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Pruebas no destructivas

Bóveda de rayos X
Bóveda de rayos X utilizada en radiografía

Las pruebas no destructivas ( END ) son cualquiera de un amplio grupo de técnicas de análisis utilizadas en la industria de la ciencia y la tecnología para evaluar las propiedades de un material, componente o sistema sin causar daños. [1] Los términos examen no destructivo ( NDE ), inspección no destructiva ( NDI ) y evaluación no destructiva ( NDE ) también se utilizan comúnmente para describir esta tecnología. [2] Debido a que las NDT no alteran permanentemente el artículo que se inspecciona, es una técnica muy valiosa que puede ahorrar dinero y tiempo en la evaluación del producto, la resolución de problemas y la investigación. Los seis métodos de NDT más utilizados son las pruebas de corrientes de Foucault , partículas magnéticas , líquidos penetrantes , radiográficas , ultrasónicas y visuales . [3] Las NDT se utilizan comúnmente en ingeniería forense , ingeniería mecánica , ingeniería petrolera , ingeniería eléctrica , ingeniería civil , ingeniería de sistemas , ingeniería aeronáutica , medicina y arte . [1] Las innovaciones en el campo de las pruebas no destructivas han tenido un profundo impacto en las imágenes médicas , incluida la ecocardiografía , la ultrasonografía médica y la radiografía digital .

Las técnicas o metodologías de ensayos no destructivos (END/ensayos NDT) permiten al investigador realizar exámenes sin invadir la integridad de la muestra de ingeniería bajo observación, al tiempo que proporcionan una vista detallada de la superficie y las discontinuidades y obstrucciones estructurales. El personal que lleva a cabo estas metodologías requiere capacitación especializada en END, ya que implican el manejo de equipos delicados y la interpretación subjetiva de los resultados de la inspección/ensayos NDT.

Los métodos de END se basan en el uso de radiación electromagnética , sonido y otras conversiones de señales para examinar una amplia variedad de artículos (metálicos y no metálicos, productos alimenticios, artefactos y antigüedades, infraestructura) para verificar su integridad, composición o condición sin alterar el artículo que se examina. La inspección visual (VT), el método de END aplicado con mayor frecuencia, se mejora con bastante frecuencia mediante el uso de aumento, boroscopios, cámaras u otros dispositivos ópticos para visualización directa o remota. La estructura interna de una muestra se puede examinar para una inspección volumétrica con radiación penetrante (RT), como rayos X , neutrones o radiación gamma. Las ondas sonoras se utilizan en el caso de las pruebas ultrasónicas (UT), otro método de END volumétrico: la señal mecánica (sonido) se refleja en las condiciones del artículo de prueba y se evalúa en cuanto a amplitud y distancia desde la unidad de búsqueda (transductor). Otro método de END comúnmente utilizado en materiales ferrosos implica la aplicación de partículas finas de hierro (suspendidas en líquido o polvo seco, fluorescentes o coloreadas) que se aplican a una pieza mientras está magnetizada, ya sea de forma continua o residual. Las partículas serán atraídas por campos de fuga de magnetismo sobre o en el objeto de prueba y formarán indicaciones (acumulación de partículas) en la superficie del objeto, que se evalúan visualmente. El contraste y la probabilidad de detección para un examen visual a simple vista a menudo se mejoran mediante el uso de líquidos para penetrar la superficie del artículo de prueba, lo que permite la visualización de fallas u otras condiciones de la superficie. Este método ( prueba de penetración de líquidos ) (PT) implica el uso de tintes, fluorescentes o coloreados (normalmente rojos), suspendidos en fluidos y se utiliza para materiales no magnéticos, normalmente metales.

