Materiales Navales Inspección por líquidos penetrantes

1. Objetivos
2. Procedimiento general del
   ensayo
3. Informe e interpretación
   de los resultados
5. Método de
   inspección por radiografía

1. Objetivos:

2. El objetivo
   de esta práctica es familiarizarse con las técnicas de líquidos
   penetrantes, observando y ejecutando el ensayo
   para detectar posteriormente defectos o discontinuidades en
   las piezas analizadas.

3. Procedimiento
   general del ensayo

La prueba por líquidos penetrantes es una
técnica empleada para la detección de defectos
superficiales tales como roturas, pliegues, inclusiones,
porosidad, etc.. que se presentan en cualquier tipo de
superficie, particularmente muy utilizado para piezas no
magnéticas, en los que por lo tanto no se puede utilizar
el método
magnético. Los principales materiales que
pueden ser examinados por este método son: aluminio y sus
aleaciones,
latón, bronce, titanio, magnesio, etc.

Las fallas o fisuras buscadas pueden deberse a fatiga
del material, concentraciones del mismo, defectos de cordones de
soldadura,
etc. Y en cada caso se deberá determinar la
localización y extensión de las
mismas.

Básicamente el procedimiento del
ensayo es el
siguiente:

• Se toma muestra a
  analizar, normalmente diamagnética (en nuestro caso de
  acero), y se
  limpia su superficie de forma que quede libre de agua,
  aceite o
  cualquier otro agente contaminante.
• Se aplica, por pulverización mediante
  aerosoles, un líquido rojo intenso (líquido
  penetrante – generalmente materiales orgánicos) con un
  gran poder de
  penetración (baja tensión superficial) sobre la
  superficie para que entre en los posibles defectos de la pieza;
  se deja secar la pieza entre 15 – 20 min.
• A continuación se elimina el exceso de
  líquido penetrante mediante el líquido removedor
  a base de acetona. Para ello se impregna un papel tisue con el
  removedor y se frota con dicho papel la superficie de la
  pieza.
• Finalmente se aplica un tercer líquido blanco
  llamado revelador o fijador, con gran capacidad de
  absorción (base no acuosa – alcohol).
  Este líquido absorbe el penetrante que no ha quedado en
  las discontinuidades, quedando manchados de color rojo solo
  los lugares donde existen defectos. De este modo, a simple
  vista, ya se puede realizar la inspección.
• Tras la inspección se procede a limpiar de
  nuevo la pieza ensayada.

1. Informe e
   interpretación de los
   resultados

El ensayo se ha realizado sobre un rotor de una
bomba.

A continuación se informan: propiedades de los
líquidos utilizados en el ensayo y descripción de los defectos
obtenidos.

1. 

   Seguidamente se muestra un croquis de la pieza
   ensayada en la que se destaca en color aquellas zonas donde
   se encuentran discontinuidades (en apartados posteriores se
   presentará una tabla en la que se describirán
   cada uno de los defectos).

2. Croquis de la pieza
3. Tipo de penetrante, removedor y revelador
   utilizados.

Los líquidos utilizados y sus propiedades son las
siguientes:

• Penetrante:

Se ha utilizado un penetrante de color
rojo.

Su aplicación a la pieza es mediante la
pulverización con aerosoles.

Tipo: penetrante eliminable con
disolventes.

Por ejemplo, uno penetrante de uso corriente son, el
Ardrox 996P penetrante y el Ziglo ZL-1

– Eliminador:

Según el tipo de penetrante, tenemos un modo de
eliminar el exceso de penetrante.

Tipo: en nuestro caso, al tratarse de un eliminable
con disolventes, el removedor es un disolvente en fase
líquida que se aplica sobre un papel
impregnándolo y frotando la superficie de la
pieza.

Un removedor utilizado es el Ardrox 996 PR 551
eliminador.

• Revelador:

Su aplicación sobre la pieza es a
través de la pulverización.

