Liquidos penetrantes 1

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Liquidos penetrantes 1

  1. 1. FUERZA AEREA Servicio de Mantenimiento – Dpto. de Ingeniería Laboratorio de Ensayos No Destructivos LIQUIDOS PENETRANTES INTRODUCCIÓN El método por Líquidos Penetrantes se basa en el principio de CAPILARIDAD y se aplica en la detección de discontinuidades abiertas a la superficie (fisuras, poros, etc.), en metales ferrosos y no ferrosos y otros materiales sólidos tales como cerámicos, plásticos y vidrios que no sean porosos ni presenten rugosidad excesiva. De manera general se puede decir que este Método se caracteriza porque es prácticamente independiente de la forma de la pieza a ensayar; la mayoría de los casos se pueden resolver con un equipamiento mínimo y tiene gran sensibilidad para la detección de fisuras. El antecedente histórico del método actual de ensayo por líquidos penetrantes, es el conocido como del “petróleo y la cal”, que antiguamente se empleaba en talleres para buscar fisuras en piezas de acero, particularmente en la industria ferroviaria. Éste método consistía en limpiar la superficie de la pieza y cubrirla con un aceite mineral disuelto en keroseno durante un tiempo determinado, remover la mezcla de la superficie mediante trapos o papeles y una vez seca, cubrirla con una lechada de cal. Posteriormente la pieza se golpeaba o se hacía vibrar para ayudar a salir al líquido de las fisuras, con los que se obtenía una mancha oscura sobre el fondo blanco como indicación de la discontinuidad. Este método, permitía detectar solo fisuras grandes. La necesidad de mejorar y acelerar los métodos de control en la producción masiva de equipos y armamento durante la segunda guerra mundial, especialmente para materiales no ferrosos impulsó el mejoramiento de este antiguo método. Así en 1941 Roberto y José Switzer patentaron un método muy mejorado que posteriormente venden a la Magnaflux Corporation que inicia rápidamente su difusión y comercialización. El desarrollo y perfeccionamiento del método se extendió a todas las etapas del proceso sobre la base de la aplicación de conocimientos físicos que otorgaron al mismo gran sensibilidad para detectar discontinuidades pequeñas, sin recurrir a auxiliares de la visión. Para lograr resultados satisfactorios es muy importante; - la experiencia, habilidad y la responsabilidad del operador; así como se puede decir que es relativamente fácil comprender las diferentes técnicas de LP, se puede afirmar que la Página 1 de 118
  2. 2. FUERZA AEREA Servicio de Mantenimiento – Dpto. de Ingeniería Laboratorio de Ensayos No Destructivos implementación de éstas pueden resultar laboriosa y suele suceder que operadores diferentes no obtengan exactamente el mismo resultado. - la calidad, tipo y estado de los productos utilizados; la calidad está relacionada al fabricante del producto, a su vez cada fabricante vende productos de sensibilidades diferentes. La sensibilidad del sistema penetrante a utilizar, estará relacionada a la importancia de la función de la pieza. Se debe esperar que con un líquido penetrante fluorescente sin el agente emulsivo incorporado, se pueda lograr mayor sensibilidad que con un líquido penetrante coloreado con el agente emulsionante incorporado, debiéndose asegurar que el estado de los productos mantienen sus condiciones originales. - disponer de instrumentos de medición y control; se necesita disponer de estos elementos, con el propósito de uniformizar y tener controladas las variables del ensayo y en consecuencia asegurar la repetibilidad de los resultados y la sensibilidad del Sistema Penetrante. Los instrumentos de medición y control que normalmente se requieren cuando se deben implementar todas las técnicas de LP son: termómetro, cronómetro, luxómetro, medidor de intensidad de luz negra, refractómetro, balanza, manómetro, hidrómetro, cinta métrica, calibre tipo pie de rey, rugosímetro. Todos estos elementos deben ser calibrados, garantizando trazabilidad, cuando sea aplicable, a patrones nacionales o internacionales. - piezas de referencia; la efectividad de la inspección con LP, depende del cuidado con que se desarrolla el proceso, de las propiedades de los materiales del sistema de inspección y la técnica aplicada. Todos los materiales del sistema de inspección serán sometidos a “ensayos de calificación”. El usuario realizará ensayos comparativos con piezas de referencia, para controlar la sensibilidad del sistema penetrante, siendo este un control operativo y adicional a los ensayos de calificación y calidad de los productos. La sensibilidad obtenida en la pieza de referencia, no es indicativa de la sensibilidad que se puede obtener en la pieza que se esta ensayando. Un componente con una discontinuidad conocida y calificada, se puede tomar con una pieza de referencia. Existen otras piezas de referencias como los bloques o patrones fabricados de acuerdo a las recomendaciones de Códigos o Normas. Página 2 de 118
