TEMA 4-DEFECTOLOGÍA. INSPECCIÓN Y ENSAYOS-rev1 (1)

Departamento de Ingeniería y Ciencia de los Materiales
TEMA 4. DEFECTOLOGÍA. INSPECCIÓN Y ENSAYOS – REV.01
TECNOLOGÍA DE MATERIALES.
1
TEMA 4. DEFECTOLOGÍA. INSPECCIÓN Y ENSAYOS.
4.1. ORIGEN DE LOS DEFECTOS EN LOS MATERIALES.
4.2. INSPECCIÓN.
4.3. ENSAYOS NO DESTRUCTIVOS.
4.4. ENSAYOS MECÁNICOS.
4.5. OTROS ENSAYOS DE CARACTERIZACIÓN DE LOS MATERIALES
4.1. ORIGEN
MATERIALES.
DE
LOS
DEFECTOS
EN
LOS
4.1.1. INTRODUCCIÓN
El material perfecto no existe. Un defecto se define
normalmente como la falta o ausencia de algo esencial
para la integridad o perfección. Los defectos pueden
variar en los metales desde dislocaciones en el campo
atómico, no observables incluso con los más potentes
microscopios, hasta discontinuidades apreciables a simple
vista.
La rotura del material se define como la falta de ejecución
o cumplimiento que da lugar al deterioro o destrucción.
Muchos defectos aparentes, que son claramente visibles,
pueden no reducir la vida del recipiente del componente.
Por otra parte, muchos defectos superficiales,
perfectamente visibles, y otros no superficiales y por lo
tanto invisibles pueden ser peligrosos y pueden dar lugar
a roturas en servicio.
Las roturas pueden también producirse en materiales casi
perfectos debido a causas externas como un proyecto
defectuoso, la corrosión, o una utilización inapropiada del
equipo en el que el material fue empleado.
Bajo unas determinadas condiciones de trabajo y
utilización, un defecto determinado, puede ser muy
improbable que cause o contribuya a la rotura en servicio.
Bajo otras condiciones, el mismo defecto puede ser
extremadamente peligroso y causar una rotura
instantánea dando lugar a explosiones, fuego y otros
deterioros, y poniendo en peligro la salud y vida de la
población.
Los defectos se consideran generalmente como una
separación dentro de la estructura normal del metal. La
palabra “defecto” es ampliamente utilizada. También se
usa otra terminología para describir las condiciones
defectuosas
tales
como
inclusiones,
falta
de
homogeneidad, grietas, discontinuidades estructurales,
imperfecciones, etc. Sin embargo, en sentido universal, la
palabra
defecto
puede
también
describir
las
desigualdades en la estructura metalúrgica o las
deficiencias de proyecto.
En muchos casos, la defectología de los diversos tipos de
materiales ha sido avanzada en los temas específicos
tratados en la parte inicial de este curso, por lo que en
este tema se abordará este aspecto como complemento a
lo ya tratado, y con el objeto de obtener una cierta visión
de conjunto.
4.1.2. DEFECTOS
INCLUSIONES.
MICROESTRUCTURALES
E
Dentro de este grupo de defectos podemos incluir
fundamentalmente las segregaciones y las inclusiones.
También podrían incluirse diversos defectos consistentes
en desviaciones de la microestructura esperada,
causados generalmente por tratamientos térmicos
incorrectos. Véase en este aspecto los citados en el
apartado “defectos producidos en otros procesos de
fabricación”, “defectos de tratamiento térmico”.
Segregaciones
La distribución de los elementos químicos en las
aleaciones industriales no siempre es uniforme. A menudo
(especialmente en lingotes y piezas moldeadas), se
encuentran algunas regiones enriquecidas en ciertos
elementos, mientras que otros están empobrecidas en los
mismos.
Durante la solidificación, cambia en cada momento la
composición de las fases, sólida y líquida. Los fenómenos
de difusión tienden a igualar las diferencias de
composición en la fase sólida, pero no son tan rápidos
como la solidificación diferencial, y por tanto se conservan
gradientes de composición de la solución sólida formada.
Como consecuencia de este proceso de solidificación se
desarrolla una estructura dendrítica Fig. 4.1.1.
La solidificación de las aleaciones industriales raramente
es tranquila y libre de interferencias con algunos factores
perturbadores. Corrientemente va acompañada de
desprendimiento gaseoso, que produce un estado
turbulento en la masa en solidificación, con corrientes
ascendentes y descendentes en el seno de la fase líquida,
causando una mezcla irregular de las fases sólida y
líquida. La solidificación local a través del molde trae
como consecuencia la formación de puentes que ocluyen
sustancias no metálicas (costras de fundición) que evitan
su descenso a las regiones inferiores del rechupe. Debido
a la contracción de los cristales primarios durante la
solidificación, se forman unos conductos capilares a
través de los cuales penetra un líquido de bajo punto de
fusión a las regiones con componentes de punto de fusión
elevado.
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Cuando la segregación tiene lugar como variaciones de
concentración en pequeñas distancias se llama
microscópica. También se suele aludir a ella como
segregación intracristalina. Este tipo se encuentran en
aleaciones con estructura dendrítica. Las segregaciones
también pueden producirse a gran escala. Este es el caso
de las segregaciones en los lingotes de acero, en los que
pueden observarse trazos angulares en forma de V, bien
normal o invertida (A), Fig. 4.1.2. Estas marcas son
producidas por la segregación de elementos tales como el
azufre y el fósforo.
b.
c.
d.
Inclusiones
e.
2
En los materiales tratados térmicamente no son
deseables las inclusiones, porque pueden originar
grietas de temple o tratamiento térmico.
Las impurezas segregadas, como el fósforo y el
azufre del acero, se concentran en ciertas regiones
donde su contenido excede el límite admisible de
seguridad y ponen en peligro el metal. Sin embargo
en ocasiones se añade intencionadamente azufre en
cantidad inferior al 0,15% para facilitar el mecanizado
del metal.
Las inclusiones en los metales pueden considerarse
como entallas internas que localizan las tensiones y
llevan a la ruptura prematura por fatiga.
Las inclusiones disminuyen la resistencia de las
soldaduras.
Las impurezas en el metal pueden estar en solución
sólida o como partículas independientes, llamadas
inclusiones.
4.1.3.
Los orígenes de la contaminación de los metales son muy
variados. Las impurezas pueden ser:
4.1.3.1. Defectos producidos en los procesos de
moldeo.
1.
2.
Estos defectos han sido tratados en el Tema 1.1, Moldeo
de materiales metálicos y no metálicos.
3.
4.
Procedentes del mineral y otras materias primas.
Originadas en la fase de desoxidación y desulfuración
en el afino del acero.
Producidas por las ferroaleaciones, compuestos
carburantes y otras adiciones al baño fundido.
Partículas del revestimiento del horno o convertidor,
de la buza o del tapón.
Según su origen entre los inclusiones no metálicas se
distinguen: las endógenas o naturales y las exógenas o
accidentales. Las primeras se producen por precipitación
de sustancias no metálicas en el metal sólido o líquido,
mientras que las segundas tienen su origen en partículas
no metálicas ocluidas por el metal en el estado líquido.
En general el efecto nocivo de las impurezas dependerá
en gran parte de cómo se presenten, de su punto de
fusión y de su naturaleza. Los principales efectos
perjudiciales son:
DEFECTOS DE FABRICACIÓN.
4.1.3.2. Defectos producidos en los procesos de
deformación.
Estos defectos han sido tratados en el Tema 1.3,
Deformación de materiales metálicos y no metálicos.
4.1.3.3. Defectos producidos en los procesos de
soldadura.
Estos defectos han sido tratados en el Tema 2, Técnicas
de unión.
4.1.3.4. Defectos producidos en otros procesos de
fabricación.
Fallos en el mecanizado
a.
b.
a.
Las impurezas que se presenten en películas
continuas o alargadas son las menos deseables, por
producir discontinuidades en las que el metal se
sustituye por material extraño de naturaleza frágil o
débil, que disminuyen la ductilidad y la resistencia del
metal. Si las impurezas tienen un punto de fusión
más bajo que el metal, estas películas se funden o
ablandan al calentar hasta el punto que basta una
pequeña deformación en caliente para producir la
rotura. Se dice que el metal es frágil en caliente.
Cuando se encuentran en contacto dos superficies
animadas del movimiento rápido, como sucede en las
bolas de los cojinetes, se desprenden fácilmente los
inclusiones. Por esta razón del acero para bolas y
superficies de rodadura de los cojinetes debe ser
excepcionalmente limpio y libre de inclusiones no
metálicas.
En los metales forjados y laminados, las inclusiones
están alineadas de forma más o menos continua.
Esto produce una debilitación del metal cuando
trabajaba en
sentido perpendicular al
de
conformación de la pieza.
Son errores dimensionales producidos durante el
mecanizado, debidos a unas inadecuadas dimensiones de
la pieza inicial, una deficiente ejecución del trazado de la
pieza antes del mecanizado, o bien por un fallo humano,
de la máquina o de la herramienta durante la operación de
mecanizado.
Golpes
Son huellas, o magulladuras de golpes producidas en la
superficie de las piezas mecanizadas en terminación.
Normalmente son debidas a descuidos o accidentes en el
manejo de las piezas una vez mecanizadas, y que al
trasladarlas de un lugar a otro con la grúa se pueden
golpear con otras piezas o con alguna herramienta,
produciéndose el defecto.
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Grietas de rectificado
Son grietas finas superficiales, que aparecen a menudo
en forma de malla o red, y generalmente se presentan
más bien en grupos, siendo poco profundas (0.5 a 2 mm).
Son debidas a un calentamiento local excesivo, que se da
en la zona de contacto de la muela con la pieza,
provocado por una técnica inadecuada de rectificado o
una deficiente ejecución, como poca refrigeración,
embotamiento de la muela, una velocidad excesiva o una
carga demasiado elevada. Las capas cementadas con red
de carburos precipitados puede favorecer la formación de
grietas de rectificado.
Defectos por tratamiento térmico
Se trata de una serie de defectos, debidos a tratamientos
térmicos aplicados de forma inadecuada.
Entre éstos, podemos citar las estructuras incorrectas de
tratamiento térmico, que son estructuras inapropiadas a
los tratamientos térmicos de reconocido, normalizado,
temple y revenido u otros dados a los productos
transformados. En estas estructuras se observa una
distribución anormal de los microconstituyentes, o que
éstos no son los correctos con respecto a los que se
obtendrían con el tratamiento adecuado.
Otro tipo de defecto debido al tratamiento térmico son las
estalladaduras de temple. Son grietas o roturas, de origen
integranular, producidas en la superficie de las piezas o
barras templadas. La dirección de las estalladuras puede
ser muy variada. Proceden de fisuras producidas en el
temple, aunque a veces son tan pequeñas que se
observan solo cuando se extienden gradualmente debido
a las condiciones de servicio. Suelen ser debidas a una
excesiva rapidez de enfriamiento para el tipo de acero,
dimensiones y peso de las piezas.
El sobrecalentamiento es otro de estos defectos,
consistente en un aumento exagerado del tamaño de
grano. El material sobrecalentado puede llegar a
presentar aspecto de piel de cocodrilo. Esto es debido a
que el acero se somete a una temperatura de
calentamiento excesivamente elevada o a un
calentamiento demasiado prolongado en atmósfera
oxidante. Este defecto afecta a las propiedades
mecánicas, especialmente al alargamiento, la estricción y
la resiliencia.
El quemado es un aumento del tamaño del grano
cristalino, con alteración pronunciada en los bordes.
Puede considerarse como un grado más acusado
sobrecalentamiento. Es debido a que temperatura se
aproxima hasta la de fusión, de forma que se origina una
penetración de gases oxidantes en los bordes de grano, o
una fusión incipiente. Por esto, el acero quemado
presenta una oxidación intergranular, conteniendo
normalmente película de óxido en los bordes de grano. El
acero quemado está permanentemente dañado, no
teniendo remedio este defecto.
3
La descarburación es la reducción o perdida del contenido
de carbono en la superficie de la barra o pieza del acero.
Este debidas al calentamiento del acero en un medio que
reacciona con el carbono. Se produce en el calentamiento
que se realiza anterior a un trabajo de deformación
plástica. En materiales que vayan a trabajar en
condiciones de fatiga (por ejemplo, muelles), puede tener
problemas especialmente significativos.
Defectos de limpieza y acabado
En este caso, agrupamos una serie de defectos referentes
a la condición superficial. Algunas condiciones de servicio
requieren piezas exentas de óxido. Los métodos normales
de limpieza son el decapado químico y chorreado con
arena o granalla. Cuando no se realizan bien estas
operaciones puede producirse daños en las piezas e
incluso roturas en servicio. Los defectos de decapado
químico se relacionan con una corrosión excesiva,
resultado de una inmersión prolongada en el ácido
decapante para quitar la capa de óxido.
4.1.4.
FALLOS PRODUCIDOS EN SERVICIO.
Se dice que un sistema, mecanismo o estructura falla en
servicio cuando pierde su capacidad para desempeñar
satisfactoriamente la misión para la que fue proyectado y
construido.
El estudio del fallo en servicio de un sistema es la fase
previa al estudio del fallo del elemento o elementos que
han ocasionado el del sistema y consiste básicamente en
la localización de los mismos. En esta fase puede
aparecer el concepto de fallo primario y fallo secundario,
es decir, qué elemento o pieza es la que ha dejado de
funcionar correctamente, estando las demás cumpliendo
las suyas satisfactoriamente (fallo primario) y cuales han
sufrido avería como consecuencia del fallo primarios de
otra pieza (fallo secundario).
El análisis y estudio de un fallo en servicio se realiza para
conocer las causas y los factores que hayan podido influir
en el. Las consecuencias que se obtienen de un estudio
de este tipo son de gran importancia en todos los órdenes
y la información que proporciona es muy valiosa, ya que
corresponden a las condiciones reales de servicio en que
puede encontrarse la pieza y no a los supuestos de
solicitación que se hallen establecido en el cálculo o
impuesto a la pieza en ensayos de laboratorio.
Dentro del campo del mantenimiento, es de vital
importancia poder establecer si el fallo en servicio
detectado es de tipo accidental o sistemático, es decir, la
probabilidad de que otras unidades en servicio se vean
afectadas por el mismo fallo, a fin de poder adoptar las
medidas urgentes necesarias. La investigación de un fallo
en servicio es muy compleja y requiere considerar un gran
número de circunstancias. Dentro de esta investigación un
aspecto básico está la determinación del tipo de fallo ante
el que nos encontramos.
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4
Clasificación de fallos en servicio.

Tratamiento térmico defectuoso (tanto general como
local en zonas endurecidos).
Desde el punto de vista funcional, es decir, de cómo o por
qué el elemento deja de cumplir su función en el conjunto.

Descarburación.

Grietas previas (de temple, de rectificado, etcétera).

Tensiones residuales (de tratamiento, de soldadura,
etc.).
- Deformación excesiva
 Deformación plástica
 Inestabilidad elástica
 Fluencia
Mantenimiento inadecuado.
- Fractura
 Total
 Parcial
 Agrietamiento
-

Mala realización o falta de inspecciones periódicas.

Errores al cambiar piezas dañadas.

Alteración de componentes en las inspecciones o
reparaciones.
Utilización anormal.
Modificación de dimensiones iniciales (desgaste)
Alteración del estado superficial inicial
Degradación del material por agentes ambientes o
condiciones de funcionamiento.
Esta clasificación permite enlazar el fallo en servicio del
mecanismo, sistema o estructura, con la causa primera de
dicho fallo, pero no es adecuada para investigar la causa
y factores preponderantes o coadyuvantes del fallo de
elemento que ha provocado el del sistema.
Clasificación según los factores preponderantes.
Defectos de diseño

Apreciación equivocada de solicitaciones y de
condiciones ambientales de funcionamiento

Cálculo equivocado o insuficientemente preciso.

Mala
elección
de
condicionan y estado).

Detalles de diseño insuficientemente cuidados.

Falta de previsión en cuanto a inspecciones
periódicas.
materiales
(naturaleza,
Defectos de fabricación.

Procedimiento de fabricación no adecuado.

Errores de mecanización.

Mala realización de procesos, tales como:
soldadura, remachado, recubrimientos, etcétera.

Manejo y limpieza inadecuados o insuficientes.
Defectos de montaje.

Ajustes y juegos mal elegidos o realizados.

Pares de apriete incorrectos, etcétera.
Defectos intrínsecos del material (naturaleza, condición y
estado del mismo).

Impurezas o defectos de composición.

Inclusiones o poros.

Mala orientación de fibra.

Utilización fuera de los límites impuestos por el
fabricante.

Transgresión de los reglamentos.

Cúmulo de circunstancias incidentales no previstas.
Esta clasificación es muy importante porque indica, a
diversas escalas, las áreas en las que hay que actuar
para evitar la repetición del fallo.
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4.2. INSPECCIÓN.
5
forma, del cómo y del cuándo la inspección va a ser
efectuada.
4.2.1. PRINCIPIOS DE INSPECCIÓN.
La inspección se define como el examen de un diseño de
producto, producto, servicio, proceso o instalación, y la
determinación de su conformidad con requisitos
específicos o bien con requisitos generales basándose en
un juicio profesional.
De la definición antes expuesta, se deduce que el
principal objetivo, durante la inspección de, por ejemplo
un producto o una instalación cuyo fallo pueda dar lugar a
daños en personas o bienes, es el determinar el grado de
fiabilidad del conjunto inspeccionado. Es decir, poder
conocer si lo inspeccionado va a poder se utilizado en las
condiciones para las que fue diseñado.
Esto no quiere decir que el conjunto inspeccionado esté
totalmente libre de defectos. Pueden, durante las distintas
fases de inspección, detectarse imperfecciones o
desviaciones sobre los requisitos establecidos, que no
influyan esencialmente en el futuro comportamiento en
servicio y que, a pesar de su existencia, se considere al
conjunto apto para la instalación y funcionamiento.
La inspección debe hacerse evaluando los resultados en
relación con unas exigencias establecidas en códigos o
normas aplicables al producto examinado y son, en
muchos casos, estos mismos documentos, los que "a
priori" permiten ciertas anomalías o desviaciones respecto
al ideal de obtener cero defectos, lo cual no es
prácticamente imposible, pero tampoco es normalmente
exigido.
Como se indica en la definición, puede ser objeto de
inspección también los diseños o los servicios, pero en el
ámbito de la Tecnología de Materiales, habitualmente se
tratará de la inspección de materiales, equipos y
componentes. El convencimiento de la importancia de
inspeccionar estos conjuntos, ha sido la causa de que, en
todos los países industrializados, se hayan publicado
códigos, especificaciones y normas relativos a su
construcción e inspección de aquellos cuyo fallo pone en
riesgo bienes y/o personas. Además, en la mayoría de
dichos países, es la propia Administración la que
establece la obligatoriedad de construir e inspeccionar
siguiendo unas determinadas normas, así como que el
personal que la ejecute tenga unos conocimientos y
experiencia mínimos. Al mismo tiempo, la industria
también se ha hecho eco de esta necesidad, casi se
puede decir que no existe una empresa industrial
competitiva que no disponga de normas o instrucciones
propias, estableciendo las bases de fabricación e
inspección necesarias para que los conjuntos o equipos
por ella fabricados, cumplan los requisitos de seguridad
que los Organismos, nacionales e internacionales, fijan
para el buen comportamiento en servicio de los equipos y
componentes.
Una vez definido el que un equipo va a ser sometido a
una determinada inspección, es de la mayor importancia,
para obtener de la misma el mayor aprovechamiento
posible, el establecer un orden o sistemática acerca de la
La forma de llevar a cabo una inspección, así como el
cómo y el cuándo, deben quedar reflejados en
documentos escritos, tal como una especificación
redactada al respecto. No deben quedar a capricho de los
Inspectores o Clientes, pues en función de los
conocimientos particulares de cada persona se
inspeccionarían trabajos idénticos bajo diferentes puntos
de vista, pudiendo darse el caso de efectuar las
inspecciones cuando posibles defectos no fuesen
fácilmente localizados. De la misma forma, los criterios de
aceptación y rechazo deben quedar establecidos y
acordados previamente al comienzo del trabajo.
Para el seguimiento y control de las diferentes
inspecciones, suele ser de gran utilidad el que, los propios
Inspectores, se confeccionen unas listas donde figuren
cronológicamente las inspecciones a efectuar y vayan
cumplimentándolas a medida que la inspección prospera.
Con ellas, se puede conocer el estado del equipo en
cualquier momento y tener la evidencia de que todas las
inspecciones requeridas se han efectuado en su momento
oportuno.
Una de las actividades que con más frecuencia está
sujeta a inspección es la soldadura, dada su naturaleza
de “proceso especial” (que no se puede conocer la calidad
intrínseca mediante ensayos únicamente del producto
final, sino que requiere control durante todas las fases del
proceso). Por este motivo, desarrollamos las fases y
etapas que supone la inspección de una construcción
soldada. En términos generales, a continuación se
enumeran una serie de actividades a considerar antes,
durante y a la terminación de la soldadura.
Inspección antes de la soldadura
Material base

Composición química.

Características mecánicas.

Homogeneidad.

Aspecto superficial y dimensiones principales.

Posibles defectos internos (laminaciones, grietas,
etc...
Material de aportación

Composición química.

Características mecánicas.

Estado de conservación (secado, condiciones de
almacenaje, etc...
Procedimientos de soldadura

Alcance

Compatibilidad
aportación.

Ensayos de cualificación.

Requerimientos
específicos
(precalentamiento,
aporte térmico, tratamientos térmicos, etc...)
de
los
materiales
base
y
de
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4.2.2. ASPECTOS DE CONTROL DE CALIDAD.
Cualificación de los soldadores

Alcance.

Ensayos de cualificación.

Validez de la cualificación.
Medios

Características de las máquinas.

Características de los medios auxiliares.

Estado de conservación y funcionamiento.
Preparación de la unión
Es frecuente que se asocie el "control de calidad" con lo
que son actividades normales de "inspección".
Indudablemente, casi todo programa de control de calidad
precisa utilizar técnicas de inspección y éstas suponen, en
muchos casos, la mayoría de las acciones a tomar, pero
siempre dentro del contexto más amplio, que es de control
de calidad.
Un programa integrado de control de calidad debe contar
al menos con las fases de:

Formación
personal.
Limpieza.

Control de suministros.

Características del punteado o medios de sujeción.


Alineación y separación entre bordes.
Control del equipo de mediciones, ensayos y
pruebas.

Predeformaciones.

Control del proceso de fabricación.

Posición en la que vaya a soldarse.

Control de desviaciones.

Control de costes.

Control de las preparaciones de bordes.

entrenamiento
y
cualificación
del
Inspección durante la soldadura

Precalentamiento.

Temperaturas entre pasadas.

Deposición y penetración del cordón de raíz.

Grietas en el cordón de raíz.

Resanado del cordón de raíz.

Orden de deposición del resto de los cordones.

Limpieza entre cordones.

Forma de los cordones.

Características eléctricas.

Velocidad de soldadura.

Atmósferas protectoras.
Inspección después de la soldadura

Velocidad de enfriamiento.

Aspecto exterior.

Dimensiones.

Tratamientos térmicos. Deformaciones.

Ensayos destructivos y no destructivos.
Puede verse que las actividades posibles de inspección
"antes" de la soldadura superan a la suma de las
indicadas "durante" y "después" de la soldadura: En la
preparación está la clave del éxito y esto lo saben muy
bien los soldadores. Todos los esfuerzos que se dediquen
a preparar la unión correctamente, y la zona de trabajo,
facilitarán su labor al soldador para la consecución de
soldaduras libres de imperfecciones, con el consiguiente
ahorro de reparaciones y rechazos.
Todas estas fases anteriores van dirigidas a que durante
la aplicación de un control de calidad fiable hay que contar
con personas preparadas y medios adecuados, y con
criterios prefijados de independencia con respecto a la
actividad
de
producción.
Lo
anterior
supone,
indudablemente, un coste empresarial que debe ser
tenido en cuenta. Lo que no cabe ninguna duda es que no
hay que tener un departamento, grupo o sección de
control de calidad por el sólo hecho de tenerlo, esto
además de que cuesta no se aprovecha. Cada empresa
tiene que estudiar la fiabilidad que a sus productos le
demanda el mercado y, con este dato, implantar su
correspondiente programa de control de calidad.
Se puede decir que el control de la calidad en la
inspección de actividades en el ámbito de la Tecnología
de Materiales, representa una serie de acciones que
deben ser consideradas como parte del proceso
productivo, encaminadas a asegurar un determinado
grado de fiabilidad y a conseguir que los diferentes
procesos industriales se apliquen de la forma más eficaz
posible.
Debe desecharse rotundamente la suposición de que la
función principal del control de calidad es detectar
imperfecciones, pues ello supondría reconocer el absurdo
de que una empresa fabrica un producto sin conocer los
rechazos que del mismo pueda tener. Para lograr esto es
imprescindible dos cosas: voluntad empresarial y actitud
de las personas que efectúan actividades que afectan a la
calidad de las uniones soldadas.
La voluntad empresarial se precisa para que facilite los
medios adecuados y la formación y promoción
permanente de su personal.
La actitud de las personas que llevan a cabo actividades
que afectan a la calidad, influyen directamente no sólo en
la calidad final del producto, sino en la productividad y
competitividad de su empresa.
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7
4.2.3. INSPECCIÓN Y ENSAYO
4.2.4. INSPECCIÓN VISUAL
Hemos definido la inspección como el examen de un
diseño de producto, producto, servicio, proceso o
instalación, y la determinación de su conformidad con
requisitos específicos o bien con requisitos generales
basándose en un juicio profesional.
Existe la costumbre de asignar al ámbito de la de
inspección visual prácticamente toda la actividad de la
inspección, es decir, los aspectos tratados anteriormente,
tales como inspecciones antes de la soldadura, por
ejemplo, estado de las máquinas de soldar, o recepción
de materiales, en aspectos tales como revisión de
certificados de chapas, electrodos, etc. Sin pretender
entrar en polémicas, la inspección visual que aquí se
aborda, tiene relación más con la evaluación del aspecto
superficial del cordón de soldadura, para la detección de
posibles discontinuidades, que con los aspectos antes
citados, siendo todos ellos de indudable importancia.
Podemos definir el ensayo como una operación técnica
que consiste en la determinación de una o varias
características de un producto, proceso o servicio dado,
basándose en un procedimiento específico.
Vemos de las definiciones que la inspección comprende
un aspecto más general, pues no se limita a la
determinación de características de un producto, sino que
puede evaluar más cosas, y además la inspección
requiere la determinación o evaluación de la conformidad,
en tanto que los ensayos en general proporcionan
simplemente un resultado, que será necesario evaluar (a
veces de manera sencilla, pero no siempre), para decidir
si el producto ensayado es conforme.
La inspección y los ensayos están en relación porque
frecuentemente la inspección requiere la realización de
ensayos para obtener datos en base a los cuales poder
realizar una evaluación de conformidad. Por ejemplo, la
inspección de una instalación puede requerir una serie de
actividades comprobación de existencia de medidas de
seguridad, fechas de caducidad de elementos, distancias
entre equipos y paredes, existencia de cubetas de rebose,
que se pueden comprobar mediante la observación “in
situ” y algunas verificaciones documentales. Aquí no hay
ensayos y si inspección. Pero si como parte de la
inspección se requiere que haya una puesta a tierra,
habrá que hacer el ensayo eléctrico correspondiente, para
ver que la resistencia medida es inferior a un determinado
valor. En este caso hemos hecho un ensayo en apoyo de
la inspección.
En el caso de los Ensayos No Destructivos (END), existe
una cierta situación de mezcla de inspección y ensayo.
Así, es frecuente emplear términos tales como “inspección
por ultrasonidos” en lugar de “ensayo por ultrasonidos”, lo
que facilita que la confusión pueda suscitarse, y por otra
parte, la aplicación de los métodos de END en la mayoría
de los casos requiere la evaluación de la conformidad del
producto examinado con respecto a criterios de
aceptación recogidos en normas o códigos, aspecto este
que sin ser privativo de la inspección, si resulta distintivo
de esta actividad.
La realidad es que los ensayos no destructivos participan
en su desarrollo de caracteres relacionados con la
inspección, lo que queda reconocido en la normativa,
exigiendo controles de calidad propios de inspección,
tales como el trabajo de acuerdo a procedimientos
escritos específicos, o con requisitos de cualificación del
personal operador de métodos de END, que hacen
énfasis en los conocimientos y entrenamiento necesario
para realizar la evaluación de la conformidad.
La inspección visual es un método de ensayo no
destructivo que provee un medio de detección y examen
de una gran variedad de defectos superficiales, tales
como
corrosión,
contaminación
superficial,
y
discontinuidades superficiales en uniones (por ejemplo,
soldaduras, uniones adhesivas, etc.). La inspección visual
es también el método más ampliamente utilizado para
detección y examen de grietas superficiales, que son de
gran importancia debido a su relación con los
mecanismos de fallos estructurales. Incluso cuando se
emplean otras técnicas no destructivas para detección de
grietas superficiales, la inspección visual a menudo ofrece
una ayuda suplementaria por ejemplo, cuando se realiza
un proceso de examen mediante corrientes inducidas de
tubos, la inspección visual a menudo se usa para verificar
y examinar con más detalle las irregularidades
superficiales.
La mayoría de las normas que contemplan la inspección
visual contiene requisitos para garantizar la detectabilidad
de las discontinuidades, incluyendo aspectos tales como
intensidad de iluminación requerida en la superficie de
examen, distancia y ángulo de observación, etc.
Dada la gran variedad de defectos superficiales que se
pueden detectar por examen visual, el uso de inspección
visual puede comprender técnicas diversas, dependiendo
del producto y el tipo de defectos superficiales que se
trate de detectar. En este apartado, trataremos de algunos
equipos utilizados para ayudar del proceso de inspección
visual.
Los métodos de inspección visual comprender una amplia
variedad de equipos, que se extiende desde el examen a
ojo desnudo hasta el uso de microscopios de interferencia
para medición de la profundidad de grietas en el acabado
de superficies pulidas finas o lapeadas. Algunos de los
equipos usados para auxiliar en la inspección visual
incluyen:

Boroscopios rígidos o flexibles para iluminar y
observar áreas internas, cerradas o de otra manera
inaccesibles.

Sensores de imagen para detección remota o para
obtener registros visuales permanentes en forma de
fotografías, cintas de vídeo o imágenes digitales.

Sistemas de aumento para evaluación del acabado
superficial, forma de la superficies (perfil y contorno)
y microestructura superficial.
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
TEMA 4. DEFECTOLOGÍA. INSPECCIÓN Y ENSAYOS – REV.01
Líquidos penetrantes y partículas magnéticas para
mejorar la observación de grietas superficiales (y en
ocasiones subsuperficiales en el caso de inspección
por partículas magnéticas)
En este apartado se tratará sobre los equipos usados en
inspección visual dejando los aspectos de líquidos
penetrantes y partículas magnéticas para temas
siguientes.
8
extremos del distal no son intercambiables, aunque
algunos modelos (tal como boroscopios extensibles)
pueden serlo.
Algunos boroscopios rígidos tienen un localizador orbital
(Fig. lc), que incluye la rotación del eje óptico para fines
de búsqueda. Dependiendo del modelo de boroscopio, el
ángulo de rotación puede variar entre 120 y 360º. Algunos
boroscopios rígidos también pueden tener prismas
móviles en la punta de búsqueda.
4.2.4.1. BOROSCOPIO
Un boroscopio (Fig. 4.2.1) es un largo dispositivo óptico
tubular que ilumina y permite la inspección de las
superficies dentro de tubos estrechos o cámaras de difícil
acceso. El tubo, que puede ser rígido o flexible posee una
variedad amplia de longitudes y diámetros estando
provisto de la conexión óptica necesaria para la unión
entre ocular y objetivo encontrándose ambos en los
extremos del boroscopio. Esta conexión óptica puede
lograrse de una de las tres maneras siguientes:

Utilizándose un tubo rígido con una serie de lentes
de reemplazo.

Usando un tubo (normalmente flexible aunque
también a veces rígido) que lleva en su interior un
haz de fibras ópticas.

Utilizando un tubo (normalmente flexible) con
instalación alámbrica que transporta la señal de
imagen recibida a través de un sensor de imagen
que posee un dispositivo acoplado de carga (CCD).
Estos tres diseños básicos de tubo permiten enfocar la
lente objetivo en el extremo distal. Dicho extremo tiene
prismas y espejos que definen la dirección y el campo de
visión (ver Fig. 4.2.2). Las vistas varían según el tipo y
aplicación del boroscopio. El diseño del sistema de
iluminación también varía con el tipo de boroscopio.
Generalmente, para dicha iluminación se emplean una
guía de luz de fibra óptica o una lámpara que produce luz
blanca, aunque a veces la luz ultravioleta puede usarse
cuando se trata de registrar superficies tratadas con
líquidos penetrantes fluorescentes.
4.2.4.1.1. Boroscopios rígidos
Los boroscopios rígidos generalmente se limitan a las
aplicaciones en las que exista una trayectoria rectilínea
entre el observador y el área a inspeccionar. Los tamaños
oscilan entre 0.15 a 30 m de longitud y 0.9 a 70 mm de
diámetro. La ampliación es normalmente de 3 a 4x, pero
puede alcanzarse hasta 50x. El sistema de iluminación es
o, bien, una lámpara incandescente situada en el extremo
distal (Fig. 4.2.1a) o un haz guía de luz conducido a través
de fibras ópticas (Fig. 4.2.1c) y emitido desde una fuente
externa.
La elección de las cabezas de inspección para
boroscopios rígidos (Fig. 4.2.2) varía según la aplicación,
como se describe posteriormente en el punto "Selección".
Los boroscopios rígidos generalmente tienen un campo
de visión de 55º, aunque existan algunos que poseen
ángulos de visión entre 10 y 90º. Normalmente, los
Existe una variedad de modelos de boroscopios rígidos
teniendo importantes diferencias en el diseño del eje, en
la punta del distal, y en el sistema de iluminación. Algunas
de estas diferencias en el diseño se describen más
adelante.
Diseño Básico. Normalmente el boroscopio rígido tiene
una serie de lentes acromáticas de reemplazo en el tubo
óptico. Estas lentes conservan la resolución de la imagen
según ésta se desplaza desde el objetivo al ocular. El
diámetro del tubo de estos boroscopios oscila entre 4 y 70
mm (0.16 a 2.75 pulgadas). El sistema de iluminación
puede ser o, bien, una lámpara distal o un haz guía de luz
e incorporar distintos accesorios como un localizador
orbital, varias cabezas de visión y ajuste de los focos de
los objetivos.
Miniboroscopios. En vez de las lentes convencionales de
reemplazo, los miniboroscopios tienen un único tubo
óptico que lleva fibra de cuarzo para transmitir la imagen.
La longitud de los miniboroscopios oscila entre los 1 1 0 y
1 70 mm, y diámetros comprendidos entre 0.9 a 2.7 mm.
La ampliación (superior a 30x) se conseguirá por medio
de mínimas distancias focales, no siendo en este caso
necesario un foco ajustable, pues el visor posee una
profundidad de campo infinita. Los tamaños más grandes
poseen visión delantera, lateral, y delantera-oblicua. El
diámetro de 0.9 mm tiene simplemente visión delantera.
Los miniboroscopios tienen un haz guía de luz integrado.
El boroscopio híbrido emplea lentes de varilla combinadas
con lentes convexas para transmitir la imagen. Las lentes
de varilla tienen menos bordes aire-cristal; esto reduce el
poder de búsqueda pero permite una guía óptica más
compacta. En consecuencia, un mayor haz se puede
emplear con un aumento de iluminación consiguiéndose
una imagen con mayor contraste.
El boroscopio híbrido posee longitudes hasta de 990 mm,
con diámetros que oscilan entre 5.5 y 12 mm. Todos los
boroscopios híbridos tienen un foco ajustable de objetivo y
un localizador orbital de 360º de rotación. Las diferentes
direcciones de visión son delantera, lateral, retrospectiva,
y delantera-oblícua. Los boroscopios extensibles permiten
al usuario construir un tubo más largo boroscópico
uniendo varios de ellos. Existen boroscopios extensibles
con o bien una guía de luz de fibra óptica o una lámpara
incandescente en el extremo distal. Los boroscopios
extensibles con lámpara integral tienen una longitud
máxima aproximadamente de 30 m. Los visores con un
haz guía de luz tienen una longitud máxima más corta
(aproximadamente 8 m), aunque permiten diámetros
menores de tubo [por ejemplo, tan pequeños como 8 mm].
También tienen cabezas de visión intercambiables. Los
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boroscopios extensibles no poseen ajuste del foco del
objetivo. Los boroscopios de cámara rígidos permiten una
inspección más rápida de largos recintos. Estos tienen
una ampliación variable (zoom), una lámpara en la punta
distal, y un espejo de exploración que permite al usuario
observar en distintas direcciones. La iluminación más alta
y la ampliación mayor de de los boroscopios de cámara
permite la inspección de superficies que se encuentran a
910 mm desde la punta del visor.
Las fundas de espejo pueden convertir un boroscopio de
visión delantera en uno de visión lateral. Una funda de
espejo está diseñada para ajustarse sobre el extremo del
visor y así refleja una imagen hacia el costado de éste. En
cambio, no en todas las aplicaciones es conveniente este
dispositivo. Una cabeza de visión lateral, delanteraoblicua,
o
retrospectiva
proporcionan
mayores
resoluciones y alto grado de contraste de imagen. Una
funda de espejo también produce una imagen inversa y
reflejos no deseados.
Exploración. Como ampliación respecto al localizador
orbital descrito anteriormente, algunos boroscopios rígidos
tienen la capacidad de examinar longitudinalmente a lo
largo del eje de la vara. Un prisma móvil con un control en
la empuñadura realiza esta exploración. Normalmente, el
prisma puede abarcar un arco de visión de 120º.
4.2.4.1.2. Boroscopios flexibles
Los boroscopios flexibles se utilizan prioritariamente en
aplicaciones que no tienen una dirección recta respecto al
punto de observación. Los dos tipos de boroscopios
flexibles son fibroscopios y videoscopios que llevan un
sensor de imagen con dispositivo acoplador de carga
(CCD) en la punta distal.
Fibroscopios Flexibles. Un fibroscopio común (Fig. 4.2.1b)
consta de un haz guía de luz, un haz guía de imagen, un
objetivo, cabezas de visión intercambiables, y control
remoto para la articulación de la punta distal. Existen
fibroscopios con diámetros que oscilan entre 1.4 y 13 mm
(0.055 y 0.5 pulgadas) y con longitudes de hasta 12 m (40
pies). Existen fibroscopios especiales de cuarzo de hasta
90 m (300 pies) de longitud.
Las fibras utilizadas en el haz guía de luz tienen
normalmente 30 m de diámetro. El segundo haz óptico,
llamado guía de imagen, se utiliza para llevar la imagen
formada desde plano focal del objetivo al ocular. Las
fibras en la guía de imagen deben alinearse con precisión
para que se encuentren siempre en la misma posición
relativa con relación a sus extremos con el fin de lograr
una resolución apropiada de la imagen.
El diámetro de las fibras en la guía de imagen es otro
factor a tener en cuenta con el fin de conseguir una nítida
resolución de la misma. Con fibras de menor diámetro,
pueden obtenerse imágenes más nítidas y con mejor
resolución por medio de la unión de más fibras en la guía
de imagen. Con una resolución más alta, es posible
utilizar un objetivo con un campo de visión más amplio y a
la vez aumentar la imagen en el ocular. Esto permite una
mejor observación de los objetos circundantes de la
9
imagen. La gama de las fibras de guía de imagen se
extienden desde 6.5 a 1 7 m. Las puntas distales
intercambiables proporcionan varias direcciones y campos
de visión diferentes para el fibroscopio simple. Sin
embargo, debido a que la punta puede ser articulada con
fines de exploración, las puntas distases pueden utilizarse
eficazmente con direcciones de visión frontales o
laterales. Son normales los campos de visión de 40 a 60º,
aunque existe un rango de 10 a 120º. La mayoría de los
fibroscopios tienen ajuste de los focos correspondientes a
los objetivos.
Los videoscopios con sondas que poseen dispositivo
acopiador de carga (CCD) incorporan la transmisión
electrónica del color o imágenes en blanco y negro al
monitor de video. La punta distal de los videocopios
electrónicos portan un chip CCD, integrado por millares de
elementos sensibles a la luz ordenados en un patrón de
filas y columnas. El objetivo enfoca la imagen de un objeto
en la superficie del chip, donde la luz se convierte en
electrones que se almacenan en cada elemento del panel
(puntos de la pantalla del monitor) del dispositivo CCD. La
imagen del objeto, por tanto, se almacena en forma de
electrones en el CCD. En ese momento, se crea una
tensión proporcional al número de electrones en cada
punto de la pantalla del monitor. Esta tensión es ampliada,
filtrada y trasladada al monitor de video.
Como en los boroscopios rígidos y fibroscopios flexibles,
la resolución de los videoscopios depende de la distancia
entre la lente y el objeto y, también, del campo visual,
debido a que estos dos factores afectan a la ampliación.
Generalmente, los videoscopios producen una mayor
resolución que los fibroscopios, sin embargo estos últimos
con fibras de pequeño diámetro pueden competir con la
resolución de los videoscopios.
Otra ventaja del videoscopio es su mayor distancia de
trabajo. Con una determinada cantidad de iluminación en
la punta distal, los videoscopios pueden enviar una
imagen a mayor distancia que los fibroscopios. Otros
aspectos de los videoscopios son los siguientes:

Una disposición que puede ayudar a reducir la fatiga
ocular (pues no permite el examen directo a través
del ocular).