Tipo: revelador húmedo compuesto de polvo
blanco en suspensión de disolvente (que es el que se
suele utilizar para los penetrantes rojos).

1. Condiciones de aplicación de los productos
   anteriores.

Las condiciones para la aplicación de los
anteriores productos son fundamentalmente:

• El lugar debe ser no inflamable.
• El lugar debe estar ventilado.
• Se deben alejar de las fuentes de
  ignición.
• Los vapores no se deben respirar.
• No se deben tirar los residuos por el
  desagüe.
• Evitar la acumulación de cargas
  electrostáticas.

1. Los defectos que aparecen en la pieza se pueden
   resumir en uno solo. Tenemos varias fisuras radiales que se
   encuentran en la superficie evaluada, la superficie elegida
   es la más maltratada ya que el liquido que mueve la
   bomba tiene contacto directo con la misma y produce
   infiltraciones en el material, acentuándose las
   tensiones producidas en estas discontinuidades por el
   movimiento de la pieza.

   Tal y como se puede apreciar en el croquis de la
   pieza, los defectos tienen forma ramificada terminando con
   varios brazos cerca del borde.

2. Situación de los defectos y origen de los
   mismos.
3. Tipos, tamaño y forma de los
   defectos.

Una vez se ha secado el revelador, podemos realizar una
inspección visual sobre la pieza. La pieza que hemos
ensayado parece presentar varias discontinuidades cuyas
características se presentan a
continuación.

CONCLUSION

Este método es muy
útil debido a su amplio campo de aplicación, a su
simplicidad y a bajo su costo respecto de
otros métodos.
Se emplea para revisar partes de motores, ejes,
fuselajes de aviones, soldaduras de aluminio y en fallas de no
ferrosos. Se debe comprender que su uso es limitado ya que no se
pueden observar fallas subsuperficiales, pero sin embargo es muy
útil y muy preciso, estando este último
directamente relacionado a la capacidad de penetración de
los líquidos utilizados en la prueba.

METODO DE INSPECCION POR
RADIOGRAFIA

Rayos X – Generación y propiedades
físicas

Los rayos X son
radiaciones electromagnéticas de 1a misma naturaleza que
la luz ordinaria
pero de una longitud de onda mil veces menor, razón por la
cual son capaces de atravesar loe espacios interatómicos
de loe materiales, resultando, además invisibles al ojo
humano. También pueden ser difractados en la misma forma
que la luz dando un espectro característico.

Se generan por el llamado "efecto fotoeléctrico",
por el cual si a un electrón animado de una velocidad
determinada lo frenamos bruscamente, transformará su
energía cinética en radiante según la
relación:

donde:

m: masa del electrón

v: velocidad del electrón

h: constante de Plank

u : frecuencia de la
radiación
emitida.

Para, obtener una fuente continua de electrones se
recurre a1efecto Edison que consiste en lo siguiente si se
calienta un conductor metálico por el paso de una corriente
eléctrica, al ponerse el mismo al rojo, los electrones
libres tratarán de desprenderse y formarán una nube
alrededor del conductor, atraídos por la carga
eléctrica positiva que se ha formado en el mismo como
consecuencia de la salida de dichos electrones.

Si ahora se establece un campo
eléctrico entre el conductor y un polo positivo
determinado, con una diferencia de potencial entre ambos, los
electrones en virtud de su carga negativa se precipitarán
sobre dicho polo positivo y en el choque transformarán su
energía cinética en radiante.

Con tales principios se
construye el tubo de Coolidge que consiste esencialmente en una
ampolla de vidrio dentro d
la cual se hace vacío para evitar perturbaciones de las
partículas de aire y en el que
se colocan el ánodo y el cátodo. El primero
está formado por una placa de metal pesado,
preferentemente tungsteno y el segundo por un filamento conductor
metálico.

