Método no destructivo utilizado para detectar defectos en materiales ferrosos
Un técnico realiza una prueba de corrosión por presión en una tubería para comprobar si hay grietas por corrosión bajo tensión utilizando lo que se conoce como el método "negro sobre blanco". En esta imagen no aparecen indicios de grietas; las únicas marcas son las "huellas" del yugo magnético y las marcas de goteo.Primer plano de la superficie de una tubería (diferente) que muestra indicios de corrosión bajo tensión (dos grupos de pequeñas líneas negras) revelados por MPI. Las grietas que normalmente habrían sido invisibles son detectables debido a las partículas magnéticas que se agrupan en las aberturas de las grietas. La escala en la parte inferior está numerada en centímetros.
La inspección por partículas magnéticas ( MPI ) es un proceso de prueba no destructivo en el que se utiliza un campo magnético para detectar discontinuidades superficiales y subsuperficiales poco profundas en materiales ferromagnéticos . Algunos ejemplos de materiales ferromagnéticos son el hierro , el níquel , el cobalto y algunas de sus aleaciones . El proceso aplica un campo magnético a la pieza. La pieza se puede magnetizar mediante magnetización directa o indirecta. La magnetización directa se produce cuando la corriente eléctrica pasa a través del objeto de prueba y se forma un campo magnético en el material. La magnetización indirecta se produce cuando no pasa corriente eléctrica a través del objeto de prueba, pero se aplica un campo magnético desde una fuente externa. Las líneas de fuerza magnéticas son perpendiculares a la dirección de la corriente eléctrica, que puede ser corriente alterna (CA) o alguna forma de corriente continua (CC) (CA rectificada).
La presencia de una discontinuidad superficial o subsuperficial en el material permite que el flujo magnético se escape, ya que el aire no puede soportar tanto campo magnético por unidad de volumen como los metales.
Para identificar una fuga, se aplican partículas ferrosas, ya sea secas o en suspensión húmeda, a una pieza. Estas son atraídas hacia un área de fuga de fundente y forman lo que se conoce como una indicación, que se evalúa para determinar su naturaleza, causa y curso de acción, si corresponde.
Tipos de corrientes eléctricas utilizadas
Existen varios tipos de corrientes eléctricas que se utilizan en la inspección por partículas magnéticas. Para seleccionar la corriente adecuada, es necesario tener en cuenta la geometría de la pieza, el material, el tipo de discontinuidad que se busca y hasta dónde debe penetrar el campo magnético en la pieza.
La corriente alterna (CA) se utiliza habitualmente para detectar discontinuidades superficiales. El uso de CA para detectar discontinuidades subsuperficiales está limitado debido a lo que se conoce como el efecto pelicular , donde la corriente corre a lo largo de la superficie de la pieza. Debido a que la corriente alterna en polaridad a 50 a 60 ciclos por segundo, no penetra mucho más allá de la superficie del objeto de prueba. Esto significa que los dominios magnéticos solo se alinearán en la misma medida que la distancia de penetración de la corriente CA en la pieza. La frecuencia de la corriente alterna determina la profundidad de la penetración.
La corriente continua de onda completa (FWDC ) [ aclaración necesaria - discusión ] se utiliza para detectar discontinuidades subterráneas donde la corriente alterna no puede penetrar lo suficientemente profundo como para magnetizar la pieza a la profundidad necesaria. La cantidad de penetración magnética depende de la cantidad de corriente a través de la pieza. [1] La corriente continua también está limitada en piezas de sección transversal muy grande en términos de la eficacia con la que magnetizará la pieza.
La corriente continua de media onda (HWDC, corriente continua pulsante ) funciona de manera similar a la corriente continua de onda completa, pero permite la detección de indicios de rotura de la superficie y tiene una mayor penetración magnética en la pieza que la corriente continua de onda completa. La corriente continua de onda media (HWDC) es ventajosa para el proceso de inspección, ya que realmente ayuda a mover las partículas magnéticas durante el baño del objeto de prueba. La ayuda en la movilidad de las partículas se debe a la forma de onda de la corriente pulsante de media onda. En un pulso magnético típico de 0,5 segundos hay 15 pulsos de corriente que utilizan la corriente continua de onda media (HWDC). Esto le da a la partícula más oportunidades de entrar en contacto con áreas de fuga de flujo magnético.
