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Partículas Magnéticas PDF E-mail

Descripción

 
El ensayo de partículas magnéticas es un END que consiste en someter a la pieza a inspeccionar a una magnetización adecuada y espolvorear sobre la misma finas partículas de material ferromagnético. Así es posible detectar discontinuidades superficiales y subsuperficiales en materiales ferromagnéticos. Cuando un material ferromagnético se magnetiza, aplicando a dos partes cualesquiera del mismo los polos de un imán, se convierte en otro imán, con sus polos situados antagónicamente respecto del imán original. La formación del imán en la pieza a ensayar implica la creación en su interior de unas líneas de fuerza que van desde el polo del imán inductor al otro, pasando por una zona inerte denominada línea neutra. Estas líneas de fuerza forman un flujo magnético uniforme, si el material es uniforme. Sin embargo, cuando existe alguna alteración en el interior del material, las líneas de fuerza se deforman o se producen polos secundarios. Estas distorsiones o polos atraen a las partículas magnéticas que se aplican en forma de polvo o suspensión en la superficie a inspeccionar y que por acumulación producen las indicaciones que se observan visualmente de manera directa o bajo luz ultravioleta.  

Características del ensayo:

Dirección de la magnetización

Las líneas de fuerza de un campo magnético inducido siguen la orientación de la regla de la "mano derecha" de forma que si se agarra con dicha mano una varilla orientando el dedo pulgar en el sentido de la corriente, los demás dedos indican la dirección de las líneas de fuerza. Esto quiere decir que cuando se aplica una corriente a una barra magnética, se generan corrientes circulares transversales muy apropiadas para detectar defectos longitudinales. Esto es debido a que el descubrimiento de las heterogeneidades del material se produce cuando dichos defectos son perpendiculares a las líneas del campo magnético. Si por el contrario, la barra tuviese grietas transversales sería necesario inducir campos magnéticos transversales. Esto indica que para hacer una buena inspección, se deben aplicar dos campos magnéticos, perpendiculares entre si, para asegurarse de que se atraviesan todas las heterogeneidades del material.

Profundidad de la detección

La profundidad del campo magnético inducido por una corriente eléctrica es tanto mayor cuanto mayor sea la frecuencia de la corriente. Por tanto, con corriente continua se pueden llegar a detectar discontinuidades de hasta 6mm de profundidad, mientras que con corriente alterna (50Hz) sólo se lograrán detectar discontinuidades que se encuentren a una profundidad inferior a 0,5mm. Sin embargo, la corriente alterna presenta un mejor comportamiento para la detección de heterogeneidades superficiales, debido a que la alternancia de los campos magnéticos somete a las partículas magnéticas a una intensa agitación que facilita su atracción por los campos de fuga. En lo que se refiere a corrientes rectificadas, la corriente monofásica rectificada conserva la alternancia de intensidad sometiendo a las partículas a una intensa agitación mientras que la corriente trifásica rectificada se comporta prácticamente como si fuera corriente continua.

Valor de la corriente de magnetización

La corriente de cada ensayo debe determinarse en el procedimiento correspondiente. La intensidad de la corriente eléctrica debe ser la adecuada para permitir la detección de todas las heterogeneidades superficiales y subsuperficiales relevantes. Debe tenerse en cuenta que una intensidad excesiva produce sobresaturación magnética, dando lugar a indicaciones erróneas; mientras que una intensidad baja genera campos de fuga débiles incapaces de atrapar las partículas.

Partículas magnéticas

Como partículas magnéticas se utilizan limaduras u óxidos de hierro, de tamaño comprendido entre 0,1 y 0,4mm, con colores que ayuden a mejorar el contraste como son el negro, rojo y verde. También se utilizan partículas fluorescentes, que suelen proporcionar una posibilidad de localización de hasta 100 veces más que las visibles, si se aplican por vía húmeda. Normalmente se emplean partículas de varios tamaños mezcladas en una proporción idónea teniendo en cuenta que las más pequeñas y alargadas aumentan la sensibilidad y las más gruesas y redondas ayudan a detectar grandes discontinuidades y arrastran a las más pequeñas evitando que se formen falsas indicaciones.

Desmagnetización

Todos los materiales ferromagnéticos sometidos a un campo magnético conservan, después de cesar la acción del campo, un cierto magnetismo, llamado remanente o residual, que puede ser perjudicial. Existen varios procedimientos para llevar a cabo la desmagnetización, cuyo fundamento se explica mediante el concepto de histéresis y todos ellos operan, de forma general, sometiendo a la pieza a un campo magnético alterno cuya intensidad va gradualmente decreciendo hasta anularse. El método más extendido es el de la desmagnetización con bobina de corriente alterna, que consiste en colocar la pieza en el interior de una bobina por la cual circula corriente alterna alejándola lentamente hasta unos 2m. A esa distancia se considera que la influencia del campo es nula y se corta la corriente.