Mediante el paso de una corriente secundaria se pone el
cátodo incandescente precipitarán sobre este
último convirtiéndolo en pantalla emisora de rayos
X. Dado 'al fuerte calentamiento que sufrirá el
ánodo por el bombardeo electrónico, es necesario
refrigerarlo mediante circulación de aceite.

El circuito electrónico consiste en uno principal
con un transformador da alta tensión para establecer la
diferencia de potencial entre ánodo y cátodo y otro
secundario, a fin de alimentar la corriente secundaria. Dada una
diferencia V de potencial, los electrones adquirirán una
velocidad v tal, que:

Siendo m.u
= c (por física, c: velocidad
de la luz)

,
entonces,

Remplazando valores,
llegaríamos a:

Aº: Amstrong: unidad de medida equivalente a
10^-8cm

Kv: kilovolts.

Esta longitud de onda, mínima para cada voltaje,
se denomina longitud de onda límite, y los rayos se llaman
duros o blandos según que la misma sea pequeña o
grande.

En toda radiación electromagnética hay que
considerar dos características: calidad y
cantidad, la primera esta dada por la longitud de onda y la
segunda por la intensidad.

Hasta ocuparnos de esta ultima magnitud, La misma
dependerá de1 número de electrones disponibles, el
que a su vez será función de
la temperatura
del I filamento y de la diferencia de potencial aplicada en el
tubo.

En general, la intensidad es proporcional a estas
variables:

Intensidad de corriente que circula por el
filamento.

Cuadrado de la diferencia de potencial V
aplicada.

Numero atómico N del metal del
ánodo.

Siendo K una constante, la intensidad I de la
radiación será:

La radiación emitida no será
monocromática, sino que variará entre diversos
valores de longitud de onda, pero la mayor parte de ésta
estará constituida a por rayos cuya longitud de onda es
cercana a la mínima, pudiendo por tanto usarse
directamente.

Cuando se necesita trabajar con rayos
monocromáticos, se pueden obtener fácilmente
filtrando la radiación policromática con filtros de
materiales adecuados.

E1 rendimiento del tubo estará dado por la
relación entre la energía de la radiación
producida y la aplicada al tubo.

Esta ultima será: Ee = Vi y el rendimiento del
tubo:

Generalmente el rendimiento es del orden de 7 a 9
mm.

Rayos c Generación, y
propiedades:

Los rayos son radiaciones electromagnéticas de la
misma naturaleza, que los rayos X, diferenciándose de los
mismos en que su longitud de onda es cien veces menor.

Sus propiedades son las mismas que las de los rayos x si
bien mucho más marcadas y su poder de penetrar en los
materiales en mucho mayor.

Se generan por desintegración del radio y otros
elementos radioactivos. El primer producto de la
desintegración del radio es el radón, un gas inerte que a
su vez produce los rayos c .

Dada la gran actividad del radio nunca se usa puro sino
en forma de sales, como el bromuro y sulfato de radio.

E1 alto costo de las fuentes de radio, asi como su corta
duración, limitaron el uso de loa rayos c , hasta que la aparición
de los isótopos artificiales resolvió el
problema.

Se conocen con el nombre de isótopos aquellos
cuerpos cuya naturaleza química es la misma
del elemento original, pero su peso atómico es
diferente.

En las pilas
atómicas, mediante el bombardeo de neutrones, se pueden
obtener isótopos de casi todos los cuerpos conocidos. En
general son inestables y muchos de ellos dan rayos
c por
desintegración.

Se define como "vida media" de una fuente radioactiva al
periodo de tiempo
necesario para que la misma pierda el 50/G de su potencia
original.

La potencia, a su vez, se mide en Curie,
designándose con tal nombre la energía producida
por le cantidad de radón en equilibrio con
un gramo de radio.

En la práctica se usa el "Milicurie" o sea la
milésima parte del Curie.