  3. 3. FUERZA AEREA Servicio de Mantenimiento – Dpto. de Ingeniería Laboratorio de Ensayos No Destructivos Los bloques patrones más utilizados son: - placas de latón o cobre con un depósito electrolítico de una capa delgada de níquel seguida de una capa de cromo. La capa de cromo es frágil y su espesor determina la profundidad; - acero inoxidable con recubrimiento de cromo; - aluminio Los recubrimientos tienen espesores determinados con el propósito de inducir fisuras controladas. Las fisuras se pueden producir: flexionando los paneles sobre una base la cual tiene una cierta curvatura establecida; mediante un equipo para medir dureza con carga variable (de dureza Brinell) o por calentamiento diferencial y enfriamiento rápido. En los patrones de latón o cobre con depósitos níquel – cromo, las fisuras se clasifican en fina, medianas y gruesas, el ancho de las mismas varían de 0,5 a 2,5 μ con profundidades que oscilan de 5 a 50 μ aproximadamente. Algunos patrones tienen terminaciones superficiales diferentes (rugosidad), lo que permite hacer un control de la capacidad de lavado. El ensayo de LP, se puede considerar como una mejora a la inspección visual, pero un ensayo de LP mal realizado, puede no detectar discontinuidades observables mediante la inspección visual. La norma ISO 9712 establece que el personal que se quiere calificar en algún método de END debe presentar un certificado de aptitud visual corregida o no, expedido por una institución o personal idóneo de acuerdo con los requisitos siguientes: a) la agudeza de visión cercana deberá permitir como mínimo la lectura de letras Jaeger número 1 o Times Roman Nº4,5 o letras equivalentes a no menos de 30 cm con uno o ambos ojos, ya sea con o sin corrección. b) la visión de color deberá ser tal que el candidato pueda distinguir y diferenciar el contraste entre los colores usados en el método de END pertinente, como lo especifique el empleador. Posteriormente a la certificación, las pruebas de agudeza visual deberán efectuarse anualmente y ser verificadas por el empleador o la agencia de empleo. Es de hacer notar que respecto de la versión anterior de la norma, se cambió el tamaño de letra a leer, Jaeger Nº 2 por Jaeger Nº 1 y se eliminó los requisitos de agudeza visual lejana. Página 3 de 118
  4. 4. FUERZA AEREA Servicio de Mantenimiento – Dpto. de Ingeniería Laboratorio de Ensayos No Destructivos Resumiendo, aplicada una técnica del método de LP y considerando los factores anteriormente comentados, si una pieza que fue ensayada con una técnica de sensibilidad baja y en condiciones extremas no presenta discontinuidades, puede suceder que si se recurre a una técnica de mayor sensibilidad y en mejores condiciones de aplicación, se detecten. Si en estas condiciones no se detectan, discontinuidades, no significa que no existan y que puedan detectarse por algún otro método de END, por ejemplo, con alguna técnica de PM, CI y/o US. En la aplicación del Método de LP, se puede decir que la Norma ASTM E 165 se asemeja mucho al contenido de un Procedimiento Escrito de ensayo. PRINCIPIOS FUNDAMENTALES DE LA INSPECCION POR LIQUIDOS PENETRANTES El Método por Líquidos Penetrantes se basa en el principio de CAPILARIDAD y se aplica en la detección de discontinuidades abiertas a la superficie ( fisuras, poros, pliegues de forja etc.), en metales ferrosos y en otros tipos de materiales, tales como cerámicos esmaltados, plásticos y vidrios que no sean porosos ni presenten rugosidad excesiva. Sobre la superficie preparada de un componente, se aplica el “líquido penetrante” quien luego de un cierto tiempo penetrará en la discontinuidad por CAPILARIDAD. Después de eliminar el “exceso de líquido penetrante” de la superficie del componente se aplica el “revelador” quien absorberá al líquido penetrante que se introdujo en la discontinuidad, sacándolo a la superficie por CAPILARIDAD, produciendo una indicación o marca visual. Como vemos la CAPILARIDAD interviene dos veces: para la entrada del penetrante en la discontinuidad y para la absorción del penetrante por el revelador Página 4 de 118
  5. 5. FUERZA AEREA Servicio de Mantenimiento – Dpto. de Ingeniería Laboratorio de Ensayos No Destructivos DESCRIPCIÓN DEL PROCESO DE LIQUIDOS PENETRANTES En la inspección por Líquidos Penetrantes se requiere realizar las siguientes etapas básicas: Preparación de la superficie Aplicación del penetrante Remoción del exceso de penetrante Aplicación del revelador Inspección Limpieza final Página 5 de 118
  6. 6. FUERZA AEREA Servicio de Mantenimiento – Dpto. de Ingeniería Laboratorio de Ensayos No Destructivos ETAPAS BASICAS DEL METODO Página 6 de 118
  7. 7. FUERZA AEREA Servicio de Mantenimiento – Dpto. de Ingeniería Laboratorio de Ensayos No Destructivos 1. La superficie de los componentes a examinar deberán prepararse mediante limpieza previa y desengrase. 2. Se aplica el líquido penetrante sobre la superficie preparada dejando transcurrir cierto tiempo para permitir la penetración del líquido en cualquier discontinuidad que se abra sobre la superficie. 3. El exceso del penetrante se elimina de forma que asegure la permanencia del líquido en cualquier discontinuidad. 4. Se aplica en agente revelador para extraer el líquido penetrante de la discontinuidad hacia la superficie dando así mayor realce a las discontinuidades. 5. A continuación, las indicaciones se examinan visualmente y se evalúan bajo condiciones de visibilidad apropiadas. 6. La pieza se limpia y, cuando corresponda, se aplica un inhibidor de corrosión. APLICACIÓN DEL METODO PARA LA DETECCIÓN DE FUGAS Tipo de inspección por Líquido Penetrante en la que éste se aplica de un lado del material, mientras se observa por el lado opuesto para comprender la presencia o ausencia de vacíos a través del espesor del material. Página 7 de 118