Un electroimán de CA es el método preferido para encontrar indicios de rotura en la superficie. El uso de un electroimán para encontrar indicios subsuperficiales es difícil. Un electroimán de CA es un mejor medio para detectar un indicio superficial que un electroimán de corriente continua (HWDC), corriente continua (CC) o un imán permanente, mientras que alguna forma de corriente continua es mejor para los defectos subsuperficiales.
Equipo
Máquina automática horizontal de inspección mecánica por inmersión en húmedo con suministro de energía externo, transportador y sistema de desmagnetización. Se utiliza para inspeccionar los cigüeñales de los motores.
La máquina de inspección horizontal húmeda MPI es la máquina de inspección de producción en masa más utilizada. La máquina tiene un cabezal y un contrapunto donde se coloca la pieza para magnetizarla. Entre el cabezal y el contrapunto suele haber una bobina de inducción, que se utiliza para cambiar la orientación del campo magnético en 90° con respecto al cabezal. La mayoría de los equipos están diseñados para una aplicación específica.
Los paquetes de energía móviles son fuentes de alimentación magnetizadoras diseñadas a medida que se utilizan en aplicaciones de envoltura de cables.
El yugo magnético es un dispositivo portátil que induce un campo magnético entre dos polos. Las aplicaciones más comunes son el uso en exteriores, en ubicaciones remotas y en la inspección de soldaduras . El inconveniente de los yugos magnéticos es que solo inducen un campo magnético entre los polos, por lo que las inspecciones a gran escala con el dispositivo pueden llevar mucho tiempo. Para una inspección adecuada, el yugo debe girarse 90 grados en cada área de inspección para detectar discontinuidades horizontales y verticales. La detección del subsuelo con un yugo es limitada. Estos sistemas utilizan polvos magnéticos secos, polvos húmedos o aerosoles.
Desmagnetización de piezas
Una unidad desmagnetizadora de CA de arrastre
Una vez que la pieza ha sido magnetizada, es necesario desmagnetizarla. Para ello se necesita un equipo especial que funciona en sentido contrario al equipo de magnetización. La magnetización se realiza normalmente con un pulso de corriente alta que alcanza una corriente pico muy rápidamente y se apaga instantáneamente, dejando la pieza magnetizada. Para desmagnetizar una pieza, la corriente o el campo magnético necesario debe ser igual o mayor que la corriente o el campo magnético utilizado para magnetizar la pieza. A continuación, la corriente o el campo magnético se reducen lentamente hasta cero, dejando la pieza desmagnetizada. Un método popular para registrar el magnetismo residual es mediante el uso de un medidor de Gauss. [2]
Desmagnetización de CA
Bobinas desmagnetizadoras de CA de arrastre: en la figura de la derecha se ven dispositivos alimentados por CA que generan un campo magnético alto por donde se arrastra lentamente la pieza con la mano o en una cinta transportadora. El acto de arrastrar la pieza a través del campo magnético de la bobina y alejarla de él reduce la velocidad del campo magnético en la pieza. Tenga en cuenta que muchas bobinas desmagnetizadoras de CA tienen ciclos de potencia de varios segundos, por lo que la pieza debe pasar a través de la bobina y estar a varios pies (metros) de distancia antes de que finalice el ciclo de desmagnetización o la pieza tendrá magnetización residual.
Desmagnetización por decaimiento de CA: esta característica está incorporada en la mayoría de los equipos MPI monofásicos. Durante el proceso, la pieza se somete a una corriente de CA igual o mayor, después de lo cual la corriente se reduce durante un período de tiempo fijo (normalmente 18 segundos) hasta que se alcanza una corriente de salida cero. Como la CA alterna de una polaridad positiva a una negativa, esto dejará los dominios magnéticos de la pieza aleatorizados.
El desmagnetizador AC tiene limitaciones significativas en su capacidad para desmagnetizar una pieza dependiendo de la geometría y las aleaciones utilizadas.
