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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 usan comúnmente para describir esta tecnología. [2] Debido a que END no altera permanentemente el artículo que se inspecciona, es una técnica muy valiosa que puede ahorrar dinero y tiempo en la evaluación, resolución de problemas e investigación del producto. Los seis métodos de END más utilizados son las pruebas de corrientes parásitas , de partículas magnéticas , de líquidos penetrantes , radiográficas , ultrasónicas y visuales . [3] Las END 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 , incluidas la ecocardiografía , la ultrasonografía médica y la radiografía digital .

Las técnicas o metodologías de ensayos no destructivos (END/pruebas NDT) permiten al investigador llevar a cabo exámenes sin invadir la integridad del espécimen de ingeniería bajo observación, al mismo tiempo que brindan una vista elaborada 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/prueba de END.

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 determinar su integridad, composición o condición sin alteración del artículo sometido a examen. La inspección visual (VT), el método de END más comúnmente aplicado, suele mejorarse mediante el uso de lentes de aumento, boroscopios, cámaras u otros dispositivos ópticos para visualización directa o remota. La estructura interna de una muestra se puede examinar mediante 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 volumétrico de END: 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 (ya sea suspendidas en líquido o en 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 magnéticos de fuga que se encuentran sobre o dentro del objeto de prueba y forman 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 defectos u otras condiciones de la superficie. Este método ( prueba de líquidos penetrantes ) (PT) implica el uso de tintes fluorescentes o coloreados (típicamente rojos), suspendidos en fluidos y se utiliza para materiales no magnéticos, generalmente metales.

El análisis y la documentación de un modo de falla no destructivo también se pueden lograr usando una cámara de alta velocidad que graba continuamente (película en bucle) hasta que se detecta 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 del fallo, la cámara de alta velocidad dejará de grabar. Las imágenes capturadas se pueden reproducir en cámara lenta y muestran con precisión lo que sucedió antes, durante y después del evento no destructivo, imagen por imagen.

Aplicaciones

Los END se utilizan en una variedad de entornos que cubren una amplia gama de actividades industriales, y se desarrollan continuamente nuevos métodos y aplicaciones de END. Los métodos de prueba no destructivos se aplican rutinariamente en industrias donde una falla de un componente causaría un peligro significativo o una pérdida económica, como en el transporte, recipientes a presión, estructuras de construcción, tuberías y equipos de elevación.

Verificación de soldadura

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

En la fabricación, las soldaduras se utilizan habitualmente para unir dos o más piezas metálicas. Debido a que estas conexiones pueden sufrir 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 un ritmo específico y debe soldarse con materiales compatibles o la unión puede no ser lo suficientemente fuerte para mantener las piezas juntas, o se pueden formar grietas en la superficie. soldadura provocando que falle. Los defectos típicos de la soldadura (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 usando rayos X o rayos gamma , pruebas ultrasónicas , pruebas de líquidos penetrantes , inspección de partículas magnéticas o mediante corrientes parásitas . En una soldadura adecuada, estas pruebas indicarían una falta de grietas en la radiografía, mostrarían un paso claro del sonido a través de la soldadura y hacia atrás, o indicarían una superficie clara sin penetrante capturado en las grietas.

Las técnicas de soldadura también se pueden monitorear activamente con técnicas de emisión acústica antes de la producción para diseñar el mejor conjunto de parámetros a utilizar para unir adecuadamente dos materiales. [5] En el caso de soldaduras de alto estrés 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 estén cumpliendo 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

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

En END, la estructura sufre 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 resultado 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 (lo que puede alertar a los ingenieros sobre inestabilidades imprevistas o rendimiento fuera de las tolerancias), componentes defectuosos o un sistema de control inadecuado .

En END se utilizan a menudo estándares de referencia, que son estructuras que intencionalmente presentan fallas para poder compararlas con componentes destinados a su uso en el campo. Los estándares de referencia pueden ser con muchas técnicas de END, como UT, [7] RT [8] y VT.

Relación con los 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 tecnológicas o mejoras en estos métodos de END han migrado 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 académicos e industriales.

(Fuente básica de lo anterior: Hellier, 2001) Tenga en cuenta la cantidad de avances realizados durante la era de la Segunda Guerra Mundial, una época en la que el control de calidad industrial estaba ganando importancia.

Norma ISO 9712

Esta norma ISO 9712 establece los principios para la calificación y certificación del personal que realiza pruebas industriales no destructivas (NDT). [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 estándares internacionales, regionales o nacionales o el nuevo método de END. o técnica ha demostrado ser eficaz a satisfacción del organismo de certificación.

La certificación cubre la competencia en uno o más de los siguientes métodos: a) pruebas de emisiones acústicas; b) pruebas de corrientes parásitas; c) pruebas termográficas infrarrojas; d) prueba de estanqueidad (excluidas las pruebas de presión hidráulica); e) pruebas magnéticas; f) pruebas de penetración; g) pruebas radiográficas; h) pruebas de 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.

Un ejemplo de una técnica de replicación 3D. Las réplicas flexibles de alta resolución permiten examinar y medir superficies en condiciones de laboratorio. Se puede tomar una réplica de todos los materiales sólidos.

Las END se dividen en varios métodos de pruebas no destructivas, cada uno de los cuales se basa en un principio científico particular. Estos métodos pueden subdividirse en varias técnicas . Los diversos métodos y técnicas, debido a su naturaleza particular, pueden prestarse especialmente bien a determinadas aplicaciones y tener poco o ningún valor en otras aplicaciones. Por lo tanto, elegir el método y la técnica adecuados es una parte importante de la realización de END.