Se indican, a continuación, los principales
radioisotopos usados en la industria,
así como su energía de desintegración, vida
media y poder de penetración en espesores de
acero.

Equipo de rayos X:

Esta constituido por un tubo emisor formado por una
ampolla de vidrio que lleva en su interior el ánodo y
cátodo y que se halla encerrado en una cubierta provista
de un sistema de
refrigeración mediante circulación
de aire o aceite.

La refrigeración es imprescindible dado que ese
trabaja con elevadas tensiones e intensidades (200

000V y 10 miliampers) que se transforman en 2 Kw de
calor en la
superficie del ánodo. Los tubos pueden ser bipolares, en
los que se aplica la tensión al ánodo y al
cátodo, o monopolares en los que el ánodo se
conecta a tierra. El
tubo emisor se coloca sobre un soporte universal a fin de
acercarlo al objeto a radiografiar y orientarlo en cualquier
dirección.

Equipo de Rayos c :

Para obtener una gammagrafia hasta colocar el elemento
radioactivo frente al objeto a ensayar, sujetando detrás
de éste el chasis con la película.

El elemento radioactivo, cuando no se usa debe ser
alojado en un recipiente de aleación especial que absorba
las radiaciones. Estos recipientes se fabrican con plomo o
aleaciones de wolframio prefiriendo estas últimas por su
menor peso y mayor resistencia.

Reconocimiento de un cuerpo mediante examen
radiográfico:

Los rayos X y los rayos c se usan en la industria para penetrar los
materiales opacos y obtener imágenes
permanentes del resultado sobre una placa o película
sensible.

Cuando los materiales poseen una estructura
uniforme pero presentan huecos, sopladuras o defectos internos,
al ser atravesados por radiaciones, la absorción en estos
últimos será mucho menor que en la zona uniforme.
Si detrás del objeto radiado se coloca una película
sensible, se obtendrá una imagen con zonas
claras y oscura, estas últimas en correspondencia con los
defectos.

El primer problema que se presenta consiste en
determinar las características de la radiación a
emplear; las mismas están dadas, por la intensidad y la
longitud de onda.

En el caso de los rayos X dichas características
dependen del kilovoltage y miliamperaje del tubo
emisor.

La dosis necesaria para ennegrecer la placa será
mayor cuanto más duros sean los rayos, razón por la
cual deberá ser determinada para cada longitud de
onda.

Esta dosis puede medirse en intensidades –tiempo,
o sea en los miliamperios- segundo de corriente que para cada
voltaje producen una radiación capaz de atravesar el
cuerpo e impresionar la placa.

Si representamos en un gráfico logarítmico
loe millamperios-segundos necesarios para atravesar distintos
espesores, para cada voltaje distinto, veremos que los primeros
varían linealmente con los segundos y en tal forma
podremos conocer fácilmente la dosis, necesaria para cada
espesor a radiografiar.

En la figura XXX observamos un ejemplo para las
aleaciones de, aluminio.

La cantidad de radiación recibida está
dada por la formula:

Donde I es la intensidad de corriente que atraviesa el
tubo, V el voltaje, N el número atómico del
ánodo y d la distancia del foco emisor al
objeto.

Al aumentar el voltaje disminuye la longitud de onda de
la radiación y aumenta por tanto su
penetrabilidad.

En el caso de la gammagrafía, existen gráficos como el que aparece en la figura
XXX, que permiten calcular el tiempo de exposición.

Para ello, conociendo el espesor de la pieza en este
caso acero y el radioisótopo usado, obteniéndose el
factor de exposición y siendo:

F: Factor de exposición

S: Espesor de acero

A: Actividad de la fuente, en miliamperios.

D.: Distancia a la fuente en cm.

Tenemos:

Siendo T el tiempo de exposición necesario en
cada caso.

Las películas para radiografía
están constituidas por acetato de celulosa
impregnado en sus dos caras por una emulsión de bromuro de
plata. La doble emulsión duplica el contraste y permite
abreviar el tiempo de exposición.

