Método no destructivo utilizado para detectar defectos en materiales ferrosos
Un técnico realiza MPI en una tubería para verificar 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.Un primer plano de la superficie de una tubería (diferente) que muestra indicios de agrietamiento por corrosión bajo tensión (dos grupos de pequeñas líneas negras) revelados por MPI. Las grietas que normalmente habrían sido invisibles se pueden detectar gracias a las partículas magnéticas que se acumulan 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 . Ejemplos de materiales ferromagnéticos incluyen hierro , níquel , cobalto y algunas de sus aleaciones . El proceso pone un campo magnético en la pieza. La pieza puede magnetizarse mediante magnetización directa o indirecta. La magnetización directa ocurre cuando la corriente eléctrica pasa a través del objeto de prueba y se forma un campo magnético en el material. La magnetización indirecta ocurre 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 a una pieza partículas ferrosas, ya sea secas o en suspensión húmeda. Estos son atraídos hacia un área de fuga de flujo 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 utilizadas en la inspección de partículas magnéticas. Para seleccionar una corriente adecuada, es necesario considerar la geometría de la pieza, el material, el tipo de discontinuidad que se busca y hasta qué punto debe penetrar el campo magnético en la pieza.
La corriente alterna (CA) se usa comúnmente para detectar discontinuidades en la superficie. El uso de CA para detectar discontinuidades del subsuelo es limitado debido a lo que se conoce como efecto piel , donde la corriente corre a lo largo de la superficie de la pieza. Debido a que la corriente alterna en polaridad entre 50 y 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 igual a la distancia de penetración de la corriente CA en la pieza. La frecuencia de la corriente alterna determina la profundidad de la penetración.
La CC de onda completa [ aclaración necesaria - discusión ] (FWDC) se utiliza para detectar discontinuidades del subsuelo donde la CA 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 que atraviesa la pieza. [1] La CC también está limitada en piezas de sección transversal muy grande en términos de la eficacia con la que magnetizará la pieza.
La CC de media onda (HWDC, CC pulsante ) funciona de manera similar a la CC de onda completa, pero permite la detección de indicaciones de rotura de la superficie y tiene más penetración magnética en la pieza que el FWDC. HWDC es ventajoso para el proceso de inspección ya que en realidad ayuda a mover las partículas magnéticas durante el baño del objeto de prueba. La ayuda en la movilidad de las partículas es causada por la forma de onda de corriente pulsante de media onda. En un pulso magnético típico de 0,5 segundos hay 15 pulsos de corriente usando 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 indicaciones de rotura de superficie. El uso de un electroimán para encontrar indicaciones bajo la superficie es difícil. Un electroimán de CA es un mejor medio para detectar una indicación de superficie que el HWDC, el CC o el imán permanente, mientras que alguna forma de CC es mejor para los defectos del subsuelo.
Equipo
Una máquina MPI horizontal húmeda automática con fuente de alimentación externa, transportador y sistema desmagnetizador. Se utiliza para inspeccionar el cigüeñal del motor.
Una máquina MPI horizontal húmeda es la máquina de inspección de producción en masa más utilizada. La máquina dispone de un cabezal y un contrapunto donde se coloca la pieza para magnetizarla. Entre la culata y la culata suele haber una bobina de inducción, que se utiliza para cambiar la orientación del campo magnético en 90° con respecto a la culata. La mayoría de los equipos están construidos para una aplicación específica.
Los paquetes de energía móviles son fuentes de energía magnetizantes hechas 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 comunes son para uso en exteriores, ubicaciones remotas e inspección de soldaduras . El inconveniente de los yugos magnéticos es que sólo inducen un campo magnético entre los polos, por lo que las inspecciones a gran escala utilizando el dispositivo pueden llevar mucho tiempo. Para una inspección adecuada, es necesario girar el yugo 90 grados en cada área de inspección para detectar discontinuidades horizontales y verticales. La detección del subsuelo mediante un yugo es limitada. Estos sistemas utilizaban polvos magnéticos secos, polvos húmedos o aerosoles.