No se crea una visión tipo panal de abeja o
distorsión irregular de la imagen como ocurre con
otros fibroscopios.

La forma electrónica de la señal de imagen permite
un aumento digitalizable de la imagen y una
potenciación para la integración con sistemas
automáticos de inspección. . Esta disposición
permite la creación de retículos sobre la pantalla
para visualizar medidas punto a punto.
4.2.4.1.3. Accesorios especiales
Los boroscopios y fibroscopios de medida poseen un
cursor móvil que permiten medidas durante el examen
óptico. Cuando el objeto sometido a medida está
enfocado, el cursor móvil proporciona una referencia para
la obtención de las dimensiones en el plano óptico del
objeto. Esta capacidad elimina la necesidad de conocer la
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distancia objeto-lente para determinados factores de
ampliación. los canales de trabajo se utilizan en
boroscopios y fibroscopios para trasladar dispositivos de
trabajo al extremo distal. Actualmente los canales de
trabajo se emplean para trasladar instrumentación de
medida, dispositivos de localización selectiva, y anclajes
que ayudan a la introducción de delgados fibroscopios
flexibles.
4.2.4.1.4. Aplicaciones
Existen boroscopios rígidos y flexibles de diferentes
diseños dada la gran variedad de aplicaciones. Por
ejemplo, para la inspección de fugas en tuberías rectas,
se utilizan boroscopios rígidos con visión radial de 360º
capaces de examinar el interior de tubos con diámetros
que oscilan entre 3 y 600 mm. Los visores también son
utilizados por inspectores y contratistas para examinar el
interior de muros, conductos, grandes tanques, u otras
áreas oscuras.
La aplicación principal de los boroscopios radica en
programas de mantenimiento de equipos, pues pueden
reducir o eliminar la necesidad de costosos desmontajes
de máquinas. Algunos tipos de equipos, tales como
turbinas, tienen puertas de acceso específicamente
diseñadas para boroscopios. Estos proporcionan un
medio de chequeo de defectos en el interior de una gran
variedad de equipos que están en servicio, tales como
turbinas, componentes de automoción y oleoductos. Los
boroscopios tienen una gran utilización en la industria de
fabricación pues pueden asegurar la calidad del producto
en componentes de difícil acceso. Los fabricantes de
cilindros hidráulicos, por ejemplo, utilizan boroscopios
para examinar las superficies de su interior en busca de
picaduras, ralladuras y marcas de herramientas. Los
fabricantes de aviones y naves aeroespaciales también
utilizan boroscopios para verificar el ajuste y colocación
idóneos
de
dispositivos
de
cierre,
uniones,
empaquetaduras y subconjuntos que se localizan en
lugares donde resulta difícil la inspección visual del
observador.
4.2.5. REQUISITOS
OPERADORES
ESPECÍFICOS
PARA
LOS
Los atributos más importantes de un Inspector Visual son
sus conocimientos y su capacidad visual, ya sea natural o
corregida. Debe estar familiarizado con planos, croquis,
pedidos, especificaciones, códigos de diseño y
construcción, organización interna de los talleres, normas
de trabajo y, en general, todas las facetas de lo que se
conoce como la buena práctica de fabricación.
La capacidad visual es esencial para que pueda distinguir
claramente pequeños detalles o alteraciones superficiales
ya que, por citar un ejemplo, todos los códigos exigen que
las uniones soldadas se encuentren exentas de grietas, lo
que supone disponer de agudeza para detectar defectos
del tamaño de un cabello.
Habitualmente se suele requerir una certificación anual de
aptitud física para el examen visual, que se puede
demostrar por la capacidad de lectura de las cartas
10
JAEGER nº 1 o Times New Roman 4,5 en visión cercana
(a 30 cm.). También se requiere capacidad de distinción
de los colores (no ser daltónico).
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4.3. ENSAYOS NO DESTRUCTIVOS
4.3.1. INTRODUCCIÓN
DESTRUCTIVOS.
A
LOS
11
de tensiones; detección de fugas; defectos en maquinaria
en movimiento; puntos calientes.
ENSAYOS
NO
4.3.1.1. INTRODUCCIÓN
Caracterización
de
los
materiales:
Características químicas, estructurales, mecánicas y
tecnológicas; propiedades físicas (elásticas, eléctricas y
electromagnéticas); transferencia de calor y trazado de
isotermas.
Los métodos de Ensayos No Destructivos (END), son
aquellos que permiten definir la calidad intrínseca de un
producto sin deteriorarlo, es decir, sin perjudicar su
ulterior empleo.
Metrología: Control de espesores: medidas de
espesores por un solo lado; medidas de espesores de
recubrimientos; niveles de llenado.
En general, los métodos de END se basan en medir
alguna propiedad del material cuyas variaciones estén
relacionadas con la existencia de discontinuidades de
cualquier índole y con el comportamiento de las piezas.
El éxito de la aplicación de un ensayo no destructivo, en
un problema de inspección industrial, está supeditado,
fundamentalmente, al cumplimiento de los siguientes
requisitos:
Bajo este aspecto, los métodos de END se basan,
esencialmente, en la aplicación de uno o varios de los
siguientes fenómenos físicos:
a.

ondas electromagnéticas (incluidos fenómenos
basados en las propiedades eléctricas y/o
magnéticas de las muestras),

ondas elásticas o acústicas,

emisión de partículas subatómicas,

otros fenómenos, tales como los de capilaridad,
absorción, estanquidad, etc.
Podemos considerar los END comparativamente con los
ensayos convencionales, que tienen generalmente la
característica de ser destructivos, es decir, inutiliza la
pieza o probeta sometida al ensayo. Los métodos de
ensayos destructivos aplicados en un control de calidad
estadístico permiten, sin duda, comprobar, con un cierto
grado de seguridad, el nivel de calidad de una producción.
Sin embargo, requieren la inutilización de un número
determinado de muestras, obtienen en general datos de
una zona local de un producto o pieza, pero no de todo su
volumen y no pueden asegurar la calidad de todos los
elementos de un lote.
En cambio, los Métodos de Ensayos no Destructivos
permiten la inspección 100 % de la producción, si ello es
requerido y la obtención de datos de todo el volumen de
un producto o pieza; con lo que contribuyen a mantener
un nivel de calidad uniforme, con la consiguiente
conservación y el aumento del prestigio del producto y a
asegurar la calidad funcional de los sistemas y elementos.
Además, colaboran a prevenir accidentes y proporcionan
beneficios económicos directos (por disminución de los
costes de fabricación y aumento de la producción) e
indirectos (por su contribución a la mejora de los diseños
y el control de los procesos de fabricación).
Bajo el aspecto de sus aplicaciones, los métodos de
ensayos no destructivos cubren tres amplias áreas:
Defectología: Detección de heterogeneidades,
discontinuidades e impurezas; evaluación de la corrosión
y deterioración por agentes ambientales; determinación
b.
Que el ensayo permita desarrollar correctamente las
etapas básicas de la inspección, de manera que la
inspección pueda realizarse al ritmo de la producción
y que los resultados no sean afectados por el juicio
subjetivo y cansancio del operador.
Que, teniendo en cuenta los factores económicos, el
ensayo sea programado bajo el criterio de
rendimiento y de beneficio económico máximos.
Para cumplir los requisitos anteriores, es preciso recurrir,
frecuentemente, a dispositivos de exploración especiales,
diseñados para cada problema, según sea la forma y
tamaño del producto y a la automatización del proceso de
inspección, mediante contadores, registradores y
clasificadores que complementan el equipo de ensayo
convencional. En las industrias con grandes volúmenes
de producción, tales como las de primeras materias y de
productos semielaborados, será preciso introducir los
métodos automatizados para el análisis de gran número
de datos proporcionados por el ensayo y para poder
establecer la calificación de evaluación de la producción
diaria.
4.3.1.2. ETAPAS
MEDIANTE END.
BÁSICAS
DE
LA
INSPECCIÓN
Las etapas básicas de la inspección de un material
estructural, mediante los métodos de ensayos no
destructivos, por lo que respecta a problemas de
defectología, caracterización y metrología, es decir, a su
calidad intrínseca, pueden concretarse en las cuatro
siguientes:
a.
b.
c.
d.
elección del método y técnicas operatorias idóneos,
obtención de una indicación propia,
interpretación de la indicación,
evaluación de la indicación.
4.3.1.2.1. Elección del método y técnicas operatorias
idóneos.
En la elección racional del método y técnicas operatorias
idóneos de inspección, hay que tener presente la
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naturaleza del material, su estado estructural, es decir,
procesos de elaboración a que ha sido sometido, el
tamaño y forma del producto, así como tener
conocimiento del tipo de heterogeneidades que se
pretenden detectar o de la característica del material a
determinar o de la dimensión a medir; ya que todos los
métodos presentan limitaciones de interpretación,
limitaciones debidas a la geometría y a la naturaleza del
material, así como limitaciones en el campo de
observación y en la velocidad de aplicación que permite el
ensayo.
Por otra parte, cada método posee una sensibilidad
limitada, la cual podrá ser adecuada para el examen de
un tipo de material con una condición de empleo o de
servicio. Teniendo en cuenta que el aumento de
sensibilidad trae consigo, entre otros inconvenientes, el
aumento del coste del ensayo, es preciso, para
especificar los límites de sensibilidad y tolerancias
requeridos en el ensayo, que previamente esté
claramente definido el nivel de calidad o nivel de
aceptabilidad requerido en el producto. Sin este requisito
no es posible elegir racionalmente un ensayo no
destructivo, como tendremos ocasión de insistir más
adelante.
4.3.1.2.2. Obtención de una indicación propia
Una característica común a los métodos de ensayos no
destructivos es que siguen procedimientos indirectos, esto
es, que determinan la característica buscada en el
producto a través de cualquier otra propiedad relacionada
con ella. Así, por ejemplo, los métodos radiográficos
proporcionan una indicación que es una imagen de las
heterogeneidades presentes en el material; el ensayo por
ultrasonidos, una indicación en una pantalla de un tubo de
rayos catódicos; el examen por partículas magnéticas y
por líquidos penetrantes, una indicación que es una
ampliación de la heterogeneidad según una sección por la
superficie de observación; los métodos magnéticos y
eléctricos miden una variación en las propiedades físicas
del material, dando una indicación, según el sistema
representativo de cada ensayo, de la que se deducirán
variaciones en composición, tratamientos térmicos,
espesores, presencia de heterogeneidades, etcétera.
En la detección de heterogeneidades mediante ensayos
no destructivos, las limitaciones en la obtención de una
indicación propia vienen supeditadas a su naturaleza
(discontinuidades e impurezas), a su morfología (esférica
o puntual, cilíndrica y plana o laminar), a su situación
(superficial, subsuperficial e interna), a su orientación y a
su tamaño. Así, a título de ejemplo, para la obtención de
una indicación propia de una grieta (discontinuidad
laminar o plana), las circunstancias óptimas se
presentarán cuando sea paralela al haz de radiación X o
gamma, perpendicular al haz de ondas ultrasónicas,
perpendicular a las líneas de campo magnético y a la
superficie de observación y próxima a ella, en el examen
de partículas magnéticas o que aflore a la superficie, en el
caso del ensayo por líquidos penetrantes.
Para producir, pues, una indicación propia de, por
ejemplo, una heterogeneidad presente en el material, es
preciso tener conocimiento sobre las características de los
12
Productos, sobre las características de las probables
heterogeneidades que puedes presentar y sobre los tipos
de heterogeneidades que pueden ser detectadas
mediante las diferentes técnicas operatorias que permita
cada método.
4.3.1.2.3. Interpretación de la indicación
Producida la indicación, es preciso interpretarla. La
interpretación consiste en hallar la correlación entre la
indicación observada con, por ejemplo, la propia
naturaleza, morfología, situación, orientación y tamaño de
la heterogeneidad; es decir, la interpretación es el
dictamen sobre qué es lo que da motivo a una indicación.
Para una correcta interpretación, será aconsejable
recurrir, en las primeras fases de la puesta a punto del
método, a los ensayos destructivos que sean precisos,
con el fin de asegurar la validez del ensayo. En algunos
casos, bastará la experiencia y pericia del operador,
adquirida con la observación de gran número de
productos defectuosos; pero, siempre será muy
conveniente introducir, cuando sea factible, dichos
estudios y ensayos destructivos.
La interpretación es, pues, una función de primordial
importancia y su responsabilidad recae de lleno en el
experto en los métodos de ensayos no destructivos.
4.3.1.2.4. Evaluación de la indicación
Finalmente, después de obtenida e interpretada una
indicación, debe evaluarse. La evaluación consiste en
hallar la correlación entre la heterogeneidad detectada o
la característica determinada o la dimensión medida en el
material con su efecto posterior en las propiedades
requeridas de dicho material; esto es, la decisión sobre
cuándo una heterogeneidad o característica del material
afecta a su empleo.
Así como vimos que la interpretación era una función
propia del experto en las técnicas de ensayos no
destructivos, la evaluación es de la responsabilidad de un
equipo
humano
constituido,
esencialmente,
por
proyectistas, por personal responsable de los ensayos de
experimentación o de pruebas de duración, por expertos
en fiabilidad y por expertos con conocimiento sobre la
ciencia y técnica de los materiales. Este equipo analizará
los datos relativos a cargas de servicio y condiciones de
funcionamiento, determinará con la ayuda de dichos datos
las secciones o zonas críticas de la pieza o del
componente estructural, estableciendo en cada una de
ellas un grado de responsabilidad y fijará, finalmente,
teniendo presente los resultados estadísticos de los
ensayos de duración, el nivel de calidad, es decir, los
límites de aceptación o de rechazo requeridos.
Desgraciadamente, existe la práctica o costumbre
demasiado frecuente de asignar a los expertos en las
técnicas de ensayos no destructivos o de hacer recaer en
la persona de un inspector todas estas funciones.
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TEMA 4. DEFECTOLOGÍA. INSPECCIÓN Y ENSAYOS – REV.01
Como consecuencia de ello, muchos programas de
ensayos no destructivos han fracasado al no estar
establecidas especificaciones adecuadas relativas a la
evaluación. En estos casos, el inspector basa, muchas
veces, sus decisiones en la experiencia sobre el
comportamiento de piezas similares bajo iguales
condiciones de servicio. Pero puede ser muy peligroso si
extrapola sus conclusiones para condiciones de servicio
nuevas y completamente diferentes. En caso de duda, el
inspector tiende, generalmente, a ser muy precavido,
particularmente en el caso de no poseer especificaciones
o no ser éstas adecuadas. Ello supone grandes pérdidas
económicas a la industria.
Si esta etapa básica de la evaluación, que cierra el ciclo
de la inspección, no queda adecuadamente establecida,
es decir, si no se relacionan las propiedades medidas con
el comportamiento en servicio, el ensayo no destructivo es
ineficaz, no tiene objeto.
13
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TEMA 4. DEFECTOLOGÍA. INSPECCIÓN Y ENSAYOS – REV.01
4.3.2. LIQUIDOS PENETRANTES
4.
5.
14
tensión superficial
poder humectante.
4.3.2.1. INTRODUCCIÓN
El examen por líquidos penetrantes es un método de
ensayo no destructivo, mediante el cual es posible
detectar discontinuidades, en materiales sólidos no
porosos, siempre que éstas se encuentren abiertas a la
superficie. El método es aplicable tanto a los metales
férreos como a los no férreos, pero su campo de
aplicación más amplio es el de los metales no
magnéticos, tales como aluminio, magnesio, aleaciones
ligeras, aceros inoxidables, cobre, bronces, latones y
otros metales y aleaciones. Ello no excluye el que pueda
ser aplicado sobre materiales magnéticos, pero en este
caso resulta más ventajoso utilizar el método de las
partículas magnéticas.
La aplicación práctica de este método de ensayo es
relativamente sencilla, además al no requerir aparatos
complicados no resulta costosa, hasta el extremo de que
puede ser considerado como el método de ensayo no
destructivo más económico.
Como antecedente histórico de este método de ensayo se
puede considerar el procedimiento seguido, hace unos
ochenta años, en los talleres para detectar determinados
tipos de grietas. El ensayo, conocido bajo la
denominación de ensayo "del petróleo y la cal", consistía
en cubrir, con un aceite mineral disuelto en keroseno, la
superficie de las piezas. Al cabo de algunas horas, se
limpiaban las piezas y una vez secas se cubrían con
Lechada de cal. La pieza, entonces, se golpeaba para
ayudar al líquido a salir de las grietas, obteniéndose así
una mancha oscura sobre fondo blanco como indicación
de la grieta o discontinuidad. Este procedimiento, permitía
detectar grietas grandes, pero no resultaba adecuado
para las pequeñas discontinuidades y sobre todo, tenla el
grave inconveniente de su falta de uniformidad en los
resultados.
4.3.2.2. PRINCIPIOS FÍSICOS.
El examen por líquidos penetrantes depende
fundamentalmente de aquellas propiedades de los
líquidos que le comunican un determinado poder
humectante, suficiente para mojar la superficie del sólido
u objeto sometido a examen, al tiempo que le permita fluir
sobre ella formando una película razonablemente
continua y uniforme; así como, de una facultad o poder de
penetración que le faculten para introducirse en la
discontinuidad abierta a la superficie.
La aptitud de un líquido dado, que desde ahora
denominaremos penetrante, para poder fluir sobre la
superficie de un sólido y penetrar en el interior de las
discontinuidades que se encuentren abiertas a ella,
depende principalmente de las siguientes condiciones y
propiedades:
1.
2.
3.
estado de limpieza de la superficie
configuración de la discontinuidad
tamaño de la discontinuidad
La fuerza con la cual moléculas semejantes se atraen
entre sí, se denomina "cohesión", mientras que en la
superficie límite entre dos substancias diferentes, o en el
seno de una mezcla, las moléculas de distinta naturaleza
se atraen unas a otras, llamándose a este tipo de
atracción "adherencia".
Consecuencia de la cohesión es la "tensión superficial"
que puede ser definida como la fuerza por unidad de
longitud que se ejerce tangencialmente sobre la superficie
de separación entre un líquido y un gas, o entre un líquido
y un sólido. Cuando un líquido entra en contacto con la
superficie de un sólido, la del líquido tiende a ser curva.
En la zona de contacto entre el sólido y el líquido, las
moléculas están sometidas a la cohesión propia del
líquido y a la adherencia del sólido y del gas, si bien la
fuerza ejercida por este último acostumbra a ser tan
pequeña que se puede despreciar. La acción de estas dos
fuerzas, cohesión y adherencia, determina el ángulo de
contacto , entre el líquido y la superficie del sólido. Si el
ángulo  es menor de 90º, figura 4.3.2.1 a), se dice que el
líquido "moja" al sólido o que su poder humectante es
bueno; por el contrario si el ángulo  es igual o mayor que
90º, figura 4.3.2.1 b) y c), no moja la superficie del sólido y
su poder humectante es malo.
Íntimamente ligado con la tensión superficial y el poder
humectante, se encuentra la "capilaridad". En virtud de
este fenómeno si se introduce un tubo de pequeño
diámetro interior (tubo capilar) en un líquido, puede ocurrir
alguno de los tres casos que se representan en la figura
4.3.2.2. Como puede apreciarse en la figura, si el ángulo
de contacto , entre el líquido y la pared del tubo capilar
es inferior a 90º, esto es si el líquido moja la pared del
tubo, el líquido asciende por el tubo y su menisco es
cóncavo (Figura 4.3.2.2 a). Si  = 90º no hay capilaridad
(Figura 4.3.2.2 c,).
Como se ha visto, las dos propiedades estudiadas,
tensión superficial y poder humectante, determinan la
facultad de penetración de un líquido penetrante. Sin
embargo, se ha de tener en cuenta que mientras la
tensión superficial es una característica propia del líquido,
el poder humectante depende también de la sustancia
sobre cuya superficie se aplique el líquido. Este poder
humectante, que se puede medir por el ángulo de
contacto entre la gota del líquido y la superficie del sólido,
es tanto mayor cuanto menor sea el valor del ángulo de
contacto, . La adición de agentes tensoactivos a un
determinado líquido, reduce considerablemente este
ángulo de contacto, bajando también la tensión
superficial, de forma que la mezcla obtenida puede llegar
a tener buenas características de penetrabilidad. Tanto es
así, que los buenos líquidos penetrantes se caracterizan
más por un ángulo de contacto muy pequeño que por el
valor de su tensión superficial.
Aunque, tanto estas dos propiedades, como el fenómeno
de la capilaridad, puedan ser considerados como los
principios básicos que rigen la penetración de un líquido
en las discontinuidades abiertas a la superficie, en la
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práctica se puede comprobar que el proceso es más
complejo y no tan sencillo como podría pensarse a la vista
de los ejemplos citados. Así, por ejemplo, las grietas no
son en realidad tubos capilares, no obstante, la
interacción entre el líquido y la superficie del sólido,
responsable de la elevación del líquido en un capilar,
también lo es de la introducción de un penetrante entre
las superficies, muy próximas entre sí, de una grieta fina.
Otra propiedad de los líquidos a considerar es, la
viscosidad. Esta propiedad que no entra como factor en la
ecuación básica de la capilaridad, lo que hace que, en sí
mismo, no sea decisiva para la calificación de un
penetrante, pero sí en cambio, tiene un marcado efecto
sobre determinadas propiedades del penetrante. En
primer lugar, influye de forma decisiva sobre la velocidad
de penetración del líquido en las discontinuidades, de tal
forma que un líquido viscoso tardará más tiempo en
penetrar que otro que sea más fluido. Igualmente, el
tiempo de escurrido, necesario para la eliminación del
exceso de penetrante, será tanto mayor cuanto mayor sea
su viscosidad, lo cual dará lugar a pérdidas de tiempo o
de penetrante. Por el contrario, los penetrantes muy poco
viscosos al escurrir rápidamente, dejarán sobre la
superficie del sólido una capa demasiado fina que puede
ser causa de una penetración insuficiente. Como ventaja
de emplear un penetrante poco viscoso, es el que se
gastará menos líquido penetrante por unidad de superficie
examinada. Como segundo efecto de la viscosidad, se
tiene el que si se trabaja con penetrantes demasiado
fluidos se corre el riesgo de arrastrar, con el agua de
lavado, el penetrante contenido en el interior de la
discontinuidad. Todo esto hace necesario que se tenga
que llegar a una solución intermedia que permita resolver
ciertos problemas sin perjudicar a otros aspectos de la
utilización de este método de ensayo.
Además de cuanto se ha indicado, otra propiedad que
debe tener un líquido penetrante es su capacidad para
disolver una determinada cantidad dé un colorante o
compuesto fluorescente adecuado, así como, el hecho de
que sea compatible con los disolventes o emulsificadores,
si es que el penetrante no es lavable con agua.
Hasta ahora se ha considerado la importancia que tiene
para el ensayo, el que el penetrante pueda entrar en el
interior de las discontinuidades. Siendo evidente la
importancia que tiene el poder de penetración, no es
menos importante el que el penetrante empleado emerja
de la discontinuidad, después de que de la superficie haya
sido eliminado el exceso de penetrante. El hecho,
aparentemente paradójico, de que la misma interacción
entre el líquido y la superficie del sólido que motiva la
penetración del líquido en el interior de la discontinuidad,
sea también la causa que facilita su salida, tiene una
explicación muy sencilla: una vez que la superficie del
sólido, por la acción del lavado, queda libre del exceso de
penetrante, vuelve a ser accesible al líquido retenido en la
discontinuidad, el cual, bajo la acción de las fuerzas de
adhesión entre el líquido y el sólido, se difunde sobre la
superficie limpia hasta que se alcanza un estado de
equilibrio entre el penetrante que queda en la
discontinuidad y el que emerge a la superficie.
Aunque en algunos casos la cantidad de penetrante que
emerge a la superficie, después de eliminado el exceso
15
de líquido penetrante, puede ser suficiente para poner de
manifiesto la discontinuidad, la sensibilidad del método se
incremento considerablemente al utilizar un revelador. Los
reveladores están constituidos fundamentalmente por un
polvo muy fino, con gran poder de absorción, que se
extiende sobre la superficie a examinar después de haber
eliminado el exceso de penetrante. El revelador, en
esencia, actúa como un papel secante, ya que debido a
su calidad absorbente extrae una gran parte del
penetrante retenido en la discontinuidad.
Expuestos los principios físicos básicos del método de
ensayo por líquidos penetrantes y teniendo en cuenta
cuanto de ellos puede derivarse, se pueden establecer las
características que deben reunir tanto él líquido
penetrante como el revelador que vaya a ser empleado.
Estas características son las que se dan a continuación.
4.3.2.2.1. Características del penetrante.
El hecho de que la característica fundamental de un
líquido penetrante sea precisamente su poder de
penetración, ello .no es suficiente para que sea apto para
examinar un producto, sino que precisa de otras
propiedades que le confieran, en su conjunto, esa aptitud.
Resulta, por tanto, que un penetrante ideal debería reunir
las siguientes características:

poder penetrar en discontinuidades o grietas muy
finas,

poder permanecer en discontinuidades gruesas,

no evaporarse o secarse rápidamente,

ser fácilmente eliminable de la superficie,

que esta operación de limpieza superficial no afecte
al penetrante retenido por la discontinuidad,

permanecer en estado fluido para poder emerger
con facilidad al aplicar el revelador,

poder extenderse en películas finas y de espesor
uniforme,

conservar el color o la fluorescencia durante un
tiempo suficiente,

que su color o fluorescencia contrasten bien sobre el
fondo,

no ser corrosivo ni atacar a los materiales que se
examinen,

no tener olor intenso o desagradable,

ser estable en
almacenamiento,

no tener componentes tóxicos,

ser económicamente rentable.
las
condiciones
de
uso
o
Es evidente que el conjunto de todas estas características
difícilmente se pueden encontrar reunidas en una sola
sustancia, por esto los líquidos penetrantes que se
encuentran en el comercio son mezclas de muy diversa
composición que se aproximan más o menos a las
características requeridas por un penetrante que pudiera
estimarse como ideal.
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Al exponer los principios físicos del método, han sido
consideradas como propiedades fundamentales de un
penetrante su tensión superficial, su poder humectante y
su viscosidad. No obstante y teniendo en cuenta las
características que debe tener un penetrante, convendrá
añadir algo más sobre alguna de estas características,
tales como: volatilidad, inercia química y toxicidad.
La volatílidad de un penetrante debe de ser pequeña, ya
que de ella depende, en gran parte, su estabilidad en
forma líquida una vez que ha sido extendido sobre la
superficie. Debido a esto es por lo que se utilizan para la
preparación de los penetrantes productos de baja presión
de vapor y alto punto de ebullición. Todo esto es de la
mayor importancia, sobre todo, teniendo en cuenta que al
ser, generalmente, los productos que entran en la
composición del penetrante, derivados del petróleo y por
tanto, combustibles, se hace preciso mantener su
volatilidad tan baja como sea posible para disminuir el
riesgo de incendio. Dado que los hidrocarburos al
aumentar su punto de ebullición aumenta también su
viscosidad, lo cual va en detrimento del tiempo de
penetración, motiva el que tenga que recurriese a mezclas
de hidrocarburos para disminuir la viscosidad del sistema,
conseguir mayor velocidad de penetración y procurar que
aunque se evaporen, la película líquida sea lo
suficientemente fluida para no entorpecer el proceso.
Por cuanto a la inercia química se refiere, resulta evidente
que el líquido penetrante debe de ser inerte y no corrosivo
con respecto tanto a los materiales a inspeccionar, como
a los recipientes en que tiene que ser almacenado. En
general, los penetrantes cuya base son hidrocarburos,
cumplen satisfactoriamente esta condición, pero no suele
ocurrir lo mismo con los penetrantes lavables con agua,
ya que en ellos la presencia de los emulsificadores
(mezclas de agentes tensoactivos neutros) puede originar,
si el penetrante se contamina con agua, corrosión en el
aluminio. Este ligero poder corrosivo que pudiera tener un
cierto penetrante, no representa peligro de ataque a las
piezas que se examinan, ya que éstas se mantienen en
contacto con el penetrante durante un tiempo muy corto.
Sin embargo, puede ocurrir que por un lavado deficiente
queden restos de penetrantes en algunas partes de las
piezas, lo cual pudiera dar lugar a picaduras de corrosión.
La toxicidad de un penetrante, en especial por cuanto se
refiere al efecto que pueda tener sobre la salud de las
personas que los manejen, es de importancia capital y
constituye uno de los factores principales a tener en
cuenta en la formulación de un producto. En muchos
casos, no resulta fácil obtener un producto totalmente
inocuo y libre de riesgo en su manipulación, pero siempre
es necesario sacrificar alguna característica puramente
tecno1ógica, para el logro de productos menos agresivos.
Es por esto, por lo que se evita, por todos los medios, el
empleo de productos venenosos, corrosivos o
malolientes, de forma que los penetrantes puedan ser
empleados con un mínimo de molestias. Generalmente, el
mayor peligro se encuentra en la aplicación de ciertos
productos fluorescentes -hidrocarburos cristalinos- que
han sido utilizados en la preparación de algunos
penetrantes y que han mostrado cierta actividad
carcinógena. Esta actividad se ha manifestado en
alquitrán de hulla, pero, sin embargo, los pigmentos
fluorescentes obtenidos por síntesis, son completamente
16
inocuos, razón por la cual son los que se emplean en la
composición de todos los penetrantes fluorescentes.
4.3.2.2.2. Características del revelador.
Considerando que el revelador es el agente que ha de
poner de manifiesto los lugares en que ha tenido lugar
una retención de penetrante y que, generalmente, actúa
como un papel secante que extrae el líquido de la
discontinuidad, con lo cual, además contribuye a
aumentar la visibilidad, puesto que suele proporcionar una
base sobre la cual, al extenderse el penetrante aumenta
la superficie visible. Además, esta base constituye un
fondo adecuado que aumenta el contraste, acorta el
tiempo necesario para que la indicación sea visible,
llegando incluso, en los reveladores aplicados por vía
húmeda (dispersos en un disolvente) a aumentar la
cantidad de penetrante extraída.
Por tanto, un revelador para cumplir adecuadamente su
misión, debe reunir, en mayor o menor grado, las
siguientes características:

tiene que ser absorbente,

debe de estar finamente dividido (polvo muy fino)
para conseguir una buena definición y al propio
tiempo aumentar su poder absorbente,

su poder cubriente debe ser lo mayor posible, para
así enmascarar los colores de fondo del objeto
examinado,

debe ser de fácil aplicación y dar una capa continua
de espesor uniforme, 1

tiene que ser eliminable fácilmente,

no debe contener productos tóxicos.
El empleo de los reveladores tiene algunos
inconvenientes entre los que pueden destacarse los
siguientes:

debido a su porosidad y a la lógica dispersión del
penetrante tienden a aumentar el tamaño de la
indicación,

la dispersión del penetrante en la capa de revelador
puede ser causa de una atenuación del color o de la
fluorescencia,