Desmagnetización de CC de onda completa con inversión de sentido: este es un método de desmagnetización que debe incorporarse a la máquina durante la fabricación. Es similar a la desmagnetización de CA, excepto que la corriente de CC se detiene a intervalos de medio segundo, durante los cuales la corriente se reduce en una cantidad y su dirección se invierte. Luego, la corriente pasa nuevamente a través de la pieza. El proceso de detener, reducir e invertir la corriente dejará los dominios magnéticos aleatorizados. Este proceso continúa hasta que la corriente pase cero a través de la pieza. El ciclo normal de desmagnetización de CC con inversión de sentido en los equipos modernos debe ser de 18 segundos o más. Este método de desmagnetización se desarrolló para superar las limitaciones que presentaba el método de desmagnetización de CA, donde la geometría de la pieza y ciertas aleaciones impedían que el método de desmagnetización de CA funcionara.
Desmagnetización de CC de media onda (HWDC): este proceso es idéntico a la desmagnetización de CC de onda completa, excepto que la forma de onda es de media onda. Este método de desmagnetización es nuevo en la industria y solo está disponible a través de un único fabricante. Fue desarrollado para ser un método rentable para desmagnetizar sin necesidad de una fuente de alimentación con diseño de puente de CC de onda completa. Este método solo se encuentra en fuentes de alimentación de CA/HWDC monofásicas. La desmagnetización HWDC es tan efectiva como la CC de onda completa, sin el costo adicional ni la complejidad añadida. Por supuesto, se aplican otras limitaciones debido a las pérdidas inductivas cuando se utiliza la forma de onda HWDC en piezas de gran diámetro. Además, la efectividad de la HWDC está limitada a más de 410 mm (16 in) de diámetro utilizando una fuente de alimentación de 12 voltios.
Polvo de partículas magnéticas
Una partícula común utilizada para detectar grietas es el óxido de hierro , tanto para sistemas secos como húmedos.
El tamaño de las partículas del sistema húmedo varía desde menos de 0,5 micrómetros hasta 10 micrómetros para su uso con portadores de agua o aceite. Las partículas utilizadas en sistemas húmedos tienen pigmentos aplicados que emiten fluorescencia a 365 nm ( ultravioleta A) y requieren 1000 μW/cm2 ( 10 W/m2 ) en la superficie de la pieza para una inspección adecuada. Si las partículas no reciben la luz correcta en un cuarto oscuro, no se pueden detectar ni ver. Es una práctica industrial utilizar gafas protectoras UV para filtrar la luz UV y amplificar el espectro de luz visible (normalmente verde y amarillo) creado por las partículas fluorescentes. Se eligió la fluorescencia verde y amarilla porque el ojo humano reacciona mejor a estos colores.
Después de aplicar partículas magnéticas húmedas, un técnico de la marina de EE. UU. examina un perno en busca de grietas bajo luz ultravioleta.
Los polvos de partículas secas tienen un tamaño que va de 5 a 170 micrómetros y están diseñados para ser vistos en condiciones de luz blanca. Las partículas no están diseñadas para usarse en entornos húmedos. Los polvos secos se aplican normalmente con aplicadores de polvo de aire manuales.
Las partículas aplicadas en aerosol son similares a los sistemas húmedos y se venden en latas de aerosol premezcladas similares a la laca para el cabello.
Portadores de partículas magnéticas
Es una práctica habitual en la industria utilizar portadores a base de agua y aceite diseñados específicamente para partículas magnéticas. El queroseno desodorizado y los alcoholes minerales no se han utilizado habitualmente en la industria durante 40 años. [ ¿Cuándo? ] Es peligroso utilizar queroseno o alcoholes minerales como portadores debido al riesgo de incendio.
Inspección
Los siguientes son pasos generales para inspeccionar una máquina horizontal húmeda:
La pieza de trabajo se limpia de aceite y otros contaminantes.
Se realizan los cálculos necesarios para saber la cantidad de corriente necesaria para magnetizar la pieza de trabajo. Consulte la norma ASTM E1444/E1444M para obtener las fórmulas.
El pulso de magnetización se aplica durante 0,5 segundos, durante los cuales el operador lava la pieza de trabajo con la partícula, deteniéndose antes de que finalice el pulso magnético. Si no se detiene antes del final del pulso magnético, las indicaciones desaparecerán.