  8. 8. FUERZA AEREA Servicio de Mantenimiento – Dpto. de Ingeniería Laboratorio de Ensayos No Destructivos PRINCIPIOS DEL METODO POR LIQUIDOS PENETRANTES ACCION CAPILAR Es un principio generalmente aceptado que el líquido penetrante halla su camino hacia discontinuidades pequeñas o aberturas mediante la “acción capilar”. Esta acción se ilustra por el ejemplo del tubo de un termómetro de pequeño diámetro. Si tomamos el tubo vacío de un termómetro y lo invertimos, colocando la parte abierta en un líquido, este ascenderá a lo largo del tubo, de la misma manera que las plantas llevan desde el piso a cada una de sus hojas el agua que absorben de sus raíces. Este fenómeno es debido a la acción capilar. La distancia que recorrerá el líquido en el tubo queda mayormente determinada por la tensión superficial y por la propiedad humectante del líquido. Asimismo, la acción elevadora, debida a la acción capilar, aumenta en la medida que disminuye el diámetro. No obstante, cabe señalar que la acción capilar es menor en un tubo cerrado que en otro abierto, debido al aire que queda atrapado en el primero. Entonces podemos preguntarnos ¿que sucede con el aire que queda atrapado en un defecto?¿ Puede evitar que el líquido penetrante entre en la abertura? Se ha llegado a la conclusión de que el aire atrapado es despejado por el líquido penetrante y se difunde desplaza hacia la superficie. Además, las matemáticas de la fuerza capilar indican que la fuerza ejercida es mayor en la parte delgada o fina de la abertura que en la porción más gruesa. Este es el principio presente en la acción del líquido penetrante. Por ello podemos manifestar que la función de un líquido penetrante depende en gran medida de sus propiedades de tensión superficial y de sus propiedades humectantes. El químico fabricante tiene constantemente presente la importancia de estas dos propiedades al formular los líquidos penetrantes. Estas propiedades tienen una relación directa con la sensibilidad del líquido penetrante. Página 8 de 118
  9. 9. FUERZA AEREA Servicio de Mantenimiento – Dpto. de Ingeniería Laboratorio de Ensayos No Destructivos MATERIALES PENETRANTES Y SUS PROPIEDADES INTRODUCCIÓN En el método de inspección por líquido penetrante, el penetrante es un líquido que tiene la propiedad de penetrar en cualquier abertura u orificio que se abra ante el. No obstante y a fines de la inspección, se requiere mucho más que la habilidad de esparcirse, penetrar las aberturas y orificios en la superficie. Para que realice bien su función, el penetrante ideal deberá reunir los requisitos siguientes: - Habilidad para penetrar orificios y aberturas muy pequeños y estrechos - Habilidad de permanencia en aberturas grandes - Resistencia a la evaporación - Deberá ser de fácil eliminación de la superficie - Deberá ser difícil de eliminar una vez dentro de las discontinuidades - Facilidad de salida de las discontinuidades - Habilidad para extenderse en capas muy finas - Habilidad para mantener el color o la fluorescencia - No deberá facilitar la corrosión de materiales y recipientes - Deberá ser inodoro, antiinflamable, y estable bajo condiciones de almacenamiento - Deberá ser atoxico y de costo razonable Como no existe una sustancia única que reúna todas las propiedades, los líquidos penetrantes comerciales son una mezcla de sustancias diversas, que se aproxima a lo descrito anteriormente considerando las propiedades físicas siguientes: - Viscosidad - Tensión superficial - Poder humectante - Capilaridad - Gravedad específica - Volatilidad Página 9 de 118
  10. 10. FUERZA AEREA Servicio de Mantenimiento – Dpto. de Ingeniería Laboratorio de Ensayos No Destructivos - Inflamabilidad - Inactividad química y propiedades anticorrosivas VISCOSIDAD El coeficiente de viscosidad es característico de cada líquido y es la resistencia que opone un líquido a fluir, como resultado de la fricción molecular o interna. La viscosidad de los líquidos, disminuye al aumentar la temperatura y viceversa. Fundamentalmente la viscosidad afecta a la velocidad de penetración. Un líquido penetrante con viscosidad alta, requiere de largos períodos para introducirse en las discontinuidades mas estrechas, pero el líquido atrapado en las discontinuidades, no tendrá tendencia a salir de ellas, por el contrario, un líquido de viscosidad baja, requerirá un tiempo de penetración menor pero tenderá a salir fácilmente de las continuidades, por lo tanto se puede arrastrar en la etapa de remoción del exceso del líquido penetrante. Por estos motivos, es conveniente que los líquidos tengan un valor de viscosidad intermedio. Este valor de viscosidad se mide con un instrumento llamado viscosímetro.- TENSIÓN SUPERFICIAL “Se denomina tensión superficial a la resistencia que ofrecen los líquidos a la rotura de la superficie” Esta es una característica intrínseca del líquido, la cual es producida por la cohesión entre sus moléculas. Esta propiedad le permite a un líquido humedecer la superficie de un sólido. Los líquidos con tensión superficial alta son buenos disolventes, lo que facilita la disolución de los pigmentos y/o colorantes que forman parte en la composición de los líquidos penetrantes, pero tienen malas propiedades de penetración, por lo tanto un buen líquido penetrante deberá tener una tensión superficial lo mas baja posible. Las sustancias que disminuyen la tensión superficial son denominadas “tenso activas”, y entre ellas están los alcoholes, jabones, detergentes, etc. La tensión superficial se mide en unidad de fuerza por unidad de longitud y disminuye al aumentar la temperatura. Página 10 de 118
  11. 11. FUERZA AEREA Servicio de Mantenimiento – Dpto. de Ingeniería Laboratorio de Ensayos No Destructivos HUMECTABILIDAD / MOJABILIDAD / PODER HUMECTANTE Esta propiedad física importante “es una característica intrínseca del líquido pero también depende de la superficie a mojar”. Afecta las características de penetración y de sangrado de los líquidos penetrantes. Está controlada por el ángulo de contacto, la tensión superficial del penetrante y el estado superficial del componente. “El poder humectante se puede definir como el ángulo de contacto que forma la gota líquida con la superficie del material” Cabe aclarar que cuanto menor sea el ángulo de contacto, mayor será el poder humectante, por lo tanto un líquido penetrante debe tener un ángulo de contacto pequeño. La adición de sustancias tenso activas, además de disminuir la tensión superficial, disminuye el ángulo de contacto. El poder humectante y la tensión superficial, son determinadas en la caracterización del líquido penetrante. En la figura siguiente se muestran las características de la humectabilidad en función del ángulo de contacto entre la gota de un líquido y la superficie de un sólido, ( A) Cuando el ángulo θ es menor de 90º se obtiene una buena humectabilidad, en los casos ( B) y (C) se puede ver que cuando el ángulo θ es igual o mayor de 90º la humectabilidad va decreciendo hasta llegar a un valor mínimo, como en el caso del mercurio. Página 11 de 118