si el espesor de la capa de revelador excede ciertos
límites óptimos, se reduce la detectabilidad de las
discontinuidades.
4.3.2.3. ETAPAS BÁSICAS DEL ENSAYO.
Los líquidos penetrantes, teniendo en cuenta su
composición química y el sistema que tenga que ser
empleado para eliminar el exceso de penetrante que haya
quedado sobre la superficie a examinar, pueden ser
clasificados en tres grupos:
a.
Penetrantes lavables con agua;
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b.
c.
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Penetrantes
postemulsificables.
No
lavables
directamente con agua y que requieren el uso de un
emulsificador;
Penetrantes eliminables con disolventes.
Con independencia del tipo de penetrante que se utilice,
las etapas básicas del ensayo por líquidos penetrantes
son las siguientes:
17
Estas cinco etapas básicas, referidas a los casos de que
se aplique un penetrante lavable con agua, quedan
representadas esquemáticamente en la figura 4.3.2.3. Las
figuras 4.3.2.4 y 4.3.2.5, corresponden a los casos en que
se utilicen penetrantes eliminables con disolventes o
postemulsificables, respectivamente.
4.3.2.4. MATERIALES NECESARIOS.
1 - Preparación de la superficie
4.3.2.4.1. Penetrantes
Todas las superficies sobre las que se vaya a aplicar el
penetrante, deben ser cuidadosamente limpiadas y
quedar completamente secas antes de proceder a la
segunda etapa del proceso.
Las discontinuidades abiertas a la superficie tienen que
estar libres de aceite, agua o cualquier otro contaminante.
2- Penetración
Una vez limpia y seca la superficie a examinar, se aplica
el penetrante de forma que éste se extienda sobre aquélla
dando lugar a una película uniforme. Esta película de
penetrante deberá mantenerse sobre la superficie durante
un tiempo suficiente para conseguir el máximo de
penetración del penetrante en el interior de la
discontinuidad.
3- Eliminación del exceso de penetrante
El exceso de penetrante ha de ser eliminado de la
superficie. El método de limpieza dependerá del tipo de
penetrante utilizado. Si se utiliza agua como agente de
limpieza, será preciso añadir una operación de secado de
la superficie, pues de lo contrario el revelador no podría
ser aplicado correctamente. En el caso de emplear
penetrantes fluorescentes es aconsejable realizar esta
operación de limpieza bajo luz negra para asegurarse de
que no quedan restos de penetrante que pudieran dar
lugar a falsas indicaciones.
4- Revelado
El revelador se aplica sobre la superficie procurando que
se deposite en forma de una capa fina de espesor
uniforme. El revelador actúa como extractar del
penetrante, acelerando su tendencia natural a salir de la
discontinuidad y a extenderse alrededor de sus bordes. Al
mismo tiempo, proporciona un fondo uniforme sobre el
que resulta más fácil la observación.
5- Observación
Transcurrido un tiempo prudencial desde la aplicación del
revelador, se puede proceder a examinar el objeto
ensayado para buscar las posibles indicaciones
producidas. Esta observación deberá llevarse a cabo bajo
luz natural cuando se trate de penetrantes coloreados o
bajo luz negra en el caso de que se hayan empleado
penetrantes fluorescentes.
Básicamente existen dos tipos de líquidos penetrantes
 Penetrantes coloreados
 Penetrantes fluorescentes
Los penetrantes coloreados o penetrantes rojos,
presentan la ventaja de que no se necesita una fuente
luminosa especial para su observación, razón por la cual
son particularmente interesantes en sus aplicaciones a la
inspección a pie de obra. Asimismo, para facilitar su
empleo en estos trabajos a pie de obra, se suelen
emplear eliminadores especiales que hacen innecesaria el
agua del lavado. Los disolventes más frecuentemente
empleados
son
los
orgánicos
no
inflamables
(hidrocarburos halogenados). Aunque la sensibilidad de
estos penetrantes rojos suele ser inferior a la de los
fluorescentes, ello no implica el que resulten inadecuados
para un gran número de aplicaciones.
Los penetrantes fluorescentes, generalmente de color
amarillo, incorporan en su composición un pigmento
fluorescente sensible y visible bajo iluminación con luz
negra adecuada. En general, estos penetrantes
fluorescentes presentan mayor sensibilidad que los
coloreados.
En relación con la forma en que el penetrante puede ser
eliminado, entendiendo como tal, la eliminación del
exceso de penetrante que no se ha introducido en las
discontinuidades y que permanece sobrante en la
superficie del material a inspeccionar y teniendo muy en
cuenta que hay que eliminar el exceso de penetrante,
pero de tal modo que no se extraiga todo o parte del
penetrante que se haya podido introducir en la
discontinuidad, cabe indicar lo siguiente:
a) Penetrantes lavables con agua
Son penetrantes que se eliminan directamente con agua
debido a que en su formulación se les ha incorporado
tensoactivos o detergentes que les hace solubles en
agua. Lavando la pieza con agua, bien por inmersión o
pulverización, la pieza quedará limpia y libre del exceso
de penetrante. Son de uso muy cómodo y su empleo está
bastante extendido, a pesar de su menor sensibilidad. El
proceso de aplicación se resume en la Fig. 4.3.2.4.
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b) Penetrantes postemulsificables
El penetrante no es por si soluble en agua y necesita una
etapa intermedia entre la penetración y el lavado con
agua. En la etapa intermedia se aplica un agente
tensoactivo al que se denomina "emulsificador". De la
unión penetrante-emulsificador resulta una mezcla que es
soluble y lavable con agua. En este tipo de penetrantes, el
tiempo de contacto, penetrante-emulsificador, es crítico y
debe ser el más corto posible ya que, si el tiempo de
contacto se aumenta, puede ocurrir que el emulsificador
se mezcle con el penetrante que se encuentra en el
interior de la discontinuidad, lo que de producirse, daría
lugar a que al lavar se extraería esta parte de penetrante
y haría ineficaz el ensayo. El proceso de aplicación se
resume en la Fig. 4.3.2.5.
c) Penetrantes eliminables con disolventes
Estos penetrantes requieren para su eliminación el
empleo de un disolvente especial al que se le llama
"eliminador". Por lo general los eliminadores a base de
disolventes, son productos especiales, particularmente
formulados por cada fabricante y apropiados para eliminar
sus propios penetrantes.
Al igual que en el caso anterior, el eliminador sólo debe
estar en contacto con el penetrante el tiempo suficiente
para eliminar el exceso del mismo, pero este tiempo debe
ser el mínimo posible, ya que si se abusa se corre el
riesgo de eliminar, parte o todo, el penetrante que se
encontraba en el interior de la discontinuidad.
Generalmente, el eliminador a base de disolventes es el
que se utiliza cuando el proceso se realiza por
pulverización con aerosol.
4.3.2.4.1.1. Selección del penetrante
Las principales ventajas y limitaciones de los líquidos
penetrantes quedan resumidas en la tabla 4.3.2.1.
De lo expuesto en esta tabla se deduce que los
penetrantes fluorescentes postemulsificables son los que
presentan mayor sensibilidad y su aplicación permite
detectar pequeñas discontinuidades. Al propio tiempo
requiere de un tiempo de penetración corto; sin embargo,
la aplicación del emulsificador alarga el tiempo de ensayo,
con lo cual se encarece el costo del ensayo.
Posiblemente, aún teniendo en cuenta las limitaciones
reseñadas, es el sistema ideal para los ensayos sobre
una gran producción.
Los penetrantes fluorescentes lavables con agua, aunque
menos sensibles que los anteriores, resultan algo más
económicos. Siendo su sensibilidad suficiente para una
gran parte de las discontinuidades, no es adecuado para
las discontinuidades poco profundas. Puede ser empleado
tanto sobre superficies pequeñas como grandes e incluso
sobre superficies rugosas. Su mayor inconveniente es que
un lavado excesivo puede disminuir la sensibilidad.
18
Ambos sistemas presentan como desventaja la necesidad
de tener que emplear una cámara oscura, dotada de luz
negra, para la observación.
El sistema más simple y de aplicación más rápida es él de
los penetrantes coloreados lavables con agua. Sin
embargo, es el sistema menos sensible.
El sistema que resulta más indicado para su utilización en
instalaciones portátiles, para las inspecciones a pie de
obra, es el dé los penetrantes coloreados eliminables con
disolventes. El sistema es muy sensible para pequeñas
discontinuidades aunque las indicaciones son menos
visibles que las obtenidas con penetrantes fluorescentes.
Otro de sus inconvenientes es el de su difícil aplicación
sobre superficies rugosas.
Los
penetrantes
fluorescentes
eliminables
con
disolventes, emplean un procedimiento que se puede
equiparar al seguido en los postemulsificables. Este
sistema es particularmente recomendado para la
inspección por zonas y en aquellos casos en que no
puede ser utilizada el agua. Es más sensible que el
penetrante fluorescente lavable con agua.
Por último los penetrantes coloreados postemulsificables,
presentan mayor sensibilidad que sus equivalentes
eliminables directamente con agua, pero la necesidad de
la etapa de aplicación del emulsificador, lo encarece.
4.3.2.4.1.2. Tiempos de penetración.
En todos los sistemas y sea cual sea el tipo de penetrante
que se utilice, el tiempo necesario para una correcta
penetración depende fundamentalmente del tipo de
discontinuidad, del propio penetrante, de la temperatura
de la pieza y del material de que esté constituida. Por
cuanto a estos tiempos de penetración se refiere, es
aconsejable atender las recomendaciones del fabricante.
En ciertos casos puede recurriese a calentar la pieza a
temperaturas no superiores a los 50ºC para acelerar el
proceso de penetración. Esta práctica no está demasiado
extendida ya que su realización implica invertir un cierto
tiempo para calentar la pieza, tiempo que dependerá del
tamaño de la pieza y del sistema de calefacción que se
utilice, sino también por implicar un gasto mayor, en
función de la energía consumida que encarece el proceso
4.3.2.4.2. Eliminadores del exceso de penetrante.
Como ya se ha indicado anteriormente el penetrante
residual que no ha penetrado en los defectos tiene que
ser eliminado, sin eliminar simultáneamente el que
penetró en la discontinuidad.
Es evidente que sólo será preciso tomar en consideración
el caso de los penetrantes postemulsificables y el de los
que son eliminables con disolventes, puesto que los
restantes son directamente eliminables por lavado con
agua.
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19
Para eliminar el exceso de penetrante, cuando éste es
postemulsificable, es necesario un agente emulsificador
que al ser incorporado al penetrante dé lugar a una
mezcla que sea lavable con agua. Existen dos tipos de
emulsificadores: base aceite y base agua.
Los tiempos de emulsificación varían, por lo general, entre
muy amplios límites, 10 segundos, o incluso menos, hasta
5 minutos, pero sólo se puede dar una mayor
aproximación a la vista del problema concreto de que se
trate y de los medios de que se disponga.
Los emulsificadores base aceite o lipofílicos, son una
mezcla de agentes tensoactivos en aceite que se mezclan
y disuelven en el penetrante, dando lugar a una emulsión
cuando el agua actúa sobre esta mezcla, siendo esta
emulsión eliminable por el mismo agua. Los
emulsificadores hidrofílicos o base agua son una mezcla
de agentes tensoactivos e inhibidores de corrosión. En
este último caso, los agentes tensoactivos que componen
estos emulsificadores son del tipo hidrofílico, es decir son
polares o presentan afinidad por el agua, por lo cual son
insolubles en los penetrantes. Esta mutua insolubilidad
evita que se extraiga parte del penetrante que haya
quedado en el interior de la discontinuidad. Estos
emulsificadores hidrofílicos actúan por un proceso de
humectación que reduce la tensión superficial de los
aceites que contienen los penetrantes los cuales son
desplazados por el eliminador acuoso y el agua.
4.3.2.4.3. Reveladores
Los disolventes o eliminadores, se diferencian de los
emulsificadores en que actúan por su acción disolvente
sobre el penetrante. Aunque estos disolventes suelen ser
productos especiales, particularmente formulados por
cada fabricante y adecuados para un tipo determinado de
sus propios penetrantes, cabe indicar que en esencia
pueden ser clasificados en dos grandes grupos, según
sean o no inflamables. Los inflamables son hidrocarburos,
o mezclas de ellos, exentos de halógenos, pero con el
grave inconveniente de su inflamabilidad, mientras que los
no inflamables son compuestos halogenados que
presentan como inconveniente principal el de que son
tóxicos.
Revelador es el agente que realiza la operación de
revelado, entendiéndose como tal el poner de manifiesto
los lugares donde ha tenido lugar una retención de
penetrante, actuando de distintas formas, todas ellas
encaminadas a aumentar la visibilidad.
El revelador suele ser un polvo seco o una dispersión de
una sustancia pulverulento en un líquido, con una gran
capacidad de absorción y precisamente por este poder de
absorción, el revelador tiene la propiedad de extraer el
penetrante que quedó retenido en la discontinuidad,
quedándose manchado con el color característico del
penetrante y extendiéndose a través de él por capilaridad.
La imagen que se hace visible, suele ser algo más grande
que el defecto real.
Los reveladores deben ser blancos ya que sobre este
color como fondo es donde más contraste puede ofrecer
el color o la fluorescencia de los penetrantes más
ampliamente utilizados.
Básicamente se tienen cuatro grupos o tipos de
reveladores:
 polvo seco
 suspensiones de polvo en agua
 suspensiones de polvo en disolvente
Se deduce de lo expuesto que, en general, el eliminador a
emplear queda determinado por el tipo de penetrante
utilizado.
4.3.2.4.2.1. Tiempo de eliminación.
Prácticamente sólo puede ser tenido en cuenta en el caso
de los penetrantes postemulsificables, aún en este caso,
el tiempo es muy variable dependiendo, muy
especialmente de que la superficie sea lisa o presente un
mayor o menor grado de rugosidad.
Por lo general no puede darse una norma con este
carácter, ya que, en principio, el tiempo depende de la
composición del penetrante y de la del propio eliminador,
en consecuencia es un dato a proporcionar por el
fabricante de los productos utilizados. Si no se dispone de
este dato, únicamente la-experiencia podrá aportar la
información necesaria que permita determinar el tiempo
óptimo, tiempo que será variable según el tipo de
discontinuidades que se presenten o traten de ser
descubiertas. Para las discontinuidades poco profundas o
muy abiertas, habrán de emplearse tiempos cortos con el
fin de que en el lavado no se arrastren las cantidades de
penetrante presentes en las zonas defectuosas.
 disoluciones acuosas.
Sin embargo, pueden quedar reducidos a tres ya que los
más empleados son los reveladores en forma de polvo
seco o bien las suspensiones de polvo en medios
líquidos, tales como el agua o el alcohol etílico.
Reveladores secos
Los primeros reveladores secos que se utilizaron fueron el
yeso o el talco en forma de polvo muy fino, materiales que
aún hoy día se siguen utilizando con buenos resultados, si
bien se han descubierto otros tal como la sílice amorfa
pulverizada, que son más ligeros y proporcionan mejores
resultados.
Los reveladores secos deben ser ligeros, esponjosos y
capaces de adherirse con facilidad a las superficies
metálicas, formando sobre ellas una capa continua, sin
dar lugar a capas gruesas ya que, en muchos casos, del
espesor de la capa de revelador puede depender el que
se lleguen a obtener indicaciones que enmascararían las
que pueden producirse por la presencia de
discontinuidades muy pequeñas. Es importante, también,
que el revelador no tenga tendencia a flotar en el aire
dando lugar a nubes de polvo, cosa no siempre posible,
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puesto que esto se contrapone con-otras propiedades
fundamentales; por tanto, el empleo de estos reveladores
secos hace inevitable la formación de estas nubes y la
contaminación de la zona de trabajo, aspecto que deberá
ser tenido muy en cuenta desde el punto de vista de la
seguridad del personal.
c.
d.
Suspensiones de polvo en agua
e.
Estos reveladores presentan la ventaja de no dar lugar a
la formación de nubes de polvo, son de fácil aplicación y
pueden llegar a cubrir zonas no accesibles al polvo seco.
Como desventaja, se reconoce que, en general, son algo
menos sensibles y además presentan el problema del
mantenimiento de la suspensión.
El empleo de estos reveladores acuosos presenta ciertas
limitaciones a la temperatura. Si la temperatura es alta, se
pueden producir aumentos en la concentración como
consecuencia de una evaporación excesiva y por el
contrario, si la temperatura llega a ser inferior al punto de
congelación el revelador quedará inutilizado. Sin
embargo, la adición de agentes estabilizadores,
inhibidores, etc., bajan el punto de congelación lo que
permite el poder trabajar en condiciones que raramente
llegan a darse en la práctica.
Suspensiones de polvo en disolventes
En general se utilizan para los penetrantes rojos y están
formados por un polvo blanco en suspensión en un
disolvente orgánico volátil. Estos productos suelen
presentarse envasados en forma de aerosoles, lo que
facilita su aplicación por pulverización, sobre la superficie
a examinar.
4.3.2.4.3.1. Selección del revelador
El proceso del revelado tiene una gran importancia en el
desarrollo del método de examen por líquidos
penetrantes, lo cual implica que deban seguirse
determinadas reglas para la adecuada elección del
revelador, conducentes a la obtención de los mejores
resultados. Mucho se ha discutido sobre la influencia que
puede tener sobre la sensibilidad el espesor de la capa de
revelador; no obstante, se puede indicar que, partiendo de
la base de que el revelador debe ser lo más blanco
posible y su poder de absorción óptimo, la película seca
que resulta de la evaporación del vehículo acuoso o no
acuoso en el que va dispersado el polvo, debe ser de
espesor uniforme. De otra parte, si el espesor de la capa
es grueso produce enmascaramiento de las grietas muy
finas, mientras que una capa demasiado fina y no
homogénea en espesor da lugar a que la interpretación
presente ciertas dificultades.
Para la selección del revelador deberán ser tenidas en
cuenta las siguientes consideraciones:
a.
b.
Sobre superficies con acabado muy fino debe
emplearse un revelador húmedo.
Sobre superficies rugosas se empleará un revelador
seco, puesto que, el húmedo tenderá a acumularse
20
en las irregularidades y la capa de revelador será de
espesor muy variable.
Los procesos automáticos son en los que mejores
resultados rinden los reveladores húmedos.
Los reveladores húmedos no deben ser empleados
en el examen de piezas con entallas agudas, ya que
se producirían acumulaciones de revelador que
enmascararían los resultados.
La utilización de reveladores húmedos dificulta el
reensayo.
4.3.2.4.3.2. Tiempos de revelado
Aunque el tiempo de revelado no suele ser crítico, un
exceso en é1 podría dar lugar a una difuminación de las
indicaciones. En la actualidad, las características de la
gran mayoría de los reveladores suministrados por los
fabricantes de estos productos, permiten tiempos de
revelado cortos (del orden de 1 minuto), sobre todo
cuando se emplean reveladores en forma de polvo seco o
en suspensión en líquidos volátiles. Cuando se trata de
reveladores
acuosos,
el
tiempo
de
revelado
necesariamente es más largo.
De una forma bastante aproximada puede darse la
siguiente regla: Como tiempo de revelado se dará la mitad
del tiempo de penetración.
4.3.2.5. DESARROLLO DEL MÉTODO
La secuencia de las operaciones a seguir es la siguiente:
Limpieza inicial
Secado
Aplicación del penetrante
Eliminación del exceso de penetrante
Secado
Revelado
Observación.
4.3.2.5.1. Limpieza inicial
Una limpieza adecuada, de la superficie a examinar, es
absolutamente necesaria si se desean obtener buenos
resultados. La importancia de esta operación previa, es de
la mayor importancia ya que de ella depende el que sean
accesibles a las posteriores etapas del método las
discontinuidades que afloran a la superficie y que
pudieran quedar tapadas por óxidos, cascarillas, escorias
u otros contaminantes que aparecen en los procesos de
fabricación tales como: lubricantes, taladrinas, aceites
protectores, abrasivos, virutas, calaminas de tratamientos
térmicos, etc., mientras que si las piezas ya han estado en
servicio, los contaminantes más frecuentes son: aceites,
carbonillas, corrosiones, óxidos y pinturas.
Sin una limpieza adecuada o con una preparación
insuficiente de la superficie, en definitiva, sin que ésta
quede libre de agentes contaminantes, no es aconsejable
pasar a las siguientes etapas, ya que pueden perderse las
indicaciones debido a que: el penetrante no entre en la
discontinuidad, que el penetrante pierda su posibilidad de
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identificar la discontinuidad por haber reaccionado con
algo que se encontrase próximo a ó1 o porque la
superficie en las proximidades de la discontinuidad
retenga suficiente cantidad de penetrante que enmascare
la verdadera apariencia del defecto. Existen numerosos
sistemas o métodos para efectuar esta limpieza inicial que
pueden quedar clasificados en alguno de los siguientes
grupos:
mecánicos,
químicos,
disolventes
o
combinaciones de ellos.
En el caso de tener que emplear un sistema mecánico,
será preciso tener muy en cuenta que el procedimiento
utilizado no produzca arrastre de material de la superficie,
que bloquee la entrada de los defectos o dé lugar a
aplastamiento por deformación de la misma, pudiendo
incluso rellenar los defectos con sustancias extrañas. Esto
puede ocurrir en operaciones de amolado en las que
predomine el arrastre de material sobre el corte del mismo
y en el granallado o chorreado con arena.
Los contaminantes que con mayor frecuencia se van a
encontrar sobre las piezas son grasas y aceites, en cuyo
caso el mejor sistema del eliminarlos, es mediante la
acción de disolventes. Si lo que es preciso eliminar son
óxidos, cascarillas, etc., se debe ir al empleo de un
desoxidante o un decapante, en cuyo caso, un decapado
ácido puede ayudar a abrir los bordes de los posibles de
las principales condiciones que debe cumplir cualquiera
de estos productos es que sea adecuado a la limpieza
que se desea obtener, no ataque ni contamine la pieza,
que seque con facilidad y no deje residuos que interfieran
el proceso posterior.
También pueden ser utilizados para la limpieza, los
ultrasonidos, baños de sales fundidas y el desengrasado
por chorro de vapor.
4.3.2.5.2. Secado
Después de la limpieza y preparación de las superficies,
éstas, antes de la aplicación del penetrante, deben quedar
completamente secas y libres de restos de cualquiera de
los productos empleados en su limpieza. El secado se
puede hacer por evaporación natural o bien forzándola
con chorro de aire caliente, rayos inftarrojos o calefacción
en estufa. El tiempo mínimo de secado que asegure la
total eliminación del agua de lavado o la evaporación de
los disolventes empleados, deberá quedar establecido en
el procedimiento aprobado, con anterioridad a la
aplicación del método.
4.3.2.5.3. Aplicación del penetrante
Para la aplicación del penetrante se tendrá en cuenta las
siguientes consideraciones:
a.
El penetrante podrá ser aplicado por inmersión, con
brocha o por pulverización. Si el penetrante es
aplicado por pulverización empleando un compresor
de aire, el aparato deberá incorporar el sistema de
filtros adecuados para evitar que el penetran te se
contamine con aceite, agua o cualquier otra suciedad
que puedan contener los depósitos o líneas del
sistema de aire comprimido.
b.
21
El tiempo de penetración es crítico. Como regla
general debe tenerse en cuenta que el penetrante no
deberá ser aplicado a temperaturas inferiores a los
16º C ni superiores a 52º C. Como tiempo de
penetración, entendiendo como tal no el tiempo de
inmersión de la pieza en el penetrante, el tiempo de
pulverización o el de pintado, sino el tiempo que hay
que dejar actuar el penetrante para que se introduzca
en la discontinuidad, se tomará el recomendado por
el fabricante del producto. En cualquier caso el
tiempo de aplicación deberá estar incorporado al
procedimiento escrito.
Se podrá recurrir a calentar o enfriar localmente las piezas
para conseguir mantener la temperatura dentro del
intervalo marcado, o sea, entre 16 y 52º C, durante el
examen. Podrán ser utilizadas otras temperaturas y
tiempos de penetración, siempre que sean previamente
cualificadas e incluidas en el oportuno procedimiento.
4.3.2.5.4. Eliminación del exceso de penetrante
Transcurrido el tiempo de penetración especificado en el
procedimiento, es preciso eliminar el exceso de
penetrante que pueda quedar en la superficie. Esta
eliminación deberá ser efectuada tomando las
precauciones necesarias para reducir al mínimo las
cantidades de penetrante que se pudieran extraer de las
discontinuidades.
4.3.2.5.4.1. Penetrantes lavables con agua
El exceso de penetrante puede ser eliminado por lavado
con agua, bien por inmersión de la pieza o pulverizando
agua sobre ella. En este último caso, la presión del agua
2
más aconsejable es la de 2,1 kg/cm y nunca será
2
superior a 3,5 kg/ cm y su temperatura estará
comprendida entre 15 y 40ºC, no sobrepasando nunca los
43ºC.
El tiempo de lavado dependerá del estado de rugosidad
de la superficie, si bien, de una forma general, se puede
decir que varía entre 15 segundos y 2 minutos.
4.3.2.5.4.2. Penetrantes postemulsificables
El emulsificador puede ser aplicado por pulverización o
inmersión, empleándose uno u otro sistema según sea el
tamaño de la pieza. Aunque la temperatura del agente
emulsificador no es extremadamente crítica, sí es
aconsejable que se encuentre comprendida entre los 20 y
32º C. En cambio el tiempo de emulsificación sí es crítico,
estando muy influenciado por el estado de superficie y el
tipo de discontinuidad que se busca. Este tiempo puede
variar entre pocos segundos y algunos minutos
(generalmente de 15 segundos a 4 minutos), en muchas
especificaciones se fija en 3 minutos como máximo.
Después de la emulsificación, la mezcla de penetrante
más emulsificador debe ser eliminada con agua
empleando el mismo procedimiento que se ha indicado
para los penetrantes lavables con agua.
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4.3.2.5.4.3. Penetrantes eliminables con disolventes
En este caso el exceso de penetrante debe ser eliminado
lo más rápidamente posible. La eliminación o limpieza se
hará con trapos o papel absorbente impregnados con el
disolvente, con los que se frotará o restregará la
superficie, repitiendo la operación hasta la total
eliminación del penetrante. Las trazas de penetrante que
puedan quedar se eliminarán frotando ligeramente la
superficie con trapos o papel absorbente humedecidos
con disolventes. Debe tenerse especial cuidado en
emplear la cantidad adecuada de disolvente para reducir
al mínimo la cantidad de penetrante que pueda ser
extraído de las discontinuidades. La limpieza de la
superficie con chorro de disolvente, a continuación de la
aplicación del penetrante y antes del revelado, está
prohibida.
4.3.2.5.5. Secado
Eliminado el exceso de penetrante y como operación
previa a la aplicación del revelador, es preciso secar
cuidadosamente las piezas, o partes de las mismas, que
han de ser sometidas a examen. La forma de operar será
la siguiente:
a.
b.
Si se ha empleado penetrante lavable con agua o
postemulsificable, antes de que sea aplicado un
revelador seco o no acuoso, la superficie sobre la que
haya de ser aplicado, se secará con trapos limpios o
con corriente de aire caliente. Cuando se emplee
corriente de aire caliente, su temperatura podrá estar
comprendida entre los 80 y 105º C y se operará de
forma que en ningún caso la temperatura de la
superficie sobrepase los 52º C. Temperaturas
superiores a los 120º C en el aire de secado pueden
ocasionar pérdidas de componentes del penetrante
que restarían sensibilidad al método. Los reveladores
acuosos podrán ser aplicados sobre las superficies
húmedas o después de haber sido secadas con
corriente de aire caliente; el secado con trapos no
está permitido cuando se empleen reveladores
acuosos.
Cuando se empleen penetrantes eliminables con
disolventes, las superficies se podrán secar por
evaporación normal, con trapos o con corriente de
aire.
4.3.2.5.6. Revelado
El revelador se aplicará tan pronto como sea posible, una
vez que el exceso de penetrante haya sido eliminado de
la superficie a examinar. El intervalo de tiempo
transcurrido entre la terminación de la eliminación del
exceso de penetrante y la aplicación del revelador no será
nunca superior al establecido en el procedimiento
aprobado.
Pueden ser empleados dos tipos de reveladores secos y
reveladores húmedos. Ambos pueden ser utilizados en el
caso de haber sido aplicados penetrantes fluorescentes.
En el caso de que el examen se haga con penetrantes
22
coloreados, solamente se podrán utilizar reveladores
húmedos.
4.3.2.5.6.1. Reveladores secos
Los reveladores secos podrán ser aplicados con: una
brocha suave, con pulverizador manual, con pistola en
cámara de pulverización o por inmersión. Dependiendo de
la forma de la pieza, podrá aplicarse cualquier otro
procedimiento para cubrir de revelador la superficie a
examinar, siempre que se asegure un adecuado
recubrimiento de las mismas.
4.3.2.5.6.2. Reveladores húmedos
Los reveladores húmedos, constituidos por una solución o
una suspensión de un polvo en agua o en un disolvente
volátil, pueden ser aplicados por inmersión, con brocha o
por pulverización, de forma conducente a obtener un
recubrimiento en capa delgada sobre la superficie que ha
de ser examinada. Los reveladores en forma de
suspensión en disolventes se aplicarán por pulverización,
excepto en el caso de que por motivos de seguridad,
higiene u otros condicionamientos, así lo aconsejen. En
estas condiciones, los reveladores (suspensiones en
disolventes) se aplicarán con brocha. Si el recubrimiento
es demasiado fino se corre el riesgo de que la extracción
del penetrante por el revelador no sea la suficiente y la
indicación no sea buena; por el contrario, una capa
demasiado gruesa puede enmascarar los resultados. Con
anterioridad a la aplicación de un revelador húmedo, éste
debe ser agitado para asegurar la adecuada dispersión de
las partículas. Si el revelador es acuoso, para que el
tiempo de secado no sea demasiado largo se puede
utilizar aire caliente, siempre que la temperatura de la
superficie no se eleve por encima de los 52º C.
En consecuencia los reveladores acuosos se podrán
secar con aire caliente siempre que se cumplan las
recomendaciones establecidas anteriormente.
4.3.2.5.7. Observación
Cualquiera que sea el tipo de penetrante empleado, la
indicación a que da lugar es consecuencia de una
discontinuidad que aflora a la superficie del objeto y
señala su situación, poniéndose de manifiesto por el
contraste de color o fluorescencia, sobre el fondo del
revelador, de las cantidades de penetrante extraídas y
retenidas en la capa de revelador.
El verdadero tamaño y tipo de la discontinuidad no es fácil
de evaluar si el penetrante se difunde excesivamente en
el revelador. En consecuencia, una buena práctica es
observar la superficie durante la aplicación del revelador
con el fin de detectar la naturaleza de cualquier indicación
qué tienda a dispersarse o extenderse demasiado, dando
lugar a que la indicación aparezca difusa. La
interpretación final después de que el penetrante haya
podido ser extraído por el revelador durante un tiempo
comprendido entre los 7 y 30 minutos, pudiéndose
permitir tiempos más largos siempre que los resultados no
se alteren. Si la superficie a examinar es demasiado
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grande para poder completar su examen en el tiempo
previsto, la observación deberá efectuarse por zonas.
4.3.2.5.7.1. Penetrantes coloreados
En este tipo de penetrantes la indicación de la
discontinuidad se manifiesta por el contraste del color,
generalmente rojo, sobre el fondo blanco de la capa más
o menos uniforme del revelador. Estas indicaciones se
producen como consecuencia de la exudación del
penetrante contenido en la discontinuidad y que es
extraído por la acción absorbente del penetrante. Las
indicaciones que muestren una coloración rosada débil
pueden ser consecuencia de una excesiva limpieza al
eliminar el exceso de penetrante. Si por el contrario la
limpieza no ha sido adecuada, el fondo presentará una
tonalidad rosada más o menos intensa que dificultará la
interpretación.
Es evidente, que al objeto de alcanzar la mayor
sensibilidad posible, para hacer la interpretación será
preciso hacer la observación bajo una iluminación
adecuada.
4.3.2.5.7.2. Penetrantes fluorescentes
El mecanismo de formación de la indicación,
esencialmente, es el mismo que el expuesto
anteriormente con la única diferencia de que la
observación ha de hacerse en una cabina o zona
oscurecida, iluminando la superficie a examinar con luz
negra filtrada. La intensidad de esta luz negra medida
sobre la superficie de la pieza a examinar deberá ser
comprobada al menos una vez dada 8 horas de trabajo y
siempre que se cambie de lugar de observación, y debe
2
de ser como mínimo de 800 W/cm . La luz negra debe
filtrarse para eliminar la parte del espectro visible. Este
filtro puede ser un cristal rojo púrpura, que absorbe
prácticamente la casi totalidad del espectro visible
permitiendo el paso de las radiaciones de longitudes de
onda comprendidas entre los 330 y 390 nm, con un
máximo a 365 nm (3650 Å), que es la zona de espectro
aprovechable a los efectos de la inspección con líquidos
penetrantes fluorescentes.
Las lámparas de luz negra deberán permanecer
conectadas para su calentamiento por un tiempo no
inferior a 5 minutos, antes de ser utilizadas para la
observación.
4.3.2.6. CALIFICACIÓN DEL PROCEDIMIENTO
Todo cuanto se ha expuesto anteriormente es aplicable
siempre que el examen se realice en el intervalo de
temperaturas comprendidas entre los 16 y 52º C. Cuando
esto no sea posible, será preciso confeccionar un
procedimiento
para
la
temperatura
requerida,
procedimiento que necesariamente ha de ser aprobado
con anterioridad a su aplicación.
Para la calificación del procedimiento es necesario
disponer de una pieza que se denomina "comparador de
líquidos penetrantes" o "bloque patrón" en el que por un
23
proceso de temple se produzcan grietas. Una parte de
este bloque se examinará a la temperatura propuesta y la
otra parte a la temperatura normal de aplicación del
método (16 a 52º C).
4.3.2.7. EVALUACIÓN DE LAS INDICACIONES
a.
b.
c.
Todas las indicaciones serán examinadas de acuerdo
con las normas de aceptación establecidas en la
Sección del Código que sea de aplicación.
Cualquier discontinuidad abierta a la superficie dará
lugar a una indicación. Sin embargo, irregularidades
en el mecanizado y otras condiciones superficiales
pueden dar lugar a falsas indicaciones.
En el caso de producirse amplias o extensas zonas
con coloración o fluorescencia, las cuáles pueden
enmascarar las indicaciones de las discontinuidades,
el examen no será aceptable. Estas zonas tendrán
que ser sometidas a un proceso de limpieza y
examinadas de nuevo.
La interpretación de las indicaciones se realiza atendiendo
a los siguientes factores:
o
o
o
o
Brillo y extensión de la indicación.
Tiempo necesario para que aparezca
Persistencia de la indicación
Aspecto de la indicación:
 Línea continua
 Línea intermitente
 Redondeada
 Puntiformes agrupadas o dispersas
 Difusas
 Aspecto de los bordes.
En el examen mediante líquidos penetrantes pueden
aparecer indicaciones falsas, que suelen estar causadas
por:
o
o
o
Limpieza defectuosa
Manipulación poco cuidadosa
Geometría irregular de la pieza
Cuando se tiene una indicación falsa, el proceso a seguir
es repetir el proceso de examen en la zona afectada. No
es correcto aceptar piezas con indicaciones supuestas
como falsas dado que bajo una indicación falsa puede
existir una discontinuidad no detectada por defecto en la
aplicación del método.
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4.3.3. PARTICULAS MAGNETICAS
El método de ensayo por partículas magnéticas permite la
detección y localización de discontinuidades superficiales
y subsuperficiales en los materiales ferromagnéticos.
Cuando un objeto construido con un material
ferromagnético, presenta una discontinuidad, al ser
imantado o sometido a la acción de un campo magnético,
las líneas de fuerza del campo, en especial cuando su
dirección es normal al plano que contiene la
discontinuidad, se distorsionan al tiempo que en el lugar
en que se encuentra la discontinuidad se produce un
“campo de fuga”. La presencia de este campo de fuga y
en consecuencia la de la discontinuidad, es detectada
aplicando sobre el objeto, partículas ferromagnéticas que
se orientan siguiendo la dirección de las líneas de fuerza y
que se acumulan en la zona en que se produce el campo
de fuga, o lo que es igual, sobre la discontinuidad.
El principio de este método de ensayo fue descubierto por
W.E. Hoke, al observar que las partículas de pequeño
tamaño producidas en el proceso de rectificado de
determinados aceros, cuando las piezas a rectificar se
sujetaban mediante platos magnéticos, tendían a
orientarse y acumularse sobre determinadas zonas,
pudiéndose comprobar en estas zonas la presencia de
grietas. Posteriormente A.V. Forest, establece las bases
del método al introducir la magnetización por paso de
corriente, lo que permitía conocer la dirección de las
líneas de fuerza del campo magnético y propugnar la
utilización de partículas magnéticas, de forma, tamaño y
propiedades perfectamente controladas, para así poder
asegurar la reproducibilidad de los resultados y aumentar
la seguridad de los mismos.
4.3.3.1. PRINCIPIOS FÍSICOS
Los materiales ferromagnéticos presentan como
característica una elevada densidad de flujo magnético,
en comparación con otros materiales. Así, si introducimos
una barra de acero en un campo magnético, atraerá las
líneas de flujo, haciendo que circulen por el interior de la
barra (fig. 4.3.3.1.a). Si en la barra existiera una
discontinuidad en el material ferromagnético, que
rompiera las líneas de flujo, se producirá una distorsión en
éstas, dado que el material contenido en la discontinuidad
(aire, escoria, etc.), no tiene la misma capacidad de atraer
las líneas de flujo magnético. Esto da lugar a que se
produzca un “campo de fuga”, consistente en un grupo de
líneas de flujo magnético que sales del material en la zona
no ferromagnética (discontinuidad), y luego vuelven a
entrar en el material (fig. 4.3.3.1.b). En el caso de que la
discontinuidad esté orientada paralelamente a las líneas
de flujo, no se produce distorsión en éstas, no habrá
campo de fuga (fig. 4.3.3.1.d).
Los metales ferromagnéticos son el Fe, Ni y Co. Muchas
de sus aleaciones no lo son, debido a cambios
microestructurales con la adición de elementos de
aleación, o debido a que la Tª de Curie se encuentra por
debajo de la ambiente para la aleación considerada.
Si en las condiciones de la figura 4.3.3.1.a, extendemos
sobre la superficie de la barra partículas finas de un
material ferromagnético, estas partículas tenderán a
24
acumularse en los campos de fuga para de esta forma
facilitar el paso de las líneas de fuerza y así conseguir que
disminuya la energía del sistema al pasar éste a un
estado más estable, dando lugar a una acumulación de
partículas que, si tienen un contraste de color adecuado
con el fondo, permitirán la detección fácil de la
discontinuidad (fig. 4.3.3.1.c).
Es evidente que si el plano de la discontinuidad es
paralelo a la dirección de las líneas de fuerza, no hay
distorsión del campo o esta distorsión es mínima, lo cual
puede dar lugar a que no se produzcan indicaciones. Esto
hace que en la práctica, como se discute más adelante,
nos veamos obligados a hacer magnetizaciones en
direcciones distintas (aproximadamente perpendiculares
entre sí) para garantizar que no haya una discontinuidad
que pueda pasar desapercibida por tener una dirección
perfectamente paralela a los campos magnéticos
aplicados.
Las partículas magnéticas actúan en realidad como
detectores del campo de fuga a que da lugar la
discontinuidad presente en la pieza y cuya imagen
aparece
o
se
manifiesta
en
su
superficie
correspondiéndose exactamente con la forma de la
discontinuidad.
4.3.3.1.1. Campos magnéticos inducidos
Cuando una corriente eléctrica circula por un conductor, a
su alrededor se crea un campo magnético. Si el conductor
tiene una forma uniforme, por ejemplo, una barra o hilo de
cobre, la densidad del campo, o líneas de fuerza por
unidad de área, es uniforme en cualquier punto a lo largo
del conductor y disminuye uniformemente a medida que
aumenta la distancia al conductor. La dirección de este
campo, definido por la de sus líneas de fuerza forma,
siempre, ángulos rectos con la dirección de la corriente
(Fig. 4.3.3.2.). Una forma sencilla para conocer la
dirección de las líneas de fuerza de un campo magnético
creado por el paso de una corriente eléctrica, es la
aplicación de la “regla de la mano derecha”, la cual dice
que si se coge un conductor con la mano derecha de
forma que el dedo pulgar señale la dirección en que fluye
la corriente, las líneas de fuera del campo magnético que
se crea alrededor del conductor, siguen la dirección de los
restantes dedos que lo abarcan.
Si el conductor por el que circula la corriente eléctrica en
lugar de ser recto (Fig. 4.3.3.2.a), se arrolla, formando una
bobina de una o más vueltas (Fig. 4.3.3.2.b), las líneas de
fuerza que rodean al conductor crean un campo
magnético en el interior y el exterior de la bobina. El
campo interior es análogo al de una barra imantada, es
por lo tanto un campo magnético longitudinal. Al mismo
tiempo al introducir en el interior de una bobina una barra
de un material ferromagnético, en ella se inducirá un
campo magnético longitudinal.
La fuerza magnética de una bobina o solenoide no
depende de su diámetro, ya que todas las líneas de
fuerza pasan por su interior; en cambio aumenta con el
número de espiras, al sumarse las acciones individuales
de éstas, y con la intensidad de la corriente que por ellas
circula; en consecuencia, crece con el producto de los
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amperios por el número de espiras. A este producto se le
denomina, “amperios-vuelta” y su valor nos define el de la
fuerza magnética.
La intensidad de un campo magnético (H) en un punto es
la fuerza con la cual es atraída o repelida en él la unidad
de polo. Si esta fuerza es de 1 dina se dice que la
intensidad del campo es de 1 oersted (Oe). Cuando se
trate de un conductor circular de radio r por el que circula
una corriente de intensidad I, el valor de H viene dado por
la expresión:
H = 2I/r
Si el solenoide tiene un número n de espiras la, intensidad
del campo en su centro será:
H = 2nI / r
fórmula en la que si n es igual al número de espiras por
centímetro de longitud del solenoide, se convierte en
H = 4nI
que nos da el valor de la intensidad del campo a lo largo
del solenoide.
Las líneas de fuerza de un circuito magnético (Fig 4.3.3.l.)
forman anillos cerrados y el número total de estas líneas
que se encuentran en un campo magnético se denomina
flujo magnético. Es decir, flujo magnético es el producto
del área de la superficie por la intensidad del campo.
Suele designarse por la letra .
La densidad de flujo o inducción magnética resultante
cuando cualquier sustancia es sometida a un campo
magnético se mide como el flujo por unidad de superficie
tomada perpendicularmente a la dirección del flujo.
Generalmente la inducción magnética se designa por la
letra B.
Cuando se introduce un trozo de hierro o de un material
ferromagnético en un campo magnético, estos materiales
ejercen una atracción aparente sobre las líneas de fuerza
que le rodean, como si ellas hallasen más fácil camino por
estos materiales que a través del aire. Esta propiedad,
llamada “permeabilidad”, puede definirse como la relación
entre la inducción magnética (B) y la intensidad de campo
(H) a que está sometido el material de que se trate. Su
valor viene dado por:
 = B/H
este factor sirve de medida a la conductibilidad magnética
de un material. Contraria a la permeabilidad es la
“reluctancia”, análoga a la resistencia en un circuito
eléctrico, pudiendo ser considerada como la oposición a
que en un determinado material se establezca un flujo
magnético.
25
4.3.3.1.2. Histéresis magnética
Si se somete una barra o una pieza de un material
ferromagnético a la acción de un campo magnético, la
barra o pieza se magnetiza por el fenómeno de la
inducción magnética. Partiendo de cero, es decir, de que
el material se encuentre sin magnetizar (Fig. 4.3.3.3.), al
introducir la pieza en un campo magnético, a medida que
se aumenta el valor del campo magnetizante (H),
aumenta el valor de la inducción magnética (B) creada en
la pieza, hasta alcanzar un valor límite máximo que se
corresponde con el de su saturación, a partir del cual
cualquier aumento en el valor de H no ejerce acción
alguna sobre el valor máximo alcanzado para B. Este
proceso es el seguido según la línea de trazos o-a.
Cuando alcanzado este punto a, H se reduce a cero, los
valores que se van obteniendo para B siguen la curva a-b,
de manera que para H = 0, B tiene un cierto valor
representado por la ordenada ob. El magnetismo
remanente, ob, puede ser reducido a cero, ya que al
invertir el sentido de H, la inducción se anula siguiendo la
línea b-c para un valor de la fuerza magnetizante H,
representado por la abscisa o-c. Esta cantidad se llama
“fuerza coercitiva”. Si se hace el campo más negativo, el
material se aproxima a la saturación en el sentido
opuesto, tal como queda representado en la parte c-d de
la curva.
Cuando el campo H se reduce de nuevo a cero, la curva
d-e indica que hay un remanente o-e en sentido negativo,
en comparación con o-b. Si de nuevo se aumenta el
campo positivamente, el material se satura otra vez en a.
Si se repite el ciclo, la curva abcdfa, se repite tantas veces
como el ciclo.
4.3.3.1.3. Efecto de la dirección del flujo
De lo expuesto anteriormente, apartado 4.3.3.1.l., resulta
evidente que se podrán obtener sobre una pieza dos tipos
de magnetización: circular y longitudinal.
Supongamos que se trata de examinar una barra en la
que se hallan presentes una serie de discontinuidades
(Fig. 4.3.3.4.). Si la corriente de magnetización pasa a
través de la barra siguiendo su longitud se obtendrá un
campo magnético circular. Dado que para que se forme la
indicación sobre la discontinuidad, las líneas de fuerza del
campo magnético al aproximarse a la discontinuidad
deben formar con el plano que la contiene un ángulo
suficientemente grande par que pueda ponerse de
manifiesto el campo de fuga, es 1ógico que los mejores
resultados se obtengan cuando este ángulo es de 90º, o
sea, cuando las líneas de campo sean normales al plano
de la discontinuidad. Por tanto, en este caso, al tratarse
de una magnetización circular, discontinuidades tales
como las A y B, al aplicar las partículas magnéticas sobre
la pieza pueden no ser descubiertas ya que su dirección
es paralela a la dirección del flujo (Fig. 4.3.3.4.a). Las
discontinuidades C, D y E, al formar un ángulo de 45º con
la dirección del flujo, se encontrarán en condiciones más
favorables para ser detectadas, mientras que las F, G y H,
al encontrarse a 90º presentan las condiciones óptimas
para su detección.
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En el caso de la magnetización longitudinal (Fig.
4.3.3.4.b), las discontinuidades A y B se encontrarán en
las mejores condiciones para su detección, las F, G y H
podrán no ser detectadas y las C, D y F al igual que en el
caso anterior, podrán ser o no detectadas, cualquiera que
sea el procedimiento de magnetización empleado.
De todo cuanto ha sido expuesto se deduce que el
ensayo por el método de partículas magnéticas consta,
básicamente, de tres etapas. Estas etapas son las
siguientes:
1.
2.
3.
Magnetización de la pieza.
Aplicación de las partículas magnéticas.
Interpretación de las indicaciones.
4.3.3.2. MAGNETIZACIÓN DE LA PIEZA
En el examen de un objeto por partículas magnéticas, la
aplicación de las partículas podrá ser realizada mientras
está circulando la corriente de magnetización o después
que ésta haya cesado. El que pueda o no ser aplicado
uno u otro método de magnetización depende
fundamentalmente de la retentividad o capacidad del
material examinado para que al cesar la corriente de
magnetización, presente un magnetismo residual de
intensidad suficiente. La primera técnica es conocida bajo
la denominación de “método continuo” y la segunda como
“método residual”.
Si el magnetismo remanente que presenta el objeto
después de que la corriente de magnetización haya
circulado durante un cierto tiempo, no proporciona un
campo de fuga con intensidad suficiente para dar lugar a
indicaciones claras, el objeto deberá ser magnetizado
aplicando el método continuo. Consecuentemente el
método residual puede ser aplicado únicamente sobre
aquellos materiales con retentividad suficiente, es decir,
sobre aquéllos que pueden ser transformados en imanes
permanentes. El método continuo, es el único que puede
ser empleado para el examen de los aceros con bajo
contenido en carbono, hierro y en general aquellos
materiales ferromagnéticos cuya retentividad sea baja o
nula.
Cualquiera qué sea el método empleado, la primera etapa
que se ha de cubrir es la de magnetizar el objeto o pieza
que se va a examinar. Esta primera etapa tiene por
finalidad crear en la pieza, o introducir ésta, en un campo
magnético de intensidad y dirección conocidas. Estos
campos magnéticos se pueden crear mediante dos
sistemas, el primero de ellos es por imanes y el segundo
por corriente eléctrica.
4.3.3.2.1. Magnetización mediante imanes
Cuando se coloca entre los polos de un imán permanente
un material ferromagnético (Fig. 4.3.3.1.), las líneas de
fuerza del campo que cerraban el circuito a través del
aire, pasarán casi en su totalidad a través de la barra de
material ferromagnético, ya que ésta presenta una
permeabilidad superior a la del aire.
26
De esta forma se consigue una magnetización longitudinal
de la pieza que dará lugar, si la magnetización es lo
suficientemente intensa, a un campo de fuga sobre la
discontinuidad, siempre que ésta presente su plano
orientado normalmente a la dirección del flujo, cuya
presencia será revelada cuando se apliquen las partículas
magnéticas.
Esta magnetización se consigue, generalmente, mediante
imanes en forma de yugo de los que básicamente existen
dos tipos: de imán permanente y de electroimán.
Los yugos de imán permanente se utilizan cuando no hay
posibilidad de suministro de energía eléctrica o bien
cuando esté prohibido el magnetizar por corriente, como
ocurre en el caso de que el examen haya de ser
efectuado donde pueda existir una atmósfera explosiva.
Como principales inconvenientes para su empleo, cabe
destacar los siguientes: a) no es posible magnetizar
piezas grandes con intensidades de campo adecuadas
que permitan indicaciones satisfactorias; b) su densidad
de flujo no puede ser modificada; c) si el imán es muy
fuerte no resulta cómoda su utilización; d) las partículas
pueden adherirse a sus polos y dificultar la observación.
Los yugos electromagnéticos consisten en una bobina
devanada alrededor de un núcleo de hierro dulce (Fig.
4.3.3.5.). Los apoyos o patas pueden ser fijos o bien
pueden poder modificar su posición y longitud con el fin
de abarcar mayor zona y adaptarse mejor a la
configuración de la pieza que se vaya a examinar
La intensidad de campo que es posible alcanzar con un
electroimán, además de poder ser considerablemente
superior a la que se consigue con un imán permanente,
puede ser regulada a voluntad, lo que permite adaptar la
intensidad de campo a las necesidades del examen.
Aunque este método de magnetización, tanto con el
empleo de imanes permanentes como con electroimanes,
puede resultar adecuado y proporcionar, en ciertos casos,
buenos resultados, no suele ser el más indicado en la
generalidad de las aplicaciones de este método de
ensayo.
4.3.3.2.2. Magnetización mediante corriente eléctrica
La magnetización mediante el paso de corriente eléctrica
a través de las piezas que vayan a ser sometidas a
ensayo, engendrándose en ellas un campo magnético
circular, es, sin duda, el método de magnetización más
adecuado.
Esta magnetización circular se debe a que las 1íneas de
fuerza del campo magnético creado, por ejemplo, sobre
una barra cilíndrica, tienen forma circular y quedan
contenidas en planos perpendiculares al eje de la barra
rodeando a la misma. Por lo tanto, este método permitirá,
detectar aquellas discontinuidades que se encuentren
orientadas según la dirección del eje de la corriente por
ser éstas las que interceptarán mayor número de líneas
de fuerza del campo magnético y, en consecuencia,
producir campos de fuga más intensos.
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4.3.3.2.2.1. Conductor central
Para gran número de piezas de forma cilíndrica, resulta
ventajoso utilizar un conductor, generalmente denominado
“conductor central”, por el que circula la corriente de
magnetización y al cual rodean las piezas que han de ser
examinadas (Fig. 4.3.3.6.). Mediante este conductor
central, que puede ser hueco o macizo, es posible crear el
campo magnético circular en la pieza sin que ésta tenga
que estar en contacto con las tomas de corriente.
Con respecto al campo magnético creado alrededor de
este conductor central, que puede ser de un material
ferromagnético o no, cuando por ó1 circula corriente
continua, es posible establecer las siguientes tres reglas
básicas.
-
-
El campo magnético externo a un conductor de
sección constante es uniforme a lo largo de la
longitud del conductor.
El campo magnético forma un ángulo de 901 con la
dirección de la corriente que circula por el conductor.
En el exterior del conductor el campo decrece, siendo
esta disminución inversamente proporcional a la
distancia radial tomada desde el centro del conductor.
La distribución del campo magnético en el interior de un
conductor no ferromagnético, tal como una barra de
cobre, cuando por ó1 circula una corriente continua es
distinta a la que se observa en el exterior de la barra. En
cualquier punto del interior de la barra, el campo es
debido solamente a la parte de la corriente que fluye en el
metal entre este punto y el centro de la barra; por tanto, el
campo crece linealmente desde cero, en el centro, hasta
un máximo en la superficie. Fuera del conductor, el campo
va decreciendo según la curva de la Figura 4.3.3.7.a), de
tal forma que si la corriente estuviera concentrada en el
centro de la barra cuyo radio es R y siendo el valor
máximo del campo en su superficie H este campo a una
distancia 2R del centro será H/2; a 3R, H/3 y así
sucesivamente.
Cuando se trata de un conductor macizo pero de un
material ferromagnético, al ser atravesado por una
corriente continua, se tendrá la misma distribución del
campo magnético que en el caso anterior (Fig. 4.3.3.7.b)
pero su fuerza será mucho mayor, compárense las figuras
4.3.3.7.a) y 4.3.3.7.b). Si el diámetro de los conductores
son los mismos, en este caso, el campo en su centro será
también cero, pero en la superficie será  . H, donde  es
la permeabilidad magnética del material del conductor,
pudiendo llegar a valer 1.000 ó 2.000 el campo de un
conductor no ferromagnético. En el exterior del conductor,
justamente a partir de su superficie, sin embargo, la
fuerza del campo disminuye hasta alcanzar el mismo valor
y siguiendo la misma curva de distribución que cuando se
trata de un conductor no ferromagnético.
Hasta ahora se ha considerado que la corriente que
circulaba por el conductor era corriente continua. Cuando
la corriente que atraviesa un conductor ferromagnético es
alterna, tiende a concentrarse en la superficie del
conductor, siendo esta tendencia tanto más pronunciada
27
cuanto mayor sea la frecuencia de la corriente. Como
consecuencia de este fenómeno, conocido como “efecto
piel”, el campo es nulo en el centro del conductor, crece a
medida que se acerca a la superficie en la que se alcanza
el valor máximo, pero este aumento es lento al principio y
va creciendo tanto más rápidamente cuanto más cerca se
encuentre el punto considerado de-la superficie del
conductor (Fig. 4.3.3.7.c). En el exterior del conductor la
distribución del campo es exactamente la misma que en
los casos anteriores.
En los tres casos anteriores se ha estudiado la
distribución del campo magnético producido por una
corriente eléctrica cuando ésta circulaba por un conductor
macizo. Cuando la corriente circula por un conductor
hueco y, refiriéndonos a los mismos tres casos estudiados
anteriormente, se observará que la distribución del campo
es la que aparece en las figuras 4.3.3.7.d), e) y f). Si se
trata de un conductor no ferromagnético y corriente
continua (Fig. 4.3.3.7.d), no habrá flujo de corriente a
través del hueco interior y, en consecuencia, no habrá
campo magnético en la superficie interna del conductor.
Sin embargo, en la superficie externa del conductor el
campo será el mismo que se encuentra en un conductor
macizo, siempre que en ambos casos circule por el
conductor la misma cantidad de corriente. La distribución
del campo en el exterior del conductor es la misma a la
que tiene lugar en un conductor macizo (Fig. 4.3.3.7.a)
con la única diferencia de que al calcular la fuerza del
campo en un punto las distancias han de referirse al
centro geométrico del conductor y no a su superficie
interna. El gradiente del campo desde la superficie interna
hasta la externa del tubo o conductor hueco, depende del
espesor de la pared y no es tan lineal como para un
conductor macizo de igual diámetro exterior.
Cuando se trata de un conductor hueco ferromagnético
(Fig. 4.3.3.7.e), se puede observar que existe cierta
correlación con lo que ocurre en un conductor no
ferromagnético. En su cara interna, el campo es nulo y
aumenta siguiendo una curva-muy parecida a la del caso
anterior (Fig. 4.3.3.7.d) hasta alcanzar un valor en la
superficie externa que es igual al que tendría si de un
conductor no ferromagnético se tratase multiplicado por el
valor de la permeabilidad magnética μ del material
ferromagnético que constituye el conductor. En el exterior
del conductor tubular, la fuerza del campo decrece con la
distancia siguiendo la misma curva del caso anterior.
Por último, cuando se trata de un conductor hueco
atravesado por una corriente alterna y el conductor es de
un material ferromagnético, se presenta el mismo “efecto
piel” que en el caso de un conductor macizo (Fig.
4.3.3.7.c) y la distribución del campo magnético es, en
este caso, la que se indica en la Fig. 4.3.3.7.f).
De lo expuesto cabe deducir que, dada la distribución del
campo magnético en un conductor hueco cuando por él
circula una corriente eléctrica, dado el valor del campo en
la superficie interna del conductor, esta técnica operatoria
no
resulta
adecuada
para
la
detección
de
discontinuidades que se encuentren localizadas en la
superficie interna del tubo. Sin embargo, dada la forma de
la curva de crecimiento del valor del campo en la pared
del tubo, es posible que discontinuidades de cierta
profundidad puedan interceptar suficiente número de
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28
líneas de fuerza del campo magnético para que sean
detestables.
un banco de ensayo que incorpora la fuente de corriente
magnetizante.
La técnica operatoria más adecuada cuando se trate de
magnetizar piezas de configuración cilíndrica huecas en
las que se sospeche la existencia de discontinuidades en
su cara interna, es la que se indica en la figura 4.3.3.6. En
este caso, por el conductor central macizo no
ferromagnético (barra de cobre, por ejemplo), se hace
circular una corriente continua, este conductor (Fig.
4.3.3.6.) queda situado en el interior de la pieza de
material ferromagnético y sección circular que ha de ser
examinada.
Especial cuidado ha de tenerse en la construcción de los
contactos o cabezales, para que no dañen la pieza que se
ensaya. Los daños que estos contactos pueden producir a
la pieza son, fundamentalmente, de dos tipos: los debidos
a la presión que es preciso ejercer para asegurar el
contacto y los que puedan ocasionarse por la formación
de pequeños arcos o chispas en las zonas en las que el
contacto no sea bueno. Siempre ha de tenerse en cuenta
que es necesario evitar la posibilidad de calentamientos
locales en la zona de contacto ya que pueden dañar la
superficie de la pieza examinada.
En este caso, la distribución del campo magnético en el
conductor no ferromagnético central será la que se indicó
en la figura 4.3.3.7.a); es decir, el campo será máximo en
su superficie y decrece hacia el exterior a través del
espacio comprendido entre el conductor y la superficie
interna de la pieza cilíndrica. En esta superficie, al tratarse
de un material ferromagnético el campo aumenta como
consecuencia del factor de permeabilidad para a
continuación decrecer hacia el exterior, siguiendo una
curva parecida a la que seguiría en el aire, pero en este
caso multiplicada por el factor . En consecuencia, la
distribución del campo magnético en este caso es la que
se indica en la figura 4.3.3.8., donde podemos apreciar
que este método de magnetización da lugar a que el valor
máximo del campo se encuentre en la superficie interna
de la pieza a examinar, siendo, por tanto en esta
superficie donde se producirán las indicaciones más
fuertes de las discontinuidades que puedan hallarse
presentes. Sin embargo, también es posible que se
produzcan indicaciones que se encuentren en la
superficie externa.
En esta figura 4.3.3.8., podemos apreciar que en la
distribución del campo en la pieza objeto de examen es
independiente, tanto de que el conductor central sea de
material ferromagnético o no ferromagnético como de que
la corriente que por ó1 circule sea alterna o continua, cosa
que como se vio anteriormente en los casos a que se
hace referencia en la figura 4.3.3.7., era determinante en
la realización del ensayo.
Resulta evidente que si el conductor central se encuentra
en el eje de la pieza cilíndrica el valor del campo será el
mismo en toda la superficie interna del cilindro. Si, por el
contrario, el conductor central se encuentra desplazado
hacia una determinada zona de la pared interna, el valor
del campo será más fuerte en esta zona más próxima y
más débil en la diametralmente opuesta.
4.3.3.2.2.2. Contacto directo
Este método para crear campos circulares, en piezas que
por no presentar partes huecas no permiten aplicar el
método anterior, consiste en hacer pasar la corriente de
magnetización directamente a través de la pieza que va a
ser examinada. Para ello se dispone la pieza entre dos
“cabezales” o contactos, análogos a los empleados para
establecer el contacto con el conductor central (Fig.
4.3.3.6.) que en este caso sería la pieza objeto de
examen. Generalmente estos contactos, forman parte de
Para el examen completo de una pieza de forma
compleja,
empleando
este
procedimiento
de
magnetización, será preciso variar la posición de la pieza
entre los Cabezales el número de veces que se considere
necesario, realizando otras tantas magnetizaciones para
cubrir adecuadamente la totalidad de la pieza.
4.3.3.2.2.3. Puntas de contacto
La magnetización de piezas que por sus dimensiones no
puedan ser colocadas en un banco de ensayo, como en el
caso anterior, se puede conseguir, bien de una forma total
o lo que es más aconsejable, de una determinada zona de
la misma, mediante el empleo de unas “puntas o
punzones de contacto” por las que se hace llegar a la
pieza la corriente necesaria.
Si bien cada uno de estos contactos, aisladamente
considerado (Fig. 4.3.3.9.) no da lugar a un campo
realmente circular, la imantación conseguida resulta muy
adecuada para un gran número de aplicaciones, sobre
todo para el examen de uniones soldadas y grandes
piezas fundidas. El empleo de estas puntas de contacto o
punzones es ampliamente utilizado, sobre todo porque
presenta una gran ventaja: su portabilidad, lo que hace
que este método resulte muy adecuado para los trabajos
de inspección a pie de obra.
La sensibilidad del método para las discontinuidades
subsuperficiales es mayor que para otros métodos de
magnetización, especialmente cuando se emplea
corriente alterna monofásica semirrectificada en
conjunción con la aplicación de partículas magnéticas
secas y siguiendo la técnica del método continuo de
magnetización.
Como desventajas fundamentales del método deben ser
consideradas las siguientes:
1.
El campo magnético más adecuado para los fines del
examen, se encuentra entre ambos contactos y en
sus proximidades. Por esta razón raramente se sitlan
de forma que la distancia que los separe sea superior
a los 300 mm.
2.
La influencia del campo exterior al creado entre los
dos contactos, puede producir interferencias que
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3.
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29
pueden llegar a dificultar la observación de las
indicaciones.
conseguiría magnetizar una longitud total de 150 a 225
mm.
Se hace imprescindible poner especial cuidado en la
aplicación de los contactos sobre la pieza, con el fin
de asegurar el contacto y evitar la formación de
chispas y calentamientos locales que podrían dañar
la superficie de la pieza. Esto tiene especial
importancia cuando se trata de examinar piezas de
acero cuyo contenido en carbono es de un 0,3% o
superior.
Existen equipos que disponen de una o de una serie de
bobinas de diferentes tamaños, pero si no se dispone de
uno de estos equipos, un cable aislado arrollado a la
pieza puede hacer el mismo efecto y permitir la
magnetización longitudinal de la zona que interesa
examinar.
4.3.3.3.
APLICACIÓN
MAGNÉTICAS
DE
LAS
PARTÍCULAS
4.3.3.2.2.4. Magnetización con bobina o solenoides
Como ya se ha indicado al referirnos a los campos
magnéticos inducidos (Apartado 4.3.3.1.l., Fig. 4.3.3.2.b),
cuando una corriente eléctrica, continua o alterna, circula
por un conductor que se arrolla, formando una bobina de
una o más vueltas, se crea un campo magnético cuyas
líneas de fuerza, en el interior de la bobina o solenoide,
son paralelas a su eje. Si, en estas condiciones,
introducimos en el núcleo de la bobina una barra de un
material ferromagnético, de modo que su eje coincida con
el de la bobina, o sea paralelo al mismo, la barra se
magnetizará longitudinalmente.
Este método de magnetización está particularmente
indicado para efectuar el examen por partículas
magnéticas en aquellos objetos cuya longitud es
considerablemente mayor que su diámetro o sección
transversal.
El valor del campo en el interior de la bobina (Apartado
4.3.3.1.l.) es igual al producto de la intensidad de la
corriente que circula por ella y el número de vueltas de
que está formada. Esta circunstancia permite actuar sobre
uno cualquiera de estos valores para conseguir el valor
adecuado del campo magnético. Aunque, como se acaba
de indicar, el valor del campo es independiente del
diámetro de la bobina, las dimensiones de la misma son
de la mayor importancia para conseguir una correcta
magnetización de la pieza.
A este fin es preciso considerar fundamentalmente dos
factores. En primer lugar se ha de tener en cuenta la
relación entre el área de las secciones transversales de la
bobina y de la pieza, esta relación o “factor de llenado”
entre ambas secciones determina el que se consiga, o no,
un campo adecuado en la pieza. Sobre este particular,
cabe indicar que, en general, no conviene que el diámetro
de la bobina sea del orden de 10 veces superior al de la
pieza. En segundo lugar, la relación de la longitud de la
bobina a la de la pieza también es importante,
especialmente cuando se trata de examinar piezas de
gran longitud. Si bien, lo ideal es que la longitud de la
bobina sea igual a la de la pieza, en la práctica lo normal
es utilizar bobinas bastante más cortas, haciéndose, por
tanto necesario, varias etapas para magnetizar y
examinar piezas de gran longitud. A este respecto, cabe
indicar que si se toma como referencia el plano central de
la bobina es posible conseguir una magnetización efectiva
sobre una longitud de la pieza del orden de 6 a 9 veces la
de la bobina, tomada a cada lado de la misma, es decir
con una bobina cuya longitud sea de 25 mm, se
Las partículas magnéticas que, una vez magnetizada la
pieza, han de ser aplicadas sobre su superficie para
detectar los campos de fuga que se originan en las
discontinuidades, pueden ser clasificadas, en primer
lugar, teniendo en cuenta el medio que se utilice para su
aplicación sobre la pieza: si el medio empleado es el aire,
el método de aplicación se denomina “por vía seca”,
mientras que si se utiliza un líquido, se designará como
“por vía húmeda”, cualquiera que sea la naturaleza del
líquido empleado para la dispersión de las partículas. A su
vez y, al objeto de favorecer su visibilidad y contraste,
estas partículas podrán ser coloreadas e incluso
fluorescentes.
Resumiendo, se puede indicar que según su tipo y
método de aplicación, las variantes a considerar en las
características de las partículas magnéticas son las
siguientes:
-
Partículas coloreadas
Partículas fluorescentes
-
Aplicación por vía seca
Aplicación por vía húmeda.
Ahora bien, estas cuatro características no son suficientes
para llegar a conocer las propiedades de las partículas,
sobre todo si se tiene en cuenta que de este conocimiento
exacto de sus propiedades y de su posterior aplicación a
su selección, permitirá que los ensayos presenten una
uniformidad en sus resultados que los haga reproducibles,
incluso por distintos operadores. Por lo tanto, se hace
preciso conocer el comportamiento de las partículas que
vayan a ser utilizadas, tan exactamente como ello sea
posible, al menos en lo referente a sus siguientes
características:
-
Propiedades magnéticas
Tamaño
Forma
Movilidad
Visibilidad y contraste.
4.3.3.3.1. Propiedades magnéticas
Teóricamente la permeabilidad de las partículas
empleadas en este método de ensayo, debe ser lo más
alta posible. Cuanto mayor sea la permeabilidad tanto
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más fácilmente capturarán las líneas de fuerza en los
campos de fuga ocasionados por las discontinuidades que
puedan estar presentes y, por tanto, las indicaciones
serán más claras y se producirán más rápidamente. Sin
embargo, en la práctica, la importancia de la
permeabilidad magnética por ser uno de los factores que
intervienen en el conjunto de propiedades que deben
tener estas partículas, motiva que su influencia no sea tan
decisiva como a primera vista pudiera parecer.
Por cuanto a la retentividad y fuerza coercitiva se refiere,
su valor debe ser lo más bajo posible. Si en las partículas
que se utilicen se alcanzan valores altos para estas
características, las partículas tenderán, en su primera
utilización, a formar imanes permanentes, tanto más
fuertes cuanto más altos sean los valores de la fuerza
coercitiva y de la retentividad. Como consecuencia
inmediata de esta formación de imanes permanentes, es
el que disminuirá la tendencia de las partículas a
orientarse por los campos producidos por las
discontinuidades, mientras que, por el contrario, tenderán
a adherirse magnéticamente a la superficie de la pieza.
30
un medio líquido, permitiendo el que puedan ser utilizados
tamaños mucho más pequeños. Por cuanto al tamaño de
las partículas se refiere hay que tener en cuenta que si
éste sobrepasa ciertos valores no será fácil mantenerlas
en suspensión en la el medio líquido, inconveniente que
también se pone de manifiesto por el hecho de que su
movilidad disminuye, hasta llegar a anularse, cuando
disminuye el espesor de la capa líquida en la que las
partículas van suspendidas y que moja la pieza. De otra
parte, las partículas gruesas presentan cierta tendencia a
alinearse formando agrupaciones en forma de cadena que
se deforman por la acción de las fuerzas de arrastre del
líquido, pudiendo dar lugar a falsas indicaciones. En este
sentido, cabe decir que, generalmente, como límite
superior para el tamaño de las partículas se suele tomar
el de 40 a 60 micras, mientras que no suele fijarse límite
inferior para su tamaño.
4.3.3.3.3. Forma de las partículas
La forma de las partículas magnéticas es factor de gran
importancia sobre su comportamiento, cualquiera que sea
el método de aplicación que se utilice.
4.3.3.3.2. Tamaño de las partículas
La influencia que el tamaño de las partículas pueda
ejercer en la obtención de las indicaciones, es algo que
resulta evidente. Si su tamaño es grande, 1ógicamente
para conseguir sus desplazamientos serán necesarias
fuerzas relativamente grandes que solo los campos de
fuga de gran intensidad podrían proporcionar, mientras
que las pequeñas discontinuidades no darían ninguna
indicación. Por el contrario, si las partículas fuesen de
muy pequeño tamaño o muy finas, es posible que se
produzcan falsas indicaciones.
El problema del tamaño de las partículas magnéticas no
debe ser estudiado aisladamente debido, principalmente,
a la necesidad de tener que considerar conjuntamente el
método de aplicación de las mismas.
Cuando se trate del método de aplicación por vía seca, la
sensibilidad para las discontinuidades de pequeño tamaño
aumenta, al menos de una forma general, al disminuir el
tamaño de las partículas. Sin embargo, cuando las
partículas son muy finas, pueden, aun en piezas con
acabado fino, acumularse en las irregularidades
superficiales dando lugar a falsas indicaciones que,
incluso, pueden llegar a formarse por la presencia de
huellas digitales o zonas ligeramente engrasadas. Por
tanto, en este método de aplicación no es aconsejable el
empleo de partículas finas, ya que pueden dar lugar a
problemas de interpretación. Consecuentemente, en la
práctica, al emplear este método las partículas no tienen
un solo tamaño sino que se hace uso de mezclas de
diversos tamaños mezclados en proporciones elegidas
cuidadosamente para que mientras las de menor tamaño
proporcionen la sensibilidad requerida, las más grandes,
dado su mayor facilidad de movimiento pueden ayudar,
por su efecto de arrastre sobre las más finas, tanto a
localizar las discontinuidades como a evitar la formación
de falsas indicaciones.
En el método de aplicación de las partículas por vía
húmeda, las partículas magnéticas van en suspensión en
Dado que las partículas tienden a alinearse siguiendo la
dirección de las líneas de fuerza de los campos de fuga,
resulta evidente que las partículas alargadas formarán
dipolos, norte-sur, con más facilidad que aquellas
partículas cuya forma sea redondeada o globular, siempre
que se trate de partículas del mismo material. Quiere esto
decir que, las partículas alargadas se orientarán mejor y
más rápidamente que las redondeadas, lo que en
definitiva redundará en una indicación más clara. Esta
mayor efectividad de las partículas alargadas, donde se
pone más de manifiesto, es cuando se trata de detectar
pequeñas grietas, superficiales o subsuperficiales, las
cuales, por su naturaleza, dan lugar a campos de fuga
muy débiles.
La influencia de la forma de las partículas es más
acusada cuando la aplicación se hace por vía seca. En
este caso, las partículas alargadas, por su natural
tendencia a formar agrupaciones en forma de cadena,
incluso en el recipiente que las contiene, no fluirán con
regularidad por el orificio de salida del aparato que se
utilice para su proyección sobre la pieza, lo cual puede
llegar a ser causa de que el examen resulte incómodo y
laborioso. Por el contrario, si se trata de partículas
redondeadas o lobulares, no se presentará este
inconveniente, fluirán mejor, pero estas partículas
redondeadas proporcionan indicaciones menos claras y
cuya formación es más lenta. De todo ello se deduce que,
en el caso de tener que efectuar la aplicación de las
partículas por vía seca, será preciso mezclar en
proporciones convenientes partículas de distintas formas
con el fin de que puedan fluir con facilidad y al mismo
tiempo proporcionen indicaciones aceptables.
Si la aplicación de las partículas se hace por vía húmeda,
la influencia de su forma no es tan acusada como en el
caso anterior ya que, la presencia de un medio líquido que
contiene las partículas en suspensión, da lugar a que su
salida a través de la boquilla del aparato de proyección no
presente dificultades.
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Como última consideración, por cuanto a la forma de las
partículas se refiere, cabe indicar que el empleo exclusivo
de partículas alargadas encarecería considerablemente el
ensayo al tiempo que no reportaría las ventajas que del
aumento de coste cabría esperar.
4.3.3.3.4. Movilidad
La movilidad de las partículas tiene una influencia decisiva
en la formación de las indicaciones ya que cuanto mejor
se muevan estas partículas, tanto m s rápidamente se
formarán las indicaciones y al mismo tiempo éstas serán
más definidas.
Cuando se trata del método de aplicación por vía seca se
pueden facilitar los movimientos de las partículas
golpeando ligeramente o haciendo vibrar la pieza
sometida a examen. Esta vibración puede también
conseguirse empleando, para magnetizar la pieza,
corriente alterna o semirrectificada, ya que estas
corrientes someten a las partículas a una vibración de
igual frecuencia.
En cambio, cuando se trata del método por vía húmeda,
este fenómeno de la movilidad es bastante más complejo,
ya que en este caso intervienen tres factores: tamaño de
las partículas, su densidad y la viscosidad del líquido que
actúa como medio de dispersión. La influencia del tamaño
de las partículas ya ha sido estudiado anteriormente
(Apartado 4.3.3.3.2.) y hemos podido comprobar que las
indicaciones se formarían lentamente si no fuera porque
se produce la aglomeración de las partículas. Por cuanto
a la densidad se refiere, cabe decir que las partículas,
magnéticas tienen una elevada densidad, que si bien
puede ser reducida recubriéndolas con pigmentos o
sustancias más ligeras, esto hace que se modifiquen sus
características magnéticas en un sentido desfavorable.
Por último, si se aumenta la viscosidad del líquido, la
formación de las indicaciones se retardará en la misma
proporción ya que las partículas se mueven con mayor
dificultad en un medio viscoso.
Como puede apreciarse, en cualquier caso, la movilidad
de las partículas está muy lejos de ser la ideal siendo
necesario alcanzar una solución de compromiso entre
esta propiedad y las restantes para conseguir resultados
convenientes.
4.3.3.3.5. Visibilidad y contraste
Resulta evidente que estas dos propiedades, visibilidad y
contraste, son de la mayor importancia ya que de nada
serviría el que se formasen indicaciones rápidas y nítidas
si después no fuesen claramente perceptibles sobre la
coloración de fondo de la superficie de la pieza.
Es por ello, por lo que se fabrican partículas coloreadas
sin que la capa de colorante afecte, al menos en forma
decisiva, a sus características magnéticas. En la
actualidad es posible encontrar en el mercado partículas
magnéticas grises, negras, blancas, amarillas o rojas,
permitiendo esta gama de colores un contraste adecuado
31
y suficiente sobre la casi totalidad de las superficies que
han de ser observadas.
En determinadas ocasiones, sobre todo en trabajos de
gran responsabilidad, se puede recurrir a cubrir la
superficie de la pieza con una pintura adecuada. Sin
embargo, no es frecuente el tener que recurrir a este
artificio ya que existen partículas magnéticas
fluorescentes cuyas indicaciones al poder ser observadas
en cámara oscura con luz negra, proporcionan una
visibilidad y un contraste que pueden estimarse como
óptimos.
Por último y, por cuanto a estas partículas magnéticas se
refiere, se ha de tener en cuenta que magnéticamente las
partículas fluorescentes son las menos sensibles, pero
esta desventaja es solo aparente ya que se encuentra
ampliamente compensada por el hecho de que es
suficiente un pequeño número de partículas sobre la
discontinuidad para conseguir su visualización.
4.3.3.4. INTERPRETACIÓN DE LAS INDICACIONES
Para la correcta interpretación de las indicaciones
proporcionadas, por cualquiera que sea el método de
ensayo no destructivo que se utilice, es aconsejable:
-
Conocer la naturaleza del material que constituye la
pieza objeto del ensayo, así como el historial de
fabricación de la misma (proceso de fabricación y
tratamientos térmicos a que ha sido sometida).
-
Heterogeneidades o discontinuidades que con
carácter específico pueden presentarse con
frecuencia en cada una de las etapas de fabricación.
-
Efectuar, si es que se juzga necesario, ensayos
complementarios, aplicando cualquier otro método de
ensayo con el fin de disponer de información
suficiente para la identificación de la indicación.
Por cuanto se refiere al método de ensayo por partículas
magnéticas, se puede afirmar que, en la generalidad de
los casos, las indicaciones que proporciona son nítidas y
claramente definidas siempre que procedan de
discontinuidades, tales como grietas superficiales, cuyo
plano sea perpendicular a las líneas de fuerza del campo
magnético. En cambio, si las discontinuidades son
subsuperficiales, sus correspondientes indicaciones
aparecerán con sus bordes más difusos. Esto mismo
ocurrirá con las heterogeneidades de morfología
cilíndrica, ya que éstas como las inclusiones alargadas
presentan o suponen un menor obstáculo a las líneas de
fuerza del campo magnético.
Las discontinuidades o heterogeneidades de morfología
esférica, tales como las cavidades y poros, son poco
detectables por este método de ensayo, ya que en el
mejor de los casos, dan lugar a indicaciones poco
definidas.
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4.3.3.5. DESMAGNETIZACIÓN
c.
Todos los materiales ferromagnéticos, después de haber
sido sometidos a un campo magnético y una vez que ha
cesado su acción, presentan un cierto magnetismo
residual o remanente, cuya intensidad dependerá de la
retentividad del material. Este magnetismo remanente
puede ser despreciable para materiales tales como aceros
blandos de bajo contenido en carbono (baja retentividad),
mientras que puede alcanzar valores altos en materiales
duros, pudiendo llegar a ser del orden de magnitud de los
valores que se pueden alcanzar en las aleaciones
especiales para imanes permanentes, cuando de éstas se
trate.
d.
Aunque no siempre es necesaria la desmagnetización,
sobre todo si se tiene en cuenta que a veces es más fácil
magnetizar una pieza que desmagnetizarla y que en
general este proceso implica un tiempo y coste
adicionales, resulta conveniente prestar atención a este
problema y considerar cuando es y cuando no es
necesaria la desmagnetización.
Entre las razones que aconsejan proceder a
desmagnetización conviene destacar las siguientes:
-
-
-
-
-
la
Que el magnetismo remanente pueda afectar al
correcto funcionamiento de equipos o aparatos
incorporados en la estructura donde va montada la
pieza, parte o componente examinado.
Que durante las operaciones de mecanizado
posteriores al examen y como consecuencia del
campo remanente se puedan producir retenciones de
viruta que puedan afectar al acabado final de la
pieza.
Que pueda afectar a determinados procesos de
soldadura eléctrica por arco, ya que, si el campo es
suficientemente intenso puede afectar sensiblemente
a la estabilidad del arco.
Que al poder retener determinadas cantidades de
metal e incluso de partículas magnéticas, éstas
puedan actuar como abrasivo y causar daflos en
partes móviles.
Que pueda impedir la correcta limpieza de las piezas
después del ensayo, lo cual podría dificultar
operaciones posteriores tales como las de plaqueado
o pintura.
De todas formas, aunque la desmagnetización no es
necesaria en casi todos los demás casos, generalmente
se practica como una operación más del método de
ensayo sin que tenga un objetivo específico.
En otras circunstancias, existen razones por las cuales la
desmagnetización no es necesaria. Entre estas últimas
razones se pueden destacar las siguientes:
a.
b.
Que el material sea de baja retentividad.
Que la pieza vaya a ser sometida a un tratamiento
térmico a temperatura superior a la del punto de
Curie (770º C).
32
Que la pieza vaya a ser magnetizada en posteriores
procesos de fabricación.
Que el campo magnético residual no afecte a la
función que la pieza tenga que realizar en servicio.
4.3.3.5.1. Límites y sistemas de desmagnetización
Siempre que una pieza que no ha sido magnetizada se
somete a la acción de un campo magnético, el campo en
la pieza pasa de un valor cero al que corresponde al
punto de saturación a lo largo de su curva de
magnetización y, una vez magnetizada la pieza, no podrá
ser desmagnetizada completamente por procedimientos
de tipo magnético, ya que por tener la fuerza coercitiva un
cierto valor en todos los aceros el único camino práctico
para alcanzar la desmagnetización total es el de calentar
la pieza por encima del punto de Curie. De todas formas
conviene indicar que, en general, el límite inferior de
desmagnetización queda definido por el valor del campo
magnético terrestre (aproximadamente unos 0,5 Oe).
Existen varios métodos para conseguir de una forma más
o menos efectiva la desmagnetización, pero todos ellos
operan bajo el mismo principio: someter a la pieza a la
acción de un campo magnético alterno cual intensidad va
disminuyendo gradualmente hasta anularse. La figura
4.3.3.10., muestra la variación del ciclo de histéresis así
como su descomposición en las variaciones del campo y
de la inducción en la pieza.
Como puede verse en estas curvas, a medida que va
disminuyendo el campo en cada ciclo, al mismo tiempo
disminuye la inducción en la pieza llegando ambos
valores a anularse simultáneamente. Para que esto ocurra
así es preciso que el campo inicial sea suficientemente
intenso para vencer la fuerza coercitiva y de esta manera
conseguir la inversión del campo residual de la pieza.
De lo expuesto se deduce la importancia que tiene la
alternancia
del
campo
para
conseguir
una
desmagnetización efectiva. Cuanto menor sea el número
de ciclos, mayor será la penetración del campo en la
pieza
y
más
fácilmente
se
conseguirá
la
desmagnetización en toda su masa.
Posiblemente de todos los métodos de desmagnetización
que se utilizan en la práctica, el de mayor aplicación es el
que emplea corriente alterna normal de 50 Hz así como,
cuando se quiere conseguir una mayor penetración y en
consecuencia una mayor eficacia, utilizar una frecuencia
menor, por ejemplo, 10 Hz.
Generalmente, para conseguir la desmagnetización, se
hacen pasar las piezas a través de una bobina por la que
circula la corriente alterna. De esta forma las piezas
quedan sometidas a un campo magnético alterno, pero de
intensidad máxima constante. Para conseguir que el
campo vaya disminuyendo de una forma progresiva,
existen dos procedimientos: el primero consiste en mover
la pieza desde el núcleo de la bobina hacia el exterior, con
lo cual el campo a que está sometida la pieza ir siendo
cada vez menor. El segundo procedimiento mantiene fija
la pieza en el interior de la bobina y mediante un
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potenciómetro se va reduciendo la intensidad de la
corriente.
También puede ser utilizada la corriente continua para la
desmagnetización. Ahora bien, en este caso se requiere
un equipo más complejo, ya que, además de un reostato
para disminuir la corriente, se hace necesario un
dispositivo para poder invertir el sentido del paso de la
corriente cada cierto periodo de tiempo. Esto, sin embargo
puede resultar ventajoso, pues al poder hacer que estos
periodos de tiempo puedan ser relativamente largos (0,5 a
1 seg) se alcanza la desmagnetización en toda la masa
de la pieza.
Para desmagnetizar piezas de gran tamaño se hace uso
de yugos magnéticos alimentados con corriente alterna y
provistos de un dispositivo que permita disminuir la
intensidad de la corriente.
33
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4.3.4. RADIOLOGIA INDUSTRIAL
4.3.4.1. INTRODUCCIÓN.
La radiología industrial estudia la teoría y aplicación las
radiaciones X y gamma, fundamentalmente en cuanto se
relaciona con la obtención de la radiografía,
entendiéndose como tal la imagen fotográfica producida
por un haz de cualquiera de estas radiaciones ionizantes,
y que tiene por finalidad, basándose en la propiedad de
las mismas de atravesar los materiales opacos a la luz y
de ser absorbidos en mayor o menor proporción según la
naturaleza y el espesor de los materiales atravesados,
obtener una imagen lo más nítida y fiel de las
proyecciones de los defectos que puedan existir en el
objeto examinado.
La imagen radiográfica se produce como consecuencia de
la propiedad de estas radiaciones de impresionar una
emulsión fotográfica y de la distribución variable de la
intensidad de la radiación que emerge del objeto
radiografiado, debido, principalmente, a las diferencias de
espesor o a la presencia de sustancias extrañas al
material que lo constituye. En consecuencia, la radiografía
no es más que la materialización de una sombra o
“imagen radiográfica” proyectada sobre una película
fotográfica u otro medio de detección, por un objeto
situado entre la película y el foco emisor de la radiación.
L0
d
 0
Li d 0  t
o bien
Li 
34
L0 (d 0  t )
d0
Lo cual nos permite deducir que el tamaño de la imagen
Li, será mayor que el tamaño del objeto L 0 a no ser que
éste, considerado su espesor despreciable, se encuentre
en contacto con la pantalla, d0 + t = d0.
Dependiendo de la posición relativa del foco e la
radiación, el objeto y la pantalla, se pueden producir
fenómenos de distorsión de la imagen (Figura 4.3.4.2).
Con el fin de evitar en lo posible estos fenómenos de
distorsión, se ha de procurar que el haz de radiación sea
perpendicular a la pantalla o película y que ésta, a su vez,
sea, en nuestro caso, paralela al objeto radiografiado. Si
estas condiciones no se cumplen, la imagen radiográfica
se presentará deformada.
4.3.4.2.1. Penumbra geométrica.
Los focos emisores de radiación X y las fuentes de
radiación gamma, al igual que las fuentes luminosas,
tienen en la práctica unas dimensiones finitas. En este
caso, cada punto de foco o fuente emisora de radiación se
comporta como si estuviera aislado y da lugar a la
formación de un sombra; la superposición de estas
sombras reduce las dimensiones de la sombra
propiamente dicha, apareciendo ésta rodeada de una
zona menos iluminada, que es la “penumbra” y que
podemos designar como penumbra geométrica.
La distancia foco-pantalla, o bien, en el caso de la
radiografía, foco-película (Fig. 4.3.4.3) para reducir a un
valor mínimo el valor de la penumbra geométrica,
depende de las dimensiones del foco emisor de la
radiación y de las distancias foco-objeto y objeto-película.
El valor de esta penumbra viene dado por la ecuación:
Ug 
4.3.4.2. FACTORES GEOMÉTRICOS.
Para conseguir una radiografía con una nitidez
satisfactoria, es necesario tener en cuenta los principios
fundamentales de la formación de la sombra o imagen
radiográfica.
Si consideramos una pantalla o película, iluminada por
una fuente o foco de radiación puntual F y situamos entre
ambos un objeto, sobre la pantalla aparecerá una sombra
o silueta del objeto. (Figura 4.3.4.1).
Teniendo en cuenta la semejanza de los triángulos
podemos escribir que:
Ft
d0
en la cual:
Ug = penumbra geométrica.
F = tamaño del foco o fuente de radiación.
t = espesor del objeto.
Si durante la exposición radiográfica se mueve la fuente
emisora de la radiación, el objeto que se radiografía o la
película, los contornos de la imagen aparecerán borrosos.
Dado que la falta de definición o nitidez ocasionada es
análoga a la producida por la penumbra geométrica Ug,
se designa este factor como “penumbra del proceso” Up,
incluyéndose en él la penumbra que se produce a
consecuencia del proceso de revelado y fijado de la
película.
La nitidez de la imagen radiográfica es afectada, además
de por la penumbra geométrica y por la debida al proceso,
por otro factor que podemos denominar “penumbra
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interna o inherente” Ui, que depende del tipo de película
radiográfica utilizada y de la energía de la radiación
empleada.
La penumbra, que podemos llamar total depende,
esencialmente, de los factores considerados. Ahora bien,
si eliminamos las causas de movimiento de la fuente
emisora, el objeto o la película, una vez determinado el
tipo de película y de radiación que hemos de utilizar, la
falta de definición depende únicamente de la penumbra
geométrica incluyendo en ésta la debida al proceso. Este
valor de la penumbra resulta de la máxima utilidad para el
cálculo de la distancia mínima óptima foco o fuentepelícula que nos proporciona una imagen radiográfica de
buena calidad.
4.3.4.2.2. Distancia foco-película - D.F.P.
Para una distancia foco o fuente objeto do, y un espesor
de éste t, la distancia foco-película, teniendo en cuenta
que ésta debe estar tan próxima como sea posible a la
zona del objeto que se radiografía, la distancia focopelícula será: D.F.P. = do + t
como por otra parte, se sabe que el valor de la penumbra
es:
Ug 
Ft
d0
D.F .P. 
4.3.4.2.3 Ley de la inversa del cuadrado de la distancia
Cuando la emisión de una radiación X o gamma es
constante, cosa que en la práctica puede estimarse como
cierta durante la exposición radiográfica, la intensidad de
la radiación que llega al objeto viene determinada por la
distancia, ya que, como sucede con las fuentes de otras
formas de energía, el flujo de la misma o la intensidad
total que pasa a través de toda la superficie cerrada que
envuelve a la fuente emisora es constante. Por tanto, la
intensidad de radiación que atraviesa un elemento al
cuadrado de la distancia entre el objeto y el foco emisor.
Este principio, que matemáticamente se puede expresar
en la forma siguiente:
2
I1 d 2