El análisis y la documentación de un modo de falla no destructiva también se pueden realizar utilizando una cámara de alta velocidad que grabe de forma continua (en bucle) hasta que se detecte la falla. La detección de la falla se puede lograr utilizando un detector de sonido o un medidor de tensión que produce una señal para activar la cámara de alta velocidad. Estas cámaras de alta velocidad tienen modos de grabación avanzados para capturar algunas fallas no destructivas. [4] Después de la falla, la cámara de alta velocidad dejará de grabar. Las imágenes capturadas se pueden reproducir en cámara lenta mostrando con precisión lo que sucedió antes, durante y después del evento no destructivo, imagen por imagen.

Aplicaciones

Los ensayos no destructivos se utilizan en una variedad de entornos que abarcan una amplia gama de actividades industriales, y se desarrollan continuamente nuevos métodos y aplicaciones de ensayos no destructivos. Los métodos de ensayos no destructivos se aplican de forma rutinaria en industrias en las que una falla de un componente causaría un riesgo significativo o una pérdida económica, como en el transporte, los recipientes a presión, las estructuras de construcción, las tuberías y los equipos de elevación.

Verificación de soldadura

  1. Sección de material con una grieta superficial que no es visible a simple vista.
  2. Se aplica penetrante a la superficie.
  3. Se elimina el exceso de penetrante.
  4. Se aplica el revelador, haciendo visible la grieta.

En la fabricación, las soldaduras se utilizan comúnmente para unir dos o más piezas de metal. Debido a que estas conexiones pueden encontrarse con cargas y fatiga durante la vida útil del producto , existe la posibilidad de que fallen si no se crean según las especificaciones adecuadas . Por ejemplo, el metal base debe alcanzar una cierta temperatura durante el proceso de soldadura, debe enfriarse a una velocidad específica y debe soldarse con materiales compatibles o la unión puede no ser lo suficientemente fuerte para mantener las piezas juntas, o pueden formarse grietas en la soldadura que provoquen su falla. Los defectos de soldadura típicos (falta de fusión de la soldadura con el metal base, grietas o porosidad dentro de la soldadura y variaciones en la densidad de la soldadura) podrían provocar la rotura de una estructura o de una tubería.

Las soldaduras se pueden probar utilizando técnicas de END, como radiografía industrial o tomografía computarizada industrial con rayos X o rayos gamma , pruebas ultrasónicas , pruebas con líquidos penetrantes , inspección por partículas magnéticas o mediante corrientes de Foucault . En una soldadura adecuada, estas pruebas indicarían la ausencia de grietas en la radiografía, mostrarían un paso claro de sonido a través de la soldadura y de regreso, o indicarían una superficie limpia sin líquido penetrante capturado en las grietas.

Las técnicas de soldadura también pueden ser monitoreadas activamente con técnicas de emisión acústica antes de la producción para diseñar el mejor conjunto de parámetros a utilizar para unir correctamente dos materiales. [5] En el caso de soldaduras de alta tensión o críticas para la seguridad, se empleará el monitoreo de la soldadura para confirmar que los parámetros de soldadura especificados (corriente del arco, voltaje del arco, velocidad de desplazamiento, entrada de calor, etc.) se cumplan con los establecidos en el procedimiento de soldadura. Esto verifica que la soldadura sea correcta según el procedimiento antes de la evaluación no destructiva y las pruebas metalúrgicas.

Mecánica estructural

Las estructuras pueden ser sistemas complejos que se someten a diferentes cargas durante su vida útil, por ejemplo, las baterías de iones de litio . [6] Algunas estructuras complejas, como la maquinaria turbo en un cohete de combustible líquido , también pueden costar millones de dólares. Los ingenieros comúnmente modelarán estas estructuras como sistemas acoplados de segundo orden, aproximando los componentes de la estructura dinámica con resortes , masas y amortiguadores . Los conjuntos resultantes de ecuaciones diferenciales se utilizan luego para derivar una función de transferencia que modela el comportamiento del sistema.