  12. 12. FUERZA AEREA Servicio de Mantenimiento – Dpto. de Ingeniería Laboratorio de Ensayos No Destructivos Las fuerzas con la cual las moléculas semejantes se atraen entre si, se denominan “ fuerzas de cohesión” y determinan la tensión superficial del líquido, mientras que en la superficie límite entre dos sustancias diferentes, o en el interior de una mezcla, las moléculas de distinta naturaleza se atraen unas a otras, debido a las “fuerzas de adherencia”. Cuando un líquido entra en contacto con la superficie de un sólido, la superficie del líquido tiende a ser curva. En la zona de contacto entre el sólido y el líquido, las moléculas están sometidas a las fuerzas de cohesión y a las fuerzas de adherencia del sólido y el gas, siendo esta última muy pequeña y por lo tanto despreciable. La acción de estas dos fuerzas determinan el ángulo de contacto “θ”. Para apreciar de mejor manera el fenómeno de las fuerzas de cohesión y adherencia observamos las figuras siguientes: Página 12 de 118
  13. 13. FUERZA AEREA Servicio de Mantenimiento – Dpto. de Ingeniería Laboratorio de Ensayos No Destructivos a) Las moléculas que están en el interior de la masa líquida, la fuerza de cohesión (F) es nula y no será en aquellas que están en contacto con la pared de la vasija. b) En el caso de este esquema las moléculas que están en contacto con la pared de la vasija están sometidas además a unas fuerzas atracción entre la pared-líquido, llamadas fuerzas de adherencia (F) cuya resultante es perpendicular a la pared y dirigida hacia el exterior, es decir en sentido contrario a las fuerzas de cohesión. c) Estas fuerzas son las responsables de que la superficie libre de líquido no sea horizontal en las proximidades de las paredes, y que según sea mayor la fuerza de adherencia o la de cohesión se formará un menisco cóncavo o convexo, es decir, el líquido mojara o no mojara la pared de la vasija. d) Se cumple lo mismo que en el caso anterior. Resumiendo la tensión superficial si es alta, el ángulo de contacto será mayor y no humectará bien la superficie. “la relación entre ángulo de contacto, tensión superficial y viscosidad puede ser establecida mediante la observación del fenómeno de capilaridad” CAPILARIDAD La capilaridad, junto con la humectabilidad, determina el poder de penetración de un líquido a través de las discontinuidades. El ejemplo típico es como las plantas llevan desde el piso a cada una de sus hojas el agua que absorben de sus raíces. Cuando existe contacto entre un líquido y una pared sólida. Como se muestra en la (figura 3.2) la altura o depresión de un tubo capilar vertical está determinada por el ángulo de contacto formado entre el líquido y la pared de un tubo capilar. Si el ángulo de contacto es menor de 90º, el dardo del líquido en el tubo es cóncavo, entonces el líquido asciende por el tubo. Si el ángulo es igual a 90º no existe ascenso capilar. Si el ángulo de contacto es mayor a 90º el líquido no humedece la pared del tubo, el dardo formado es convexo y el líquido en el tubo no asciende. Página 13 de 118
  14. 14. FUERZA AEREA Servicio de Mantenimiento – Dpto. de Ingeniería Laboratorio de Ensayos No Destructivos Es obvio que las discontinuidades que se presentan no son precisamente tubos capilares. Sin embargo, el análisis hecho anteriormente ejemplifica la forma en que interactúan el líquido penetrante y una superficie sólida. La columna del líquido que asciende por el tubo capilar es directamente proporcional a la tensión superficial por el coseno del ángulo de contacto e inversamente proporcional a la viscosidad por el radio del tubo capilar. Esto nos indica que para obtener un buen líquido penetrante se debe buscar un equilibrio entre todos estos factores ya que por lo explicado anteriormente dependiendo de la superficie a examinar, el líquido mojará o no la misma acordándonos que si el coseno del ángulo de contacto es alto y la tensión Página 14 de 118
  15. 15. FUERZA AEREA Servicio de Mantenimiento – Dpto. de Ingeniería Laboratorio de Ensayos No Destructivos superficial también, el líquido no asciende por el capilar lo que nos haría suponer que las pequeñas discontinuidades no serían detectables. GRAVEDAD ESPECÍFICA La gravedad específica es una comparación entre la densidad de un penetrante y la densidad del agua destilada a 4º C tiene un valor de 1 (uno). El penetrante debe tener una gravedad específica menor que 1 para evitar que en un recipiente por ejemplo, el agua flote en la superficie del penetrante, ya que puede afectar la sensibilidad del ensayo. VOLATILIDAD Está definida por la presión de vapor y el punto de ebullición de un líquido. Es recomendable una baja volatilidad del penetrante para evitar las pérdidas por evaporación especialmente en tanques abiertos. Un penetrante de alta volatilidad también se secará más rápidamente en la superficie de la pieza de ensayo. Si los líquidos contienen disolventes muy volátiles, pueden desequilibrar la formula original, reducir su extensión en la superficie, causando con ello el secado del penetrante. De estos dos ejemplos, se puede deducir que la sensibilidad puede resultar afectada. Cuando se utilicen materiales con bajo punto de inflamación y/o tóxicos, la volatilidad será una consideración de seguridad. INFLAMABILIDAD La inflamabilidad de los aceites, valga la redundancia, está relacionada con su punto de inflamación. De acuerdo a las especificaciones, se requiere un mínimo de 51,6º C (125º F) como punto de inflamación. Los fabricantes consideran por lo general una temperatura mínima de 57º C (135º F). En las especificaciones ASTM D-93 y D-92, aparecen algunas otras consideraciones sobre el punto de inflamación. Existen reveladores en aerosol, que contienen alcohol, sustancia que es inflamable a la temperatura ambiente. En el mercado existen reveladores no-inflamables. Página 15 de 118