I 2 d1 2
queda representado gráficamente, en la figura 4.3.4.4.
Análogamente, si E1, es la exposición que hemos de dar
para obtener una radiografía, trabajando a una distancia
foco-película d, la nueva exposición para una distancia d
será:
2
E1 d1

E2 d 2 2
sustituyendo valores y considerando el valor que se
establezca para la penumbra se tendrá que:
Ft
t
Ug
35
y por tanto
E2 
E1d 2
2
d1
2
4.3.4.3. FUENTES DE RADIACIÓN.
Los rayos X y gamma son radiaciones electromagnéticas
-10
cuyas longitudes de onda están comprendidas entre 10
-7
y 10 centímetros.
expresión en la que:
D.F.P. = distancia mínima foco-película;
F
= tamaño efectivo del foco o fuente emisora;
t
= espesor atravesado por la radiación;
Ug
= penumbra geométrica.
Tomando como base las recomendaciones contenidas en
el código A.S.M.E., Sección V - NONDESTRUCTIVE
EXAMINATION, nos encontramos que para el valor de la
penumbra geométrica se establece que estos no deben
ser superiores a los siguientes:
Espesor del material
Penumbra máxima
Hasta 51 mm
0,5 mm
51 < t < 76 mm
0,76 mm
76 < t < 102 mm
1,00 mm
Superior a 102 mm
1,8 mm
En el espectro electromagnético, cuya representación
esquemática se muestra en la figura 4.3.4.5, puede
apreciarse la zona en que se encuentran las radiaciones
X y gamma. Como puede verse, comprenden un campo
del espectro en el cual las radiaciones se caracterizan por
tener una gran energía y pequeña longitud de onda. Es
evidente que en la parte en la que ambas radiaciones se
superponen, tendrán idénticas propiedades.
Los rayos X se producen cuando un haz de electrones
animados de gran velocidad, y por tanto con gran energía,
chocan contra un obstáculo, en el caso de los tubos de
rayos X, el metal que constituye el anticátodo. Los rayos
gamma son emitidos por el núcleo de los elementos
radiactivos.
Ambas
radiaciones
presentan
unas
propiedades características, en las que se basa el método
radiográfico para el examen no destructivo de los
materiales. Estas propiedades son las siguientes:

Atraviesan aquellos materiales que son opacos a la
luz. Su poder de penetración depende de la energía
de la radiación.
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
Son radiaciones electromagnéticas, cuya energía es
inversamente proporcional a su longitud de onda.

