El ensayo por Partículas Magnéticas (PM) utiliza campos magnéticos y pequeñas partículas magnetizables para detectar defectos en partes de máquina y equipos. La técnica es simple de implementar y no requiere una preparación tan cuidadosa como otras técnicas El principal requisitos para el ensayo es que el material a analizar sea magnetizable, ferromagnético, como por ejemplo aleaciones base Fe, Ni, Co, etc.
Este tipo de END (NDT) se utiliza para detectar fallas superficiales y subsuperficiales de diferente orientación Es una técnica muy útil en mantenimiento predictivo en elementos fabricados por colada, forja, soldadura y mecanizados, en las industrias automotriz, petroquímica, de generación, aviación, metalúrgica, etc.
Esta técnica de inspección puede considerarse como una combinación del ensayo de pérdida + el ensayo visual.
El magnetismo es la propiedad de los materiales de atraer otras sustancias, como ocurre en los imanes permanentes, donde se distingue la presencia de un campo magnético que posee un polo norte y un polo sur desde los cuales “emanan” las líneas de campo.
Las líneas de campo magnético
poseen las siguientes propiedades:
- Buscan el camino de menor resistencia entre polos opuestos
- Nunca se cruzan
- Todas poseen la misma fuerza
- La densidad de líneas es mayor cuando la permeabilidad aumenta
- La densidad de líneas aumenta al acercarse a los polos
- Van del polo norte al sur en el aire y del sur al norte dentro del material
Si una barra magnética se corta en pequeños trozos se obtienen nuevos
imanes más pequeños, que vueltos a unir no pierden sus nuevos polos y
producen lo que se denomina “campo de fuga”, el cual se origina en la
unión imperfecta de los nuevos polos.
El área de contacto real es
menor que la aparente, haciendo
que las líneas de campo saturen
los puntos de unión y aparezcan
campos de fuga.
En forma análoga, cuando un material magnético presenta una
disminución de sección producida por la presencia de una fisura, se
genera un campo de fuga.
Si sobre la superficie se depositan partículas magnetizables, las
partículas serán atraídas hacia los polos generados por el campo de fuga
en torno a las fisuras.
Este campo magnético puede ser permanente o generado a partir de una
bobina.
Detectabilidad de Fisuras
La base del ensayo consiste en generar un campo de fuga y ponerlo en evidencia con las PM La mayor distorsión de las líneas o campo de fuga se produce cuando el defecto ocasiona la mayor disminución de sección.• Si la orientación del defecto es
paralela a las líneas de campo, no
hay campo de fuga.
• Se debe magnetizar al menos en
dos direcciones ortogonales.
Magnetización Directa
Inducción Directa.
Inducción Directa entre Puntas.
Esta técnica genera un campo magnético circular, muy ventajoso para la inspección de cordones soldados.
Magnetización Indirecta
Esta técnica utiliza un campo magnético externo para establecer un campo magnético dentro de la pieza ensayada, a través de:
Imán permanente
Electroimán
Otra opción para la magnetización indirecta de piezas cilíndricas se obtiene mediante el uso de un conductor central.
También puede obtenerse con una bobina, cuando la pieza ensayada tiene una longitud varias veces superior al diámetro, colocando la pieza en su interior y produciendo un campo longitudinal, adecuado para la detección de fallas transversales.
Corrientes de Magnetización
A) Corriente Continua. Se utiliza con batería o pila, o un transformador
rectificador. El campo magnético abarca todo el espesor de la pieza. Este
tipo de corriente es apto para detectar defectos superficiales y subsuperficiales.
B) Corriente Alterna. Se utiliza en magnetización circular y debe variarse con
el tamaño de la pieza. La penetración de la inducción progresa hasta que
la corriente se invierte, dando como resultado una profundidad de
penetración limitada y condicionando su uso a la detección de defectos
superficiales.
C) Corriente de Media Onda. La
facilidad de acceso a la CA ha
extendido su uso más allá de la
superficie, gracias a la posibilidad de
rectificación, y permitiendo convertir
a la CA en una corriente
unidireccional, similar a la CC.
