El análisis de fallas metalúrgicas es el proceso para determinar el mecanismo que ha provocado que un componente metálico falle . Puede identificar la causa de la falla, proporcionando información sobre la causa raíz y las posibles soluciones para prevenir fallas similares en el futuro, así como la culpabilidad, lo cual es importante en los casos legales. [1] Resolver la fuente de las fallas metalúrgicas puede ser de interés financiero para las empresas. El costo anual de la corrosión (una causa común de fallas metalúrgicas) en los Estados Unidos fue estimado por NACE International en 2012 en $450 mil millones al año, un aumento del 67% en comparación con las estimaciones para 2001. [1] Estas fallas se pueden analizar para determinar su causa raíz, que si se corrige, ahorraría reducir el costo de las fallas para las empresas.
Los fallos pueden dividirse en general en fallos funcionales y fallos de rendimiento esperados. Los fallos funcionales se producen cuando un componente o proceso falla y todo su sistema original deja de funcionar por completo. Esta categoría incluye la idea común de que un componente se fractura rápidamente. Los fallos de rendimiento esperados se producen cuando un componente hace que el sistema funcione por debajo de un determinado criterio de rendimiento, como la esperanza de vida, los límites operativos o la forma y el color. Algunos criterios de rendimiento están documentados por el proveedor, como la carga máxima permitida en un tractor, mientras que otros están implícitos o son esperados por el cliente, como el consumo de gasolina ( millas por galón en el caso de los automóviles). [1]
A menudo, una combinación de condiciones ambientales y estrés provocará fallas. Los componentes metálicos están diseñados para soportar el entorno y las tensiones a las que estarán sometidos. El diseño de un componente metálico implica no solo una composición elemental específica, sino también un proceso de fabricación específico, como tratamientos térmicos, procesos de mecanizado, etc. Las enormes matrices de diferentes metales que resultan tienen propiedades físicas únicas. Se diseñan propiedades específicas en los componentes metálicos para hacerlos más resistentes a diversas condiciones ambientales. Estas diferencias en las propiedades físicas exhibirán modos de falla únicos. Un análisis de fallas metalúrgicas tiene en cuenta la mayor cantidad posible de esta información durante el análisis. El objetivo final del análisis de fallas es proporcionar una determinación de la causa raíz y una solución a cualquier problema subyacente para prevenir fallas futuras. [2]
El primer paso en el análisis de fallas es investigar la falla para recopilar información. La secuencia de pasos para la recopilación de información en una investigación de fallas es: [1] [3]
En el proceso de investigación del análisis de fallas metalúrgicas se utilizan diversas técnicas. [1] [3]
Pruebas no destructivas : las pruebas no destructivas son un método de prueba que permite examinar determinadas propiedades físicas del metal sin tener que dejar las muestras fuera de servicio. Las pruebas no destructivas se utilizan generalmente para detectar fallos en los componentes antes de que estos fallen de forma catastrófica.
Pruebas destructivas : las pruebas destructivas implican retirar un componente metálico del servicio y seccionarlo para su análisis. Las pruebas destructivas brindan al analista de fallas la capacidad de realizar el análisis en un entorno de laboratorio y realizar pruebas en el material que, en última instancia, destruirá el componente.
No existe una lista estandarizada de modos de falla metalúrgica y diferentes metalúrgicos pueden usar un nombre diferente para el mismo modo de falla. Los términos de modo de falla que se enumeran a continuación son los aceptados por ASTM , [4] ASM , [5] y/o NACE [6] como mecanismos de falla metalúrgica distintos.
Las posibles causas de los fallos metalúrgicos son muchas y abarcan todo el ciclo de vida del componente, desde el diseño hasta la fabricación y el uso. Las razones más comunes de los fallos se pueden clasificar en las siguientes categorías: [1]
Las fallas debidas a las condiciones de servicio o de operación incluyen el uso de un componente fuera de sus condiciones previstas, como una fuerza de impacto o una carga elevada. También pueden incluir fallas debidas a condiciones inesperadas en el uso, como un punto de contacto inesperado que provoque desgaste y abrasión o un nivel de humedad inesperado o la presencia de sustancias químicas que provoquen corrosión. Estos factores hacen que el componente falle antes de lo esperado.
Un mantenimiento inadecuado puede provocar que las posibles fuentes de fractura no se traten y provoquen una falla prematura de un componente en el futuro. El motivo de un mantenimiento inadecuado puede ser intencional, como omitir un mantenimiento anual para evitar el costo, o no intencional, como usar el aceite de motor incorrecto.
Las pruebas y/o inspecciones suelen incluirse en las líneas de fabricación de componentes para verificar que el producto cumple con un conjunto de estándares que garanticen el rendimiento deseado en el campo. Unas pruebas o inspecciones inadecuadas podrían eludir estos controles de calidad y permitir que una pieza con un defecto que normalmente descalificaría al componente para su uso en el campo se venda a un cliente, lo que podría provocar una falla.
Los errores de fabricación o de fabricación ocurren durante el procesamiento del material o del componente. En el caso de las piezas metálicas, son habituales los defectos de fundición , como el cierre en frío, las roturas por calor o las inclusiones de escoria. También pueden deberse a problemas de tratamiento de la superficie, a parámetros de procesamiento como el apisonado de un molde de arena o a una temperatura incorrecta durante el endurecimiento.
Los errores de diseño surgen cuando no se tuvo en cuenta adecuadamente el caso de uso deseado, lo que da lugar a un diseño ineficaz, como el estado de tensión en servicio o los posibles agentes corrosivos en el entorno de servicio. Los errores de diseño suelen incluir el dimensionamiento y la selección de materiales, pero también pueden afectar al diseño completo.
Los métodos computacionales han ido ganando popularidad como método para probar una posible raíz porque no necesitan sacrificar un componente para probar una causa raíz. Los casos comunes en los que se utilizan métodos computacionales son para fallas debido a erosión , [8] [9] fallas de componentes bajo estados de tensión complejos , [10] [11] y para análisis predictivos. [12] [13] [14] [15] La dinámica de fluidos computacional se utiliza para determinar el patrón de flujo y las tensiones de corte en un componente que ha fallado debido al desgaste erosivo. [8] [9] El análisis de elementos finitos se utiliza para modelar componentes bajo estados de tensión complejos. [10] [11] El análisis de elementos finitos, así como los modelos de campo de fase, se pueden utilizar para predecir la propagación de grietas y fallas, [12] [13] [14] [15] que luego se utilizan para prevenir fallas influyendo en el diseño del componente.
{{cite web}}: CS1 maint: copia archivada como título ( enlace )