No tienen carga eléctrica ni masa.

Se propagan en línea recta a la velocidad de la luz.

Son prácticamente absorbidas por la materia. El
tanto por ciento en que la radiación es absorbida es
directamente proporcional a la densidad del
material, e inversamente proporcional a la energía
de la radiación.

Dada su naturaleza, al atravesar un objeto, se
producen interacciones con la materia que lo
constituye.

Pueden ionizar la materia. Como consecuencia de
su poder de ionización impresionan la película
fotográfica y pueden producir fluorescencia sobre
determinados materiales.

No son visibles y no pueden detectarse por ninguno
de nuestros sentidos.
4.3.4.3.1. Radiación X
Teniendo en cuenta que la radiación X se produce
siempre que un haz de electrones animados de gran
velocidad, chocan contra un obstáculo material
cualquiera, para crear condiciones necesarias para que
esto se produzca será preciso disponer de una fuente de
electrones (cátodo), un obstáculo material que actúe
como blanco y contra el cual choquen los electrones
(anticátodo) y algún medio para acelerar estos electrones
y provocar su choque contra el anticátodo a la velocidad
suficiente para producir la radiación deseada.
Estas condiciones se consiguen en el tubo de rayos X. el
tubo de radiación o tubo de rayos X (Figura 4.3.4.6), está
constituido esencialmente por una ampolla de vidrio, en
cuyo interior se colocan el filamento (cátodo) y el
anticátodo (ánodo), y de la cual se ha extraído aire hasta
alcanzar un grado de vacío del orden de 0,01 a 0,001
mm/Hg.
Determinados materiales gozan de la propiedad de que, al
ser calentados, sus electrones adquieren un grado de
agitación o movilidad que puede llevarles a que se
desprenda del material y den lugar a electrones libres,
este fenómeno se conoce como emisión termoiónica.
Estos electrones libres forman una nube alrededor del
material de que se han desprendido.
El cátodo o fuente de electrones, en un tubo de rayos es
el filamento, el cual está formado por un hilo,
generalmente de volframio, que llevado a una temperatura
suficiente, emite electrones. La cantidad de electrones
emitidos depende de la temperatura alcanzada por el
filamento, temperatura que puede ser regulada variando
la intensidad de la corriente alimentación del filamento.
La generación de la radiación X tiene lugar siempre que
electrones con alta velocidad chocan contra cualquier
materia, sea cual sea el estado, sólido, líquido o gaseoso
en que se encuentre. Cuanto mayor sea el número
atómico del material que forma el antícátodo o blanco
36
contra el que han de chocar los electrones, tanto mayor
será el rendimiento en la generación de la radiación X.
Teniendo en cuenta que una gran parte de la energía que
lleva el electrón, se transforma en calor, el anticátodo
debe ser buen conductor térmico para que el calor se
disipe con facilidad y el tubo pueda tener una refrigeración
efectiva. Todo ello hace que, en los tubos de radiación
actuales, el anticátodo esté constituido por un bloque de
metal buen conductor del calor, generalmente cobre, en el
cual se disipa adecuadamente, en el se coloca una pieza
de metal del alto punto de fusión, de forma variable y con
una inclinación de 20 a 30º con respecto a la dirección del
eje del haz de electrones que provienen del cátodo. El
metal que forma esta placa suele ser volframio, el cual
constituye el verdadero anticátodo.
Por lo tanto, comunicando carga positiva al ánodo y
negativa al cátodo, se podrá crear entre ambos electrodos
una diferencia de potencial que acelere el movimiento de
los electrones libres que, emitidos por el cátodo, irán a
chocar con gran velocidad sobre el anticátodo. Este es el
principio básico que se utiliza en todos los tubos de rayos
X.
4.3.4.3.1.1. Intensidad y calidad de la radiación.
En términos generales, se llama “calidad” de una
radiación a la energía de sus fotones, lo que determina
que vaya íntimamente ligada a la longitud de onda de la
radiación de que se trate. En el caso de la radiación X, la
longitud de onda de la radiación emitida y, en su
consecuencia, su poder de penetración, depende de la
tensión de excitación (kV); ahora bien, las variaciones en
la tensión de excitación afectan no solamente a la calidad,
sino también intensidad de la radiación, es decir, que un
aumento en la tensión de excitación implica un aumento
simultáneo en el poder de penetración y en la intensidad
de la radiación
En efecto, la radiación emitida por un tubo de posee un
espectro (Figura 4.3.4.7), en el que sobre el fondo del
espectro continuo se superpone el de la radiación
característica propia del elemento que constituye el
anticátodo. Como la longitud de onda de la radiación está
determinada, aunque solo en parte, por la energía del
electrón que la produjo al chocar contra el anticátodo, se
deduce que, al aumentar la tensión de excitación, se
aumentará la energía de la radiación y aparecerán
radiaciones con menor longitud de onda, la Figura 4.3.4.8
indica lo que ocurre al aumentar la tensión de un valor V a
otro valor 2V. Puede apreciarse que el aumentar la
tensión aplicada al tubo afecta no solamente a la calidad,
sino también a la intensidad de la radiación.
Cuando lo que se varia es el valor de la intensidad de la
corriente que circula por el tubo, su efecto queda
representado en la Figura 4.3.4.9, en la que puede verse
cómo al pasar de un valor de la intensidad M a otro 2M,
esta variación hace que se modifique la intensidad del
haz, sin que aparezcan nuevas longitudes de onda.
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4.3.4.3.2. Radiación gamma.
La radiación gamma se produce en la desintegración del
núcleo de las sustancias radiactivas.
La desintegración del núcleo de una sustancia radiactiva
natural va acompañada de la emisión de una o más
formas de radiación que se denominan radiaciones alfa,
beta y gamma, cuyas características principales son las
siguientes:
a.
b.
c.
Radiación o partículas alfa - Los rayos alfa son
núcleos de helio que constan de dos protones y dos
neutrones. Esta radiación aunque posee una gran
energía cinética, su poder de penetración es
pequeño. Dada la constitución de su núcleo tienen
carga positiva.
Radiación o partículas beta - los rayos beta son
electrones y, al igual que la radiación alfa, su poder
de penetración es muy pequeño.
Radiación gamma - La radiación gamma es una
radiación electromagnética de la misma naturaleza
física que los rayos X, presentando, en general,
menores longitudes de onda que éstos. La intensidad
de la radiación gamma y su longitud de onda quedan
determinadas por la naturaleza del isótopo que la
emite, no pudiendo ser modificada, detenida o
controlada
Los radioisótopos generalmente utilizados en la
radiografía industrial son artificiales. Uno de los isótopos
que ha sido utilizado en radiografía industrial, el Cesio137, se obtiene como un subproducto de la fisión nuclear.
El procedimiento más ampliamente utilizado para crear
radioisótopos, consiste en bombardear con neutrones
determinadas sustancias. Esto hace que los núcleos de
los átomos bombardeados sufran un cambio, producido,
generalmente, por la captura de neutrones, que los
inestabiliza y los hace radiactivos. Radioisótopos
obtenidos por este procedimiento son: el Cobalto 60, el
Iridio 192 y el Tulio 170. Estos isótopos, obtenidos
artificialmente, emiten radiación gamma, partículas alfa y
partículas beta; es decir, se comportan exactamente igual
que lo hacen los isótopos naturales.
La tabla 4.3.4.1 resume las principales características de
estos isótopos.
Contenedores o gammágrafos. Debido a que las
fuentes radiactivas están emitiendo su radiación
continuamente, estas fuentes tienen que manejarse y
deben estar contenidas en contenedores o gammágrafos
que al tiempo que permiten su utilización en forma fácil y
segura, garanticen una protección eficaz contra la
radiación que emiten aún cuando no se están utilizando.
Uno de estos, gammágrafos es el que puede verse en las
Figuras 4.3.4.10 y consta de:
a- Contenedor - Es una caja de chapa de acero en cuyo
interior se aloja un bloque de plomo o uranio-238 que
constituye el blindaje, en el que la fuente queda encerrada
cuando no se hace uso de ella. Dentro de la caja existen
unos microcontactos que encienden unos pilotos
37
indicadores de la posición en que se encuentre la fuente.
En los extremos de la caja se sitúan dos conectores: uno
para la manguera portadora del cable de arrastre, y otro
para aplicar a él la manguera o guía por la cual se llevará
la fuente a suposición para la exposición
b - Bobina de arrastre - La bobina de arrastre o mando
para la maniobra de llevar o retirar la fuente al lugar en
que ha de hacerse la exposición, no es más que un
carrete o bobina en la que puede recogerse la manguera
de arrastre,
una
manivela
para
efectuar
el
desplazamiento del cable que lleva la manguera en su
interior y un panel con tres pilotos que nos indican la
posición en que se encuentra la fuente: GUARDADA, en
el interior del blindaje; ABIERTA, fuera del blindaje o
EXPOSICION cuando se encuentra en el lugar en que
ésta se efectúa.
c - Interruptor de emplazamiento - Al final de la manguera
de emplazamiento va situado un terminal metálico,
generalmente construido con una aleación ligera, en
forma de tubo cerrado por un extremo, o un colimador. El
primero cuando se trata de hacer exposiciones
panorámicas y el segundo cuando se trata de trabajar con
un haz direccional. Ambos dispositivos incorporan un
interruptor, que es accionado por la cápsula que contiene
la fuente, que enciende el piloto que indica que ésta se
encuentra en exposición.
d - Montaje de la cápsula - La cápsula que contiene la
fuente suele ir montada en el extremo de un cable de
poca longitud, cuyo otro extremo lleva un conector al que
se acopla el cable de arrastre.
4.3.4.3.2.1. Intensidad y calidad de la radiación.
Cuando nos referíamos a la intensidad y calidad de la
radiación X, vimos, que la intensidad de la radiación
emitida por un tubo de rayos X dependía del flujo de
electrones que pasa por el tubo; es decir, de la intensidad
de corriente que circula por el tubo, cuyo valor se mide en
miliamperios (mA), mientras que la calidad de la radiación
o, lo que es igual, la energía de sus fotones y en su
consecuencia la longitud de onda de la radiación,
depende de la tensión de excitación (kV).
En el caso de las sustancias radiactivas, al ser su
transformación
un
fenómeno
absolutamente
independiente de toda acción exterior, no puede ser
modificado por ningún agente físico exterior (temperatura,
campo magnético o eléctrico, etc.), resultando que la
calidad de la radiación gamma emitida por un isótopo
radiactivo depende única y exclusivamente del isótopo de
que se trate.
A diferencia de lo que ocurre con el espectro de la
radiación X, el espectro de la radiación gamma está
integrado por una serie discreta de energías que dan
lugar a una serie de líneas. La figura 4.3.4.12 muestra la
distribución de las 10 líneas características del espectro
del iridio 192.
La intensidad de una radiación gamma queda
determinada por la actividad de la fuente emisora. Como
tal “actividad” se entiende el número de desintegraciones
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en la unidad de tiempo que se producen en una sustancia
radiactiva; es decir, la actividad representa la velocidad de
desintegración de la fuente en ese momento. La unidad
con que se mide la actividad es el Curio (Ci) y representa,
aproximadamente, la que tiene 1 gr de Radio. Como cada
fotón gamma procede de la desintegración de un núcleo,
es posible definir exactamente el curio en función del
número teórico de núcleos que se desintegran en 1 gr de
10
radio. Este número es 3,7 x 10 desintegraciones por
segundo; por lo tanto:
1 Ci = 3,7 x 10
10
38
en la cual,  es la “constante de desintegración” y
representa la probabilidad de desintegración de un núcleo
del elemento de que se trate. Integrando la ecuación
anterior, se tiene que:
N = No e 
- T
Evidentemente, N puede ser sustituido por la actividad,
con lo cual esta expresión se convierte en:
desintegraciones/segundo
A = Ao e 
- T
El cociente actividad/peso de la fuente, recibe el nombre
de “actividad específica” de la misma. Dos fuentes que
tengan la misma actividad (Ci) pero con actividades
especificas diferentes, tendrán distintas dimensiones,
siendo la de mayor actividad especifica la menor de ellas.
Para los radioisótopos de aplicación radiográfica, su
actividad especifica es importante ya que, cuanto menor
sea la fuente, tanto mejor será la calidad de la imagen
radiográfica que se pueda obtener.
Al igual que ocurre en la radiación emitida por un tubo de
rayos X, la cantidad de radiación emitida por una fuente
radiactiva será proporcional al tiempo de exposición y a la
actividad de la fuente. Esta cantidad de radiación se mide
en Roentgens hora a la distancia de un metro y por curio
(R.h.m/Ci). El roentgen es la dosis de exposición y se
define como la cantidad de radiación X o gamma que
produce en 0,001293 gr de aire, en condiciones normales,
iones con 1 v.e.e. de cantidad de electricidad de cualquier
signo.
De acuerdo con estas características de la radiación
gamma las fuentes de Cobalto 60 se utilizan para
espesores gruesos, no debiendo emplearse para
espesores menores de 50 mm en acero por la baja
calidad obtenida. En el caso Iridio 192 los espesores a
radiografiar en acero están entre 12 y 63 mm (Tabla
4.3.4.1).
4.3.4.3.2.2. Período de desintegración o vida media.
En la desintegración de un elemento radiactivo, cada
desintegración produce un fotón. En principio, resulta
evidente que, a medida que se van desintegrando átomos
quedan menos por desintegrar, aumentando por tanto el
número de átomos estables. Teniendo en cuenta que la
actividad representa la velocidad de desintegración en un
instante determinado, esta velocidad será proporcional al
número presente de átomos inestables, potencialmente
capaces de emitir radiación.
Sea No el número de átomos de un elemento radiactivo
inicialmente existentes y N el número de átomos de dicho
elemento al cabo de un tiempo T contado a partir del
momento inicial, la ley que rige la velocidad de
desintegración es la siguiente:
dNo
 No
dT
Como puede verse la actividad decrece con el tiempo sin
llegar a anularse. En cierto momento, Ao = 2A. El
intervalo de tiempo necesario para que esto ocurra se
conoce como período de semidesintegración o vida media
ya que como se deduce fácilmente:
1/2
T =ln 2/
4.3.4.4 ABSORCIÓN DE LA RADIACIÓN.
Cuando la radiación atraviesa un material, lo mismo que
cuando la luz atraviesa un medio diáfano, la absorción
depende del espesor del material, de su naturaleza y de la
longitud de onda de la radiación. Si bien el mecanismo de
la absorción de la radiación por los cuerpos es bastante
complicado, esquemáticamente
obedece a la siguiente
ley:
I = Io e 
- t
en la que:
Io
I
= intensidad de la radiación incidente.
= intensidad de la radiación emergente.