Ventajas de la inspección mediante partículas magnéticas (con respecto a la inspección por líquidos penetrantes):

  • Puede revelar discontinuidades que no afloran a la superficie.
  • Requiere de un menor grado de limpieza.
  • Generalmente es un método más rápido y económico al no precisar equipos electrónicos.
  • Tiene una mayor cantidad de alternativas.
  • No requiere condiciones de limpieza excesivamente rigurosas.
  • Puede aplicarse a piezas de tamaño y forma variables.

Limitaciones de la inspección mediante partículas magnéticas:

  • Sólo detectan discontinuidades perpendiculares al campo.
  • Son aplicables sólo en materiales ferromagnéticos.
  • No tienen gran capacidad de penetración.
  • El manejo del equipo en campo puede ser caro y lento.
  • Generalmente requieren de un proceso de desmagnetización y de eliminación de las partículas aplicadas.

Técnicas de Ensayo

 
La inspección por partículas magnéticas puede llevar a cabo por distintas técnicas, dependiendo de los materiales y equipos disponibles y de la sensibilidad de seada. En relación a la magnetización esta puede ser total o parcial en relación al objeto inspeccionado, puede ser longitudinal, circular o multidireccional en relación al eje principal de la pieza y también se puede usar magnetización residual o continua. En relación a las partículas, se puede usar la técnica por vía seca o por vía húmeda y la visible o la fluorescente.

Método de magnetización:

1. En función del tipo de campo magnético:

Magnetización longitudinal: se denomina así al método de magnetización que produce un campo magnético en la dirección longitudinal de la pieza (figura 1). Se obtiene por inducción del campo mediante bobinas o electroimanes. Esta técnica se recomienda para la detección de discontinuidades transversales.

 Magnetización circular: en este caso, el flujo de corriente eléctrica que atraviesa la pieza produce un campo magnético cuyas líneas de flujo forman unas curvas cerradas alrededor de la pieza. Este tipo de magnetización se consigue tanto por inducción como por paso de corriente eléctrica a través de la pieza. Se usa para la detección de discontinuidades longitudinales.

 Magnetización multidireccional: este método consiste en aplicar dos o más campos magnéticos, uno longitudinal y otro circular, en direcciones distintas y en sucesiones rápidas de forma secuencial.

2. En función de cómo se realiza la magnetización:

Magnetización por conducción de corriente eléctrica: en esta técnica la magnetización se obtiene mediante el paso de corriente a través de la longitud de la pieza a examinar. Se puede realizar mediante:

  • Puntas de contacto (electrodos): Este técnica induce un campo magnético circular que depende de la distancia entre los electrodos y de la corriente eléctrica que circula por ellos. Se emplea para la inspección de piezas fundidas, soldaduras y en la industria sidarúrgica entre otros.
  • Técnica de contacto directo: La magnetización se efectúa por el paso de corriente de un extremo a otro de la pieza. Tiene su mayor aplicación en máquinas estacionarias.  

Técnicas de magnetización por inducción de campo magnético:

  • Magnetización con solenoide (técnica de la bobina): En esta técnica la pieza se coloca en el interior de una bobina formada por un arrollamiento de hilos conductores de corriente eléctrica alterna o continua de forma que se crea un campo magnético cuyas líneas de fuerza son paralelas al eje de la pieza.
  • Magnetización por yugo: la magnetización se produce por la inducción de un campo magnético generado por un electroimán en forma de "U" invertida que se apoya sobre la pieza a inspeccionar, generando un campo magnético longitudinal entre las patas del yugo.
  • Técnica del conductor central: se caracteriza por el paso de un hilo conductor por el centro de la pieza a inspeccionar. La circulación de corriente eléctrica a través del conductor permite inducir un campo magnético circular en la superficie interna y/o externa de la pieza. Es un método muy adecuado para la inspección de piezas con geometría circular.

Método de aplicación de las partículas magnéticas:

Vía seca: las partículas son aplicadas directamente sobre la superficie magnetizada de la pieza con la ayuda de aplicadores manuales de polvo (por ejemplo, pinceles) o bombas de pulverización. Esta técnica permite la recuperación de las partículas libres de contaminación una vez inspeccionada la pieza. Comparado con el método por vía húmeda, es un método mucho más cómodo y limpio, es más fácil de utilizar en piezas grandes y con equipos portátiles a pie de obra y permite localizar con facilidad discontinuidades subsuperficiales.

Vía húmeda: las partículas se encuentran en suspensión en un medio líquido, que puede ser agua, queroseno o derivados del petróleo. Las partículas tienen una granulometría mucho más fina que permite detectar discontinuidades mucho más pequeñas. En este método las partículas, al encontrarse en dispersión, tienen una mayor movilidad que por vía seca, cubriendo con facilidad piezas grandes o irregulares. Es el método más rápido para el control de grandes series de piezas pequeñas.