Piezas desmagnetizadoras
Una unidad desmagnetizadora de CA de extracción
Una vez magnetizada la pieza, es necesario desmagnetizarla. Esto requiere un equipo especial que funcione en sentido opuesto al equipo de magnetización. La magnetización normalmente se realiza con un pulso de alta corriente que alcanza un pico de corriente muy rápidamente y se apaga instantáneamente dejando la pieza magnetizada. Para desmagnetizar una pieza, la corriente o el campo magnético necesario tiene que ser igual o mayor que la corriente o el campo magnético utilizado para magnetizar la pieza. Luego, la corriente o el campo magnético se reduce lentamente a cero, dejando la pieza desmagnetizada. Un método popular para registrar el magnetismo residual es utilizar un medidor de Gauss. [2]
desmagnetización de CA
Bobinas desmagnetizadoras de CA de extracción: en la figura de la derecha se ven dispositivos alimentados por CA que generan un campo magnético elevado donde la pieza se extrae lentamente con la mano o en un transportador. El acto de tirar de la pieza a través y lejos del campo magnético de la bobina 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 descomposición de CA: está integrada en la mayoría de los equipos MPI monofásicos. Durante el proceso, la pieza se somete a una corriente 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 la corriente de salida cero. Como AC alterna de una polaridad positiva a una negativa, esto dejará los dominios magnéticos de la pieza aleatorizados.
AC demag tiene limitaciones significativas en su capacidad para desmagnetizar una pieza según la geometría y las aleaciones utilizadas.
Desmagnetización CC inversa de onda completa: este es un método de desmagnetización que debe incorporarse a la máquina durante la fabricación. Es similar a la caída de CA, excepto que la corriente CC se detiene a intervalos de medio segundo, durante el cual la corriente se reduce en una cantidad y se invierte su dirección. Luego la corriente pasa nuevamente a través de la pieza. El proceso de detener, reducir e invertir la corriente dejará los dominios magnéticos aleatorios. Este proceso continúa hasta que pasa corriente cero a través de la pieza. El ciclo normal de desmagnetización de CC en inversión en equipos modernos debe ser de 18 segundos o más. Este método de demag se desarrolló para superar las limitaciones presentadas por el método de demag AC donde la geometría de la pieza y ciertas aleaciones impedían que el método de demag AC 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 monofásicas de CA/HWDC. La desmagnetización HWDC es tan efectiva como la CC de onda completa, sin el costo adicional ni la complejidad adicional. 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 del HWDC está limitada a más de 410 mm (16 pulgadas) 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/cm 2 (10 W/m 2 ) en la superficie de la pieza para una inspección adecuada. Si a las partículas no se les aplica la luz correcta en un cuarto oscuro , no se pueden detectar ni ver. Es una práctica industrial utilizar gafas/gafas UV para filtrar la luz ultravioleta 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 estadounidense examina un perno en busca de grietas bajo luz ultravioleta.
Los polvos de partículas secas varían en tamaño de 5 a 170 micrómetros y están diseñados para verse en condiciones de luz blanca. Las partículas no están diseñadas para usarse en ambientes húmedos. Los polvos secos normalmente se aplican utilizando aplicadores de polvo neumáticos operados manualmente.
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 común en la industria utilizar vehículos a base de aceite y agua diseñados específicamente para partículas magnéticas. El queroseno desodorizado y los alcoholes minerales no se han utilizado comúnmente en la industria desde hace 40 años. [ ¿cuando? ] Es peligroso utilizar queroseno o alcoholes minerales como portador debido al riesgo de incendio.
Inspección
Los siguientes son pasos generales para inspeccionar en una máquina horizontal húmeda:
La pieza de trabajo se limpia de aceite y otros contaminantes.
Se realizan cálculos necesarios para conocer la cantidad de corriente necesaria para magnetizar la pieza de trabajo. Consulte ASTM E1444/E1444M para obtener fórmulas.
El pulso magnético se aplica durante 0,5 segundos, durante los cuales el operador lava la pieza de trabajo con la partícula, deteniéndose antes de que se complete el pulso magnético. Si no se detiene antes del final del pulso magnético, se borrarán las indicaciones.