  16. 16. FUERZA AEREA Servicio de Mantenimiento – Dpto. de Ingeniería Laboratorio de Ensayos No Destructivos ACTIVIDAD QUÍMICA Es importante que los penetrantes sean químicamente compatibles con el material a ser inspeccionado y con los recipientes que los contienen. Los penetrantes que contienen elementos tales como sodio, sulfuro y los alógenos (cloro, flúor) están restringidos para la inspección de aceros austeníticos, aleaciones de titanio y aceros de alto níquel. TIPOS DE PENETRANTES Y SISTEMAS PENETRANTES INTRODUCCIÓN Existen dos tipos básicos de líquidos penetrantes, fluorescentes y no fluorescentes. La característica distintiva principal entre los dos tipos es: a) Los líquidos penetrantes fluorescentes contienen un colorante que fluoresce bajo la luz negra o ultravioleta. Página 16 de 118
  17. 17. FUERZA AEREA Servicio de Mantenimiento – Dpto. de Ingeniería Laboratorio de Ensayos No Destructivos b) Los líquidos penetrantes no fluorescentes contienen un colorante de alto contraste bajo luz blanca. Se conocen como penetrantes visibles o coloreados. c) Existen los líquidos denominados duales, ya que los mismos se pueden comportar tanto como fluorescentes o como visibles. SISTEMAS PENETRANTES Los sistemas penetrantes generalmente se identifican por el método empleado en su eliminación. Los tres métodos generales son los siguientes: (a) Por lavado al agua (b) Post-Emulsificables (c) Eliminables por disolventes Estos tres sistemas son comunes tanto a los tipos de penetrante fluorescente como a los de coloreados o visible. Página 17 de 118
  18. 18. FUERZA AEREA Servicio de Mantenimiento – Dpto. de Ingeniería Laboratorio de Ensayos No Destructivos SISTEMAS PENETRANTES FLUORESCENTES - Sistema Penetrante Fluorescente Lavable al Agua Este sistema consiste en un líquido penetrante lavable con agua que al ser aplicado sobre la superficie de la pieza y después de haberlo dejado un tiempo de penetración suficiente, se retira de la superficie de la pieza mediante lavado con agua. Los penetrantes empleados en los procesos lavables con agua no son soluciones simples sino más bien combinación de ciertas sustancias. Estas comprenden aceites penetrantes, colorantes, agentes emulsificadores y agentes estabilizadores. El objetivo de la formulación es producir un líquido único que combine características de buena penetrabilidad y solubilidad del colorante con propiedades de lavado bajo el agua en un material que mantenga su estabilidad bajo condiciones variables de temperatura y otras condiciones operativas. - Ventajas del Sistema Fluorescente Lavable con Agua (a) Como todo proceso fluorescente incorpora todas las ventajas que representan el brillo y visibilidad de las indicaciones. (b) Simplicidad. La aplicación del revelador húmedo se efectúa inmediatamente después de la remoción del exceso de líquido penetrante. Esto permite una mayor facilidad de operación y economía de costos. (c) Rapidez, especialmente en el control de una producción de piezas pequeñas. (d) De uso fácil y económico en cuanto al costo de materiales. (e) Aplicable a gran variedad de piezas (tamaño, forma, material) y para la localización de una amplia variedad de defectos. (f) Adecuado para superficies rugosas o ásperas. Página 18 de 118
  19. 19. FUERZA AEREA Servicio de Mantenimiento – Dpto. de Ingeniería Laboratorio de Ensayos No Destructivos - Desventajas del Sistema Penetrante Fluorescente Lavable con Agua (a) No es seguro para la detección de defectos demasiados abiertos a la superficie y/o de poca profundidad (b) Riesgo de “lavado-excesivo” por la eliminación del penetrante de las discontinuidades por la acción prolongada del lavado. (c) Susceptible de deterioro por contaminantes, especialmente con agua, debido a formulaciones complejas de los penetrantes, no olvidar que tiene el agente emulsificable incluido en su formula. (d) Si se necesita repetir el proceso después de la primera inspección, no es muy seguro, ya que las indicaciones podrían no reproducirse. Cuando los penetrantes lavables al agua entran en una discontinuidad, el emulsificador también penetra, y al intentar limpiar tal abertura, por ejemplo, con un desengrasado al vapor, el emulsificador tiende a separarse del penetrante y parte de este no se elimina del todo, dado que no es soluble en el disolvente desengrasador. Esto deja entonces un residuo en la grieta que obstaculiza la entrada de un nuevo líquido penetrante al repetir el proceso. (e) Al igual que todos los procesos fluorescentes, la inspección requiere la luz negra y debe realizarse en un área que cumpla con la penumbra adecuada. - Sistema Penetrante Fluorescente Post Emulsificable Este método consiste en la aplicación de un penetrante post-emulsionable a la superficie de la pieza. Después de un período de penetración adecuado, el penetrante se hace lavable al agua por la aplicación de un emulsificador. Página 19 de 118