Campo continuo: las partículas magnéticas se aplican mientras fluye la corriente de magnetización.

Campo residual: las partículas son aplicadas después de que la pieza haya sido magnetizada.

Procedimiento

Según la norma UNE-EN473:2001 un procedimiento de END es "una descripción escrita de todos los parámetros esenciales y las precauciones a tener en cuenta cuando se aplica una técnica de END a un control específico, realizada conforme a un código, una norma o una especificación dada". Es decir, se trata de documentos emitidos por las empresas, en donde se detallan todos los pasos que dicha empresa debe seguir para realizar el ensayo. Para el caso concreto del ensayo de partículas magnéticas el procedimiento escrito debe contener, por lo menos, la siguiente información:

  • Identificación del procedimiento: número de procedimiento y fecha en la que fue escrito.
  • Identificación de las piezas en las que el procedimiento es aplicable, incluido el tipo de material.
  • Secuencia de ensayo.
  • Identificación de los patrones utilizados para la verificación del funcionamiento del equipo.
  • Áreas de la pieza que serán inspeccionadas, incluyendo un croquis o fotografía.
  • Preparación de la pieza antes del ensayo.
  • Direcciones de posicionamiento del equipo.
  • Tipo de corriente y tipo de equipo a ser utilizado.
  • Método utilizado para magnetizar (contactos, yugo, bobina, etc.).
  • Direcciones de magnetización.
  • El nivel de corriente o el número de amperios/espira.
  • Tipo de partículas magnéticas (secas o húmedas, visibles o fluorescentes).
  • Tipo de registro y método de marcado de las piezas después del ensayo (inspección).
  • Criterios de aceptación a ser utilizados en la evaluación de las indicaciones.
  • Las técnicas de desmagnetización y limpieza final.

Como se ha mencionado, el procedimiento debe recoger la secuencia de operaciones básicas para la realización del ensayo, que en el caso del ensayo por partículas magnéticas es la siguiente:

  • Adecuación de la superficie de la pieza a ensayar: Consiste en la limpieza de la superficie a inspeccionar de forma que se eliminen las impurezas perjudiciales para el ensayo, permitiendo la interacción de las partículas con los campos de fuga, proporcionando un buen contraste entre partículas y superficie. Los métodos más empleados son:
    • Granalla de acero.
    • Cepillo de acero.
    • Disolvente.
    • Limpieza química.
  • Magnetización de la pieza usando las técnicas y equipos descritos en el apartado de técnicas de ensayo.
  • Aplicación de las partículas magnéticas por vía seca o por vía húmeda de manera uniforme a lo largo de la superficie y en la cantidad correcta.
  • Observación, interpretación y evaluación de las indicaciones, con la consiguiente obtención de registros.
  • Limpieza final.
  • Desmagnetización de la pieza, si procede.


Aplicaciones

  

El ensayo de partículas magnéticas es un método que se utiliza para la detección de discontinuidades superficiales y subsuperficiales en materiales ferromagnéticos tales como hierro, níquel, cobalto, etc. Uno de los objetivos de este tipo de ensayo es la detección, lo antes posible, de discontinuidades dentro de las distintas secuencias de los procesos de fabricación, evitando que entren en servicio piezas que posteriormente serían rechazadas. Es un método que se puede aplicar tanto a materias primas tales como palanquillas, perfiles y barras, como durante los procesos de conformación, mecanizado, tratamientos térmicos y electroerosión. También se puede aplicar en piezas terminadas, pero considerando que el origen de las discontinuidades se encuentra en los procesos de fabricación y durante el servicio de las piezas. Los ensayos por partículas magnéticas se pueden categorizar como:

  • Producción y elaboración primaria: para inspeccionar los distintos procesos de elaboración, desde que se cuela el caldo en lingoteras hasta que se obtienen formas como chapas, barras, tubos, etc. Permiten la detección de discontinuidades inherentes como las inclusiones no metálicas, sopladuras, rechupes, etc, y la detección de discontinuidades asociadas a procesos primarios como las laminaciones, acoplamientos, roturas internas, roturas de enfriamiento, etc.
  • Ensayos de fabricación y elaboración secundaria: para inspeccionar piezas que acaban se sufrir procesos que transforman la materia prima en productos acabados, como son los procesos de conformación, mecanizado, tratamientos térmicos, soldadura. Permiten la detección de discontinuidades tales como cráteres de soldadura, faltas de fusión y penetración, arrastres de material, roturas debidas a ataques químicos o a tratamientos térmicos, roturas internas, de enfriamiento, etc.
  • Ensayos en servicio: se emplean para detectar heterogeneidades como grietas de fatiga y de sobretensión en piezas puestas ya en servicio.

De todas formas, a pesar de que el ensayo por partículas magnéticas se realiza durante y entre operaciones de elaboración, generalmente se realiza un ensayo final para asegurar que el producto terminado no tiene discontinuidades perjudiciales.