Se aplica luz ultravioleta mientras el operador busca indicaciones de defectos que se encuentran entre 0 y ±45 grados de la trayectoria por la que la corriente fluyó a través de la pieza de trabajo. Las indicaciones sólo aparecen entre 45 y 90 grados del campo magnético aplicado. La forma más fácil de determinar rápidamente la dirección del campo magnético es agarrar la pieza de trabajo con cualquier mano entre los cabezales colocando el pulgar contra la pieza de trabajo (no envuelva el pulgar alrededor de la pieza de trabajo). Esto se llama pulgar izquierdo o derecho. Regla o regla de agarre con la mano derecha . La dirección que señala el pulgar revela la dirección en la que fluye la corriente. El campo magnético correrá a 90 grados de la trayectoria actual. En geometrías complejas, como un cigüeñal , el operador necesita visualizar el cambio de dirección de la corriente y el campo magnético creado. La corriente comienza en 0 grados, luego de 45 grados a 90 grados, luego de 45 grados a 0, luego de -45 a -90 a -45 a 0 y esto se repite para cada muñequilla . Por lo tanto, puede llevar mucho tiempo encontrar indicaciones que se encuentren a sólo 45 y 90 grados del campo magnético.
La pieza de trabajo se acepta o rechaza según criterios predefinidos.
La pieza de trabajo está desmagnetizada.
Dependiendo de los requisitos, es posible que sea necesario cambiar la orientación del campo magnético 90 grados para inspeccionar si hay indicaciones que no se pueden detectar en los pasos 3 a 5. La forma más común de cambiar la orientación del campo magnético es utilizar un "disparo de bobina". En la figura 1 se puede ver una bobina de 36 pulgadas y luego se repiten los pasos 4, 5 y 6.
ISO 3059, Ensayos no destructivos. Ensayos de penetrantes y ensayos de partículas magnéticas. Condiciones de visualización.
ISO 9934-1, Ensayos no destructivos. Ensayos con partículas magnéticas. Parte 1: Principios generales.
ISO 9934-2, Ensayos no destructivos. Ensayos con partículas magnéticas. Parte 2: Medios de detección.
ISO 9934-3, Ensayos no destructivos. Ensayos con partículas magnéticas. Parte 3: Equipos.
ISO 10893-5, Ensayos no destructivos de tubos de acero. Inspección con partículas magnéticas de tubos de acero ferromagnéticos 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 partículas magnéticas de piezas forjadas de acero
Especificación ASTM A456 para la inspección de partículas magnéticas de piezas forjadas de cigüeñales grandes
Especificación estándar de práctica ASTM E543 para agencias evaluadoras 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
Guía estándar ASTM E 2297 para el uso de fuentes y medidores de luz visible y UV-A utilizados en los métodos de partículas magnéticas y líquidos penetrantes
AMS 5062 Acero, barras, piezas forjadas, tubos, láminas, tiras y placas con bajo contenido de carbono, 0,25 de carbono, máximo
AMS 5355 Fundición de inversión
AMS I-83387 Proceso de inspección, caucho magnético
AMS-STD-2175 Piezas fundidas, clasificación e inspección de AS 4792 Agentes acondicionadores de agua para inspección de partículas magnéticas acuosas AS 5282 Estándar de anillo de acero para herramientas para inspección de partículas magnéticas AS5371 Estándares de referencia Cuñas con muescas para inspección de partículas magnéticas
^ The Graduate Engineer (2 de noviembre de 2021). "¿Qué es MPI (inspección de partículas magnéticas)?". TheGraduateEngineer.com . El Ingeniero Titulado . Consultado el 16 de noviembre de 2021 .
Otras lecturas
Wikimedia Commons tiene medios relacionados con la inspección de partículas magnéticas .
"Pruebas de líquidos penetrantes y partículas magnéticas en el nivel 2" (PDF) (PDF). Agencia Internacional de Energía Atómica. 2000.
enlaces externos
Vídeo sobre inspección de partículas magnéticas, Universidad de Ciencias Aplicadas de Karlsruhe
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