Las Tintas Penetrantes (TP) hacen visibles defectos superficiales abiertos en la superficie.
Un líquido, el penetrante, es aplicado sobre la superficie de la pieza, dejando que se introduzca en las discontinuidades. Una vez removido el exceso, el penetrante atrapado en las discontinuidades es forzado a salir por medio de un revelador,
De esta forma, los defectos se hacen visibles a ojo desnudo, permitiendo distinguir fisuras hasta ~0.03 mm
El ensayo por TP es versátil y apto para todo tipo de material y geometría de pieza. Se usa tanto en el examen local de piezas grandes, como en producción, para el examen integral de muchas piezas pequeñas.
Antiguamente se usó polvo de carbón sobre la superficie de piezas cerámicas, el cual se localiza en las fisuras haciéndolas visibles.
Una técnica similar se utilizó en los talleres de ferrocarril, mediante un aceite pesado diluido con kerosene como penetrante y una suspensión fina de tiza en alcohol como revelador.
Este método fue muy utilizado desde finales del siglo XIX hasta la aparición de las partículas magnéticas en 1940, que posee mayor sensibilidad en materiales ferromagnéticos.
La empresa Magnaflux introdujo las TP fluorescentes en 1942.
La metodología básica de la técnica reside en aplicar una TP coloreada, la posterior remoción del excedente, y la aplicación de un revelador.
La Tinta Penetrante atrapada en una discontinuidad tiñe de color al polvo revelador, indicando de esta manera la presencia de defectos.
Para evaluar diferentes tipos de materiales no-porosos:
- metálicos, ferrosos y no-ferrosos
- no-metálicos, p.ej. plásticos o gomas
- cerámicos no-porosos y vidrio
Para evaluar la presencia de diferentes discontinuidades:
- fisuras
- áreas porosas
- picado (pitting)
Las TP se utilizan en soldadura y en el mantenimiento predictivo de
ejes, partes de avión, engranajes, piezas fundidas, piezas de motores
de combustión interna, etc).
Las TP pueden considerarse como una
extensión del examen visual, con la
ventaja de tener mayor visibilidad, debido
a:
indicaciones de mayor tamaño que
el defecto mismo
indicaciones con mejor contraste y
mayor probabilidad de detección.
El proceso de inspección consta de seis etapas:
1 - Limpieza de las superficies
2 - Aplicación de la TP
3 - Remoción del exceso de penetrante
4 - Aplicación del revelador
5 - Inspección e interpretación
6 - Limpieza final de la superficie
La efectividad de la inspección depende de la capacidad de la TP para
mojar la superficie y formar una película continua y uniforme, para luego
migrar hacia las cavidades abiertas a la superficie.
En cavidades sucias (ocupadas por contaminantes), la tinta penetrante no
podrá ingresar.
Por lo tanto, es fundamental
obtener una superficie limpia,
libre de pintura o recubrimientos,
grasa, aceite y capas de óxido.
La tinta penetrante se aplica sobre la superficie de la pieza evaluada, para
que la misma se introduzca en las discontinuidades abiertas a la superficie.
Dependiendo del tipo de pieza, las técnicas incluyen:
- Inmersión de la pieza (p.ej. para piezas pequeñas)
- Pulverización (para piezas grandes, ensayo total o parcial)
- Pincel (para piezas grandes, ensayo total o parcial)
La TP ingresa en los defectos por capilaridad, por lo tanto, necesita un bajo
ángulo de contacto y una adecuada tensión superficial.
Las TP son diseñadas para obtener la máxima penetración, con ángulos de
contacto próximos a cero.
Debe respetarse el tiempo de penetración recomendado por el fabricante,
en general 5-60 min. Un tiempo excesivo no perjudica el ensayo, a menos
que se produzca el secado del penetrante.
La penetración puede transcurrir con la pieza sumergida, aunque se
obtiene una mayor sensibilidad dejando escurrir, debido al aumento de la
concentración de color.
Densidad. La fuerza de gravedad puede actuar a favor o en contra de la
fuerza capilar, dependiendo de la orientación del defecto, pero en general
no posee un efecto importante.
- Facilidad de penetración
- Evaporación lenta
- Facilidad de limpieza
- Capacidad de formar películas finas
- Buena absorción por el revelador
- Inerte, no toxico, no inflamable
La remoción es una etapa crítica y debe realizarse cuidando de eliminar la
menor cantidad de penetrante retenido en las discontinuidades.
Una correcta formulación de la TP encontrará un compromiso entre la
fuerza de adhesión (mojado) y la facilidad de remoción. La limpieza debe
ser adecuada para obtener un background aceptable, que no disminuya la
sensibilidad de la técnica.
Una forma de clasificación de las TP es según la forma de remoción
En piezas de geometría complicada se recomienda el líquido removible
con agua, cuyo exceso se elimina con una ducha suave.
El postemulsificable es el mejor, trabajando adecuadamente aún en
superficies rugosas (p.ej. piezas fundidas).
El método C, removible con solvente es recomendado para evaluar
áreas localizadas en grandes piezas, ya que requiere mayor mano de
obra. La limpieza se realiza con una sola pasada en seco y una sola
pasada en húmedo en la misma dirección.
En producción seriada se recomiendan métodos lavables con agua por
ser más económicos.