  20. 20. FUERZA AEREA Servicio de Mantenimiento – Dpto. de Ingeniería Laboratorio de Ensayos No Destructivos - Ventajas del Sistema Penetrante Fluorescente Post Emulsificable (a) Aptitud para detectar defectos abiertos y poco profundos no detectables por el método de lavable con agua. Esto se hace posible por la separación de la fase de emulsificación, lo cual permite el control del lavado aplicado. (b) Alta sensibilidad a los defectos muy pequeños. El no contar con el agente emulsificador favorece la máxima penetración por el penetrante. (c) Brillo alto, dado que la formula permite el uso de altas concentraciones de colorantes fluorescentes. (d) Corto período de penetración. El penetrante sin emulsificador penetra en las discontinuidades con más rapidez. (e) Los ácidos y los cromatos no dificultan tanto al proceso como sucede con los Sistemas Penetrantes Fluorescentes Lavable con Agua. Esto se debe a que los ácidos y los agentes oxidantes reaccionan con los colorantes fluorescentes solamente en presencia de agua. Dado que los penetrantes del proceso post-emulsificable no contienen o toleran el agua, no existe posibilidad de que los ácidos o los cromatos presentes puedan reaccionar con los colorantes. (f) Se puede repetir la inspección de las piezas obteniendo casi siempre buenos resultados. (g) El penetrante no absorbe o tolera el agua por lo que la contaminación con agua no representa problema con respecto a la vida del penetrante. - Desventajas del sistema Penetrante Fluorescente Post Emulsificable (a) La desventaja principal reside en que el método de post-emulsificación es un proceso con una mayor cantidad de etapas, anterior al lavado final. Esto significa, no obstante, que para ejecutar y controlar este proceso se puede llegar a requerir más tiempo, mas mano de obra y mas equipo. Página 20 de 118
  21. 21. FUERZA AEREA Servicio de Mantenimiento – Dpto. de Ingeniería Laboratorio de Ensayos No Destructivos (b) El “Tiempo de permanencia” o tiempo de contacto en la fase de emulsionamiento es crítico a la sensibilidad del proceso. Para asegurar resultados satisfactorios y constantes es preciso un meticuloso control del tiempo de contacto. Esto es particularmente crítico con los emulsificadores convencionales a base de aceite. (c) Presenta una dificultad en la limpieza de ranuras tales como nervios, roscas, chaveteros, etc., ya que el emulsificador podría no tener tiempo de extenderse en el penetrante en los puntos críticos. (d) El costo total del proceso de dos fases en cuanto a tiempo, mano de obra y materiales, es por lo general más alto que el método soluble en agua. El gran uso comercial que se hace hoy de penetrantes post-emulsificables parece indicar que la calidad de los resultados justifica, el mayor tiempo y cuidado adicionales como así también, el costo adicional del proceso. - Remoción de los Penetrantes Fluorescentes con Disolvente Los penetrantes fluorescentes removibles con disolvente solo se deberán emplear para inspecciones puntuales. Por éste método se pueden inspeccionar pequeñas cantidades de piezas. En éste método, el exceso del penetrante se elimina en dos etapas. Primero, se elimina todo el penetrante posible limpiando la superficie de la pieza con un paño limpio y seco, exento de pelusa. La capa superficial del penetrante que queda se elimina a continuación pasando por la pieza un paño humedecido en un disolvente apropiado. Es preciso tener cuidado de no emplear demasiado disolvente con objeto de minimizar la posibilidad de eliminar el penetrante contenido en las discontinuidades. Página 21 de 118
  22. 22. FUERZA AEREA Servicio de Mantenimiento – Dpto. de Ingeniería Laboratorio de Ensayos No Destructivos SISTEMAS PENETRANTES COLOREADOS Estos penetrantes se identifican por los tres métodos de eliminación del penetrante anteriormente descritos. Con excepción de las características de fluorescencia, inherentes a los penetrantes fluorescentes, las mismas ventajas y desventajas de los sistemas son comunes a los dos tipos básicos de penetrantes. - Penetrantes Coloreados Removibles con Disolvente Se debe utilizar en inspecciones puntuales. Por este método se pueden inspeccionar pequeñas cantidades de piezas. El penetrante coloreado mas utilizado es del tipo removible con disolvente. En este caso, el exceso del líquido penetrante se elimina de la superficie de la pieza empleando un disolvente que disuelve tanto el penetrante como el colorante. Generalmente se emplean tres variantes: (a) El tipo de bajo punto de inflamabilidad en el que el líquido penetrante es principalmente un aceite inflamable relativamente volátil. (b) El tipo de alto punto de inflamabilidad, en el que el penetrante consiste en líquidos orgánicos que pueden ser combustibles pero que ofrecen mucho menos riesgo de incendio que el tipo de bajo punto de inflamabilidad. (c) El tipo no combustible en el que el líquido penetrante consiste en un líquido orgánico o en una mezcla de líquidos orgánicos que son esencialmente incombustibles y no inflamables. La ventaja de los líquidos penetrantes coloreados reside precisamente en su extrema simplicidad de operación ya que por lo general, se pueden emplear en cualquier sitio. Página 22 de 118
  23. 23. FUERZA AEREA Servicio de Mantenimiento – Dpto. de Ingeniería Laboratorio de Ensayos No Destructivos - Penetrantes Coloreados Lavables con Agua Deberán utilizarse cuando no es necesario obtener un nivel elevado de sensibilidad y cuando se inspeccionan grandes volúmenes de piezas. - Penetrantes Coloreados Post-emulsificables Se deberán utilizar cuando se desea obtener una sensibilidad mayor que la que pueden proporcionar los penetrantes coloreados lavables al agua. También se utilizan cuando se inspeccionan grandes cantidades de piezas. En la familia de los métodos por líquidos penetrantes, los penetrantes coloreados tienen un campo bien definido de utilidad. Como sucede con todos los métodos de END, la decisión sobre la mejor técnica a utilizar ante un problema de inspección dado, se deberá efectuar en base a las discontinuidades que se quieran detectar y en base a la capacidad de la técnica. GUIA PARA LA SELECCIÓN DE LA TÉCNICA PARA LA INSPECCION POR LIQUIDO PENETRANTE En el resumen siguiente se da una guía orientativa para la selección en la aplicación de los sistemas penetrantes PENETRANTES FLUORESCENTES 1.- Penetrantes Fluorescentes, Lavables con Agua, recomendados para su uso cuando: - se inspeccionan grandes volúmenes de piezas - las discontinuidades son mas estrechas que su profundidad - las superficies son muy ásperas - se inspeccionan roscas y chaveteros - la sensibilidad del penetrante fluorescente lavable al agua es suficiente para detectar defectos propios de la pieza Página 23 de 118