En los ensayos no destructivos, la estructura se somete a una entrada dinámica, como el golpe de un martillo o un impulso controlado. Las propiedades clave, como el desplazamiento o la aceleración en diferentes puntos de la estructura, se miden como la salida correspondiente. Esta salida se registra y se compara con la salida correspondiente dada por la función de transferencia y la entrada conocida. Las diferencias pueden indicar un modelo inadecuado (que puede alertar a los ingenieros sobre inestabilidades imprevistas o rendimiento fuera de las tolerancias), componentes defectuosos o un sistema de control inadecuado .

Los patrones de referencia, que son estructuras que se han modificado intencionalmente para poder compararlas con componentes destinados a utilizarse en el campo, se utilizan a menudo en los ensayos no destructivos. Los patrones de referencia pueden aplicarse a muchas técnicas de ensayos no destructivos, como UT [7] , RT [8] y VT.

Relación con procedimientos médicos

Radiografía de tórax que indica un carcinoma bronquial periférico .

Varios métodos de END están relacionados con procedimientos clínicos, como la radiografía, las pruebas ultrasónicas y las pruebas visuales. Las mejoras o actualizaciones tecnológicas en estos métodos de END se han trasladado a partir de los avances en equipos médicos, incluida la radiografía digital (DR), las pruebas ultrasónicas de matriz en fase (PAUT) y la endoscopia (boroscopio o inspección visual asistida).

Eventos destacados en END académico e industrial

(Fuente básica de lo anterior: Hellier, 2001) Nótese la cantidad de avances logrados durante la Segunda Guerra Mundial, una época en la que el control de calidad industrial estaba adquiriendo importancia.

ISO 9712

Esta norma ISO 9712 establece los requisitos para la cualificación y certificación del personal que realiza ensayos no destructivos (END) industriales. [15]

El sistema especificado en esta Norma Internacional también puede aplicarse a otros métodos de END o a nuevas técnicas dentro de un método de END establecido, siempre que exista un esquema integral de certificación y el método o técnica esté cubierto por normas internacionales, regionales o nacionales o se haya demostrado que el nuevo método o técnica de END es eficaz a satisfacción del organismo de certificación.

La certificación cubre la competencia en uno o más de los siguientes métodos: a) pruebas de emisión acústica; b) pruebas de corrientes de Foucault; c) pruebas termográficas infrarrojas; d) pruebas de fugas (excluidas las pruebas de presión hidráulica); e) pruebas magnéticas; f) pruebas penetrantes; g) pruebas radiográficas; h) pruebas con galgas extensométricas; i) pruebas ultrasónicas; j) pruebas visuales (se excluyen las pruebas visuales directas sin ayuda y las pruebas visuales realizadas durante la aplicación de otro método de END).

Métodos y técnicas

Ejemplo de una técnica de replicación 3D. Las réplicas flexibles de alta resolución permiten examinar y medir superficies en condiciones de laboratorio. Se puede realizar una réplica de cualquier material sólido.

Los ensayos no destructivos se dividen en varios métodos de ensayos no destructivos, cada uno de los cuales se basa en un principio científico particular. Estos métodos pueden subdividirse a su vez en varias técnicas . Los diversos métodos y técnicas, debido a su naturaleza particular, pueden prestarse especialmente bien a ciertas aplicaciones y ser de poco o ningún valor en otras aplicaciones. Por lo tanto, la elección del método y la técnica adecuados es una parte importante del desempeño de los ensayos no destructivos.

Formación, cualificación y certificación de personal

La aplicación exitosa y consistente de técnicas de ensayos no destructivos depende en gran medida de la capacitación, la experiencia y la integridad del personal. El personal involucrado en la aplicación de métodos industriales de END y la interpretación de los resultados debe estar certificado y, en algunos sectores industriales, la certificación se exige por ley o por los códigos y normas aplicados. [20]

Los profesionales y gerentes de END que buscan aumentar su crecimiento, conocimiento y experiencia para seguir siendo competitivos en el campo de la tecnología de ensayos no destructivos, que avanza rápidamente, deberían considerar unirse a NDTMA, una organización miembro de gerentes y ejecutivos de END que trabajan para brindar un foro para el intercambio abierto de información gerencial, técnica y regulatoria que es fundamental para la gestión exitosa del personal y las actividades de END. Su conferencia anual en el Golden Nugget en Las Vegas es popular por su programación informativa y relevante y su espacio de exhibición.