El tiempo de enjuague debe mantenerse al mínimo, lo cual se hace
observando el background.
Si bien las tintas penetrantes podrían utilizarse sin revelador, este
aumenta la probabilidad de detección de la falla.
El revelador cumple dos funciones básicas:
- funciona como un papel secante
- genera un fondo uniforme que mejora el contraste
La clasificación del revelador es de acuerdo a
la forma de aplicación:
- Forma a - en polvo seco
- Forma b - soluble en agua
- Forma d - suspensión en agua
- Forma c - húmedo no-acuoso
Revelador en polvo seco.
Puede aplicarse mediante soplete o espolvoreado,
inmersión o en lecho fluidizado, cámara de niebla y electrostáticamente.
El exceso se elimina por sacudida o
choro de aire a baja presión.
La sensibilidad es baja ya que el
revelador es retenido solo donde hay
penetrante atrapado (no genera un
fondo uniforme).
El electrostático forma una película
uniforme que mejora el contraste.
Revelador acuoso.
Se aplica antes del secado posterior a la limpieza, siendo el spray la mejor forma. También puede hacerse por inmersión. Luego se realiza el secado a una T~22 °C.
Revelador húmedo no-acuoso.
Se aplica mediante un portador volátil que se evapora rápidamente a Tamb. No se permite sumergir ya que la TP atrapada en una discontinuidad puede ser disuelta por el portador.
Revelador en película líquida
Consiste en una solución o
suspensión coloidal de resina o
polímeros que forman un film
translúcido en la superficie.
Secado
Las superficies deben ser secadas antes de aplicar el revelador
seco no-acuoso, mediante horno de recirculación, chorro de aire caliente o
frío o secado a temperatura ambiente.
El revelador absorbe la TP de las fisuras dando lugar a la indicación de
defecto debido al contraste generado
La capa de revelador debe ser continua, delgada y sin chorreaduras. Se denomina tiempo cero de revelado al tiempo en que se empiezan a
observar las indicaciones de falla, momento en que es posible determinar
con cierta precisión el tamaño y cantidad de defectos. Posteriormente el revelador continúa extrayendo TP y el tamaño de las
indicaciones aumenta, pudiendo producirse un solapamiento.
El tiempo mínimo de revelado será de 10 min. Los tiempos máximos son
de 2 horas y 1 hora para revelador acuoso y no-acuoso.
La observación del desarrollo de la indicación es ventajoso para
interpretar los resultados. La señal aparece y crece, siendo posible evaluar el largo de fisuras al
tiempo cero, pero no las dimensiones restantes del defecto. Las indicaciones son evaluadas y clasificadas (tipo, tamaño, ubicación,
orientación) para ser consideradas aceptable o no.
Examen con luz negra. La luz ambiente debe ser <20 lx, mientras que la
luz negra >1000 W/cm2 y 320<<380 nm, sobre la superficie a
evaluar. Calentamiento mínimo 10 min. Operario: adaptación >1 min.
Examen con luz visible. Luz natural o artificial con una intensidad mínima
de 1000 lx
La probabilidad de detección depende de la naturaleza de los defectos, aumentando con:
- En defectos volumétricos respecto de planares ya que generalmente atrapan más volumen de penetrante y este ingresa más rápido
- Cuando los defectos son más profundos, lo cual favorece la retención de tinta y son menos propensos al sobrelavado
- Cuando los defectos poseen una abertura estrecha ya que son menos propensos al sobrelavado
- Cuando la superficie posee baja rugosidad, ya que aumenta el contraste al disminuir el background
- Cuando la superficie de las fisuras son rugosas, ya que aumenta la velocidad a la que el penetrante entra en el defecto
- Cuando las piezas se encuentran descargadas o en tensión
Clasificación de defectos.
La norma ASTM E433 provee los criterios de
clasificación de defectos, de la siguiente manera:
Tipos
Tipo 1: Aquellos en los que ninguna dimension es mayor a 3 veces la otra.
Tipo 2: Aquellos en los que una dimnesion es mayor a 3 veces la otra.
Clases
A. Simple
B. Multiples desalineados.
C. Multiples alineados.
D. Interseccion de superficies.
El paso final del ensayo es la limpieza del componente, para
eliminar los restos de penetrante y revelador que pudieran
afectar procesos posteriores de fabricación o el servicio.
Ventajas
- Posee muy buena sensibilidad para defectos pequeños.
- El metodo posee pocas limitaciones en cuanto al material a evaluar.
- Se peude evaluar grandes areas y volumenes de pieza a bajo costo.
- Se pueden inspeccionar piezas de geometria compleja.
- Las indicaciones se producen sobre la superficie de la pieza y constituyen una representacion visual del defecto.
- Los elementos utilizados pueden ser portatiles y son de bajo costo.
Limitaciones.
- Solo detecta defectos abiertos a la superficie
- Solo se evaluan materiales no-porosos.
- La limpieza previa es critica y los recubrimientos deben eliminarse
- El metal deformado por metodos de preparacion, tales como mecanizado, rectificado, etc. debe ser eliminado.
- Puede utilizarse unicamente en el rango de temperatura de 10-38 °C
- Se requiere acceso a la superficie inspeccionada
- La rugosidad y la porosidad aumentan el background
- Requiere limpieza posterior al ensayo en piezas sanas.
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