También pueden usarse hojas reforzadas que para
los rayos X están constituidas por películas con
emulsión de tungstato de calcio, que bajo la acción
de los rayos X se vuelve fosforescente. La película se
coloca entre dos hojas reforzadoras, una gruesa por detrás
y una fina por delante. Así se impresiona por la
acción de los rayos X y la luz emitida por el tungstato de
calcio. El tiempo de exposición se reduce así de 10
a 15 veces.

En el caso de usarse rayos c , el mismo efecto se logra por el medio
de láminas de plomo.

Una buena radiografía deberá registrar
todos los defectos que existen en la pieza, aún los
más pequeños, lo que dependerá del contraste
de las zonas adyacentes. Para esto último tiene
importancia que el tamaño del foco emisor sea mayor que el
del defecto y que la relación entre la distancia del foco
a la pieza a examinar con respecto al espesor de la misma sea
mayor que siete (D/e>7) prefiriéndose relaciones
mayores de treinta.

Para localizar la ubicación en profundidad de los
defectos dentro de la pieza es necesario tomar dos
radiografías desplazando el foco emisor paralelamente a la
dirección de la película; también pueden
usarse localizadores especiales.

Aplicaciones:

La radiografía, lo mismo que los demás
ensayos no
destructivos pueden usarse como control de
calidad de piezas terminadas o en proceso de
fabricación y además en el mantenimiento
de equipos y máquinas.

En el primer caso su principal aplicación ha sido
hasta ahora el campo de las fundiciones en general, permitiendo
apreciar la existencia de sopladuras internas y otras fallas
estructurales; y en caldería para controlar remachaduras,
los cordones de soldaduras, etc.

Actualmente dado el gran desarrollo
alcanzado por la soldadura ja encontrado aquí uno de sus
campos de aplicación más interesantes. Los
principales defectos de la soldadura investigables con la
radiografía son: oclusiones gaseosas, inclusión de
escoria, fallas de penetración, falta de unión o de
fusión,
grietas, etc. Siendo el depósito de metal fundido
más compacto que el del metal base, la soldadura se
verá en el negativo como una zona clara y los defectos
como manchas oscuras fáciles de identificar.

El control que puede
realizarse de las soldaduras por medio de la radiografía
ha permitido extender considerablemente su uso, dado que en las
construcciones soldadas el factor de seguridad es muy
importante.

Precauciones de seguridad:

Los rayos X deberán conducirse de modo que los
operadores no queden expuestos a su acción. Los
isótopo radioactivos cuando no se utilizan estarán
encerrados en recipientes de protección y cuando
están fuera de los mismos hay que situarse a distancia o
protegerse con placas de plomo. Su manipuleo se hará con
guantes y pinzas especiales. La exposición prolongada a
las radiaciones puede producir amnesia, descenso de la presión
arterial y del número de glóbulos blancos
así como quemaduras en la piel. Los
operadores deben controlar su nivel de radiación
semanalmente.

Amplitud del Ensayo
Radiográfico

Interpretación de los resultados:

La correcta interpretación de una
radiografía exige una correlación inequívoca
entre la radiografía obtenida, el espectro examinado y la
zona de este a que corresponde la misma. Para esto se utilizan
números con los datos y la fecha
del ensayos.

Densidad radiográfica:

Es el grado de ennegrecimiento de la
película expuesta. Se define como:

siendo:

Ii = intensidad de luz incidente;

It = Int. De luz transmitida;

D. = Densidad
fotográfica (de 1,8 a 3,5)

Proceso de revelado de la
película:

1. Aplicación del Revelador (a 20ºC
   durante 5´),
2. Baño de parada, solución de agua y
   ácido acético (de 30 a 60´)
3. Fijado,
4. Lavado final,
5. Secado.