Se aplica luz ultravioleta mientras el operador busca indicios de defectos que estén de 0 a ±45 grados de la trayectoria en la que fluyó la corriente a través de la pieza de trabajo. Los indicios solo aparecen de 45 a 90 grados del campo magnético aplicado. La forma más fácil de determinar rápidamente la dirección en la que se está ejecutando el campo magnético es agarrar la pieza de trabajo con cualquiera de las manos entre los cabezales colocando el pulgar contra la pieza de trabajo (no envuelva el pulgar alrededor de la pieza de trabajo); esto se llama regla del pulgar izquierdo o derecho o regla de agarre de la mano derecha . La dirección en la que apunta el pulgar revela la dirección en la que fluye la corriente. El campo magnético correrá a 90 grados de la trayectoria de la corriente. En geometrías complejas, como un cigüeñal , el operador debe visualizar la dirección cambiante de la corriente y el campo magnético creado. La corriente comienza en 0 grados, luego 45 grados a 90 grados, nuevamente a 45 grados a 0, luego -45 a -90 a -45 a 0 y esto se repite para cada muñequilla . Por lo tanto, puede llevar mucho tiempo encontrar indicaciones que estén a sólo 45 a 90 grados del campo magnético.
La pieza de trabajo se acepta o se rechaza según criterios predefinidos.
La pieza de trabajo está desmagnetizada.
Según los requisitos, puede ser necesario cambiar la orientación del campo magnético 90 grados para inspeccionar si hay indicios que no se pueden detectar en los pasos 3 a 5. La forma más común de cambiar la orientación del campo magnético es utilizar una "bobina de disparo". En la figura 1 se puede ver una bobina de 36 pulgadas y luego se repiten los pasos 4, 5 y 6.
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ISO 10893-5, Ensayos no destructivos de tubos de acero. Inspección por partículas magnéticas de tubos de acero ferromagnético soldados y sin costura para la detección de imperfecciones superficiales
ISO 17638, Ensayos no destructivos de soldaduras - Ensayos con partículas magnéticas
ISO 23278, Ensayos no destructivos de soldaduras - Ensayos de soldaduras con partículas magnéticas - Niveles de aceptación
Práctica estándar ASTM E1444/E1444M para pruebas de partículas magnéticas
Método de prueba ASTM A 275/A 275M para el examen de piezas forjadas de acero mediante partículas magnéticas
Especificación ASTM A456 para la inspección por partículas magnéticas de piezas forjadas de cigüeñales de gran tamaño
ASTM E543 Especificación estándar de práctica para evaluar agencias que realizan pruebas no destructivas
Guía ASTM E 709 para el examen de pruebas de partículas magnéticas
Terminología ASTM E 1316 para exámenes no destructivos
ASTM E 2297 Guía estándar para el uso de fuentes y medidores de luz UV-A y visible utilizados en los métodos de líquidos penetrantes y partículas magnéticas
Partículas magnéticas AMS 3045, fluorescentes, método húmedo, vehículo de aceite, listas para usar
AMS 3046 Partículas magnéticas, fluorescentes, método húmedo, vehículo de aceite, envasado en aerosol5
Acero AMS 5062, barras, piezas forjadas, tubos, láminas, tiras y placas con bajo contenido de carbono 0,25 carbono, máximo
Fundición de precisión según norma AMS 5355
Proceso de inspección AMS I-83387, caucho magnético
AMS-STD-2175 Fundiciones, clasificación e inspección de AS 4792 Agentes de acondicionamiento de agua para inspección acuosa por partículas magnéticas AS 5282 Estándar de anillo de acero para herramientas para inspección por partículas magnéticas AS5371 Estándares de referencia Calzas con muescas para inspección por partículas magnéticas
^ The Graduate Engineer (2 de noviembre de 2021). "¿Qué es la inspección por partículas magnéticas (MPI)?". TheGraduateEngineer.com . The Graduate Engineer . Consultado el 16 de noviembre de 2021 .
Lectura adicional
Wikimedia Commons tiene medios relacionados con Inspección de partículas magnéticas .
"Pruebas de nivel 2 mediante líquidos penetrantes y partículas magnéticas" (PDF) (PDF). Organismo Internacional de Energía Atómica. 2000.
Enlaces externos
Vídeo sobre la inspección por partículas magnéticas, Universidad de Ciencias Aplicadas de Karlsruhe
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