Esquemas de certificación

Existen dos enfoques en la certificación de personal: [21]

  1. Certificación basada en el empleador : bajo este concepto, el empleador compila su propia práctica escrita . La práctica escrita define las responsabilidades de cada nivel de certificación, según lo implementado por la empresa, y describe los requisitos de capacitación, experiencia y examen para cada nivel de certificación. En los sectores industriales, las prácticas escritas generalmente se basan en la práctica recomendada SNT-TC-1A de la Sociedad Estadounidense de Pruebas No Destructivas . [22] La norma ANSI CP-189 describe los requisitos para cualquier práctica escrita que se ajuste a la norma. [23] Para aplicaciones de aviación, espacio y defensa (ASD), NAS 410 establece requisitos adicionales para el personal de END y es publicada por AIA - Asociación de Industrias Aeroespaciales, que está formada por fabricantes de fuselajes y motores aeroespaciales de EE. UU. Este es el documento base para EN 4179 [24] y otras normas aeroespaciales reconocidas por NIST (EE. UU.) para la Calificación y Certificación (basadas en el empleador) del personal de Pruebas No Destructivas. La NAS 410 también establece los requisitos para las "Juntas Nacionales de NDT", que permiten y prohíben los esquemas de certificación personal. La NAS 410 permite la Certificación ASNT como parte de las calificaciones necesarias para la certificación ASD. [25]
  2. Certificación central personal : el concepto de certificación central es que un operador de END puede obtener la certificación de una autoridad de certificación central, que es reconocida por la mayoría de los empleadores, terceros y/o autoridades gubernamentales. Las normas industriales para los esquemas de certificación central incluyen ISO 9712, [26] y ANSI/ASNT CP-106 [27] (utilizada para el esquema ASNT ACCP [28] ). La certificación bajo estas normas implica capacitación, experiencia laboral bajo supervisión y la aprobación de un examen escrito y práctico establecido por la autoridad de certificación independiente. EN 473 [29] fue otro esquema de certificación central, muy similar a ISO 9712, que fue retirado cuando CEN lo reemplazó con EN ISO 9712 en 2012.

En los Estados Unidos, los esquemas basados ​​en el empleador son la norma, sin embargo, también existen esquemas de certificación central. El más notable es el ASNT Nivel III (establecido en 1976-1977), que está organizado por la Sociedad Estadounidense de Ensayos No Destructivos para el personal de NDT de Nivel 3. [30] NAVSEA 250-1500 es otro esquema de certificación central estadounidense, desarrollado específicamente para su uso en el programa nuclear naval. [31]

La certificación central se utiliza más ampliamente en la Unión Europea, donde las certificaciones son emitidas por organismos acreditados (organizaciones independientes que cumplen con la norma ISO 17024 y están acreditadas por una autoridad de acreditación nacional como UKAS). La Directiva de equipos a presión (97/23/EC) en realidad exige la certificación central del personal para las pruebas iniciales de calderas de vapor y algunas categorías de recipientes a presión y tuberías . [32] Las normas europeas armonizadas con esta directiva especifican la certificación del personal según la norma EN 473. Las certificaciones emitidas por una sociedad nacional de END que sea miembro de la Federación Europea de END (EFNDT) son mutuamente aceptables por las otras sociedades miembro [33] en virtud de un acuerdo de reconocimiento multilateral.

Canadá también implementa un sistema de certificación central ISO 9712, que es administrado por Recursos Naturales de Canadá , un departamento gubernamental. [34] [35] [36]

El sector aeroespacial en todo el mundo se apega a esquemas basados ​​en el empleador. [37] En Estados Unidos se basa principalmente en la AIA-NAS-410 de la Asociación de Industrias Aeroespaciales (AIA) [38] y en la Unión Europea en la norma equivalente y muy similar EN 4179. [24] Sin embargo, EN 4179:2009 incluye una opción para calificación y certificación central por parte de una junta nacional de END aeroespacial o NANDTB (párrafo 4.5.2).