CA rectificada de media onda. La mitad del ciclo es bloqueado y el
resultado es una corriente denominada pulsante. Produce una vibración de
las partículas que mejora su movilidad en seco.
Corriente alterna rectificada de onda completa (monofásica). Invierte la
componente negativa de la corriente, produciendo un corriente pulsante sin
intervalos. El uso de filtros suaviza la onda. La movilidad no es tan buena
pero mejora la profundidad del campo magnético
Corriente alterna rectificada de onda
completa (trifásica). Posee como
ventaja que, una vez rectificada y
filtrada, se comporta como la CC.
Durante la inspección por PM es importante poder determinar la dirección e intensidad del campo magnético.
La intensidad de campo deber ser elevada como para producir un campo de
fuga si hay una discontinuidad, pero a la vez no debe ser tan elevado como
para producir indicaciones a partir de discontinuidades irrelevantes.
La intensidad de campo requerida puede
determinarse mediante el ensayo de piezas
con defectos artificiales conocidos.
 |
| con defectos artificiales conocidos
Tipo I (G): Si no aparecen indicaciones, el campo
magnético es muy escaso. Menor que 12 A/cm
(15 Gauss) Aprox.
Cuando las 3 indicaciones son claramente
visibles, la intensidad del campo magnético es la
adecuada para las inspecciones sobre la pieza,
mayor a 22,6 A/cm (28 Gauss) aprox. (Norma
BS6072) |
Los instrumentos más utilizados que miden el campo en la superficie son:
Indicador de campo
o. Es un medidor mecánico basado en la deflección de
una lámina de acero, producida por un campo magnético.
Medidor de Gauss. Mide utilizando el efecto Hall.
 |
| Medidor de Gauss |
Medio revelador
El medio revelador es el elemento que permite observar la presencia de
discontinuidades al delatar la presencia de los campos de fuga.
Los reveladores son pequeñas partículas de Fe y FenOm a las que se
añaden pigmentos para facilitar su visualización.
Un buen medio revelador debe reunir las
siguientes características:
- Propiedades magnéticas elevadas (alta permeabilidad y baja retentividad).
- Geometría adecuada para una buena movilidad, aportada por una mezcla de partículas redondeadas y alargadas (1<l/d<2)
Las partículas magnéticas están
disponibles en mezclas secas o húmedas.
Las suspensiones húmedas se realizan con agua o aceite. El método
húmedo es más sensible gracias a una mayor movilidad, siendo además
posible utilizar partículas más pequeñas.
Las partículas húmedas pueden ser coloreadas o fluorescentes y su tamaño
es del orden de 10 micro metros.
Las partículas fluorescentes se recubren con pigmentos que fluorescen bajo
luz negra, siendo las más comunes las partículas verde-amarillas.
Método Continuo
Las partículas secas se aplican a la vez que la
pieza está siendo magnetizada. Cuando la técnica es húmeda la corriente de magnetización debe
aplicarse en simultáneo o inmediatamente después de aplicar la
suspensión.
Método Residual
Las partículas se aplican inmediatamente
después que la corriente de magnetización ha cesado. Este
método no es tan sensible como el continuo.
Inspección e interpretación
Después de la magnetización y aplicación de las partículas magnéticas,
debe observarse si existen indicaciones de falla.
Todas las indicaciones deben ser clasificadas como relevantes o no
relevantes. Todas las indicaciones relevantes deben ser comparadas con el
criterio de aceptación/rechazo empleado.
Patrones: Existe una gran cantidad de fotografías con fallas típicas en
metales ferrosos, como por ejemplo en el anexo I de la Norma ASTM E 709.
Limpieza final y desmagnetización
Es importante observar que para que el ensayo sea no-destructivo, se debe
eliminar el magnetismo residual.
Esto se logra de un modo total mediante calentamiento por encima de la
temperatura de Curie o también mediante la aplicación de un campo alterno
de intensidad decreciente.
Luego de la inspección el magnetismo
residual debe ser inferior a 3 gauss.