t
= coeficiente de absorción lineal.
= espesor del material absorbente.
El átomo se concibe como formado por un núcleo pesado,
conteniendo protones y neutrones, a cuyo alrededor, en
distintas órbitas o capas, se encuentran girando los
electrones. El volumen ocupado por el núcleo es
considerablemente menor que el total del átomo, lo cual
hace que, al ser también muy pequeño el de los
electrones, la mayor parte del átomo sea un espacio
vacío. La diferencia entre los átomos de los distintos
elementos reside en el distinto número de protones y
neutrones que hay en su núcleo y, como su
consecuencia, la cantidad de electrones que giran en las
distintas órbitas, todo lo cual influye en el peso de cada
átomo.
Toda acción que destruya o modifique el estado de
equilibrio de un átomo, se llama “ionización” y su
consecuencia es la formación de “iones” entendiéndose
como tales todos aquellos átomos o partículas
subatómicas libres (no formando parte de ningún átomo)
con carga eléctrica positiva o negativa. Los electrones
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39
libres son iones negativos y las partículas libres con carga
positiva (p.e., los protones) son iones positivos. Los rayos
X y gamma, al atravesar la materia, modifican su equilibrio
eléctrico y la ionizan. La energía de la radiación es capaz
de desalojar un electrón de la órbita en la que se
encontraba y arrancarlo del átomo a que pertenecía y,
este electrón, temporalmente libre, puede unirse a otro
átomo, quedando el primer átomo cargado positivamente
y el segundo negativamente; o sea, una pareja de iones.
Esta es la forma en que la radiación X o gamma, neutra y
sin masa, que puede ser como “cuantos de energía” que
recorren trayectorias electromagnéticas a la velocidad de
la luz, interaccionan con la materia, dando lugar a los
fenómenos que se conocen como: efecto fotoeléctrico,
efecto Compton y producción de pares.
exactamente, de los 1,02 MeV. En este caso, cuando el
fotón de alta energía (1,02 MeV) pasa por la proximidad
de un núcleo se desdobla en un electrón (e-) y en un
positrón (e+). El positrón se combina posteriormente con
un electrón dando lugar a dos fotones con energía mitad
de la primitiva (E = h/2); en este caso igual a 0,51 MeV,
que están sujetos al efecto Compton y al fotoeléctrico.
Efecto fotoeléctrico - Cuando los rayos X (fotones)
pasan a través de la materia, la energía del fotón puede
transmitiese o cederse a un electrón cortical. Parte de
esta energía se invierte en arrancar el electrón de su
órbita y el resto en comunicarle velocidad. Como la
cantidad de movimiento debe conservarse en el proceso,
éste sólo puede ocurrir cuando está presente, por lo
menos, una tercera partícula capaz de compartir la
cantidad de movimiento con el fotón y el electrón. De
acuerdo con esto, el efecto fotoeléctrico es una
interacción con todo el átomo y nunca puede tener lugar
con los electrones libres.
Como consecuencia de cuanto ha sido expuesto, se
puede admitir que, cuando la radiación atraviesa un
cuerpo (Figura 4.3.4.14), las dos formas básicas de la
radiación que emergen son: radiación primaria no
modificada y radiación secundaria modificada. La
radiación primaria es la que ha seguido una trayectoria
rectilínea desde la fuente emisora a través del material
que se va a examinar, sin que se hayan producido en ella
fenómenos de absorción o desviación. Este es el
componente de radiación útil registrado y medido en el
examen radiográfico.
La expulsión de un electrón cortical y el reajuste
electrónico subsiguiente da lugar a la emisión de la
radiación X característica del elemento de que se trate.
Por lo tanto, el efecto fotoeléctrico tiene lugar cuando un
fotón provoca la expulsión de un electrón de la capa
cortical K y al producirse la transferencia de un electrón
exterior a esta capa se produce la emisión de otro fotón
de menor energía que el incidente (Figura 4.3.4.13).
Efecto Compton - En el efecto Compton (Figura
4.3.4.13), el fotón al interaccionar con un electrón, libre o
ligado, le transfiere parte de su energía y es impelido
según las leyes del choque elástico. El fotón pierde
energía, perdiéndola del único modo posible, o sea,
aumentando su longitud de onda. Este fotón con menor
energía continúa su camino, siguiendo una trayectoria que
forma un cierto ángulo con la que originalmente traía. Este
proceso, que va debilitando progresivamente al fotón, se
repite hasta que el efecto fotoeléctrico lo absorbe por
completo.
En el trabajo radiológico, este efecto se manifiesta como
el resultado de las múltiples interacciones individuales
fotón-electrón. Estos fotones difundidos, al ser menos
penetrantes y poder sufrir nuevas interacciones se
degradan rápidamente, llegando a ser absorbidos por el
material. Como resultado se tiene que sobre la película
radiográfica, además de la radiación primaria formadora
de la imagen, se superponen los fotones dispersos que
pueden
emerger
del
objeto
y
que
afectan
desfavorablemente a la calidad radiográfica.
Formación de pares - Este efecto (Figura 4.3.4.13) solo
se produce con fotones de alta energía y en la radiografía
convencional sólo tiene cierto interés a partir,
El resultado de este proceso es una degradación de la
energía de los fotones que sufren esta interacción,
aunque por el contrario el número de fotones creados
duplica al de los originales. De otra parte, los nuevos
fotones son difusos, esto es, tienen direcciones distintas
de la primitiva del haz.
La radiación que ha sufrido alteración o cambio por el
mecanismo de la absorción o difracción se denomina
radiación secundaria o modificada. En efecto, los tres
procesos anteriores: efecto fotoeléctrico, efecto Compton
y formación de pares, liberan electrones que se mueven
con distintas velocidades y en varias direcciones. Como la
radiación X se engendra siempre que hay electrones
libres que chocan contra la materia, resulta que la
radiación X al atravesarla, da lugar a una radiación
secundaria. Esta radiación secundaría es una
componente, no la principal, de la que se conoce con el
nombre de radiación dispersa o difusa. La componente
principal de esta radiación dispersa está constituida por
los fotones debilitados por el efecto Compton. Esta
radiación dispersa es de baja energía y de dirección
totalmente caprichosa, siendo difundida en todos los
sentidos por los átomos que constituyen el objeto
radiografiado. Además, esta radiación, cuya intensidad
crece al aumentar el espesor del objeto, produce sobre la
película radiográfica un velo uniforme que reduce el
contraste y resta definición a la imagen radiográfica.
En relación con la formación de esta radiación difusa, es
preciso hacer constar que se puede producir tanto en el
propio objeto que se radiografía, como en todos los
cuerpos (soportes, suelo, muros, techo, etc.) situados en
sus proximidades y a las que la radiación puede llegar y,
cuya acción puede llegar a ser de importancia en la
relación con la radiación transmitida por el objeto
sometido a examen.
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4.3.4.5.
PELÍCULA
RADIOGRÁFICO.
TEMA 4. DEFECTOLOGÍA. INSPECCIÓN Y ENSAYOS – REV.01
RADIOGRÁFICA.
PROCESO
4.3.4.5.1. Películas radiográficas.
La película radiográfica es básicamente análoga a la
empleada en fotografía. Ambas presentan como
componentes fundamentales (Fig. 4.3.4.15) una capa
sensible, “emulsión”, que es una suspensión de haluros
de plata en gelatina, recubriendo en forma de capa fina
(aprox. 0,02 mm) las dos caras de una hoja soporte,,
transparente, de acetato de celulosa.
La diferencia esencial entre la película fotográfica normal
y la película radiográfica es que esta última presenta dos
capas de emulsión, una por cada lado del soporte o base,
mientras que aquélla tiene una sola capa. De esta forma
se consigue reducir el tiempo de exposición y obtener una
imagen más contrastada. No obstante, para determinados
casos, existen películas radiográficas que tienen una sola
capa de emulsión sensible. Estas películas, en general,
de grano muy fino, se designan como “películas
monocapa”.
Las películas radiográficas industriales se clasifican, en
cuatro grandes grupos o tipos, en función de su rapidez,
contraste y tamaño de grano. El detalle de esta
clasificación es el que aparece en la Tabla 4.3.4.2.
La acción de la radiación sobre la película radiográfica da
lugar a la formación de una imagen latente, la cual es
puesta de manifiesto por el tratamiento de revelado y
fijado adecuado. La imagen radiográfica así obtenida está
formada por las partículas de plata metálica que quedan
en suspensión en la gelatina, distribuidas de acuerdo con
la cantidad de radiación que ha actuado sobre la película
y que dará lugar a distintos grados de ennegrecimiento o
diferencias de densidad.
El ennegrecimiento que se produce en la película
radiográfica, una vez que se ha sometido al tratamiento
adecuado, es función de la cantidad de plata metálica
depositada por unidad de superficie, dependiendo a su
vez de la cantidad de radiación absorbida por la emulsión
sensible de la película. El término empleado, tanto en
fotografía como en radiología, para designar el grado de
ennegrecimiento de una película expuesta a la acción de
una radiación es el de densidad fotográfica y se define
como:
D  ln
40
Ii
It
1siendo:
Ii = Intensidad del haz luminoso que se hace incidir sobre
la película para su observación;
Cuando se observa una radiografía por transparencia
mediante un iluminador (negatoscopio) adecuado, se ve la
imagen como variaciones en la intensidad de la luz
transmitida a través de las diferentes densidades de la
película. La diferencia de densidad entre dos zonas
adyacentes se denomina “contraste”. Por ejemplo el
contraste C entre dos zonas que presentan densidades D l
= 1,5 y D2 = 3,2 será: C = 3,2 - 1,5 = 1,7
El paso de una densidad D1 a otra densidad D2 en dos
regiones contiguas no tiene lugar de una forma brusca,
sino que existe una zona mas o menos amplia en la que
se pueden observar una serie de densidades intermedias,
cuanto más estrecha sea esta zona tanto mejor definición
presentará la imagen radiográfica (Fig. 4.3.4.16).
Los conceptos de contraste y definición, tal y como han
sido definidos, dependen de la radiografía en si y para
nada de la apreciación del observador, en su
consecuencia pueden ser designados como “contraste
objetivo” y “definición objetiva”. Ahora bien, el contraste
percibido por el observador, al depender de las
condiciones en las que la observación se realice y del
propio observador, es un “contraste subjetivo”. Este
contraste, a diferencia de lo que ocurre con el contraste
objetivo, no puede ser medido y depende de un gran
número de factores, encontrándose entre los más
importantes la intensidad y color de la iluminación, el
tamaño del campo observado, el gradiente de densidad,
el grado de iluminación del lugar en que se observa la
película y el deslumbramiento producido por las zonas
que transmiten una gran cantidad de luz. Análogamente,
mientras que la definición objetiva puede medirse con un
densitómetro, haciendo una serie de medidas a lo largo
de una banda que atraviese las zonas contiguas de
distinta densidad, existe una “definición subjetiva” que
depende del valor de la diferencia de luz transmitida por
dos campos próximos, de tal forma que, cuanto mayor
sea esta diferencia tanto mejor será la definición subjetiva,
es decir, la definición subjetiva queda influenciada por el
contraste, de tal forma que en dos imágenes con la misma
definición objetiva, aquélla que presente mejor contraste
es la que un observador normal considerará como mejor
definida.
4.3.4.5.2. Curvas características.
Las películas radiográficas, al igual que todas las
películas fotográficas, pueden ser comparadas entre si de
una forma cualitativa en cuanto se refiere a su rapidez y
contraste. No obstante para un mejor conocimiento de las
películas y sus posibilidades de aplicación, es preciso
realizar un examen cuantitativo de lo que los términos,
contraste y rapidez, representan. Para este examen
cuantitativo, se determinan las “curvas características”,
“curvas sensitométricas” o “curvas H.D.” (Hurter-Driffíeld)
de las películas, que relaciona la exposición aplicada a
una película con la densidad resultante, obtenida en
condiciones de procesado de las películas, previamente
establecidas y normalizadas.
It = Intensidad de la luz transmitida.
D = Densidad fotográfica.
La Fig. 4.3.4.17 muestra las curvas características
correspondientes a los cuatro tipos de película indicados
en la Tabla 4.3.4.2. Si se observan estas curvas, se
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aprecia en primer lugar que ninguna de ellas comienza en
la densidad cero. Esto se debe a que toda película
radiográfica presenta una pequeña densidad inherente o
“velo”, que puede ser medida sobre una película que no
haya sido expuesta y que se ha revelado en condiciones
normales. La aparición de este velo se debe,
fundamentalmente, a dos causas: en primer lugar a la
absorción de luz por el soporte o base y en segundo
lugar, a la aparición del velo químico como consecuencia
de la acción ejercida por los reactivos químicos utilizados
en los baños de revelado y fijado sobre la emulsión.
En la curva correspondiente a una película del tipo 4, que
es la de una película para ser utilizada con pantallas
reforzadoras salinas, se observan las siguientes zonas:
Zona AB - la curva es plana, lo que indica que la densidad
no aumenta sobre el velo hasta un determinado valor de
la exposición.
Zona BC - el aumento de la exposición da lugar a
pequeños incrementos de la densidad.
Zona CD - se caracteriza porque en ella pequeñas
variaciones en la exposición dan lugar a considerables
aumentos en la densidad. Es la parte más interesante de
la curva, ya que corresponde a una película expuesta
correctamente.
Zona DEF- un aumento de la exposición no determina un
aumento sensible en la densidad, cuyo valor máximo se
alcanza en F y a partir de él la densidad comienza a
disminuir. Esta reversibilidad del efecto fotográfico se
denomina solarización.
película 4, D2-D1 = 2,8 - 2,18 = 0,62
en consecuencia, la película 2 tiene mejor contraste que
la 4. Esto se aprecia claramente en el gráfico, ya que la
curva 2 presenta una pendiente mucho más marcada que
la curva 4, para la misma zona de exposiciones.
4.3.4.5.3. Procesado de las películas.
Una vez realizada la exposición, hay que someter la
película a un tratamiento adecuado que permita hacer
visible la imagen latente creada por la acción de la
radiación. Todas y cada una de las etapas del proceso a
seguir para la obtención de la imagen radiográfica deben
ser cuidadosamente realizadas, ya que cada una de ellas
depende de cómo se haya efectuado la anterior y afecta,
a su vez, a la siguiente. Del cuidado que se ponga en el
desarrollo de este proceso depende en gran parte que
una radiografía sea útil o no.
Para obtener los mejores resultados deberán ser tenidas
muy en cuenta las siguientes recomendaciones:
1.
2.
3.
4.
Estas curvas características permiten explicar las
propiedades relativas de las películas. Así por ejemplo,
comparando las curvas 2 y 4, puede verse que:
a.
b.
c.
d.
La película 4 tiene un velo superior al de la película 2.
En las zonas bajas de las curvas, las densidades
obtenidas con exposiciones iguales son mayores
para la película 4 que para la 2, en su consecuencia,
la película 4 es más rápida que la 2.
En el punto P, donde se cortan ambas curvas y al
que le corresponde una densidad igual a 2,8 y un
logaritmo de la exposición relativa de 2,07, ambas
películas tienen la misma rapidez.
Por encima de la densidad 2,5 el contraste de la
película 2 continúa aumentando con la exposición,
mientras que en la película 4 decrece gradualmente.
Asimismo, es posible hacer una comparación cuantitativa
del rendimiento en contraste de ambas películas, para lo
cual no hay más que comparar las densidades
conseguidas en cada una de ellas con dos exposiciones
distintas. En el caso a que nos estamos refiriendo, si
comparamos las densidades correspondientes a las
exposiciones cuyos logaritmos de la exposición relativa
son 2,07 y 2,80 se tiene:
película 2, D2-D1 = 2,8 - 1,64 = 1,16
41
5.
Seguir escrupulosamente las instrucciones que al
efecto da el fabricante de la película.
Mantener dentro de los límites establecidos las
concentraciones de los baños, su temperatura y los
tiempos fijados para cada una de las etapas.
Utilizar equipos, depósitos, bateas, marcos o
colgadores para la película, pinzas, etc., que resistan
la acción de los productos químicos que intervienen
en el proceso y no contaminen los baños.
Emplear las luces de seguridad requeridas por la
película y asegurar que los interruptores de la línea
de alumbrado de la cámara oscura no puedan ser
accionados inadvertidamente y evitar que se vele la
película.
Mantener una escrupulosa limpieza.
La figura 4.3.4.18 resume el procesado manual de las
películas. El proceso automático suele ser más rápido y
una vez puesto a punto permite la obtención de
radiografías de mayor calidad.
4.3.4.6. PANTALLAS REFORZADORAS.
De toda la energía disponible en el haz de radiación,
solamente una pequeña parte, del orden de un 1%, es
aprovechada por la película para dar lugar a la formación
de la imagen latente. Al aprovecharse únicamente esta
energía para el efecto fotográfico, los tiempos de
exposición pueden llegar a ser demasiado largos. Para
reducir estos tiempos de exposición a valores adecuados
o, lo que es igual, mejorar el rendimiento radiográfico de
la energía disponible en el haz de radiación, se recurre a
la utilización de las pantallas reforzadoras, que pueden
ser de dos clases: fluorescentes y metálicas.
a) Pantallas fluorescentes - Las pantallas reforzadoras
fluorescentes o salinas tienen como parte activa un
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42
material fluorescente en polvo, que suele ser volframato
cálcico, adherido a una base de plástico o cartón. Cuando
la radiación actúa sobre estas pantallas, el material
fluorescente que hay en ellas emite luz en cantidad
directamente proporcional a la intensidad de la radiación
que sobre la pantalla actúa en un determinado punto. Las
pantallas se usan en parejas, colocando la película entre
ellas, y el conjunto se sitúa en el interior de un chasis o
portapelícula. El efecto fotográfico sobre la película, se
debe ahora a la acción conjunta de la radiación y la luz
emitida por las pantallas. Como esta luz sufre una
determinada difusión, la imagen que se obtiene es menos
nítida que cuando no se usan pantallas; no obstante, se
puede mejorar la calidad de la imagen manteniendo un
buen contacto entre las pantallas y la película; pues, de
no ser así, la radiografía quedará borrosa y llegará a no
ser posible su interpretación.
electrones, cuya energía es absorbida por la emulsión de
la película, sumándose esta energía a la propia de la
radiación incidente en aquel punto.
Se llama factor de intensificación al cociente entre el valor
de la exposición sin pantalla y con pantallas para obtener
el mismo valor de la densidad sobre la película. Las
pantallas fluorescentes tienen factores de intensificación
altos que permiten reducciones en la exposición del orden
de un 95%, siendo ésta la única ventaja que se puede
obtener de su aplicación. Debido a la falta de definición
que las caracteriza, estas pantallas se utilizan únicamente
en aplicaciones especiales, que prácticamente quedan
reducidas a los casos en que se requiera un tiempo de
exposición corto y siempre que la disposición geométrica
del objeto permita protegerlo adecuadamente para
disminuir la radiación dispersa. Las pantallas
fluorescentes dan lugar a mucha granulación, en especial
cuando se emplea radiación de alta energía, lo cual hace
que su uso quede limitado a aquellos casos en que se
utilice radiación de baja energía.
Las pantallas reforzadoras metálicas deben mantenerse
perfectamente limpias y libres de polvo, grasa o cualquier
suciedad, ya que todas estas cosas son materiales
absorbentes de los electrones, con lo cual, al no llegar a
la película y no actuar sobre ella queda reducido o
anulado su poder de intensificación. Este tipo de pantallas
pueden limpiarse con tetracloruro de carbono y si se
desea una mayor limpieza, podrá ser utilizado algún
abrasivo muy fino que no produzca rayas profundas, pues
este tipo de rayas, como las arrugas y grietas darán lugar
a que los resultados radiográficos no sean buenos.
Para evitar que, en la radiografía, aparezcan sombras
motivadas por el polvo y suciedad que al existir sobre las
pantallas pueden bloquear o impedir que la luz emitida por
ellas llegue a la película, es necesario que las pantallas
están bien limpias, que no haya polvo sobre ellas y que su
superficie no presente manchas. Siempre que sea preciso
limpiarlas, deberán seguirse las instrucciones que dé el
fabricante de las pantallas.
b) Pantallas metálicas - Las más utilizadas son las de
plomo y suelen hacerse de una aleación de plomo y
antimonio que es más dura que el plomo puro. Al igual
que las fluorescentes o salinas, se usan en parejas,
colocando una a cada lado de la película y en contacto
con ella. Los grosores de estas pantallas dependen de la
energía de la radiación que vaya a ser utilizada, siendo,
por lo general más fina la pantalla anterior que es la
colocada del lado que incide la radiación que la,
“posterior” que es la que va en el lado por el que sale la
radiación.
Una combinación de espesores muy frecuente es la de
0,10 mm para la pantalla anterior y 0,15 mm para la
posterior. Las pantallas de plomo son especialmente
eficaces pues además de su acción reforzadora sobre el
efecto fotográfico, absorben en gran parte la radiación
dispersa que, al no incidir sobre la película, da lugar a que
la imagen sea más nítida. La acción reforzadora de estas
pantallas metálicas se debe a que, al ser excitados por la
radiación incidente, los átomos metálicos liberan
El factor de intensificación de las pantallas de plomo es
mucho menor que el de las salinas: Puede incluso ocurrir
que, al utilizar radiación de baja energía (del orden de los
125 kV), el coeficiente de absorción de la pantalla anterior
sea lo suficientemente alto para que se requiera mayor
tiempo de exposición que el que sería necesario sin
pantallas. Sin embargo, las pantallas de plomo se utilizan
siempre que ello es posible, debido a que al absorber la
radiación dispersa se mejora considerablemente el
contraste y definición de la imagen radiográfica. Estas
pantallas de plomo se emplean en casi todas las
aplicaciones de la radiación gamma.
Como regla general se debe indicar que, la tallas
reforzadoras salinas, cuyo empleo está prohibido por
algunos códigos, no deberán emplearse más que en
aquellos casos en que existe una razón ineludible para
ello, en este caso se utilizarán únicamente las
denominadas de “alta definición”, debiendo ser citado su
empleo en el informe de la inspección, ya que esta técnica
entraña una pérdida de definición.
En la Tabla 4.3.4.3, se dan los espesores recomendados
para las pantallas de plomo en función de la energía de la
radiación utilizada.
4.3.4.7. CHASIS O PORTAPELÍCULAS.
Las películas y las pantallas reforzadoras, en el caso que
éstas sean utilizadas, se colocarán en chasis o porta
películas que podrán ser rígidos o flexibles.
Dado que los chasis se han de colocar en íntimo contacto
con la superficie del objeto a examinar y que en las zonas
en las que sea preciso solapar dos chasis, por poder
obtener más de una radiografía por exposición, si se tiene
en cuenta que la distancia entre chasis y superficie de la
pieza no debe ser superior a 4 mm, se utilizarán
preferentemente chasis flexibles, con la condición de que
se asegure un buen contacto entre las películas y las
pantallas.
Estos chasis flexibles se construyen con material plástico
de poco poder de absorción y opacos a la luz visible. Su
forma más frecuente es la de dos bolsas que encajan una
en la otra. Los chasis rígidos, que se utilizan cuando se
trata de radiografiar objetos planos, se construyen con
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aleaciones ligeras en forma de caja, cuyo fondo es
abatible o puede ser quitado para introducir la película y
las pantallas. Una vez realizada esta operación, la tapa o
fondo es colocada en su posición y asegurado el cierre
mediante un dispositivo adecuado.
4.3.4.8. SENSIBILIDAD Y CALIDAD RADIOGRÁFICA.
La percepción de los posibles defectos que se puedan,
presentar en una unión soldada, sometida a un examen
radiográfico, depende tanto de la calidad de la imagen
como de la sensibilidad de la radiografía obtenida.
En muchos trabajos radiográficos ambos términos, calidad
y sensibilidad radiográfica, se consideran sinónimos, muy
especialmente en la detección de defectos de estructura,
en cuyo caso, la capacidad, para evidenciar un defecto
pequeño, hace que un aumento de la sensibilidad se
considere como una mejora de la calidad radiográfica. Sin
embargo, al inspeccionar piezas moldeadas de espesor
irregular, la posibilidad de cubrir en una sola radiografía
una gama de espesores, de forma que la radiografía
obtenida ofrezca una sensibilidad aceptable en todas sus
partes, puede ser considerada como un criterio de calidad
y puede ser preferido a tener un máximo de sensibilidad
para un determinado espesor de la pieza. La calidad
radiográfica, en este ejemplo, requiere tener en cuenta
tanto la visualización de los distintos espesores como la
sensibilidad.
Con independencia de que un defecto pueda o no ser
detectado radiográficamente, la calidad radiográfica
depende de una serie de factores, cuya influencia en el
resultado final puede ser muy diversa. Los factores de los
que, en mayor o menor grado, depende la calidad
radiográfica, son los que se relacionan en el diagrama
representado en la figura 4.3.4.19.
Es evidente que entre calidad y sensibilidad radiográfica
existe una cierta relación y buena prueba de ello es que
tanto una como otra se basan en los mismos conceptos:
contraste y definición.
Uno de los métodos más antiguos para medir la
sensibilidad es el de colocar sobre el objeto que se
radiografía una serie de placas delgadas de diferentes
espesores. Estas placas, hechas con el mismo material
del objeto a radiografiar, suelen tener unas dimensiones
aproximadas de 10 x 10 mm. Obtenida la radiografía, se
toma como criterio de sensibilidad la placa más fina cuyo
contorno se puede ver sobre la radiografía; el espesor de
esta placa es una medida de la sensibilidad conseguida
en ese objeto determinado con la técnica empleada. La
sensibilidad radiográfica rara vez se expresa directamente
como un espesor. Generalmente se define en forma de un
tanto por ciento del espesor real del objeto:
e
S %  .100t
t
expresión en la cual
43
e = espesor de la placa más delgada visible colocada
sobre el objeto
t = espesor del objeto
S = sensibilidad radiográfica.
Este valor se denomina “sensibilidad de espesor
porcentual” o más corrientemente “sensibilidad de
espesor”, llegando a llamarse algunas veces “sensibilidad
de con traste”. La utilización del término “sensibilidad de
espesor” implica que el espesor adicional se coloca en el
lado del objeto más alejado de la película; si se coloca del
lado de ésta, se obtendrá un valor distinto para la
sensibilidad.
A estas placas delgadas de diferentes espesores, bien
aisladas o constituyendo un conjunto en forma de cuña
escalonada en la que cada placa corresponde a un
escalón, se las designa con el nombre de “penetrámetros”
o más específicamente como un “penetrámetro de
escalones” o “penetrámetro de espesores”. El origen de
este nombre además de no ser muy claro es poco
afortunado ya que lo que con él se mide no es
precisamente una penetración.
Como consecuencia de los muchos estudios realizados
sobre la sensibilidad y calidad radiográfica, se puede
asegurar que, la percepción de los posibles defectos que
se puedan presentar en un objeto sometido a un examen
radiográfico depende de la calidad de la radiografía
obtenida.
4.3.4.8.1. Indicadores de calidad de imagen.
La calidad de imagen que es consecuencia de la técnica
radiográfica seguida, es necesario plasmarla en un valor
numérico y para ello se recurre a los “indicadores de
calidad de imagen” (ICI).
Esta denominación de “indicador de calidad de imagen”,
aceptada por el Instituto Internacional de la Soldadura
(I.I.S./I.I.W.), sustituye al término “penetrámetro”,
anteriormente utilizado en Europa y aún hoy de uso en
algunos países.
El indicador de calidad de imagen, que en general es un
pequeño dispositivo constituido por un material de
naturaleza idéntica, o de propiedades análogas desde el
punto de vista de su poder de absorción de la radiación a
la del objeto que se radiografía, debe poseer las
características esenciales siguientes:
a.
Ha de ser sensible en sus lecturas a los cambios
en la técnica radiográfica seguida para la obtención de la
radiografía.
b.
El método de lectura de su imagen debe serlo
más sencillo y concreto posible. Su interpretación debe
ser siempre la misma, cualquiera que sea la persona que
efectúe la lectura de la radiografía al tiempo que el valor
obtenido para la sensibilidad ha de ser correcto y exacto.
c.
Ha de ser versátil y de aplicación sencilla. Los
objetos que se han de radiografiar no tienen espesores
normalizados y es conveniente que no sea preciso utilizar
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TEMA 4. DEFECTOLOGÍA. INSPECCIÓN Y ENSAYOS – REV.01
una gran variedad de indicadores de calidad. Por otra
parte, e indicador ha de poder ser utilizado tanto en
superficies planas como en curvas e incluso sobre las que
presenten un cierto grado de rugosidad.
d.
Ha de ser pequeño. Su imagen, que ha de
aparecer en la radiografía, no ha de ocultar zonas o
partes útiles de la imagen radiográfica, ni debe poder ser
confundida con la de un posible defecto.
e.
El indicador ha de ser preferentemente de
fabricación económica y de fácil normalización.
f.
El indicador ha de incorporar alguna marca o
identificación de su tamaño.
Cumpliendo con todas o parte de las características
anteriores, existe una gran diversidad de indicadores de
calidad de imagen. Ante la imposibilidad de estudiar todos
ellos nos referiremos a aquéllos de más frecuente uso,
que cumpliendo con los requisitos establecidos pueden
quedar incluidos en uno de los dos grupos siguientes:
44
Indicadores A.S.T.M. (4T-T-2T)
Este es el grupo más importante de los indicadores
americanos, siendo, además, el más ampliamente
utilizado.
Las marcas de identificación, dimensiones, tolerancias y
materiales de estos indicadores de calidad de imagen,
quedan especificados en la norma A.S.T.M. - E 142
“Standard Method for Controlling Quality of Radiographic
Testing” cuyo contenido fundamental es el siguiente:
Indicadores americanos de espesor constante.
Esta norma ASTM - E 142, al igual que la UNE-EN, ya
citada indica que el nivel de sensibilidad radiográfica debe
ser por lo menos de un 2%, a menos que en el
procedimiento radiográfico no se especifiquen otros
niveles más altos o más bajos. Esta norma establece
como normales tres niveles de calidad: 2-1T, 2-2T y 2-4T;
calificando como especiales otros tres niveles 1-1T 1-2T y
4-2T. En esta designación de los niveles de calidad debe
entenderse que el primer número se refiere al grosor del
indicador expresado en tanto por ciento del espesor
examinado y el segundo indica el diámetro del taladro que
debe ser visible.
Indicador de hilos: UNE-EN 462-1
4.3.4.9. TÉCNICAS RADIOGRÁFICAS.
El indicador de calidad de imagen de hilos, está formado
por una serie de de siete hilos de 50 mm de longitud,
separados entre sí 5 mm, cuyos diámetros varían según
la progresión geométrica adoptada por el I.I.S./I.I.W. Estos
hilos van embutidos en una lámina de plástico
transparente
Las radiografías de las uniones soldadas, cualquiera que
sea su tipo, se obtendrán por el método de transmisión
situando la unión a radiografiar entre la película y la fuente
de radiación. En su consecuencia, la disposición de los
elementos que intervienen en la obtención de una
radiografía, puede corresponder a alguno de los casos
representados en la figura 4.3.4.21.
Indicadores de hilos de acuerdo con las normas del
I.I.S./I.I.W.
Se han previsto tres series de indicadores, una para la
radiografía de los aceros y materiales férreos (clase Fe),
otra para el aluminio y sus aleaciones (clase Al) y una
tercera para el cobre y sus aleaciones (clase Cu). La
forma de estos indicadores así como de sus tipos son los
que se dan en la figura 4.3.4.20, correspondiente a la
antigua norma DIN, sustituida por la norma UNE-EN
citada. La forma es prácticamente idéntica.
Indicadores americanos de espesor constante.
Estos indicadores de espesor constante se dividen en dos
grupos principales, caracterizados por el diámetro de los
taladros que lleva cada uno de ellos. Si el espesor de la
placa que constituye el indicador es T, los diámetros para
cada uno de los grupos o tipos de indicadores son los
siguientes:
tipo 4T - T - 2T
tipo 4T - 3T - 2T
Al
primer
tipo
corresponden
los
indicadores
recomendados por las normas de la American Society for
Testing Materials (A.S.T.M.) y al segundo los requeridos
por el código “Boiler and Pressure Vessels Code”, de la
American Socity for Mechanical Engineers (A.S.M.E.).
De acuerdo con esta disposición y la imagen radiográfica
obtenida sobre la película, las técnicas radiográficas que
se pueden considerar son dos:
a. Técnica de una sola pared con interpretación de la
imagen de una sola pared.
Corresponden a esta técnica los casos 1, 2, 3, 4 y 5 de la
figura 4.3.4.21.
b. Técnica de doble pared con interpretación de de las
dos paredes atravesadas por la radiación.
Esta técnica es la representada en el caso 6 de la figura
4.3.4.21.
Teniendo en cuenta que en la radiografía de elementos,
componentes y soldaduras a tope en productos tubulares,
válvulas, bridas y objetos similares de configuración
cilíndrica, se pueden considerar dos tipos de uniones:
longitudinales y circunferenciales.
Uniones longitudinales.
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Este tipo de uniones puede ser equiparado al caso de una
unión plana. En su consecuencia y dependiendo de que la
unión sea o no accesible por ambos lados, se podrá
obtener la radiografía siguiendo la técnica de una o doble
pared, pero siempre con interpretación sobre la imagen de
una sola pared.
En el primer caso, cuando la unión sea accesible por
ambos lados (figura 4.3.4.22), la fuente de radiación se
colocará en el interior del tubo o cilindro y la película en el
exterior, siempre que las dimensiones del objeto permitan
alcanzar la D.F.P. requerida. Si ello no fuera posible y se
pudiera colocar la película en el interior del cuerpo
cilíndrico y la fuente en el exterior (figura 4.3.4.22), se
podrá obtener así la radiografía. Cuando cualquiera de
éstas dos soluciones no fuesen posibles, se hace
necesario disponer la película y la fuente de radiación en
el exterior del objeto cilíndrico (figura 4.3.4.23). En este
último caso, al tener que estar la película y la fuente en el
exterior del tubo, la radiación tiene que atravesar las dos
paredes, lo cual hace que pueda ser considerado como
un caso de radiografía de doble pared pero con
interpretación de la imagen radiográfica correspondiente a
una sola pared.
Uniones circulares.
La radiografía de las uniones circulares podrá ser
obtenida siguiendo la técnica de una sola pared con
interpretación de la imagen de una sola pared o la técnica
de doble pared con interpretación de las dos paredes
atravesadas por la radiación. La elección de una u otra
técnica depende únicamente del diámetro exterior del
tubo o cuerpo cilíndrico.
Radiografía con interpretación de una sola pared.
a. En la radiografía de uniones soldadas a tope sobre
tubería o productos tubulares con diámetro nominal
exterior superior a 3 1/2 pulgadas (89 mm), solamente se
permite la aplicación de la técnica que implica la
interpretación sobre la imagen de una sola pared. El
número de exposiciones será el adecuado para cubrir la
totalidad de la unión, si es que así lo requiere la
inspección (figuras 4.3.4.22 y 4.3.4.23.1).
b. Para la radiografía de uniones soldadas sobre tuberías
cuyo diámetro nominal exterior sea igual o inferior a 3 1/2
pulgadas (89 mm), la interpretación podrá efectuarse
sobre la imagen de una sola pared siempre que la fuente
de radiación no se encuentre situada en el plano definido
por la unión que se examina.
Para la radiografía total de la unión, en es caso, se
precisan por lo menos tres exposiciones a 120º.
Radiografía con interpretación de doble pared.
A menos que no se especifique de otra manera, para la
radiografía de uniones soldadas sobre tubería o productos
tubulares con diámetro nominal exterior de 3 1/2 pulgadas
(89 mm) o inferior, se obtendrá siguiendo la técnica en la
que la radiación atraviesa las dos paredes del tubo y la
45
imagen de la soldadura sobre ambas paredes puede ser
interpretada en la misma película.
Para obtener la radiografía de una unión soldada,
siguiendo esta técnica, el eje del haz de radiación no debe
estar contenido en el plano en que se encuentra la
soldadura y sí formando un ángulo suficiente (aprox. de
15º) para evitar la superposición de las dos imágenes a
que dan lugar la parte de la unión próxima a la fuente de
radiación y la que se encuentra junto a la película.
La inspección completa de una de estas uniones puede
ser realizada con dos exposiciones a 90º. Como
alternativa, se podrá hacer la radiografía de forma que las
imágenes de las dos paredes queden superpuestas, en
cuyo caso se precisarán como mínimo tres exposiciones a
60º. Este mismo caso se presenta cuando la relación del
diámetro exterior al interior sea de 3 a 1 o mayor.
En este caso de la radiografía de doble pared, teniendo
en cuenta únicamente consideraciones geométricas y
aunque sobre este particular nada se diga en los códigos,
la experiencia aconseja recomendar que, para el cálculo
de la D.F.P. se debe tomar como espesor el
correspondiente al diámetro exterior del tubo u objeto de
configuración cilíndrica que se examine.
Marcas de identificación y situación.
Las marcas de identificación y situación que han de
aparecer como imagen radiográfica en la película se
colocarán sobre el objeto que se radiografía (nunca sobre
el chasis que contiene la película) y se copiarán sobre la
parte que ha sido radiografiada o sobre un plano, para
que de una forma permanente permita la localización de
la radiografía o de la zona que sea de interés sobre el
objeto examinado, al tiempo que aporte la evidencia
suficiente de que el examen se realizó en la zona
requerida.
4.3.4.10. INTERPRETACIÓN DE LAS RADIOGRAFÍAS.
La lectura de las radiografías o su interpretación, debe ser
realizada bajo unas condiciones en las que se consiga por
una parte un máximo en la sensibilidad de detalle y se
alcance, por otra, un grado de comodidad que ocasione
un mínimo de fatiga al observador.
La interpretación de las radiografías en un lugar oscuro o
poco iluminado favorece la percepción del detalle, ya que
conduce a una disminución apreciable del umbral
diferencial de luminancia. En consecuencia, la luminancia
del campo que rodea la zona en que se hace la
observación o lo que es igual la del local en el que se
realiza la lectura de las radiografías, debe ser del mismo
orden de magnitud que la luminancia media de las
radiografías. Si, por otra parte, se tiene en cuenta que las
grandes diferencias de luminancia entre zonas próximas
pueden dar lugar a una disminución en la percepción de
los contornos, convendrá limitar el campo de observación
tanto como sea posible.
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Todo esto permite establecer cuáles han de ser las
condiciones que deben cumplirse para que la lectura de
las radiografías se efectúe con el máximo de comodidad y
seguridad.
4.3.4.11. PROTECCIÓN Y SEGURIDAD.
Las radiaciones ionizantes, y como tales las radiaciones X
y gamma son peligrosas. Su peligrosidad es tanto mayor
puesto que además de no ser detestables por ninguno de
nuestros sentidos, sus efectos son acumulables con el
tiempo: es decir, que, contrariamente a lo que ocurre, por
ejemplo, con el calor o la electricidad, toda dosis de
radiación que se reciba se va acumulando a las recibidas
anteriormente.
Todos los países tienen establecidas normas análogas
referentes al uso, manipulación y transporte de materiales
radiactivos. Teniendo en cuenta que la mayor parte de los
efectos que la radiación produce en el cuerpo humano
son conocidos y pueden predecirse, los métodos de
protección y medidas de se seguridad se basa tanto en
este conocimiento como en el de las características de la
radiación que se utilice; ahora bien, como de otra parte la
radiación no es detestable por nuestros sentidos y sus
efectos no se hacen notar inmediatamente, resulta que
tanto la protección personal como la seguridad de las
instalaciones ha de basarse en dispositivos de detección y
en el blindaje adecuado de las zonas en que se opere con
radiación y en consecuencia, se puede establecer que
todas las normas existentes sobre protección y seguridad
están concebidas para que la exposición a la radiación
quede limitada a niveles estimados como seguros o no
peligrosos y en proporcionar la protección adecuada al
público en general.
El énfasis que todos los gobiernos ponen en todas las
normas de seguridad y protección radiológicas indica el
carácter de obligado cumplimiento de las mismas y es por
ello, por lo que el personal que ha de utilizar cualquier
fuente de radiación debe tener conocimiento de todas
cuantas normas afecten a su trabajo y saberlas aplicar
correctamente. Debe quedar bien entendido que si se
respetan las reglas de seguridad no existe peligro en el
trabajo con equipos emisores de radiación y que, tomando
las debidas precauciones, la salud no sufrirá ningún daño;
pero no debe olvidarse que si en estas condiciones la
radiación puede estimarse como no peligrosa, no puede
ofrecer más seguridad que la que aportan las personas
que trabajan con ella.
46
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4.3.5. ULTRASONIDOS
4.3.5.1. INTRODUCCIÓN.
Los ultrasonidos son ondas acústicas de idéntica
naturaleza que las ondas sonoras, diferenciándose de
éstas en que su campo de frecuencias se encuentra por
encima de la zona audible. En el espectro acústico se
pueden distinguir las tres bandas siguientes:
a.
Infrasónica:
frecuencia
inferior
a
16
ciclos/segundo o Hertz.
b.
Sónica (audible): frecuencias comprendidas entre
16 Hz y 20 kHz
c.
Ultrasónica: frecuencias superiores a los 20 kHz.
El límite superior de frecuencia no está definido
físicamente, dependiendo en la práctica de la posibilidad
de su generación y recepción.
Como origen de este método de ensayo se puede
considerar el conocido ensayo de percusión en el que la
muestra se golpea con un martillo y el sonido emitido se
percibe por el oído, Sin embargo, los primeros ensayos
mediante ultrasonidos fueron aplicados por Sokolov, en
1929, para detectar la presencia de heterogeneidades,
midiendo la caída de la intensidad acústica transmitida en
el material' cuando el haz de ultrasonidos atraviesa zonas
del
objeto
examinado
en
las
que
existen
heterogeneidades o defectos (método de transparencia).
Posteriormente (Firestone, 1942), se aplicó el principio del
sonar, de localización de buques y de medida de
profundidades
marinas,
para
la
detección
de
heterogeneidades en los materiales mediante una señal
reflejada (método de impulso-eco).
47
fenómeno, consistente en que un tipo de onda puede
transformarse en otro, es decir, las ondas longitudinales
en transversales y viceversa, son la base de la aplicación
de los ultrasonidos al reconocimiento de los materiales.
Para alcanzar los mejores resultados en la aplicación del
método de ensayo por ultrasonidos al reconocimiento es
imprescindible un conocimiento, aunque sea somero, de
la física de los ultrasonidos.
4.3.5.2. FÍSICA DE LOS ULTRASONIDOS.
4.3.5.2.1. Ondas ultrasónicas.
La oscilación sonora puede imaginarse como un
movimiento de las partículas dentro del material,
describiendo este movimiento a través del desplazamiento
máximo de una partícula de su posición de reposo o
posición cero, que será una función de la posición y del
tiempo, o bien, como es usual en el ensayo de materiales,
a través de la variación de la presión acústica, en función
del espacio y del tiempo. Cuando en ensayo de materiales
se habla de presión acústica, este refiere a la variación de
presión debida a la onda acústica que se produce junto a
la oscilación. Este concepto de la presión acústica es
sumamente importante, porque la tensión eléctrica
producida en un cristal piezoeléctrico es directamente
proporcional a esta presión cuando la onda alcanza el
cristal, y recíprocamente, la presión de la onda acústica
generada en el cristal es directamente proporcional a la
tensión aplicada al mismo.
Los tipos de onda existentes son los siguientes:
a. Ondas longitudinales (Figura 4.3.5.1)
En principio, las ondas ultrasónicas pueden propasarse
dentro de todos los medios donde haya fracciones de
materia, átomos o moléculas capaces de vibrar, por lo que
su propagación podrá tener lugar en los gases, líquidos y
sólidos. Por el contrario, no podrán producirse o
propasarse en el vacío. Ahora bien, estas ondas son
absorbidas, en mayor o menor grado por todos los
materiales a causa de la transformación de su energía
vibratoria en calor. Dado que algunos materiales tienen un
gran poder de absorción, no todos los materiales serán
aptos para la propagación de las ondas ultrasónicas. De
otra parte, de modo similar a lo que ocurre en óptica, si
una onda ultrasónica incide perpendicularmente a la
entrecara plana que separa dos medios diferentes, una
parte de la onda se refleja y vuelve en la misma dirección
de la incidente, otra parte se propaga en el segundo
medio manteniendo su dirección y sentido; si, por el
contrario, la onda ultrasónica incide oblicuamente sobre la
entrecara plana que separa los dos medios, con un
determinado ángulo de incidencia, se producen ondas
reflejadas y transmitidas, pero en las que, a diferencia de
lo que ocurría anteriormente, sufren variaciones en su
dirección con relación a la de la onda incidente. En este
caso las ondas transmitidas, en razón de su cambio de
dirección se denominan ondas refractadas.
Estos fenómenos de transmisión, absorción, reflexión y
refracción de las ondas ultrasónicas, unidos al hecho de
que, en contraste con la óptica se añade aquí un nuevo
Es la onda de verdadero carácter audible. En ella las
oscilaciones tienen lugar en la dirección de propagación
de la onda. Debido a que están activas en ellas fuerzas de
comprensión y dilatación, se denominan también “ondas
de presión o comprensión” y, debido también a que su
densidad de partículas fluctúa se les ha dado el nombre
de “ondas de densidad”.
Este mismo tipo de onda es el que transmite el sonido a
través de los cuerpos sólidos y líquidos.
b. Ondas transversales (Figura 4.3.5.1)
Si el medio es capaz de transmitir esfuerzos de
cizalladura, lo que ocurre en la mayoría de los cuerpos
sólidos, las partículas pueden oscilar también en dirección
transversal a la de propagación de la onda, originándose
así las ondas transversales.
En este caso, la presión acústica de la onda longitudinal
se reemplaza, por la fuerza cortante alternativa. La
presión acústica es la fuerza en ángulo recto por unidad
de superficie, mientras que la fuerza cortante es la fuerza
por unidad
de superficie, pero paralela a ella. La
única diferencia entre presión y cortadura es la dirección;
en los demás aspectos estas dos características son
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TEMA 4. DEFECTOLOGÍA. INSPECCIÓN Y ENSAYOS – REV.01
48
idénticas, por lo que al referirnos a la fuerza cortante en la
onda transversal daremos la denominación general de
presión acústica.
Los parámetros de la onda ultrasónica más importantes,
desde el punto de vista de su aplicación, para el ensayo
de materiales son los que se dan a continuación:
A diferencia de lo que ocurre con las ondas longitudinales,
los gases y los líquidos son prácticamente incapaces de
transmitir ondas transversales ya que sus moléculas
apenas ofrecen resistencia al desplazamiento transversal
y, por tanto, no existen vínculos elásticos que las liguen a
su posición cero. Esta circunstancia coincide con la
propiedad de tener un modulo de elasticidad transversal
(G) igual a cero, a excepción de los líquidos muy viscosos
que por poseer un cierto “m6dulo complejo de elasticidad
transversal” pueden propagar ondas transversales aunque
fuertemente amortiguadas.
Frecuencia = f Hertz
En los casos prácticos de ensayos de materiales, las
ondas transversales, sólo pueden alcanzar distancias
apreciables en los cuerpos sólidos.
Ambos tipos de ondas, longitudinales y transversales, son
ondas ideales ya que pueden producirse únicamente en
medios infinitos. Si en el ensayo se producen reflexiones
en las superficies límite de la pieza, es decir, la
propagación de la onda tiene lugar en un medio limitado,
como consecuencia de alteraciones producidas en su
propagación por fenómenos de reflexión y refracción, dan
lugar a la aparición de otros tipos de ondas. Entre estos
tipos de onda que aparecen en los medios limitados se
pueden citar las siguientes:
c. Ondas de superficie
Las ondas de superficie o de Rayleigh se propagan
solamente en la periferia plana o curva de un sólido
semiinfinito, siguiendo las irregularidades de la superficie
o contorno del mismo. Se puede considerar como un tipo
especial de onda transversal.
(Hz) = ciclos/s.
Es el número de oscilaciones de una partícula dada por
segundo. La frecuencia, dentro de una misma onda, es la
misma para todas las partículas y es igual a la frecuencia
del generador, la cual se puede elegir arbitrariamente.
Longitud de onda =  (m)
Es la distancia entre dos planos en los que las partículas
se encuentran en el mismo estado de movimiento. Es
inversamente proporcional a la frecuencia.
Velocidad acústica = C (m/s)
Es la velocidad de propagación de la onda para una
condición dada, por ejemplo, de una zona de compresión.
Esta velocidad es una característica del material y, en
general, es constante para un material dado, para
cualquier frecuencia y cualquier longitud de onda. Entre la
velocidad acústica, la frecuencia y la longitud de onda,
existe la siguiente relación:
C=f.
Amplitud de la oscilación A (m)
Es el desplazamiento máximo de una partícula de su
posición cero.
Velocidad instantánea de vibración = v (m)
d. Ondas de Lamb
Es la propia de la partícula en su movimiento oscilatorio.
Si el sólido semiinfinito se reduce en espesor, se obtiene
una chapa en la que la onda puramente de superficie ya
no puede existir como tal, a no ser que
su longitud de
onda sea considerablemente menor que el espesor de la
chapa. Cuando el espesor es del mismo orden que la
longitud de onda se producen varios tipos de “ondas de
chapa”, que presentan, siempre, componentes de la
oscilación de partículas en ángulo recto a la superficie.
Presión acústica = P (N/m2)
Los dos tipos básicos de estas ondas de chapa o de
Lamb, son los siguientes:

onda simétrica o de dilatación

onda asimétrica o de flexión.
En el primer caso, las partículas de la zona media o fibra
neutra se comportan según oscilaciones puramente
longitudinales y, en el caso de la onda de flexión según
oscilaciones puramente transversales.
En los puntos de gran densidad de partículas, la presión
es mayor que la presión normal, mientras que en las
zonas dilatadas es menor. Esta presión alterna es la
presión acústica y tiene lugar no sólo en los gases, sino
también en los sólidos y en los líquidos. La desviación
máxima en relación con la presión normal, es decir, sin
onda acústica se denomina “amplitud de la presión
acústica” y está íntimamente relacionada con la amplitud
de oscilación.
En el caso de las ondas planas y esféricas, la presión
acústica y la amplitud máxima de oscilación están
relacionadas por
P=Z.V=ZwA
expresión en la que Z es la impedancia acústica y w la
frecuencia angular (w = 2  f). De esta fórmula se deduce,
para las ondas longitudinales, la presión acústica como
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fuerza por unidad de superficie normal a la superficie de
onda y, para las ondas transversales, la fuerza cortante
por unidad de superficie paralela a la superficie de onda.
2
49
1
1
1
1 P2
2
2
2 2
I  CV  ZV  Z A 
2
2
2
2 Z
Impedancia acústica = Z (kg/m .s)
Cálculo de las velocidades acústicas
Es la relación entre la presión acústica y la velocidad
máxima de vibración.
Las velocidades de los diversos tipos de onda pueden ser
calculadas a partir de las constantes elásticas del material
de que se trate. Las constantes elásticas que interviene:
el cálculo son:
En el caso de ondas planas y esféricas, viene dada por la
expresión:
E = Módulo de elasticidad
Z = P/V
= Relación o coeficiente de Poisson. Adimensional
La impedancia acústica es una resistencia que se opone a
la vibración de la onda. Si un medio posee una
impedancia baja, ofrecerá poca resistencia a las
deformaciones elásticas causadas por las ondas, mientras
que, por el contrario, si la impedancia es elevada, el
medio ofrecerá gran resistencia a las deformaciones
elásticas. La impedancia, por tanto, se opone a la
vibración de los elementos de masa, pero no a la
propagación de la onda. La fórmula anterior es poco
práctica para la obtención de los valores de la impedancia
de los distintos medios. La teoría de la propagación de las
ondas acústicas proporciona una fórmula muy sencilla:
Las fórmulas que nos dan los valores de la velocidad para
los distintos tipos de onda son:
Ondas longitudinales
CL 
Ondas transversales
Z=C
que indica que la impedancia acústica es una constante
del material
3
Energía acústica específica = Ee (Ws/m )
La propagación de una onda se caracteriza por un
transporte de energía y no de masa. La energía presente
en la unidad de volumen del medio (que avanza con la
velocidad acústica) se denomina energía específica de la
onda.
En el caso de ondas planas y esféricas se expresa según:
Ee 
1
1
1 P2
1 P2
V 2  A 2 

2
2
2 C 2 2 ZC
que la relacionan con la amplitud A y la presión acústica
P,
1 
 (1   )(1  2 )
E
CT 
E
1
G

 2(1   )

entre las velocidades de las ondas longitudinales y
transversales existe la siguiente relación:
CT  C L
1  2
2(1   )
Teniendo en cuenta que en todos los materiales sólidos el
valor del coeficiente de Poisson oscila entre 0 y 0,5, el
valor de la raíz que figura en la expresión que relaciona
CL y CT, se mantiene por debajo de la unidad, o más
exactamente, está comprendido entre 0,7 y 0. De acuerdo
con esto, dado que los valores del coeficiente de Poisson
para el acero es 0,28 y para el aluminio, 0,34, nos
encontramos que CT/CL = 0,53 en acero y CT/CL = 0,49 en
aluminio, por lo que se puede admitir que en estos
materiales, al menos de una forma aproximada, la
velocidad de las ondas longitudinales es doble que la de
las ondas transversales.
Intensidad acústica = I (W/m2)
Es la cantidad de energía que pasa por unidad de área en
la unid#ad de tiempo y viene dada por el producto de la
energía específica y la velocidad acústica, obteniéndose
para el caso de ondas planas y esféricas las siguientes
expresiones:
4.3.5.2.2. Comportamiento de las ondas ultrasónicas
en superficies limites.
En la propagación de la onda acústica se considera
“superficie limite” a aquélla que separa dos medios con
propiedades elásticas diferentes. Es evidente que si un
material se encuentra rodeado de un espacio vacío, no
puede transmitir ningún tipo de onda acústica y la onda
retorna de un modo u otro. Si otro material se encuentra
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adherido al primero, la onda acústica se propagará, si
bien más o menos alterada en dirección, intensidad y
modo.
Para el estudio del comportamiento de las ondas
ultrasónicas en superficies límites, conviene distinguir dos
casos: que la incidencia sea perpendicular o normal y que
la incidencia sea oblicua o angular.
4.3.5.2.2.1. Incidencia normal.
Sí una onda acústica cuyo frente de onda es plano
alcanza la superficie limite entre dos medios, con un
ángulo de incidencia de 90', una parte de la energía de la
onda se refleja y vuelve al primer medio en la misma
dirección que la incidente, otra parte, se propagará al
segundo medio manteniendo su dirección y sentido. Todo
ello puede quedar representado gráficamente en la forma
que se indica en la figura 4.3.5.2.
50
ondas refractadas ya que su dirección cambia en relación
la dirección de la incidente.
Las direcciones de las ondas reflejadas y transmitidas
vienen dadas por la ley de Snell:
sen 1 C1

sen 2 C 2
expresión en la que 1 y 2 son dos ondas arbitrarias, con
velocidades acústicas Cl y C2, ligadas entre si por un
proceso de reflexión o de refracción. Como puede
apreciarse (figura 4.3.5.3) los ángulos de reflexión r y de
refracción o transmisión t, dependen del ángulo de
incidencia i y de las velocidades acústicas de la onda en
los dos materiales.
Podemos definir los coeficientes de reflexión R y de
transmisión T (ambos adimensionales) de la siguiente
forma:
En contraste con la óptica, aquí aparece un nuevo
fenómeno al aparecer un nuevo tipo de onda por
transformación de la incidente, es decir, las ondas
longitudinales en transversales y éstas en aquellas.
R = Ir/It T = It/Ii
que nos expresan el porcentaje de intensidad reflejada y
transmitida respectivamente, en relación con la intensidad
incidente.
En la figura 4.3.5.3, se presentan las fórmulas
correspondientes a cada una de las cuatro ondas a que
puede dar lugar una onda incidente que incide
oblicuamente sobre la superficie límite entre dos sólidos.
En ella se puede observar:
El balance de la energía, expresada en intensidad, nos
dice que:
a.
Ii = Ir + It
b.
y por tanto:
R+T=l
c.
De otra parte, teniendo en cuenta las expresiones que
relacionan la intensidad acústica con la impedancia
acústica, se deduce:
( Z 2  Z1 ) 2
R
( Z 2  Z1 ) 2
T
4Z1 Z 2
( Z1  Z 2 ) 2
La conclusión que se deduce es que, desde el punto de
vista de las intensidades acústicas, es indiferente el lado
de la superficie límite sobre el que incide la onda ya que
los valores de R y T no cambian al permutarse entre sí Z l
y Z 2.
4.3.5.2.2.2. Incidencia angular.
Si una onda acústica incide oblicuamente sobre la
entrecara plana que separa dos medios 1 y 2, con un
ángulo de incidencia 1, figura 4.3.5.3, se producen, al
igual que ocurre en óptica, ondas reflejadas y
transmitidas. A estas últimas se las denomina también,
La onda incidente (Sólido 1) y la reflejada son del
mismo tipo y dado que la velocidad acústica es la
misma por estar en el mismo medio, formarán el
mismo ángulo con la normal a la superficie límite.
Como la velocidad acústica para las ondas
transversales es menor que la de las longitudinales,
los ángulos de reflexión y de refracción de las ondas
longitudinales serán mayores que los ángulos
respectivos de las ondas transversales.
Se puede hacer desaparecer la onda longitudinal
refractada en el sólido 2 y conseguir que se transmita
en él exclusivamente la onda transversal. Esto se
puede conseguir provocando la reflexión total de la
onda longitudinal refractada. Esta condición límite se
alcanzará cuando tL = 90º; es decir, cuando se
alcancen los siguientes “ángulos de incidencia
críticos”:
sen iL 
C L1
CL2
sen iT 
CT 1
CT 2
siempre que se cumpla
C L1  C L2 y C T1  C L2
d.
Análogamente es posible lograr que la onda
transversal transmitida en el medio 2, alcance su
reflexión total, tT = 90º. Los ángulos críticos para que
esto se produzca serán en este caso:
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TEMA 4. DEFECTOLOGÍA. INSPECCIÓN Y ENSAYOS – REV.01
TECNOLOGÍA DE MATERIALES.
sen iL 
C L1
CT 2
sen iT 
CT 1
CT 2
siempre que:
C L1  C T2 y C T1  C T2
En este caso limite, las ondas transversales no se
propagarán como tales, sino como “ondas de superficie”.
e.
Se puede conseguir una transformación completa en
la reflexión Sólido l), de una onda transversal en una
longitudinal y viceversa. Para ello se deberá cumplir:
 iL   rT  90º iT   rL  90º
51
Este último máximo de presión acústica determina el fin
del campo de interferencia, también denominado “campo
próximo”, en contraste con el campo continuo libre de
interferencia denominado “campo lejano”.
La longitud N del campo próximo se puede calcular de
forma precisa mediante la expresión:
N
D 2  2
4
pero para longitudes de onda muy cortas, comparadas
con el diámetro del oscilador, en los casos prácticos, es
suficiente la siguiente aproximación:
D2 R2
S
N