Formación, cualificación y certificación del personal.

La aplicación exitosa y consistente de técnicas de pruebas no destructivas depende en gran medida de la capacitación, experiencia e integridad del personal. El personal involucrado en la aplicación de métodos industriales de END y en 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 tecnológico de pruebas no destructivas en rápido avance deberían considerar unirse a NDTMA, una organización miembro de gerentes y ejecutivos de END que trabajan para proporcionar un foro para el intercambio abierto de información administrativa, técnica y regulatoria crítica para la gestión exitosa del personal y las actividades de END. Su conferencia anual en el Golden Nugget de Las Vegas es popular por su programación informativa y relevante y su espacio de exhibición.

Esquemas de certificación

Hay 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 implementa la empresa, y describe los requisitos de capacitación, experiencia y examen para cada nivel de certificación. En los sectores industriales las prácticas escritas suelen basarse en la práctica recomendada SNT-TC-1A de la Sociedad Americana de Ensayos No Destructivos . [22] El estándar ANSI CP-189 describe los requisitos para cualquier práctica escrita que se ajuste al estándar. [23] Para aplicaciones de aviación, espacio y defensa (ASD), NAS 410 establece requisitos adicionales para el personal de END y es publicado por AIA (Aerospace Industries Association), que está formada por fabricantes de aviones y plantas de energía aeroespaciales de EE. UU. Este es el documento base para EN 4179 [24] y otras normas aeroespaciales reconocidas por el NIST (EE. UU.) para la calificación y certificación (basada en el empleador) del personal de pruebas no destructivas. NAS 410 también establece los requisitos para las "Juntas Nacionales de END", que permiten y prohíben los esquemas de certificación personal. 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. Los estándares industriales para esquemas de certificación central incluyen ISO 9712, [26] y ANSI/ASNT CP-106 [27] (utilizado para el esquema ASNT ACCP [28] ). La certificación según estos estándares 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] era otro esquema de certificación central, muy similar a ISO 9712, que fue retirado cuando el CEN lo reemplazó por EN ISO 9712 en 2012.

En los Estados Unidos, los esquemas basados ​​en el empleador son la norma, aunque también existen esquemas de certificación central. El más notable es el ASNT Nivel III (establecido en 1976-1977), organizado por la Sociedad Estadounidense de Ensayos No Destructivos para personal de END de Nivel 3. [30] NAVSEA 250-1500 es otro esquema de certificación central de EE. UU., 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 acreditadas por una autoridad de acreditación nacional como UKAS). La Directiva sobre equipos a presión (97/23/CE) en realidad exige la certificación del personal central para las pruebas iniciales de calderas de vapor y algunas categorías de recipientes y tuberías a presión . [32] Las normas europeas armonizadas con esta directiva especifican la certificación del personal según EN 473. Las certificaciones emitidas por una sociedad nacional de END que es miembro de la Federación Europea de END (EFNDT) son mutuamente aceptables por las otras sociedades miembros [33] bajo un acuerdo multilateral. acuerdo de reconocimiento.

Canadá también implementa un esquema de certificación central ISO 9712, administrado por Natural Resources Canada , 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 el 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 de 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 en verdaderas o falsas . Las indicaciones falsas son aquellas causadas por factores no relacionados con los principios del método de prueba o por una implementación inadecuada del método, como daños en la película en radiografía, interferencias eléctricas en pruebas ultrasónicas, etc. Las indicaciones verdaderas se clasifican además en relevantes y no relevantes . Las indicaciones relevantes son aquellas causadas por defectos. Las indicaciones no relevantes son aquellas causadas por características conocidas del objeto probado, como espacios, roscas, endurecimiento, etc.
Interpretación
Determinar si una indicación es del tipo a investigar. Por ejemplo, en las pruebas electromagnéticas, las indicaciones de pérdida de metal se consideran fallas porque normalmente deben investigarse, pero las indicaciones debidas a variaciones en las propiedades del material pueden ser inofensivas y no relevantes.
Defecto
Un tipo de discontinuidad que hay que investigar para ver si es rechazable. Por ejemplo, porosidad en una soldadura o pérdida de metal.
Evaluación
Determinar si un defecto es rechazable. Por ejemplo, ¿la porosidad en una soldadura es mayor de lo aceptable según el código ?
Defecto
Un 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 fallas de fusión en soldaduras de tuberías mediante pruebas ultrasónicas manuales?" El POD generalmente aumentará con el tamaño del defecto. Un error común en las pruebas POD es asumir que el porcentaje de fallas detectadas es el POD, mientras que el porcentaje de fallas detectadas es simplemente el primer paso del análisis. Dado que el número de defectos probados es necesariamente un número limitado (no infinito), se deben utilizar métodos estadísticos para determinar el 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 fallas, mientras que una verdadera unidad de muestreo es un elemento que puede contener o no una falla. [40] [41] Las pautas para la aplicación correcta de métodos estadísticos a las pruebas POD se pueden encontrar en la Práctica estándar ASTM E2862 para el análisis de probabilidad de detección de datos de acierto y error y la Evaluación de confiabilidad del sistema de evaluación no destructiva MIL-HDBK-1823A, del Departamento de EE. UU. Manual de Defensa.

Ver también

Referencias

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  2. ^ Charles Hellier (2003). Manual de evaluación no destructiva . McGraw-Hill. pag. 1.1. ISBN 978-0-07-028121-9.
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Bibliografía

enlaces externos