  24. 24. FUERZA AEREA Servicio de Mantenimiento – Dpto. de Ingeniería Laboratorio de Ensayos No Destructivos 2.- Penetrantes Fluorescentes Post-Emulsificados, recomendados para su uso cuando: - Se inspeccionan grandes volúmenes de piezas - Se requiere una mayor sensibilidad que la proporcionada por penetrantes fluorescentes lavables con agua - La pieza está contaminada por ácido u otros químicos que perjudicarán a los penetrantes lavables con agua. - Se inspeccionan piezas que pudieran contener defectos contaminados por tipos diferentes de impurezas. - Se realiza la inspección para detectar corrosión bajo tensiones o corrosión intergranular, ya que se requiere utilizar el penetrante de mayor sensibilidad. - Cuando se requiere detectar grietas de amolado. 3.- Penetrantes Fluorescentes Removibles con Disolvente - Recomendado para inspección puntual y cuando el sistema de lavado con agua no es factible. - Para revelar grietas por fatiga, corrosión bajo tensiones y corrosión intergranular solo deberán emplearse fluorescentes de la mas alta sensibilidad. PENETRANTES COLOREADOS 1.- Penetrantes coloreados Solubles en Agua Recomendados para uso cuando: - no se requiere una sensibilidad elevada - se inspeccionan grandes volúmenes de piezas. 2.- Penetrantes Coloreados Post-emulsificables. Página 24 de 118
  25. 25. FUERZA AEREA Servicio de Mantenimiento – Dpto. de Ingeniería Laboratorio de Ensayos No Destructivos Recomendados para uso cuando: - se desea obtener mayor sensibilidad que la brindada por los penetrantes visibles lavables con agua - se inspeccionan grandes volúmenes de piezas 3.- Penetrantes Coloreados Lavables con Disolvente - Recomendados para inspección puntual y cuando el método de remoción con agua no es factible. - Por este sistema no se pueden inspeccionar cantidades grandes de piezas. Página 25 de 118
  26. 26. FUERZA AEREA Servicio de Mantenimiento – Dpto. de Ingeniería Laboratorio de Ensayos No Destructivos CLASIFICACIÓN DEL SISTEMA PENETRANTE DE ACUERDO A ASTM E 165 La clasificación de acuerdo a la Norma ASTM E 165 es la siguiente: Tipo I – Inspección con Líquido Penetrante Fluorescente Método A (técnica A) – Lavable con agua (ver ASTM E 1209) Método B – Post emulsificable lipofílico (ver ASTM E 1208) Método C – Removible con solvente (ver ASTM E 1219) Método D – Post emulsificable hidrofílico (ver ASTM 1210) Tipo II – Inspección con Líquido Penetrante Visible Método A (técnica A) – Lavable con agua (ver ASTM E 1418) Método C – Removible con solvente (ver ASTM E 1220) Combinando ambas clasificaciones resultan 6 (seis) procesos básicos de líquidos penetrantes Lavables con agua o autoemulsificables COLOREADOS Post emulsificables (lipofílico-hidrofílico) Removibles con disolventes Lavables con agua o autoemulsificables FLUORESCENTE Post emulsificables (lipofílico – hidrofílico) Removibles con disolventes Página 26 de 118
  27. 27. FUERZA AEREA Servicio de Mantenimiento – Dpto. de Ingeniería Laboratorio de Ensayos No Destructivos CLASIFICACION DEL SISTEMA PENETRANTE DE ACUERDO A ASTM E 1417 El proceso y materiales de la inspección mediante líquidos penetrantes clasificada de acuerdo a la Norma MIL – I – 25135 o AMS 2644 es la siguiente: TIPO Tipo I Líquido Penetrante fluorescente Tipo II Líquido Penetrante coloreado METODO (TÉCNICA) Método A Lavable con agua. Método B Post emulsificable , lipofílico (emulsificador base aceite). Método C Removible con disolvente Método D Post emulsificable , hidrofílico (emulsificador base agua). SENSIBILIDAD (estos niveles son aplicables al Tipo I) Nivel de sensibilidad ½ - muy baja Nivel de sensibilidad 1 – baja Nivel de sensibilidad 2 – media Nivel de sensibilidad 3 – alta Nivel de sensibilidad 4 – ultra alta REVELADORES Forma a Polvo seco Forma b Soluble en agua Forma c Suspendible en agua Forma d Húmedo no acuoso para penetrantes fluorescentes (Tipo I) Forma e Húmedo no acuoso para penetrantes coloreados (Tipo II) Forma f De aplicación específica Página 27 de 118
  28. 28. FUERZA AEREA Servicio de Mantenimiento – Dpto. de Ingeniería Laboratorio de Ensayos No Destructivos DISOLVENTES-ELIMINADORES Clase 1 Halogenados Clase 2 No halogenados Clase 3 De aplicación específica El sistema de inspección mas adecuado, se elige en función del tipo de discontinuidad a detectar, del material, terminación superficial, geometría de la pieza y sensibilidad requerida etc. REQUERIMIENTO DE ILUMINACIÓN PARA APLICAR EL METODODE LIQUIDOS PENETRANTES LA ILUMINACIÓN DURANTE LA INSPECCION En la etapa de remoción del LP y después de un tiempo determinado en el que actúa el revelador, se procede a la inspección de la muestra, esto se lleva a cabo observando el contraste de color entre el penetrante extraído de la discontinuidad y la superficie de fondo. La iluminación empleada en la inspección está determinada por el proceso utilizado. Cuando el Sistema Penetrante utilizado es el de penetrante visible, la inspección se efectúa bajo luz blanca y para el método de penetrantes fluorescentes, la observación se realiza bajo luz negra en una zona preparada de oscuridad adecuada bajo luz negra. Para asegurar la máxima eficiencia en la inspección, el operador debe entrar al área oscura minutos antes de la inspección a fin de acostumbrarse a la luz negra. Debido a que los resultados obtenidos en la inspección por cualquiera de los métodos de líquidos penetrantes dependen en gran parte de la capacidad del técnico para observar las indicaciones, la iluminación empleada en la inspección visual y su adaptación al medio es de gran importancia. Página 28 de 118