4
 
Con lo cual se tiene que
tg iL 
f.
C L1
CT 1
tg iT 
CT 1
C L1
Es fácil comprobar que al interponer en la superficie
límite un medio de acoplamiento acústicamente
conductor, se mantiene la ley de refracción entre el
primero y el tercero, sin más que el hecho de
producirse un pequeño desplazamiento paralelo de la
onda.
4.3.5.2.3. Campo ultrasónico.
Cuando se habla del campo sonoro, éste se considera,
desde el punto de vista de su definición, como limitado. A
cada punto del espacio se le puede hacer corresponder la
amplitud de presión que reina en el mismo y que en
ciertos casos podrá ser nula. El conjunto de estos puntos
y sus valores de la presión acústica constituye el “campo
acústico”,
que
más
exactamente
tendría
que
denominarse, campo de la variación de la presión
acústica.
Debido a la superposición del fenómeno de difracción y
del efecto de los bordes, se produce en la onda plana, en
su Proximidad al oscilador, un campo con máximos y
mínimos de la presión acústica; es decir, un fenómeno de
interferencia del campo ultrasónico análogo al producido
detrás de un diafragma, según el principio de Huygens.
La relación entre el diámetro del oscilador D y la longitud
de onda determina la extensión del campo de
interferencia y el número de máximos y mínimos de
presión acústica. En la dirección de propagación de la
onda existe un último máximo localizado en el eje que es
el máximo principal.
expresiones en las que: R = radio y S = superficie del
oscilador.
El campo lejano es mucho más sencillo que el campo
próximo, observándose, figura 4.3.5.4, que a partir de un
determinado momento que coincide con el final del campo
próximo, que puede ser considerado como un cilindro de
altura N y diámetro igual al del oscilador D, se inicia una
divergencia, lo que hace que el campo lejano tenga forma
de tronco de cono, en el cual la presión acústica decrece
desde el eje a la superficie mientras que en el campo
próximo esta presión acústica es constante en el interior y
nula en el exterior. El ángulo de divergencia 0, de
acuerdo con la teoría de difracción viene dado por la
expresión
sen 0  1,2

D
4.3.5.2.4. Eco y sombra de un obstáculo en un campo
ultrasónico. Atenuación
Cualquier heterogeneidad que pueda estar presente en un
material constituye un obstáculo para una onda acústica,
cuya presencia se pondrá de manifiesto por su “eco”
cuando se emplea el “método de eco” o por su “sombra” si
se aplica el “método de transparencia.
Si la heterogeneidad es grande y tiene una forma regular,
se podrá obtener de su eco o de su sombra información
suficiente que permitirán, basándose en conceptos
geométricos ópticos, determinar sus características. Sin
embargo, lo más frecuente es que las heterogeneidades
naturales sean lo suficientemente pequeñas que den lugar
a fenómenos de interferencia, tanto en el eco como en la
sombra. Estos fenómenos dependen del tamaño de la
heterogeneidad u obstáculo, pero no a su tamaño real,
sino al referido a la longitud de onda que se utilice.
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TEMA 4. DEFECTOLOGÍA. INSPECCIÓN Y ENSAYOS – REV.01
Para un oscilador dado, la amplitud del eco es
directamente proporcional al área de la heterogeneidad e
inversamente proporcional al cuadrado de la distancia.
La alteración de la altura de los ecos corresponde a la
variación de la presión acústica en relación con la
distancia. Esta presión acústica disminuye, en el campo
lejano, tanto más deprisa cuanto mayor sea la divergencia
del haz.
Considerando, el caso al que antes se hizo referencia, de
un disco circular situado perpendicularmente al haz de
ultrasonidos y a gran distancia del emisor. Este disco,
cuyo diámetro es, mucho menor que el diámetro del haz
ultrasónico,
quedará
“iluminado”
o
afectado
uniformemente, actuando a su vez, como un nuevo
oscilador, de manera que la onda reflejada será idéntica,
por cuanto a su forma se refiere, a la de la onda emitida
por el oscilador.
Estas características se tienen en cuenta en los
diagramas llamados “diagramas DAT” (distancia,
amplificación, tamaño), “díagramas AVG” o “diagramas
DGS”. Los diagramas DAT en el campo próximo sólo se
pueden obtener mediante medidas experimentales.
La figura 4.3.5.5 representa el diagrama DAT
correspondiente a un palpador típico de incidencia normal
aplicable al examen sobre acero, fabricado por
Krautkramer.
Hasta ahora se ha supuesto que la atenuación de la
presión acústica se debía únicamente como consecuencia
de la divergencia del haz. Sin embargo, los materiales
sólidos dan lugar a un efecto, más o menos pronunciado,
de atenuación que se traduce en una debilitación de los
ultrasonidos, debido a dos causas; la “atenuación”
denominada también amortiguación o extinción.
La dispersión es debida a que los materiales no son
estrictamente homogéneos. Contienen superficies límites
o entrecaras pequeñas (inclusiones, heterogeneidades
naturales o artificiales, constituyentes precipitados, fases
en la estructura cristalina de los metales, límites de grano,
etc.) en las que la impedancia acústica cambia
bruscamente, debido a la diferente densidad o velocidad
acústica de los materiales, de naturaleza, condición o
estado diferentes en dichas entrecaras.
La absorción es una conversión directa de la energía
acústica en calor de los que son responsables varios
procesos, cuyo estudio no es nuestro objetivo. Se puede
explicar la absorción, de una forma elemental, como un
efecto de frenado de la oscilación de las partículas, lo cual
explicaría también por qué una oscilación rápida pierde
más energía que una oscilación lenta. La absorción
aumenta generalmente con la frecuencia, pero en menor
grado que la dispersión.
52
4.3.5.3. GENERACIÓN Y RECEPCIÓN DE LAS ONDAS
ULTRASÓNICAS.
La generación y recepción de las ondas ultrasónicas se
puede conseguir por diversos fenómenos físicos, siendo
de todos ellos los más utilizados en los ensayos no
destructivos, los siguientes:

el efecto piezoeléctrico

el efecto magnetoestrictivo
4.3.5.3.1. Efecto piezoeléctrico.
El efecto piezoeléctrico fue descubierto en 1880 por J. y
P. Curie, los cuales observaron que si un material
piezoeléctrico se deforma, mediante una presión
mecánica externa, aparecen unas cargas eléctricas en su
superficie. EL fenómeno inverso, consiste en que si este
material se coloca entre dos electrodos, cambia su forma
si se aplica un potencial eléctrico, fue descubierto un año
más tarde, 1881, por G. Lippman.
Al primer efecto se le denomina “efecto piezoeléctrico
directo”
empleándose
para
medir
presiones,
deformaciones y oscilaciones, es decir, en nuestro caso
como “receptor” de ultrasonidos. Al segundo efecto se le
denomina “efecto piezoeléctrico recíproco” y se utiliza
para producir o generar presiones, deformaciones y
oscilaciones o lo que es igual, como “generador” de
ultrasonidos.
Aunque este efecto piezoeléctrico se presenta en muchos
materiales desde el punto de vista de su aplicación a los
ensayos no destructivos, los más frecuentemente
utilizados son los siguientes:

cuarzo

sulfato de litio

titanato de bario

metaniobato de plomo
De estos cuatro materiales, es el cuarzo, en el que desde
más antiguo se observan y estudian los efectos
piezoeléctricos. El cuarzo natural se encuentra
cristalizado en forma de prisma hexagonal con una
pirámide en cada extremo, siendo posible que pueda
presentar otras formas variantes de la indicada.
Como se puede apreciar en la figura 4.3.5.6, un cristal de
cuarzo tiene tres clases de ejes. El eje que une los
vértices de las pirámides es el “eje óptico” o eje Z del
cristal. Un eje X o “eje eléctrico”, que está definido por la
línea que une dos vértices opuestos del hexágono, lo que
implica la existencia de tres de estos ejes. El tercer eje Y,
llamado también “eje mecánico”, viene definido por la
perpendicular a los lados de dicho hexágono; habiendo,
por lo tanto, tres ejes Y.
Tallando una lámina normalmente a uno de los ejes X o Y,
se
obtienen cristales
piezoeléctricos
que
son
denominados “cristales de corte X” o “cristales de corte Y”
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TEMA 4. DEFECTOLOGÍA. INSPECCIÓN Y ENSAYOS – REV.01
respectivamente. La diferencia fundamental que existe
entre estos dos cristales es que, mientras los cristales de
corte X son generadores de ondas longitudinales, los
cristales de corte Y, lo son de ondas transversales.
4.3.5.3.1.1. Frecuencia característica.
Teniendo en cuenta lo anteriormente expuesto al describir
el efecto piezoeléctrico, resulta evidente que se logrará la
eficacia máxima, cuando la frecuencia de la excitación
mecánica o eléctrica coincida con la frecuencia
característica fundamental del oscilador. Esta frecuencia
característica, fc, está relacionada con el espesor, t, del
oscilador y la velocidad acústica del mismo, por la
expresión:
fc = C/2t
Si el cristal piezoeléctrico se excita a una frecuencia
distinta de la característica fundamental, oscilará a aquella
frecuencia según una oscilación forzada, pero con una
amplitud mucho menor. Para la generación y recepción de
ondas ultrasónicas de muy alta frecuencia seria preciso,
de acuerdo con la expresión que nos da el valor de la
frecuencia característica fundamental, a espesores del
oscilador muy finos, lo que daría lugar a serias dificultades
prácticas. Estas dificultades se salvan de forma muy
ventajosa mediante la excitación por armónicos, a pesar
de su menor amplitud.
Para la obtención de ondas ultrasónicas por impulsos, el
cristal piezoeléctrico se excita mediante choques o
impulsos (tiempos de actuación de la excitación muy
cortos). Para evitar que su vibración se prolongue
excesivamente, o lo que es lo mismo, que los impulsos
resulten demasiado largos, se adosa a una de las caras
del oscilador un material de gran poder de amortiguación.
La otra cara del oscilador se aplica bien directamente
sobre la pieza de ensayo o por intermedio de un material
plástico protector. Esto permite obtener impulsos de
pocas vibraciones. En los palpadores angulares el propio
prisma de plástico puede actuar como amortiguador.
Las ventajas y limitaciones de los cuatro materiales
piezoeléctricos que han sido citados anteriormente se
pueden concretar como sigue:
Cuarzo: Presenta como ventajas su estabilidad térmica y
eléctrica, insolubilidad en muchos líquidos, dureza
elevada y resistencia al desgaste, homogeneidad
excelente y resistencia al envejecimiento. Como
limitaciones, un módulo piezoeléctrico bajo, lo que le
califica como un “mal emisor”.
Sulfato de litio: Sus ventajas principales residen en su
facilidad de proporcionar una amortiguación acústica
óptima, mejorando el poder de resolución; módulo
piezoeléctrico medio v constante de presión piezoeléctrica
elevada, lo cual le califica como el “mejor receptor”. Por el
contrario su uso queda limitado a temperaturas inferiores
a los 75º C.
53
Titanato de bario: Como material cerámico polarizado,
tiene un módulo piezoeléctrico elevado (el mayor de los
cuatro) lo que le califica como el “mejor emisor”, pero a
efectos de acoplamiento y amortiguación es el peor
debido a su impedancia acústica elevada. Debido a su
resistencia mecánica baja y a su frecuencia característica
fundamental relativamente baja, su empleo está limitado a
frecuencias inferiores a los 15 MHz. Otro de los
inconvenientes que presenta es la interacción que se
produce entre varios modos de vibración.
Metaniobato de plomo: Por ser material cerámico
polariza posee un módulo piezoeléctrico elevado, lo que le
califica como un buen emisor. Al igual que el cuarzo,
presenta estabilidad térmica, siendo indicado para
ensayos a temperatura; posee elevado coeficiente de
amortiguación interna lo que le hace ser el mejor material
para generar “impulsos cortos”. Su frecuencia
característica fundamental es la más baja de los cuatro, lo
que unido a baja resistencia mecánica, limita su aplicación
a frecuencias altas, Otra limitación es la interacción que
se produce entre varios modos de vibración.
4.3.5.4. PALPADORES.
Hemos visto que, las “ondas longitudinales” se generan
mediante los osciladores piezoeléctricos, en forma de
disco, de cristales o materiales cerámicas polarizados y
vibrando en la dirección de su espesor. Esto en el caso
del cuarzo, se logra en los cristales tallados según un
corte X, mientras que si se tienen cristales de corte Y, se
generan ondas transversales. Si bien, existen palpadores
de esta naturaleza, no son empleados con frecuencia en
los ensayos no destructivos.
Para estos ensayos, las “ondas transversales” se
generan, casi exclusivamente, aprovechando los
fenómenos de transformación o conversión de ondas que
se producen al incidir una onda longitudinal oblicuamente
a la superficie de la muestra a ensayar, de acuerdo con
las leyes de la refracción. Basándose en estos mismos
principios se generan las ondas de superficie.
Esta es la razón fundamental para que existan dos tipos
básicos de palpadores:

de incidencia normal

de incidencia angular
4.3.5.4.1. Palpador de incidencia normal.
Se emplean en los equipos que operan por los métodos
de impulso-eco, de transparencia y de resonancia. La
mayor parte de estos palpadores llevan incorporados
osciladores diseñados para emitir ondas longitudinales.
Según el número de cristales u osciladores que lleven
incorporados, se pueden considerar los siguientes tipos:
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
Palpadores de cristal único, emisor y receptor
R (Figura 4.3.5.7.1)

Palpadores de cristal doble, uno emisor y otro
receptor, tipo E - R (Figura 4.3.5.7.3)

Palpadores de cristales
aplicaciones especiales.
múltiples
para
4.3.5.4.2. Palpadores angulares.
Los palpadores angulares de contacto consisten, en
esencia, en un oscilador de ondas longitudinales aplicado
a una de las caras de un prisma de plástico
(generalmente perpex), tallado con un ángulo de
incidencia adecuado al ángulo de refracción o de
penetración que se desea para un determinado material.
Teniendo en cuenta los límites, los palpadores para la
emisión del haz bajo ángulo, únicamente se construyen
para ángulos de refracción comprendidos entre los 35 y
80º. Los palpadores angulares más corrientes,
refiriéndonos siempre al acero, se construyen para
ángulos de refracción de 35, 45, 60 y 70º. A estos ángulos
se les suele llamar “ángulos de entrada
4.3.5.5. EQUIPOS DE ULTRASONIDOS.
Dada la gran diversidad de aplicaciones de los
ultrasonidos, no es posible diseñar un equipo que pueda
satisfacer las exigencias propias de cada una de ellas,
existiendo, por tanto, una gran variedad de equipos. Por
cuanto a su aplicación al campo de los ensayos no
destructivos se refiere, según la finalidad del ensayo,
detección e identificación de heterogeneidades o defectos
(defectología), control de espesores en fabricación o
mantenimiento
(metrología)
o
problemas
de
caracterización sobre naturaleza y estado de materiales.las características de diseño de los equipos que han de
servir para resolver cada uno de estos problemas, han de
ser diferentes entre sí. Lo mismo ocurre por cuanto se
relaciona con la naturaleza de los objetos sometidos a
examen, sea esta metálica o no metálica.
Cada problema que se presente requerirá su tratamiento
adecuado y en su consecuencia una aplicación adecuada
de una serie de características básicas de diseño. Como
tales características básicas pueden ser consideradas las
siguientes:

sistemas de excitación

sistemas de emisión y recepción de ondas
ultrasónicas

frecuencia

generadores de alta frecuencia

sistemas de sincronismo

sistemas de representación

palpadores
así como sus variantes. De la elección adecuada de estas
variables y de su correcta aplicación, resultará el equipo
idóneo para lograr una indicación propia de la cualidad o
propiedad significativa que se quiere medir o detectar.
54
Los equipos de impulso-eco, con medida de la intensidad
acústica y del tiempo de recorrido -equipo impulso-eco
(IT) emiten impulsos acústicos cortos, a intervalos
constantes, de manera que se obtiene una respuesta
periódica función del tiempo de recorrido del impulso
acústico desde el oscilador emisor al cristal piezoeléctrico
receptor. El orden de magnitud de la duración del impulso
-6
es de 3.10 s, a este impulso sigue un período de reposo
cuya duración, en comparación con la del impulso, es
-2
mucho mayor, del orden de 10 s, en este tiempo de
reposo o “intervalo de silencio” es cuando el cristal emisor
puede actuar como receptor. El tiempo de actividad del
-4
cristal entre impulso será por lo tanto, del orden de 10 s.
El ”eco” o impulso acústico, procedente de su reflexión en
una heterogeneidad o en una superficie del objeto
examinado, se transforma en una señal o impulso
eléctrico, que se visualiza según una indicación en la
pantalla de un tubo de rayos catódicos (TRC), cuya altura
es proporcional a la presión acústica del eco
En la figura 4.3.5.8 sobre un esquema, muy simplificado,
se ha representado el principio básico del método.
EL impulso eléctrico procedente del generador de alta
frecuencia, excita el cristal emisor que emite un tren muy
corto de ondas, impulso acústico, que al encontrar un
obstáculo en su recorrido, se refleja y es recogido por el
receptor. Este, genera un impulso eléctrico de muy baja
tensión que es enviado al amplificador, el cual envía esta
señal convenientemente amplificada, a las placas de
deflexión vertical de un TRC, con lo que se produce la
señal correspondiente al eco. Si el objeto examinado
presenta una heterogeneidad cuyo tamaño es menor que
la sección del haz emitido por el palpador emisor, la parte
del haz que no ha sido interceptada por la heterogeneidad
seguirá su camino hasta llegar a la superficie límite del
objeto, sobre la que incidirá bajo un determinado ángulo y
se reflejará. Esta reflexión de la onda acústica llegará al
receptor más tarde que la enviada por la heterogeneidad,
ya que su recorrido ha sido mayor, por lo cual la
indicación de su eco estará situada más a la derecha en
la pantalla del TRC. En el caso de utilizar un solo palpador
(E + R) el razonamiento sigue siendo válido.
Como puede apreciarse en el esquema, las indicaciones
de los ecos aparecen, a distancias de la base de tiempo
proporcionales su distancia al palpador y su altura, es
proporcional a la presión acústica reflejada por el
obstáculo.
Aunque los equipos de medida de la intensidad acústica y
del tiempo de recorrido están especialmente concebidos
para el método de impulso-eco, ello no impide el que
puedan ser empleados en los métodos de transparencia o
sombra en los que sólo interese medir una de las dos
magnitudes: la intensidad acústica (I) o el tiempo (T). Esta
versatilidad, que no afecta para nada a su capacidad de
operación es, por tanto, una de sus grandes ventajas.
Los equipos de impulso-eco, como queda representado
en el esquema de la figura 4.3.5.8, básicamente están
constituidos por:
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TECNOLOGÍA DE MATERIALES.
a.
b.
c.
d.
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un sistema de sincronismo
un generador de alta frecuencia
un amplificador
un TRC como sistema de representación.
b.
4.3.5.5.1. Acoplantes y preparación de las superficies.
c.
Al utilizar la técnica operatoria por contacto se hace
imprescindible emplear un medio acústicamente
conductor interpuesto entre el palpador y el objeto a
examinar. Este medio suele ser llamado “acoplante”.
También influye en la consecución de un buen
acoplamiento acústico entre el palpador y la pieza, siendo
por tanto necesaria una preparación de las superficies
antes de comenzar el examen.
d.
A - Acoplantes
a.
b.
c.
d.
e.
Como acoplantes podrán ser utilizados, entre otros,
los siguientes: aceite lubricante SAE 20 6 SAE 30,
agua, glicerina, benceno, pastas acoplantes,
siliconas, soluciones jabonosas, líquidos con
inhibidores de la oxidación. En el caso de utilizar
agua se le podrá añadir agentes humectantes y
correctores de la dureza.
El acoplante, cualquiera que sea éste, con todos sus
aditivos no ejercerá acción alguna que pueda afectar
al estado de la superficie de la pieza sometida a
examen.
Se utilizará el mismo acoplante para la calibración del
aparato que para la realización del examen.
Los acoplantes, una vez terminado el examen, serán
eliminados, utilizando los materiales adecuados.
Los acoplantes que se utilicen en el examen por
ultrasonidos de aceros inoxidables, no contendrán
cloruros que excedan de 100 p.p.m. o sulfuros que
sobrepasen los 500 p.p.m.
B - Preparación de la superficie
Tanto en el caso de las uniones soldadas como en
cualquier otro, el método que se emplea para la limpieza o
preparación de las superficies para el examen por
ultrasonidos no alterarán al metal base ni afectarán al
acabado final de la pieza.
Cuando se trate del examen por ultrasonidos de chapas,
se recomienda que su superficie esté suficientemente
limpia y lisa para permitir que la señal del eco de fondo
correspondiente al lado opuesto de la chapa se mantenga
por lo menos en un 50% del total de la escala durante la
exploración. Cualquier residuo de grasa, óxido o suciedad
deberá ser eliminado antes de hacer el examen.
Todo esto es válido para las soldaduras, pero además, se
tendrán en cuenta las consideraciones siguientes:
a.
Las superficies sobre las que haya de aplicarse el
palpador estarán exentas de proyecciones de
soldadura y de cualquier rugosidad que pueda
55
interferir el libre movimiento del palpador o que pueda
afectar al buen acoplamiento del mismo.
La superficie del cordón estará terminada de tal forma
que no enmascaren o produzcan reflexiones que
puedan ser confundidas con ecos producidos por
discontinuidades.
El cordón de soldadura presentará una transición
suave con el material base.
Todo el volumen del material base sobre el que ha de
deslizarse el palpador angular con el que se ha de
efectuar el examen de la unión soldada, deberá ser
examinado al 100% con un palpador normal, para
comprobar que el metal base se encuentra libre de
defectos que puedan afectar a la buena transmisión
de los ultrasonidos.
Como puede apreciarse, tanto la preparación de las
superficies como el empleo de acoplantes, tienen como
única finalidad asegurar la buena transmisión de la onda
ultrasónica entre el palpador y el objeto sometido a
examen.
4.3.5.6. TÉCNICAS OPERATORIAS.
Las
técnicas
operatorias,
vienen
establecidas,
fundamentalmente, por la naturaleza del problema y por el
objeto que se ha de examinar. En el caso de las uniones
soldadas, éstas, al menos, en principio, podrían ser
asimiladas a objetos con superficies paralelas
relativamente próximas, con configuración prismática
cilíndrica, pero las uniones realizadas, aunque sean
consecuencia de la unión de formas simples, pueden dar
lugar a formas más complejas desde el punto de vista de
las técnicas operatorias para su examen por ultrasonidos.
La elección de la técnica operatoria al estar supeditada,
en primer lugar, al problema de detección de
heterogeneidades y al depender éste a su vez de su
morfología, orientación y posición, convendrá conocer o
tener idea de qué es lo que podemos encontrar para
obtener los mejores resultados de la técnica operatoria
que se utilice. De otra parte, la naturaleza, forma y
tamaño del objeto a examinar, así como la accesibilidad
de la zona en que haya de hacerse este examen, serán
condiciones determinantes para el establecimiento de la
técnica operatoria.
En el examen por ultrasonidos de las uniones soldadas,
se opera, normalmente, por contacto, empleándose la
técnica de eco simple o la de eco múltiple. En el primer
caso, (figura 4.3.5.9a), la anchura total de la base de
tiempo en la pantalla del TRC, equivale al espesor del
material o zona del mismo que se examina. La indicación
del eco de fondo (F) que será el primer eco procedente de
la pared opuesta, aparecerá en el extremo derecho de la
pantalla, situándose entre éste y la señal inicial (I)
aparecerá la indicación (H) del primer eco de una
heterogeneidad situada en esa zona del material.
El segundo caso, eco múltiple, requiere que la muestra
presente dos superficies paralelas relativamente
próximas. Esto se consigue (figura 4.3.5.9b) graduando la
base de tiempo de forma que aparezcan las indicaciones
de los sucesivos ecos de fondo. Si el objeto examinado
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contiene una heterogeneidad pequeña en el plano medio
es espesor, las indicaciones de sus sucesivos ecos de
orden impar aparecen en la misma posición detrás de
cada indicación de los sucesivos ecos de fondo. Como
puede verse en la figura, la altura de las indicaciones
correspondientes a la heterogeneidad varía, pero no como
las de los ecos de fondo, esto se debe a que la máxima
sensibilidad se alcanza al final del campo próximo,
mientras que en el campo lejano, las indicaciones
decrecen inversamente con el cuadrado de la distancia.
56
calibración, en su conjunto, del equipo, palpador o
palpadores y cables de conexión que vayan a ser
utilizados en el trabajo de inspección de que se trate. Esta
calibración, deberá siempre que se produzca cualquier
variación en las condiciones en que inicialmente fue
realizada. Es decir, la calibración será necesaria siempre
que se cambie, bien de operador como de de cualquiera
de los elementos que constituyen el sistema: equipo,
palpador o palpadores, cables de conexión o medio
Bloques de calibración o referencia.
La técnica de ensayo con incidencia normal no resulta de
gran aplicación en el examen de las uniones soldadas.
Esta técnica requiere el mecanizado de la superficie del
cordón o que el borde lateral, paralelo al cordón sea
accesible. Este es el caso de uniones de brida a tubo
(figura 4.3.5.10), y que también puede presentarse en
algunas soldaduras a tope por chispa o resistencia sobre
componentes de sección cilíndrica.
Para las uniones soldadas, la técnica de aplicación
generalizada es la de incidencia angular. Entre las
ventajas que presenta este método se pueden citar las
siguientes:
a.
b.
c.
d.
e.
Se puede aplicar a objetos tanto de forma simple
como complicada.
Se puede elegir el ángulo de propagación de la onda
acústica más en consonancia con la morfología,
orientación y posición de la heterogeneidad a
detectar.
Se puede elegir la superficie de la muestra que
resulte más adecuada para la obtención de una
indicación propia de la heterogeneidad y para hacer
una exploración rápida y sencilla. En la mayoría de
los casos basta con una sola superficie para alcanzar
resultados correctos.
Zonas que pueden quedar o resultar ocultas en un
ensayo con incidencia normal, son accesibles o
exploran con facilidad con incidencia angular, bien
directamente o por medio de reflexiones en otras
superficies del objeto.
Cuando el objeto a examinar presenta dos superficies
paralelas suficientemente próximas, se obtiene una
trayectoria en zig-zag.
Como inconveniente, a esta técnica de incidencia angular,
se debe señalar el que si se opera con un solo palpador
mediante el método de impulso-eco, la zona muerta se
ensancha debido a las reflexiones secundarias en el
interior del prisma, no obstante, este efecto no se produce
cuando se opera con dos palpadores angulares
separados.
4.3.5.7. CALIBRACIÓN
Como operación previa al proceso de inspección por
ultrasonidos es necesario proceder, en primer lugar, a una
comprobación satisfactoria del estado de funcionamiento
del equipo. Esta comprobación incluirá el ajuste de la
linealidad vertical de la pantalla, la proporcionalidad del
control de amplificación (ganancia) y la apertura del haz.
Efectuada esta comprobación es necesario realizar la
Para la realización práctica, tanto de la comprobación del
equipo como de la calibración del sistema, existen varios
tipos de bloques o piezas de referencia
a.
b.
c.
Bloque normalizado por el Instituto Internacional de la
Soldadura (I.I.S./I.I.W.) (Fig. 4.3.5.11).
Bloque tipo ASME. (Fig. 4.3.5.12)
Bloques auxiliares para referencia.
En cualquier caso el material con el que se construya el
bloque de calibrado, debe ser igual o ultrasónicamente
equivalente al que se va a examinar.
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4.3.6. CORRIENTES INDUCIDAS
57
el efecto del campo resultante en las características
eléctricas de la bobina excitadora.
4.3.6.1.- INTRODUCCIÓN.
La inspección por corrientes inducidas está basada en los
principios de la inducción electromagnética y se usa para
identificar o diferenciar una gran variedad de condiciones
físicas, estructurales y metalúrgicas en piezas metálica,
conductoras de la electricidad, tanto ferromagnéticas
como no ferromagnéticas.
La inspección por corrientes inducidas puede utilizarse
para:
-
Medir o identificar condiciones y propiedades
relacionadas con la conductividad eléctrica, la
permeabilidad magnética y las dimensiones
físicas.
-
Detectar grietas, fisuras, defectos e inclusiones.
-
Distinguir materiales diferentes, detectando
desviaciones en cuanto a su composición,
microestructura y otras propiedades (tales como
tamaño de grano, tratamiento térmico y dureza).
Alternativamente, el efecto del campo electromagnético
puede ser monitorizado observando el voltaje inducido en
una o más bobinas situadas en el campo cerca de la
pieza inspeccionada.
Los efectos mas habitualmente utilizados para controlar
las condiciones de la pieza que se está inspeccionando
son la impedancia eléctrica de la bobina y el voltaje
inducido, tanto en la bobina excitadora como en otra u
otras bobinas auxiliares.
Los elementos de un sistema típico de inspección se
muestran esquemáticamente en la Figura nº 4.3.6.3.
4.3.6.3.- VARIABLES OPERATIVAS.
Las principales variables operativas en la inspección
mediante corrientes inducidas son la impedancia de la
bobina, la conductividad eléctrica, la permeabilidad
magnética, los factores de separación y de llenado, el
efecto de borde y el efecto de piel.
- Impedancia de la bobina.
-
Medir el espesor de recubrimientos no
conductores sobre metal conductor, o de metal
no magnético sobre el metal magnético.
4.3.6.2.- PRINCIPIOS DE OPERACIÓN
La pieza a inspeccionar se coloca en el interior o
adyacente a una bobina eléctrica. Como se muestra en la
figura nº 4.3.6.1, la corriente alterna que circula por ella,
llamada corriente de excitación, provoca el flujo de
corrientes inducidas en la pieza como resultado de la
inducción electromagnética. Estas corrientes fluyen en
lazos cerrados en la pieza y su magnitud y desfase
depende de:
a.
El campo original o primario establecido por la
corriente de excitación.
b.
Las propiedades electromagnéticas de la pieza.
c.
El campo electromagnético establecido por las
corrientes inducidas en la pieza.
El flujo de corrientes inducidas en la pieza depende de las
características de la pieza, la presencia o ausencia de
defectos o discontinuidades en la pieza y el campo
electromagnético establecido en el interior de la pieza. La
figura nº 4.3.6.2 muestra la diferencia en el flujo de
corrientes inducidas cuando existe una grieta. En este
caso el flujo de las corrientes resulta dificultado y
cambiado en cuanto a su dirección, causando cambios
significativos en el campo electromagnético asociado. Las
características de la pieza pueden controlarse observando
Cuando por una bobina circular una corriente continua, el
campo magnético alcanza un nivel constante y la única
resistencia al flujo de la corriente es la resistencia
eléctrica del cable eléctrico. Sin embargo, cuando la
corriente alterna fluye por una bobina, se introducen dos
limitaciones: la resistencia del cable y una cantidad
conocida como reactancia inductiva.
- Conductividad eléctrica.
La Figura nº 4.3.6.4 muestra el plano de impedancias,
cuando situamos una bobina próxima a diferentes metales
con diversas conductividades eléctricas, expresadas en
IACS. Como se aprecia, la conductividad afecta a la
impedancia medida en la bobina.
- Permeabilidad magnética.
Los metales ferromagnéticos actúan concentrando el flujo
de un campo magnético. La curva de la Figura nº 4.3.6.5
muestra la relación entre la intensidad de campo
magnético y el flujo magnético en el interior del acero. Se
conoce como curva de magnetización. La permeabilidad
magnética de un material sujeto a inspección ejerce una
fuerte influencia en la respuesta de las corrientes
inducidas.
- Factor de separación.
Los cambios del resultado con los cambios en la distancia
entre la bobina y la pieza se conoce como factor de
separación. Este efecto es tan pronunciado que pequeñas
variaciones en la distancia referida puede enmascarar
indicaciones relevadas. Por tanto, usualmente es
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necesario mantener una relación constante entre el
tamaño y forma de bobina y el tamaño y forma de la pieza
inspeccionada.
La figura nº 4.3.6.6 ilustra el efecto del factor de
separación en la impedancia, en función de las distintas
conductividades del metal inspeccionado.
Si bien el factor de separación supone una dificultad en
muchas aplicaciones, en otras resulta ser útil. Así, los
equipos de corrientes inducidas pueden servir para medir
el espesor de recubrimientos no conductores, tales como
pintura o capas anodizadas, sobre metales.
- Factor de llenado.
El factor de llenado es, en una bobina circular que rodea a
la pieza, comparable al factor de separación. Es una
medida de en qué grado la pieza inspeccionada rellena la
bobina. Este factor puede ser utilizado como método
rápido para comprobar las variaciones en diámetro
exterior de barras.
- Efecto de borde.
Cuando una bobina se acerca al borde de la pieza que se
está inspeccionando, las corrientes inducidas resultan
distorsionadas, dado que las corrientes no pueden fluir
por el exterior de la pieza.
Esta distorsión se conoce como efecto de borde. Poco se
puede hacer para eliminar el efecto de borde. Una
reducción en el tamaño de la bobina puede reducir algo el
efecto, pero existen límites prácticos en esta reducción.
En general no es adecuado inspeccionar a distancias
menores de 3,2 mm del borde de una pieza. Una
alternativa es hacer un barrido en una línea paralela al
borde, con lo cual se neutraliza dicho efecto.
- Efecto piel.
Las corrientes inducidas son más densas en la superficie
inmediatamente debajo de la bobina, resultando
progresivamente menor la densidad según es mayor la
profundidad en la pieza. A esto se le conoce como efecto
piel. La figura nº 4.3.6.7 muestra la variación de las
corrientes inducidas en función de la profundidad bajo la
superficie. Se define como la profundidad estándar de
penetración a aquella a la que la densidad de las
corrientes se reduce al 37% de la densidad en superficie.
Esta profundidad depende de la conductividad eléctrica, la
permeabilidad magnética y la frecuencia de la corriente
magnetizadora. La profundidad estándar de penetración
puede calcularse por la ecuación:
S  1980