Desmagnetización
Con CA, se aplica un campo mayor al utilizado en la inspección y luego se
disminuye hasta cero. Si se utiliza una bobina de desmagnetización, la
pieza se coloca a unos 30 cm de la misma y se la hace pasar a través,
hasta aproximadamente 1 metro más allá del fin de la bobina.
Con CC, se aplica un valor de campo mayor que el utilizado en la
inspección y en la misma dirección. Luego se invierte la corriente,
reduciendo su valor máximo de manera de cerrar el ciclo de histéresis
hasta un valor suficientemente bajo de magnetismo residual.
Si es posible, las piezas que fueron sometidas a magnetización circular
deben ser magnetizadas en forma longitudinal antes de desmagnetizar
Después del tratamiento el campo debe ser menor a 3 G o 240 A/m
Limpieza.
Se realiza con solvente, aire, etc. No debe haber residuos de partículas en
las discontinuidades de la pieza, que pudieran afectar procesos de
fabricación posteriores o el comportamiento en servicio.
Equipos
Imanes Permanentes
Poseen gran fuerza de
adhesión y resulta difícil separarlos de la pieza bajo
ensayo. Está limitado a casos especiales como la
inspección subacuática o con riesgo de
explosiones. Una ventaja es su adaptación en
tamaño para espacios reducidos.
Electroimanes
La mayor parte del equipamiento disponible utiliza la
corriente eléctrica para generar un campo. Las herraduras electromagnéticas son comunes en la inspección por PM, y están construidas
mediante un arrollamiento que envuelve un núcleo de acero dulce.
Puntas
Son electrodos que se presionan contra la superficie para obtener
un circuito cerrado por el cual circula corriente, creando un campo circular.
La dirección principal puede cambiarse moviendo las puntas para evaluar
defectos con diferente orientación.
Arrollamientos Portátiles y Cables
Son utilizados para establecer un campo longitudinal. Las bobinas en
general poseen de 3 a 5 vueltas de cable de Cu. Los cables son arrollados
alrededor de la pieza. El número de vueltas en el arrollamiento depende de
la fuerza electromagnética necesaria.
La inspección con partículas coloreadas no requiere de iluminación
especial, pero si se requiere que la intensidad de la luz se ubique entre
300 y 1000 lx.
Cuando se usan partículas fluorescentes se debe iluminar con luz
ultravioleta para la inspección, que hace fluorescer a las partículas que
han sido recubiertas con una sustancia fluorescente.
Luz Ultravioleta. La luz “negra” posee un 100<<400 nm, espectro
electromagnético, resultando invisible al ojo humano. Para >400 nm
entran en el espectro visible y se ven color violeta. A menor longitud de
onda, mayor energía y son más dañinas para el ser humano.
La clase UV-A se utiliza en PM porque es más segura. UV-B y
UV-C son peligrosas. Esta última se utiliza industrialmente para
eliminar bacterias.
Una lámpara de luz ultravioleta emite en un espectro amplio de
longitudes de onda y, por lo tanto, debe ser filtrada.
Preparación de las superficies
Desmagnetización.
Si alguna operación previa ha dejado un campo
magnético residual que interfiera con la inspección, el mismo debe ser
eliminado
Limpieza de la Superficie y Terminación.
La superficie debe ser lisa y estar
limpia, seca, sin aceite, escamas, marcas de mecanizado u otra
condición que pueda reducir la eficiencia de la inspección.
Recubrimientos
. Los límites de espesor para los recubrimientos son de 0,08
mm para pintura y cromo y 0,03 mm para ferromagnéticos. Si estos
espesores son superados debe demostrarse que el menor tamaño de
defecto que haría rechazar una pieza puede ser detectado.
Ventajas y limitaciones
Ventajas
- Posee muy buena sensibilidad para defectos pequeños.
- Se pueden inspeccionar piezas de geometria diversa.
- Las indicaciones se producen sobre la superficie de la pieza y constituyen una representacion visual del defecto.
- Los elementos utilizados pueden ser portatiles.
- Menor preparacion superficial que tintas penetrantes.
Limitaciones
- Solo detecta defectos en materiales ferromagneticos.
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