónicas de calibración o mantenimiento excesivo, Se obtienen mejores resultados en la detección de discontinuidades llenas de algún contaminante (como carbón, escoria, etc.) y que no pueden ser detectadas en una inspección por líquidos penetrantes.

Limitaciones Las limitaciones del método de inspección por partículas magnéticas son:           

Es aplicable solamente en materiales ferromagnéticos, Se requiere un suministro de corriente eléctrica, No se pueden detectar discontinuidades localizadas a grandes profundidades, La detección de una discontinuidad depende de varios factores, Su aplicación en el campo es de mayor costo, ya que se necesita suministro de energía eléctrica, La rugosidad superficial puede distorsionar el campo, Se requiere de dos o más magnetizaciones, Generalmente, es necesario desmagnetizar después de la inspección, Se pueden generar quemadas en la superficie, al aplicar la técnica de puntas de contacto. Aunque las indicaciones son fácilmente observables, la experiencia para su interpretación y evaluación es necesaria, Capas de pintura o de algún otro recubrimiento no magnético afectan la sensibilidad del método.

3. Parte experimental 3.1.

Materiales y equipos

3.2. sos básicos de inspección por partículas magnéticas

Pa

1. Preparación de la superficie de inspección: según norma ASTM E-16565, se puede utilizar cualquiera de los siguientes métodos dependiendo del tipo de material o pieza que se desee inspeccionar: a.-) limpieza con detergentes, b.-) solventes, c.-) soluciones decapantes, d.-) vapor desengrasante y e.-) quemado con aire. 2. Magnetización de la superficie de inspección: elegir el tipo de corriente de magnetización dependerá de la forma de la pieza, así como

también del tipo de discontinuidad (superficial o subsuperficial) presentes en el artículo bajo inspección. En nuestro caso utilizaremos el Yugo. 3. Selección y aplicación del medio indicador: dependiendo del tipo de partículas magnéticas a utilizar, se tiende a clasificar el método de aplicación (método húmedo o seco) para la inspección; de manera que si la discontinuidad es superficial, será más sensible el método húmedo con aplicación de partículas magnéticas fluorescentes. Mientras que si la discontinuidad es subsuperficial, será más sensible el método seco con el uso de partículas coloreadas. Este último es nuestro caso. 4. Interpretación de Discontinuidades: La interpretación consiste en localizar e identificar todas las indicaciones relevantes que se detecten sobre la superficie de la pieza y evaluarlas de acuerdo a la norma aplicable o a criterios de aceptación o rechazo considerados. Las definiciones siguientes deben aplicarse a la interpretación y evaluación. a. Indicaciones relevantes: Son todas aquellas causadas por discontinuidades. Si una indicación no puede ser identificada como relevante, ésta debe ser asumida como relevante. b. Indicaciones No relevantes: Son todas aquellas ocasionadas por la geometría intrínseca del material. c. Indicaciones lineales: Son todas aquellas en las cuales la longitud es mayor a tres veces su ancho. d. Indicaciones redondeadas: Son las circulares o elípticas donde su largo es menor a 3 veces su ancho. 5. Desmagnetización de la pieza: después del examen por partículas magnéticas, se deben desmagnetizar las piezas cuando el magnetismo residual interfiere de alguna manera en la operación normal del equipo o pieza evaluada. 6. Limpieza después del ensayo: la limpieza posterior a la inspección por partículas magnéticas es necesaria cuando estos materiales interfieren con los procesos subsiguientes o con las condiciones de servicio