. f
S = profundidad en pulgadas.
58
 = resistividad (ohm - cm).
 = permeabilidad.
f = frecuencia (Hz).
La figura 4.3.6.8 muestra las profundidades estándar de
penetración para diversos materiales.
4.3.6.4.- FRECUENCIA DE INSPECCIÓN.
Las frecuencias empleadas en la inspección varían entre
60 Hz y 6 MHz o más. La mayoría de las inspecciones de
materiales no magnéticos se realizan a frecuencias del
orden de Kilohercios. Las frecuencias menores se usan
para inspeccionar materiales magnéticos.
La frecuencia usada habitualmente del espesor del
material inspeccionado, la profundidad de penetración
deseada, el grado de sensibilidad o resolución requerida y
el propósito de la inspección. En general se selecciona la
mayor frecuencia que permite alcanzar la profundidad
deseada, para tener la mejor resolución y sensibilidad
posible.
4.3.6.5.- BOBINAS DE INSPECCIÓN.
La forma de la bobina de inspección depende
fundamentalmente del tipo de inspección a realizar y de la
forma de la pieza a inspeccionar. Hay una enorme
variedad de tipos de bobinas, en función de los
parámetros citados. La mayoría responde a uno de dos
tipos genéricos: tipo palpador y tipo bobina circular, como
se muestran en la Figura nº 4.3.6.9. En general se trata
de que las corrientes inducidas encuentren en sentido
perpendicular los defectos buscados, para que la
distorsión producida sea máxima.
En algunos montajes se utilizan sistemas con bobinas
múltiples. Las parejas de bobinas (Figura Nº 4.3.6.10)
pueden ser utilizadas en montaje absoluto o diferencial.
En el modo absoluto (Fig. 4.3.6.10a), la muestra de
material aceptable se coloca en una bobina, y de otra es
utilizada para la inspección. De esta forma las bobinas
comparan una pieza desconocida con una estándar,
siendo indicadas las diferencias (si las hay) en un
instrumento adecuado.
En muchas aplicaciones el montaje absoluto no es
adecuado. Por ejemplo, en la inspección de tubería el
montaje absoluto indicará pequeñas variaciones
dimensionales en diámetro o espesor, incluso dentro del
margen admisible por las tolerancias. Para evitar este
problema se emplea un montaje diferencial como el
empleado en la Figura 4.3.6.10b. Las variaciones
dimensionales graduales así como son detectados.
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4.4. ENSAYOS MECÁNICOS
4.4.1. INTRODUCCIÓN
El comportamiento de los materiales metálicos en los
diferentes estados de fabricación, construcción o servicio,
puede variar ampliamente en función de su composición
química,
tratamiento
térmico,
trabajo mecánico,
condiciones superficiales, presencia de discontinuidades y
otras características del material.
El análisis de las propiedades de los materiales puede
realizarse mediante ensayos que permiten comprobar que
se dispone de las características adecuadas para su
utilización en piezas y componentes para los que se ha
diseñado y construido.
Los
ensayos
también
permiten
poder
hacer
comparaciones precisas con los datos obtenidos de
ensayos similares con otros materiales, permitiendo
seleccionar el más idóneo para cada aplicación.
Las propiedades mecánicas de dureza, resistencia,
alargamiento, tenacidad, etc., son de primordial
importancia en el momento del diseño para la
determinación de tamaños y dimensiones de los
elementos que deban soportar cargas. También pueden
verificar la aptitud del material para cumplir unas
necesidades de procesamiento específicas. En este caso
pueden efectuarse en condiciones similares a aquellas en
las que el proceso vaya a ser llevado a cabo.
El objetivo de cualquier ensayo es poder tomar decisiones
que produzcan los mejores resultados económicos.
Independientemente del ensayo que sea necesario llevar
a cabo, es de la mayor importancia el que se realice bajo
condiciones preestablecidas y que estas sean registradas
junto con los resultados obtenidos, con el fin de garantizar
la fiabilidad de los datos que, sobre el ensayo en cuestión,
se vayan produciendo.
Una de las características más importantes de los metales
que se utilizan para construir elementos estructurales u
órganos de máquinas, es su respuesta a las acciones
mecánicas. El conocimiento, en términos cuantitativos, del
comportamiento de un metal en las condiciones de
solicitación que está llamado a resistir durante el servicio,
o en el curso de la fabricación, resulta así de importancia
fundamental para el técnico.
Las características o propiedades mecánicas son el
resultado del comportamiento del material cuando se le
somete
a
solicitaciones
sencillas,
fácilmente
reproducibles. Esas pruebas reciben el nombre de
ensayos mecánicos y sus resultados permiten, en su
conjunto, predecir, con una elevada probabilidad de
acierto, la respuesta del material frente a los sistemas de
carga, mucho más complejos, a que estará sometido en
servicio.
En algunos casos las solicitaciones de servicio son
fácilmente reproducibles y el ensayo es muy concluyente.
Tal como sucede, por ejemplo, si tratamos de conocer la
59
adecuación de un acero para construir con él un elemento
estructural, que, en las condiciones reales, va a estar
sometido a compresión a una temperatura de 200ºC.
Bastará para ello someter en el laboratorio una muestra
de ese material a un ensayo de compresión realizado a
aquella temperatura y observar su comportamiento.
En ocasiones, la conducta del material en servicio
depende de una característica, cuya medida en el
laboratorio se consigue, por medio de una prueba que no
reproduce en la muestra las condiciones de trabajo reales,
pero que puede correlacionarse directamente con ella.
Cuando las condiciones en servicio son muy complicadas,
resulta difícil discernir de una manera razonada qué
propiedad o propiedades son responsables de la conducta
del material, se requerirán especiales conocimientos de
los materiales para poder alcanzar conclusiones
aplicables a estos casos.
Las aplicaciones de los metales y las operaciones de
conformación a que pueden verse sometidos, son muy
variadas. Se han desarrollado, por tanto, numerosos
ensayos mecánicos encaminados a medir propiedades
diferentes con vistas a disponer, en cada caso, del ensayo
o ensayos que mejor caractericen a un material para un
uso concreto.
4.4.2. ENSAYO DE TRACCIÓN
En el ensayo de tracción se somete una barra del material
en estudio, de forma y dimensiones normalizadas, a una
fuerza de tracción axial que crece lenta y gradualmente
hasta la rotura de la muestra.
Durante la prueba, se miden la carga soportada por la
probeta en cada instante, en relación con el
desplazamiento del actuador o la deformación
experimentada por la muestra, que proporcionan, una vez
procesados, información sobre su aptitud para resistir
cargas estáticas (propiedades resistentes) y sobre su
deformabilidad (propiedades dúctiles).
Las probetas tienen un cuerpo central de sección
constante, llamado parte calibrada que se une, a través
de acuerdos, con las cabezas reforzadas sobre las que se
realiza el agarre con las mordazas de la máquina de
tracción. En la parte calibrada de la barra se practican dos
marcas separadas por una distancia L0, llamada distancia
inicial entre puntos.
La fuerza de tracción producida por la máquina se genera
con dispositivos mecánicos o hidráulicos y se aplica
exactamente en el eje de la barra, mediante mecanismos
de autoalineación que aseguran la ausencia de momentos
flectores durante el ensayo, de forma que la muestra, en
la zona entre referencias, está sometida a un estado de
tracción uniaxial, es decir, a una solicitación bien definida
y fácilmente reproducible. El cuerpo central de la barra y
sus cabezas están adecuadamente dimensionados para
asegurar que la rotura siempre tiene lugar entre
referencias.
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Cuando se carga la barra, la longitud entre puntos
aumenta con la fuerza de tracción, de forma que un valor
F de ésta corresponde una distancia entre referencias L.
La máquina de ensayos mide continuamente el valor F de
la carga y la variación L-L0 de la distancia entre puntos,
relacionando ambas magnitudes mediante un gráfico. La
extensión de la barra va acompañada de una contracción
lateral, es decir, de una reducción de la sección recta, que
si, inicialmente tenía un valor S0, valdrá S cuando la
fuerza sobre la barra sea F.
Para independizar los valores obtenidos de la geometría
de la muestra se analizará el comportamiento del material
durante el ensayo por la tensión
 = F / So
y el alargamiento unitario:
e =  L / L o = ( L - Lo ) / Lo
Obsérvese que e, como es el cociente de dos longitudes
se expresa por un número adimensional.
El diagrama que traza la máquina proporciona una
relación entre la tensión y el alargamiento unitario, o sea,
entre la solicitación de la barra medida por  y su
alargamiento e, por lo que dicha relación es ya una
característica del material. La gráfica proporcionada por la
máquina se llama curva convencional de tracción (Fig.
4.4.1).
4.4.2.1. Propiedades obtenidas en el ensayo de
tracción
La mayor parte de los metales dúctiles muestran una
curva convencional de tracción con una zona lineal, zona
elástica, y una zona curvada, zona plástica. Para valores
reducidos de  las deformaciones de la barra son
elásticas, es decir, desaparecen cuando se retira la carga,
con los que la distancia entre puntos recupera su valor
inicial L0.
Cuando los valores de  son suficientemente elevados, la
deformación de la barra es en parte elástica y en parte
plástica, de manera que, al retirar la cargas, la probeta se
recupera de la parte elástica de la deformación pero
conserva una deformación remanente de carácter
plástico.
60
elástico convencional o el límite elástico aparente y se
designan con el símbolo E.
El límite elástico convencional es la tensión que produce
en el material una deformación permanente e = 0,002
(0,2%) ver fig. 4.4.2. Algunos materiales, entre los que se
encuentran los aceros de bajo carbono, presentan una
conducta singular al iniciarse en ellos, durante el ensayo
de tracción, la deformación plástica. El fenómeno en
cuestión se llama a veces fluencia o cedencia (fig. 4.4.1).
En los materiales llamados frágiles la rotura se verifica sin
deformación plástica observable macroscópicamente, es
decir, estos materiales rompen sin salirse del período
elástico. La tensión E es a la vez la que produce la
máxima deformación elástica, es decir es el límite
elástico, y la que origina la rotura, o tensión de rotura,
representada por R. Es pues, en este caso
R = E
En los materiales dúctiles la curva de la tensión sobre el
material supera a un determinado valor su límite elástico,
se inicia la deformación plástica y con ello el
endurecimiento por deformación del material, por lo que
para que la deformación aumente, debe hacerlo la
tensión. La curva tiene así, curso ascendente hasta que al
alcanzar la tensión un valor  = R se produce la rotura. El
valor R es ahora la tensión de rotura.
La máxima fuerza de tracción sobre la barra, dividida por
el área de su sección recta inicial S0, se llama tensión de
rotura R y vale
R = Fmax / S0
Una vez rota la probeta de tracción, el área de la sección
de rotura es SR. Se denomina estricción al valor
Z = (S0 - SR) / S0 · 100
Si llamamos LR a la longitud remanente de la probeta
después de la rotura, medida juntando los dos trozos
resultantes, el alargamiento será:
A = (LR - L0) / L0 · 100
El alargamiento representa la máxima extensión plástica
unitaria que el metal puede soportar antes de romperse.
Es una característica de la ductilidad del material.
Existirá, por tanto, un valor de la tensión, E, al que
corresponderá la máxima deformación exclusivamente
elástica y, superado el cual, quedará ya, en la probeta
descargada, una deformación plástica. Ese valor E se
llama límite elástico.
4.4.3. ENSAYO DE DUREZA
En el período elástico se cumple la ley de Hooke y la
deformación es proporcional a la tensión, de forma que
Se han ideado diversos sistemas de medir la dureza,
basados en esta propiedad que consisten en comprimir la
superficie del material a ensayar con un penetrador, de
forma y dimensiones fijas, bajo una carga suficientemente
grande como para asegurar la producción en él de una
deformación permanente localizada. Se mide, después,
alguna dimensión de la huella causada por el penetrador y
se expresa numéricamente la dureza como función de esa
dimensión. Los sistemas de medida de durezas de uso
más corriente en metales son:
=E·e
en donde E es el módulo elástico o módulo de Young.
Debido a la complejidad de medir en determinados
materiales el límite elástico verdadero, se opta por utilizar
como parámetro característico del material el límite
En la caracterización de los metales, la de dureza es la
resistencia que oponen esos materiales a ser penetrados
superficialmente por otros cuerpos.
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4.4.3.1. Dureza Brinell
En el año 1900, el ingeniero sueco J.A. Brinell propuso el
ensayo de dureza que lleva su nombre y que utiliza un
penetrador consistente en una bola de acero (o de
carburo de volframio) de 10 mm. de diámetro, que se
comprime contra la superficie de la muestra mediante una
fuerza de 3.000 kg. El número de dureza se calcula a
partir de la medida del diámetro d de la huella. La dureza
Brinell se designa por HB (Hardness Brinell) o HBW
cuando se utiliza la bola de carburo de volframio.
En muchos casos la carga de 3.000 kg. no puede ser
soportada por el conjunto de la pieza cuya dureza
queremos medir. Entonces pueden emplearse cargas
menores con bolas más pequeñas, siempre que entre F y
D exista la relación 2,22. Se usan corrientemente bolas de
5 ó 2,5 mm. de diámetro, con cargas de 750 y 187,5 kg.
respectivamente.
Debe tenerse también en cuenta que el ensayo de Brinell
no conviene a materiales muy duros (HB 500 o
superiores) pues la bola se deforma al ser comprimida
contra ellos, con lo que el diámetro de la huella es mayor
que si el penetrador permaneciese esférico, lo que hace
que el material aparezca como más blando de lo que
realmente es.
4.4.3.2. Dureza Vickers
Emplea como penetrador una pirámide de diamante de
base cuadrada en la que las caras opuestas forman un
ángulo de 136º + 1º (fig. 4.4.3). La carga normal que
actúa sobre el penetrador es de 30 Kg. La carga debe
actuar durante un tiempo de 15 segundos.
El ángulo de 136º no es arbitrario. Esta diseñado para que
la medida de la dureza vickers obtenida con este ángulo
coincida con la dureza del mismo material medida por el
método Brinell. En este caso el penetrador, al ser de
diamante, es más indeformable y las huellas producidas
sobre un mismo material, bajo cargas distintas, son todas
semejantes.
4.4.3.3. Dureza Rockwell
En el ensayo de Rockwell para medida de durezas se
utiliza, alternativamente, un penetrador cónico de
diamante con carga de 150 kg (dureza Rockwell C, HRC)
o un penetrador esférico de acero con carga de 100 kg
(dureza Rockwell B, HRB). El penetrador cónico tiene un
ángulo en el vértice de 120º y la punta está redondeada
con un radio de 0,2 mm.
En el ensayo se mide la profundidad de la huella mediante
un micrómetro, accionado por el penetrador, cuya escala
está graduada de 0,002 en 0,002 mm. La figura 4.4.4
muestra el desarrollo del ensayo.
La dureza Rockwell se expresa con las iniciales HR
seguidas de la que corresponde a la escala empleada. Así
61
un material con dureza de 52 unidades, medida con
penetrador cónico y carga de 150 kg tiene una dureza 52
HRC
4.4.4. ENSAYOS DE TENACIDAD A LA ROTURA
Denominamos fractura o rotura, a la fragmentación o
división de un sólido en dos o más partes. La producción
de una fractura requiere el aporte al cuerpo de cierta
cantidad de energía.
Llamamos rotura frágil a la que tiene lugar sin
deformación plástica macroscópicamente observable. Si
se recomponen los fragmentos producidos en una rotura
frágil, el conjunto recupera la forma y dimensiones
originales.
Se denomina rotura dúctil la que se produce con una
deformación plástica apreciable, de forma que, si se
recomponen los fragmentos obtenidos, la geometría del
conjunto así formado es muy distinta de la que tenía el
cuerpo antes de romperse.
Los ensayos de tenacidad a la rotura se realizan mediante
la flexión por choque de una probeta apoyada en los
extremos. El ensayo más utilizado se denomina ensayo
Charpy o ensayo de resiliencia y representa bastante bien
la tenacidad o resistencia de un material a la rotura frágil,
por lo que su uso está muy generalizado, figurando a
menudo entre las pruebas de recepción especificadas
para muchos materiales.
En el ensayo de resiliencia se coloca una probeta
entallada, generalmente de sección cuadrada, sobre dos
soportes y se la somete a un impacto en el centro de la
misma. El valor del resultado se expresa generalmente en
función de la energía de impacto necesario para romper la
barreta de ensayo. La figura 4.4.5 muestra un esquema
del péndulo utilizado para la rotura y el esquema de las
energías puestas en jueguen el choque en función de las
alturas antes y después del choque.
4.4.5. ENSAYO DE FATIGA
Las piezas de máquinas, o los elementos estructurales
sometidos a esfuerzos que varían cíclicamente, se
rompen al cabo de cierto tiempo, de manera brusca y casi
sin deformación plástica, bajo tensiones que en ningún
momento superan la de rotura del material. Este
fenómeno se llama fatiga y las roturas que produce se
denominan roturas por fatiga. Este proceso es muy
importante, ya que son muchas las piezas sometidas a
solicitaciones cíclicas o aproximadamente cíclicas, como
es el caso de numerosos componentes de motores,
compresores, bombas, turbinas, ejes de transmisión,
palas de hélices, alas de avión, etc.
La rotura por fatiga comienza con la iniciación de una
grieta, que aparece en la zona más cargada de la pieza,
casi siempre la que superficie, a partir de la cual se
propaga a través del material hasta que se produce la
fractura. La propagación es, al principio, lenta, pero
continúa luego con más rapidez a causa de la
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TEMA 4. DEFECTOLOGÍA. INSPECCIÓN Y ENSAYOS – REV.01
concentración de tensiones producida por la presencia de
la grieta. Cuando la parte todavía sana de la sección
resulta insuficiente para resistir la última aplicación de la
carga, la pieza rompe bruscamente.
62
y las deformaciones pueden suponerse dependientes tan
solo de las tensiones.
Los ensayos de fatiga para que proporcionen indicaciones
comparables sobre la respuesta de distintos materiales
ante ese fenómeno, deben realizarse utilizando probetas
de igual forma y dimensiones, con acabados superficiales
lo más perfectos posible, para eliminar el efecto aleatorio
de la existencia de entallas superficiales concentradoras
de tensiones.
A temperaturas más altas el comportamiento del material
es ya muy diferente. Un elemento resistente proyectado
con arreglo a los principios anteriores y sometido a una
tensión inferior al límite elástico, medido a la temperatura
de servicio, adquiere instantáneamente, cuando se le
carga, una deformación elástica, que será dependiente
tan solo de la tensión, pero a medida que el tiempo
transcurre, el material continúa deformándose de forma
continua, ya plásticamente, bajo tensión constante.
Las probetas deben someterse a ciclos de carga bien
definidos y fácilmente reproducibles. El ciclo de carga se
mantiene generalmente constante durante el ensayo, se
caracteriza comúnmente dando las tensiones máxima
(max) y mínima (min) o bien la tensión media (m).
La deformación, por tanto, no es función exclusivamente
de la tensión, como ocurriría a temperatura ambiente, sino
que depende además del tiempo. Este fenómeno de
fluencia continua de los metales a alta temperatura bajo
tensión constante, se denomina termofluencia o creep.
Para expresar el comportamiento de un material bajo
solicitaciones de fatiga realizadas en una máquina
determinada, se someten diversas muestras a ensayos en
que el intervalo max - min varía en forma decreciente y se
cuenta en cada uno de ellos el número de ciclos N que
han de transcurrir hasta la rotura. Cada ensayo se
representa por un punto en un diagrama, en el que en
ordenadas figura la tensión máxima y en abcisas el
número de ciclos necesarios para la rotura. El conjunto de
los ensayos realizados conduce así al trazado de una
curva que se llama curva S-N o curva de Wöhler.
El ensayo bajo carga constante se efectúa en una
máquina en la que la fuerza de tracción se aplica,
mediante un peso y un sistema de palancas, a una
probeta confinada en un horno eléctrico de resistencias,
dotado de un sistema de control de temperatura que
garantice el mantenimiento de ésta a lo largo de toda la
prueba, que puede durar de 1000 a varias decenas de
miles de horas, dentro de un intervalo de temperaturas
conocido. El control del ensayo se realiza midiendo
periódicamente la deformación de la muestra.
4.4.7. ENSAYO DE DOBLADO
La resistencia a la fatiga se define como la máxima
tensión fluctuante que el material puede resistir sin
romperse antes de un cierto número de ciclos, que es
7
8
generalmente N = 10 ó 10 ciclos.
En algunos materiales la curva S-N pone de manifiesto
que cuando el material está sometido a una tensión cíclica
cuyo máximo no excede de un cierto valor, la rotura por
fatiga no se produce. Esa tensión recibe el nombre de
límite de fatiga del material.
El fenómeno de la rotura por fatiga se inicia con la
aparición de una grieta en la zona más cargada de la
pieza, resulta evidente que la fractura se favorecerá por
todas aquellas causas que determinen concentraciones
locales de tensiones. Entre ellas, algunas son
consecuencia de la geometría de la pieza, condicionada
inevitablemente por las funciones que ha de cumplir, pero
dependiente también del mayor o menor acierto con que
estén diseñadas.
4.4.6. ENSAYO DE FLUENCIA EN CALIENTE (CREEP)
Cuando un material se carga a temperatura ambiente,
adquiere instantáneamente una deformación, que será
solo elástica o en parte plástica, según cual sea el valor
de la tensión a que esté sometido, pero en todo caso, la
deformación se mantiene invariable mientras no se
modifique la tensión. A temperaturas superiores a la
ambiente, pero relativamente moderadas (en los aceros
hasta unos 370ºC), las cosas suceden de manera análoga
La medición de la ductilidad se realiza en el ensayo de
tracción por medio del alargamiento, que nos determina la
ductilidad general del material, como conjunto todo él, y
por medio de la estricción, que nos determina la ductilidad
localizada en la zona de fractura, pero en dicho ensayo no
es posible determinar si existen secciones fragilizadas en
la probeta, es por ello que se hace necesario el ensayo de
doblado o plegado, para la confirmación de dicha
ductilidad.
La ductilidad se define como la medida de la deformación
plástica que puede soportar el material antes de romper.
El ensayo se realiza doblando la probeta con una
curvatura determinada hasta que las dos ramas de la
misma, permaneciendo durante el plegado en el mismo
plano, queden paralelas o formando un ángulo
determinado.
Al doblar una probeta, su cara exterior queda sometida a
tracción, debiendo ser observada durante el ensayo para
poder apreciar la posible formación de grietas, que
corresponderían a una rotura del material por tracción.
La características más importante del ensayo es el
diámetro del mandril sobre el que se realiza el doblado de
la muestra, ya que es el que define la curvatura y por
tanto la solicitación a la que se somete la cara de tracción
de la probeta. A mayor radio de mandril, menor curvatura
y por tanto menor esfuerzo.
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TEMA 4. DEFECTOLOGÍA. INSPECCIÓN Y ENSAYOS – REV.01
TECNOLOGÍA DE MATERIALES.
4.4.8. ENSAYO DE TORSIÓN
En el ensayo de torsión se somete una probeta cilíndrica
del material en estudio a un par torsor cuyo momento es
paralelo al eje de aquélla, y cuyo valor crece
gradualmente hasta la rotura de la muestra.
La probeta se sujeta entre dos mordazas, que forman
parte de los cabezales de la máquina de ensayo. La
cabeza de torsión aplica el par y la cabeza de medida
registra el valor de éste y el del ángulo de torsión
correspondiente.
4.5.
OTROS ENSAYOS DE CARACTERIZACIÓN
DE LOS MATERIALES
4.5.1. METALOGRAFÍA
4.5.1.1. INTRODUCCIÓN.
Como es sabido el comportamiento de los metales
depende fundamentalmente de su estructura cristalina. El
examen de ésta puede hacerse a simple vista (puede
juzgarse la calidad de un metal por el aspecto de su
fractura), con lupa o con microscopio. Según el aumento
del instrumento óptico que se utilice para la observación,
se distinguen dos tipos de análisis:
Macroscópico, desde la simple vista hasta con 15
aumentos.
Microscópico, desde los 15 aumentos en adelante.
4.5.1.2. FASES PREVIAS
MACRO Y MICROSCÓPICA.
A
LA
OBSERVACIÓN
Salvo en el caso de observación de superficies naturales
(examen de fracturas, aspecto de superficies acabadas,
etc.), las operaciones previas al examen, en cualquiera de
ambos casos, son: selección y extracción de la muestra,
desbaste, pulido y ataque.
Selección y extracción de la muestra. El lugar de donde
se extrae la muestra depende del fin que nos proponemos
investigar, y ejerce una marcada influencia tanto en el
examen metalográfico como en los resultados del análisis
químico. Así, probetas del mismo material, sacadas de la
periferia y del centro del lingote, difieren completamente;
lo mismo ocurre si se examina una superficie
perpendicular y otra paralela a las paredes de la lingotera.
En materiales forjados, los resultados que se obtienen,
cuando se examinan superficies paralelas al sentido de
conformación, son distintos de los conseguidos cuando la
superficie es perpendicular.
La extracción de la muestra no ofrece ninguna dificultad
cuando se trata de materiales fácilmente mecanizables,
pues basta el empleo de una sierra de mano o mecánica
para cortar la probeta. Sin embargo, cuando se trata de
aleaciones endurecidas (aceros templados, compuestos
intermetálicos, metales duros, fundiciones blancas) hay
que emplear muelas aglomeradas de corindón,
63
carborundum o diamante, que giran a gran velocidad y
van provistas de un dispositivo de refrigeración muy
enérgico, para impedir cualquier calentamiento que pueda
producir transformaciones físico-químicas en la probeta.
En general, siempre que se opera con materiales capaces
de experimentar transformaciones por elevación de la
temperatura, hay que emplear la refrigeración para evitar
que, por calentamiento, se altere la estructura que se
desea examinar.
Desbaste. Es la operación que sigue al corte. Con ella se
trata de poner al descubierto la superficie metálica, libre
de toda clase de impurezas que pudieran obstaculizar su
examen, a la vez que darle a la muestra una
conformación plana.
Se efectúa por alguno de los procedimientos siguientes:
a. Con limas adecuadas.
b. Con muelas de esmeril, carborundum o
diamante.
c. Con papel de esmeril.
d. Combinando los procedimientos a) ó b) con c).
Con los dos primeros se consigue un desbaste grosero,
mientras que con los papeles de esmeril se va afinando a
medida que se emplean papeles de granos cada vez más
pequeños.
El procedimiento más sencillo para obtener un desbaste
fino consiste en colocar el papel de esmeril sobre un vidrio
plano y desplazar, a mano, alternativamente la probeta en
la misma dirección, hasta conseguir que desaparezcan las
rayas de la fase anterior. Hay que tener presente que, al
pasar de un papel de esmeril al de número más fino, se
tienen que eliminar los granos que puedan quedar
adheridos del anterior y efectuar el desplazamiento de la
probeta perpendicularmente a las rayas del lijado
precedente, hasta que se consiga su desaparición, y así
sucesivamente. Esta operación puede efectuarse también
mecánicamente, con una desbastadora de cinta provista
de discos de madera, bronce o aluminio, sobre los que se
fija el papel de esmeril con un pegamento adecuado, o
bien discos recubiertos de parafina o plomo, en los que se
deposita el abrasivo, y están sometidos a un movimiento
de rotación.
Durante las operaciones de desbaste deberá evitarse el
ejercer una presión excesiva sobre las probetas, para
evitar posibles calentamientos y que se incrusten en ellas
granos de abrasivo.
Pulido con abrasivos. En esta etapa se pretende
conseguir una superficie reflectora tal que, al ser atacada
convenientemente y reflejar los rayos luminosos, éstos
den en el ocular microscópico una imagen fiel. La
operación se efectúa en máquinas pulidoras, que van
provistas de un disco plano de madera, aluminio o bronce,
recubierto de un paño de gamuza sobre el cual se
proyecta un abrasivo fino en suspensión en un líquido
adecuado. Durante el proceso hay que procurar que la
temperatura de la probeta no sobrepase a la de la mano,
pues de este modo se impide el que un calentamiento
excesivo provoque cambios estructurales.
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TEMA 4. DEFECTOLOGÍA. INSPECCIÓN Y ENSAYOS – REV.01
Entre los abrasivos más corrientes en Metalografía están:
diamante, alúmina, óxido férrico (rojo inglés), óxido de
cromo y óxido de magnesio. Se consiguen seleccionar
abrasivos de distinto tamaño de grano mediante el
procedimiento de sedimentación, que consiste en agitar
una cierta cantidad de abrasivo reducido a polvo, con un
volumen determinado de líquido, y dejarlo en reposo un
cierto tiempo, por ejemplo, media hora.
a.
b.
c.
d.
e.
Transcurrido este tiempo, se decanta la suspensión que
sobrenada, la cual contendrá el abrasivo de media hora.
Si esta suspensión se dejase en reposo durante cuatro
horas, la parte que sobrenada contendría el abrasivo de 4
horas, y así sucesivamente. Es evidente que el tamaño de
grano del abrasivo es tanto más pequeño cuanto mayor
es el número de horas.
El tipo de abrasivo, su tamaño de grano y el líquido que le
ha de mantener en suspensión dependen del metal que
se vaya a pulir. Si el espesor de la probeta es pequeño,
como sucede cuando se estudian depósitos electrolíticos,
debe hacerse el desbaste y pulido en dirección oblicua, ya
que entonces se consigue aumentar la superficie.
Durante el pulido con paños y abrasivos, se produce en la
capa superficial del metal una alteración física y química.
La primera crea una zona exterior, de naturaleza amorfa,
formada por cristalitas desorientadas, que se originan
cuando el metal fluye para recubrir las irregularidades
superficiales. Por debajo de esta zona, existe otra de más
espesor, formada por cristalitas orientadas, seguida de
una zona de transición, a través del metal. Se ha podido
llegar a las conclusiones anteriores, mediante el examen
con rayos X y difracción electrónica, de las superficies
metálicas pulidas.
La alteración química se traduce en oxidaciones,
descarburación, etc., en las protuberancias superficiales
que, durante la operación de pulido, han podido alcanzar
temperaturas muy elevadas. En ciertas ocasiones se
pueden producir reacciones químicas superficiales que
originan una capa de composición muy compleja.
Pulido electrolítico. Consiste en disolver anódicamente
la superficie desbastada de la probeta, en un electrolito
adecuado (la velocidad de disolución es mayor en los
promontorios que en los surcos). Presenta sobre el
mecánico la ventaja de ser más rápido y de evitar la zona
distorsionada anormal. Lo empleó por primera vez Jaquet
en 1932 y actualmente se ha situado en paridad con el
mecánico. Existe también la posibilidad de incluir en el
proceso el ataque de la probeta.
4.5.1.3. MACROSCOPIA
Técnicas macroscópicas. El examen macroscópico opera
sobre zonas amplias y da una visión de conjunto de la
organización cristalina o macroestructura del material.
Suministra información sobre alguna de las cuestiones
siguientes:
f.
g.
64
Segregaciones
Inclusiones no metálicas (grafito en las fundiciones,
sulfuros de manganeso y de hierro, óxidos, silicatos
en el acero).
Tratamientos
termoquímicos
(cementación,
nitruración, etcétera).
Defectos
de
fabricación
(porosidades,
microrechupados, grietas, copos, oquedades, etc.).
Orientación de la fibra (con formación por forja,
soldadura, mecanizado, etc.).
Deformación de los granos cristalinos (diferencia de
acritud por trabajo en frío).
Penetración del temple, sobrecalentamiento y acero
quemado.
Observación de superficies naturales. Se lleva a cabo
sobre fracturas producidas en servicio o provocadas. Se
detalla el aspecto de la rotura del grano, inclusiones,
porosidades,
grietas,
penetración
del
temple,
descarburaciones, etc.
Observación de superficies preparadas, sin ataque. Se
lleva a cabo después del pulido y se pueden poner de
manifiesto: inclusiones, porosidades, grietas, copos, etc.
Observación de superficies preparadas, con ataque. El
ataque se lleva a cabo después de preparar la superficie y
desengrasarla con alcohol, eter u otro agente
desengrasante. Puede realizarse por impresión o por
inmersión; éste, a su vez, puede ser rápido (desde unos
segundos a 2 horas) y lento (varias horas de duración).
En los ataques por inmersión, si la pieza es pequeña, se
introduce en el reactivo; en caso contrario, se aplica el
reactivo con un pincel o con un algodón sobre la
superficie que se desea examinar.
4.5.1.4. MICROSCOPÍA
Técnicas microscópicas. Con el examen microscópico
se estudian zonas muy pequeñas del material. Por tanto,
si es homogéneo, se admite que el resto de la estructura
es la misma que la de la zona examinada, pero si es
heterogéneo (capas cementadas, plaqueadas, etc.) sólo
corresponde a la zona examinada. En todo caso los
resultados se han de valorar estadísticamente. Suministra
información sobre alguna de las cuestiones siguientes:
a.
b.
c.
d.
e.
f.
Constituyentes estructurales de las aleaciones
(control de tratamientos térmicos).
Tamaño del grano, forma y procesos de formación.
Naturaleza de las microinclusiones no metálicas.
Defectos microscópicos (porosidades, grietas,
microrechupados, etcétera).
Corrosión intergranular (acero quemado, zonas
descarburadas, eccetécera).
Capas superficiales (cementadas o plaqueadas).
Las superficies han de prepararse de forma que estén
perfectamente pulidas y desengrasadas.
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TEMA 4. DEFECTOLOGÍA. INSPECCIÓN Y ENSAYOS – REV.01
Observaciones microscópicas, sin ataque. Puede
poner de manifiesto las inclusiones no metálicas, grietas,
microrechupados,
microporosidades,
constituyentes
coloreados o con dureza muy distinta de los restantes,
etc.
Ataque para observaciones microscópicas. Tiene por
objeto hacer visibles los bordes de los granos y los
diversos constituyentes estructurales de la aleación. El
reactivo de ataque tiene que elegirse convenientemente
según el fin que se persiga.
Microscopio metalográfico. Aunque el fundamento lo
suponemos conocido de Física elemental daremos a
grandes rasgos una idea de sus partes esenciales. Una
lente convergente (objetivo) produce una imagen real del
objeto, a una distancia determinada de su plano focal
imagen, la cual actúa como objeto de una segunda lente,
también convergente (ocular), que forma la imagen final,
ampliada, para observarla directamente
o ser recogida en una placa fotográfica. La distancia entre
el plano focal imagen de la primera lente y la imagen
formada por ésta se llama longitud óptica del tubo
objetivo. Tanto el objetivo como el ocular se caracterizan
por su aumento, existiendo en cada microscopio tres o
cuatro de cada uno mediante los cuales se pueden,
combinándolos, obtener los aumentos requeridos.
4.5.1.5. APLICACIONES.
Tamaño de grano. Ya se ha descrito en otros temas
cómo la solidificación de un metal origina la formación de
núcleos de cristalización que, al crecer, originan granos
cristalinos, limitados por superficies irregulares (bordes de
grano). Cuando se habla de tamaño de grano, se expresa
un concepto que no se ajusta íntegramente a su sentido
estricto, debido a que no nos referimos a su volumen, sino
a un conjunto de pequeños dominios con superficies de
tamaños diferentes, que no son más que las
intersecciones de los granos con la superficie de corte,
pulimentada. Estas superficies pueden considerarse
proporcionales a los volúmenes de los constituyentes
estructurales.
El tamaño de grano varía con los tratamientos térmicos,
trabajo en frío y con la recristalización. Su influencia es
considerable en el comportamiento de los metales, razón
por la cual exponemos a continuación los distintos
métodos para su determinación.
Medida del tamaño de grano. Se comienza por reproducir
la imagen de la probeta, bien fotográficamente o sobre
papel transparente, milimetrado, procediéndose después
a la medida. Varios métodos hay en uso, que pueden
reducirse a dos tipos, según se determine la superficie
media o el diámetro medio de los granos.
Determinación del grado de estirado. Como los granos
de los metales conformados en frío aparecen alargados
en una determinada dirección, es interesante a veces,
para conocer la intensidad de la deformación, determinar
el grado de estirado, definido por la relación L/T, donde L
65
es la longitud media del grano en la dirección de máxima
deformación y T en la dirección transversal. Para hallar
estas longitudes se procede de igual forma que para
determinar el diámetro medio del grano.
Estudio microestructural general. Mediante éste, se
trata de determinar las fases existentes, precipitados,
distribuciones, etc. con el fin de averiguar si el material
corresponde con los tratamientos térmicos, mecánicos,
etc que haya podido recibir. Es una potente herramienta
que requiere un elevado grado de conocimiento por parte
de quien la realice.
4.5.2. ENSAYOS TECNOLÓGICOS
Los ensayos tecnológicos se emplean cuanto interesa
comprobar el valor práctico de un material para una
determinada aplicación y cuando, con los ensayos
científicos descritos en el tema anterior, estas
comparaciones no se pueden realizar o representan
cargas económicas demasiado elevadas.
4.5.2.1. ENSAYO DE FLEXIÓN Y DE PLEGADO
Con el ensayo de flexión se trata de comprobar la
flexibilidad del material a temperatura ambiente. La
prueba hay que realizarla en el mismo estado en el que el
material va a llegar más tarde a su fase de transformación
(por ejemplo, después del tratamiento térmico). En el
ensayo, la deformación puede hacerse por golpes
(dinámicamente) o aumentando la carga lenta y
uniformemente (estáticamente). En ambos casos el
doblado se hace sobre un mandril (figura 4.5.1). Como
probetas se emplean barras planas de 30 a 50 milímetros
de ancho, cuyas aristas deben estar redondeadas.
También pueden ensayarse perfiles redondos u otros
perfiles macizos. Generalmente, la especificación del
material o producto indica el ángulo de doblado hasta el
que se deben llegar (habitualmente 90 ó 180º). El
requisito para la superación del ensayo suele ser que no
aparezcan fisuras en la zona sometida a tracción.
4.5.2.2. ENSAYO DE RECALCADO
Este ensayo se emplea para valorar materiales a los que
hay que golpear o presionar en frío, y que se utilizan para
la fabricación de tornillos y remaches. La probeta
habitualmente es un cilindro ante una altura igual al doble
de su diámetro. También se usan probetas cilíndricas con
el diámetro igual a la altura. La probeta es golpeada o
comprimida hasta que se reduzca su altura en 1/3, o bien
no se establece ninguna reducción determinada de altura
y se la va deformando hasta que aparezcan las primeras
fisuras.
El recalcado constituye una medida del comportamiento
del material bajo esfuerzos de compresión o choque,
según sea la naturaleza del ensayo aplicado. Con
esfuerzo de choque, la deformación debería tener lugar
por medio de un gran número de golpes de pequeña
magnitud.
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4.5.2.3. ENSAYOS DE EMBUTICIÓN.
Se emplea este método para conocer la actitud de una
chapa para ser sometida a embutición profunda. El
método normalizado más conocido se conoce como
ensayo de Erichsen (figura 4.5.2), y consiste en estampar
una bola o un punzón con un extremo esférico sobre una
chapa sujeta por todos sus lados. La magnitud de la
embutición producida en la chapa, hasta que la chapa
empiece a desgarrarse, es una medida de la aptitud para
la embutición profunda.
Como material de ensayo se emplean chapas y flejes de
hasta dos milímetros de grueso. La probeta ha de
sujetarse de manera que la bola ataque en un punto
situado por lo menos a 35 milímetros del borde de la
chapa. Para conseguir resultados satisfactorios y
uniformes, es conveniente emplear probetas cuadradas, o
circulares, de dimensiones apropiadas.
La aptitud de una chapa para ser sometida a procesos de
embutición no se mide únicamente por la embutición
medida en el ensayo Erichsen; el aspecto de la probetas
tirada es también un trato que sirve para juzgar la
idoneidad de la chapa ensayada para los fines citados. De
suma importancia es la variación de largo sida superficial
de la chapa por efecto de la deformación y la orientación
de las fisuras al llegar a la rotura. En estos aspectos es de
gran importancia el tamaño de grano del material.
4.5.2.4. ENSAYO DE ABOCARDADO
En este ensayo se introduce mediante golpes o a presión
un cono en el tubo a ensayar, después de lo cual no
deben aparecer fisuras en las paredes del tubo. Con esta
prueba se puede investigar principalmente la presencia de
grietas de estirado y vetas de escoria, pues la aparición
de tensiones de tracción en la periferia del tubo da lugar a
que éste se desgarre por estos puntos. El cono tiene la
forma representada en la figura 4.5.3. El comienzo y el
final del cono están provistos de sendas prolongaciones
cilíndricas. El diámetro del cono o del extremo cilíndrico
está relacionado con el diámetro del tubo. La longitud del
cono, y por consiguiente la magnitud del ensanchamiento,
viene determinada por la relación de abocardado
adecuada para el tubo a examinar y, en consecuencia, se
rige por el grado de esfuerzo exigido.
La relación de ensanchamiento porcentual
ensanchamiento (D) se calcula como sigue:
o
del
D = ((d1-do)/do).100 (%)
4.5.2.5. ENSAYO DE APLASTAMIENTO DE TUBOS
La prueba se realiza comprimiendo un trozo de tubo de
unos 50 milímetros de largo entre dos placas paralelas, de
tal modo que la sección circular se convierta en otra de
lados paralelos (figura 4.5.4).
66
contacto una con otra, al hacer el ensayo se introduce
dentro del tubo una pieza de sección rectangular de
medidas adecuadas.
El espesor de paredes y el material de que se componen
los tubos es el factor determinante de la magnitud de la
compresión. En esta prueba, se determina si el trozo de
tubo puede ser comprimido hasta la medida prescrita sin
que aparezcan fisuras, o bien hasta qué punto se le
puede comprimir para que se produzcan las primeras
fisuras.
4.5.2.6. ENSAYO DE PRUEBA HIDROSTÁTICA DE
TUBOS
Se trata de un ensayo con presión interna que se realiza
en tubos y otros cuerpos huecos, a los que se somete a
una presión interior, principalmente mediante un líquido
(agua) a presión, que ejerce una presión regular por todos
los lados. Este ensayo tiene una gran importancia como
prueba de recepción.
Las presiones utilizadas para éste ensayo son siempre
superiores a la presión nominal. Frecuentemente, se
utiliza una presión 1,5 veces superior a la presión de
servicio o a la presión de diseño correspondiente al tubo o
equipo ensayado. Al ejecutor de ensayo hay que ir
aumentando la presión hidráulica con uniformidad, y tiene
que conservase por lo menos durante un minuto en su
punto más alto. Hay que prestar la debida atención para
que, dentro de la pieza ensayar, no tienen bolsas de aire,
sino que éste sea expulsado de todas partes por el
líquido. En este ensayo, se requiere para considerarlo
superado, que no se produzcan fugas del fluido empleado
para el ensayo, ni deformaciones plásticas apreciables en
la pieza ensayada.
4.5.2.7. ENSAYO DE FLEXIÓN ALTERNATIVA DE
ALAMBRES.
Este ensayo sirve para determinar el comportamiento de
alambres bajo esfuerzos plásticos de flexión. Para llevar a
cabo el ensayo, se sujetan los alambres entre dos
mordazas (figura 4.5.5) y se doblan sobre puntos de los
denominados cilindros pobladores templados. Con el fin
de obtener una flexión uniforme se pasa al extremo libre
del alambre por el agujero de una palanca de doblado o
llevador. La flexión se hace con esta palanca, que gira
alrededor de un eje situado ligeramente por encima de los
cilindros. Se van haciendo doblados alternativamente
hacia uno y otro lado hasta la horizontal. Se mide el
número de flexiones hasta la rotura y el resultado se
redondea a números enteros. La flexión se hará en lo
posible sin golpes, y su duración tiene que ser
aproximadamente de un segundo. En este ensayo es de
gran importancia el diámetro de los cilindros de flexión,
que varía con el diámetro del alambre. A mayor diámetro
de alambre corresponde mayor diámetro de los cilindros
dobladores.
4.5.2.8. ENSAYOS DE TORNILLOS
Con el fin de que por la compresión no se aplasten las
paredes del tubo completamente, llegando a estar en
En los tornillos interesa principalmente conocer el
comportamiento de los mismos sometidos a esfuerzos de
tracción en la zona de la transición de la cabeza al
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vástago. En este caso, existe peligro de rotura tanto en la
parte de la cabeza como los hilos de rosca, y en la zona
de transición de la rosca al vástago cilíndrico. Para
comprobar la calidad de los tornillos se hacen algunos
ensayos tecnológicos:
4.5.2.8.1. Ensayo de impacto en la cabeza
En el esquema representado la figura 4.5.6 se muestra
disposición para el ensayo de impacto en la cabeza de
tornillos. La cabeza apoyada sólo por un lado es golpeada
varias veces con un martillo hasta doblarla en el ángulo .
Después de la prueba, los tornillos o de presentar ninguna
fisura. El ángulo exigido es función de las características
mecánicas del material.
4.5.2.8.2. Ensayo de plegado de la zona roscada
El ensayo de plegado de tornillos es un ensayo de flexión
en el que la parte roscada de un tornillo se coloca
apoyada sobre dos rodillos y se somete a una cadena es
un centro. El punzón que ejercerá presión es de forma
redondeada, y para protección de las roscas tiene una
cubierta compuesta por plomo o cobre. El plegado se
prolonga hasta que los dos lados queden uno sobre otro o
sean paralelos entre sí. Se observa entonces si se han
formado fisuras en el fondo de la entalla por el lado de
tracción. La probeta se desecha cuando parece fisuras
abiertas. Se admiten sin embargo fisuras finas no
abiertas.
4.5.2.8.3. Ensayo de tracción en el cuello
En un tornillo se dispone una tuerca de acuerdo a la figura
4.5.7, que a través de una grande labor de un anillo ejerce
una compresión sobre la cabeza del tornillo y por tanto,
una fuerza de tracción sobre la parte roscada entre la
cabeza y la tuerca. Hasta el momento de la rotura, los
tornillos tienen que mostrar un claro alargamiento y
estricción en la zona traccionada.
4.5.2.8.4. Ensayo de mandrilado de tuercas
En este ensayo se comprueba la capacidad de
ensanchamiento de las tuercas, la cual debe ser por lo
menos del 5% del diámetro del orificio. La dimensión de
éste viene dada por diámetro exterior de la rosca. El
ensanchamiento se hace con mandril cónico de una
pendiente de 1:100. El mandril se engrasa y con una
presión que se va aumentando gradualmente, se
introduce en el agujero de la tuerca.
67