Niveles de certificación

La mayoría de los esquemas de certificación de personal de END enumerados anteriormente especifican tres "niveles" de calificación y/o certificación, generalmente designados como Nivel 1 , Nivel 2 y Nivel 3 (aunque algunos códigos especifican números romanos, como el Nivel II ). Las funciones y responsabilidades del personal en cada nivel son generalmente las siguientes (existen ligeras diferencias o variaciones entre los diferentes códigos y estándares): [26] [24]

Terminología

La terminología estándar estadounidense para pruebas no destructivas se define en la norma ASTM E-1316. [39] Algunas definiciones pueden ser diferentes en la norma europea EN 1330.

Indicación
La respuesta o evidencia de un examen, como un destello en la pantalla de un instrumento. Las indicaciones se clasifican como verdaderas o falsas . Las indicaciones falsas son aquellas causadas por factores no relacionados con los principios del método de prueba o por la implementación incorrecta del método, como daño de la película en radiografía, interferencia eléctrica en pruebas ultrasónicas, etc. Las indicaciones verdaderas se clasifican además como relevantes y no relevantes . Las indicaciones relevantes son aquellas causadas por fallas. Las indicaciones no relevantes son aquellas causadas por características conocidas del objeto probado, como espacios, roscas, endurecimiento de la carcasa, etc.
Interpretación
Determinar si una indicación es de un tipo que se debe investigar. Por ejemplo, en las pruebas electromagnéticas, las indicaciones de pérdida de metal se consideran fallas porque, por lo general, se deben investigar, pero las indicaciones debidas a variaciones en las propiedades del material pueden ser inofensivas y no relevantes.
Defecto
Un tipo de discontinuidad que debe investigarse para ver si es rechazable. Por ejemplo, la porosidad en una soldadura o la pérdida de metal.
Evaluación
Cómo determinar si un defecto es rechazable. Por ejemplo, ¿la porosidad de una soldadura es mayor que la permitida por el código ?
Defecto
Defecto que es rechazable, es decir, que no cumple con los criterios de aceptación. Los defectos generalmente se eliminan o reparan. [39]

Fiabilidad y estadísticas

Las pruebas de probabilidad de detección (POD) son una forma estándar de evaluar una técnica de prueba no destructiva en un conjunto determinado de circunstancias, por ejemplo, "¿Cuál es la POD de falta de defectos de fusión en las soldaduras de tuberías utilizando pruebas ultrasónicas manuales?" La POD generalmente aumentará con el tamaño del defecto. Un error común en las pruebas POD es asumir que el porcentaje de defectos detectados es la POD, mientras que el porcentaje de defectos detectados es simplemente el primer paso en el análisis. Dado que el número de defectos probados es necesariamente un número limitado (no infinito), se deben utilizar métodos estadísticos para determinar la POD para todos los defectos posibles, más allá del número limitado probado. Otro error común en las pruebas POD es definir las unidades de muestreo estadístico (elementos de prueba) como defectos, mientras que una unidad de muestreo verdadera es un elemento que puede o no contener un defecto. [40] [41] Las pautas para la correcta aplicación de métodos estadísticos a pruebas POD se pueden encontrar en ASTM E2862 Práctica estándar para análisis de probabilidad de detección para datos de aciertos y errores y MIL-HDBK-1823A Evaluación de confiabilidad del sistema de evaluación no destructiva, del Manual del Departamento de Defensa de EE. UU.

Véase también

Referencias

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  14. ^ Patente estadounidense 3.289.000, titulada "Medios para controlar por separado la corriente y el voltaje del filamento en un tubo de rayos X", otorgada a McNulty el 29 de noviembre de 1966 y que muestra su fecha de solicitud de patente como 5 de marzo de 1963
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Bibliografía

Enlaces externos