Exposición radiográfica:

La mejor definición de la imagen
radiográfica se consigue cuando la fuente emisora de la
radiación es pequeña, la distancia fuente –
objeto es grande y la distancia objeto – película es
pequeña. La falta de nitidez o penumbra capáz de
ser detectada por el ojo humano es de 0,5mm para espesores de
hasta 51mm.

Sensibilidad y calidad
radiográfica:

En un objeto sometido a examen radiográfico, la
percepción de los posibles defectos que
puede presentar dependen de la cantidad de imagen como de la
sensibilidad. Para determinar la sensibilidad se utilizan
indicadores de
Calidad de Imagen.

Indicadores de Hilos: segün la norma DIN
54109/62
Indicadores de Puntos: según la norma ASTM
E-142-72

Tomando como ejemplo la norma DIN, el valor de la
Sensibilidad expresado en tanto por
ciento:

DE =

La sensibilidad DE% es un valor relativo que depende del
espesor de la pieza a radiografíar.

El I.C.I. BZ es un valor absoluto independiente del
espesor y es número de orden del hilo más fino que
se ve en la radiografía.

Siempre, se deben colocar los I.C.I. sobre la probeta en
las zonas de mayor espesor, o en aquellas zonas donde la
radiación no es perpendicular a la pieza.

Según la norma se clasifican en dos
categorías:

– Según la DIN:

1. Radiografías de Alta
   Sensibilidad,
2. Radiografías de sensibilidad
   normal.

– Según la ASTM:

1. Niveles Normales de Calidad: 2-1t, 2-2t y
   2-4t,
2. Niveles especiales de calidad: 1-1t, 1-2t y
   4-2t.

Como regla general, el nivel de Sensibilidad
radiográfica debe ser por lo menos un 2%.

EXPERIENCIA REALIZADA EL DIA 1/6/04

En el Laboratorio de
Mediciones y Ensayos Industriales de la Facultad Regional
Buenos Aires
de la Universidad
Tecnológica Nacional, se realizo una pequeña prueba
de cómo funciona el equipo de radiografía
industrial del cual se dispone, las características de
este equipo son:

• Marca: Philips
• Capacidad de tensión: 200 KV
• Capacidad de corriente: 5 mA.
• Diámetro del foco emisor: 2,5mm.

Dado que no se deponía de suficiente tiempo
como para hacer la radiografía y el revelado de la
película, se procedió a analizar algunas
radiografías hechas por el personal del
laboratorio.

Utilizando un megatoscopio, se pudo observar mejor las
fallas. Este aparato es una generador de luz muy potente, que
se utiliza para ver con mejor definición las fallas y
defectos.

Observamos alrededor de 10 placas, realizadas con
equipos de Rayos-X y de Rayos-c , en las que se encontraron fallas de los
siguientes tipos:

• Fisuras;
• Socavaduras;
• Rechupes;
• Falta de penetración en soldadura manual;
• Nido y exceso de poros en soldaduras.

NOTA:

En el trabajo
práctico " Resumen de Fallas detectadas por Ensayos No
Destructivos", se indican con detalle las observaciones
realizadas en cada placa y se hace una pequeña referencia
de su causa.

CONCLUSIONES

El ensayo no destructivo mediante radiografía
industrial por rayos X o rayos gamma no presenta dificultades
ante la mayoría de los materiales metálicos, es
apto para la detección de fallas internas permitiendo
además la caracterización de las mismas.
Nos da un registro de la
imagen obtenida, ofreciendo la posibilidad de observar defectos
internos y la observación de piezas de espesor mayor a
los 100 mm.
Sin embargo aún en la actualidad es un ensayo
caro, no es portátil, es peligroso para el operador debido
a las radiaciones a las que puede quedar expuesto, en
comparación con otros ensayos no destructivos en los que
se utilizan partículas magnetizables y
ultrasonido.

Universidad Tecnológica
Nacional

Facultad Reg. Buenos Aires

Ingeniería Naval