  29. 29. FUERZA AEREA Servicio de Mantenimiento – Dpto. de Ingeniería Laboratorio de Ensayos No Destructivos LUZ NEGRA, NATURALEZA, FUENTES Y REQUERIMIENTOS INTRODUCCIÓN La luz negra se utiliza cuando se aplican las técnicas de líquidos penetrantes fluorescentes y duales. La luz negra tiene una longitud de onda aproximada de 360 nm.. Esta está contenida dentro del espectro ultravioleta. Se considera que la luz en este intervalo no es perjudicial a la piel o a los ojos. Por lo general se obtiene una intensidad adecuada para la inspección, empleando una lámpara de vapor de mercurio de 100 w del tipo de reflector sellado y un filtro especial, que filtra la mayor parte de la luz visible. Se pueden también utilizar luces de 400 w. Estas lámparas iluminan adecuadamente un área diez veces mayor que la iluminación de 100 w. La intensidad de luz negra durante la inspección, deberá cumplir con los requisitos establecidos en las normas, códigos, etc. CONCEPTOS FUNDAMENTALES La luz negra, es un término aplicado a la radiación dentro del espectro ultravioleta. Tiene una longitud de onda mas corta que la luz visible y tiene la capacidad de hacer fluorescer ciertas sustancias, como ser ciertos minerales y tintes. La fluorescencia, es la propiedad que tienen, por ejemplo los líquidos penetrantes fluorescentes, de emitir una radiación detectable para el ojo humano cuando se produce la absorción de otra fuente de radiación. Esta cesa cuando la radiación que la produce desaparece. Específicamente en nuestra aplicación los tintes que son usados, absorben la radiación no visible (luz negra) de onda corta y reemiten esta energía en longitudes de onda más larga en el rango visible. Los tintes utilizados en los líquidos penetrantes más habituales, son los que reemiten la luz en el rango del amarillo-verde del espectro visible, ya que el ojo humano ve mejor ese tipo de color aunque también, en ciertas formulaciones y aplicaciones, existen tintes que fluorescen con otro color. LUZ ULTRAVIOLETA Este término es aplicado para caracterizar a la radiación que tiene una longitud de onda mas corta que la de la luz violeta visible. Su longitud de onda se encuentra en el rango de 4000 Ángstrom a los 2000 Página 29 de 118
  30. 30. FUERZA AEREA Servicio de Mantenimiento – Dpto. de Ingeniería Laboratorio de Ensayos No Destructivos Ángstrom. En general cuanto mas corta es la longitud de onda mas penetrante y activa es la radiación. En el cuadro siguiente se esquematiza el espectro de radiación electromagnética. LUZ NEGRA PARA LA INSPECCION POR LIQUIDOS PENETRANTES En estos casos la luz negra que se utiliza, es producida por una lámpara de vapor de mercurio a la que se le coloca un filtro para atenuar lo máximo posible las ondas de luz visible y las ondas mas cortas del espectro ultravioleta y dejar pasar lo máximo posible, la luz cuya longitud de onda activa los tintes del líquido penetrante fluorescente. Las longitudes de onda que se desea que pasen son las que están entre 3500 y 4000 Ángstrom, esta es la llamada radiación UV-A. FUENTES DE LUZ NEGRA La intensidad más alta en el rango del ultravioleta se obtiene por el arco eléctrico producido entre dos electrodos de metal o carbón. Las lámparas de vapor de mercurio ofrecen una conveniente fuente alta en la onda deseada de luz negra (3650 Ángstrom, tintes amarillos fluorescentes). Las fuentes más comunes Página 30 de 118
  31. 31. FUERZA AEREA Servicio de Mantenimiento – Dpto. de Ingeniería Laboratorio de Ensayos No Destructivos son las lámparas de 100 w en configuración PAR 38. Se encuentran en otros formatos como tubos fluorescentes pero estos tampoco son recomendados ya que la potencia es un poco baja para las inspecciones y además el área de los tubos no concentra la potencia en un área específica como lo hacen las lámparas de 100 w. Funcionamiento de la lámpara: Esta lámpara utiliza vapor de mercurio a alta presión como fuente de radiación ultravioleta. En las lámparas de este tipo la luz negra se genera en una cápsula de cuarzo. Esta contiene una cantidad de gas inerte como Argón y una gota de mercurio. En el arranque la resistencia limitadora regula la corriente de arranque para que entre el electrodo de arranque y uno de los electrodos principales se establezca un pequeño arco eléctrico, este calienta el mercurio hasta alcanzar la temperatura en la que entre los electrodos principales se produzca el arco eléctrico cuya corriente es limitada por un transformador. A medida que aumenta la presión de vapor de mercurio se libera luz negra, así hasta alcanzar la intensidad máxima. Página 31 de 118
  32. 32. FUERZA AEREA Servicio de Mantenimiento – Dpto. de Ingeniería Laboratorio de Ensayos No Destructivos FILTRO DE LUZ NEGRA Los filtros de vidrio universalmente usados son de color rojo-púrpura denso. Estos remueven prácticamente toda la luz visible de la energía obtenida de la lámpara de vapor de mercurio. Al mismo tiempo elimina toda la radiación de longitud de onda menor a 3000 Ángstrom, eliminando toda la onda corta que produce daño del espectro ultravioleta. Solo pasa radiación en el rango de 4000 Ángstrom (limite inferior de la luz visible violeta) hasta 3200 Ángstrom. La radiación emitida tiene un pico de 3650 Ángstrom de longitud de onda siendo esta la ideal para la inspección por el método de líquidos penetrantes. MEDICION DE LA LUZ NEGRA SOBRE LA PIEZA La norma A.S.T.M. E 165 indica que sobre la pieza tienen que haber como mínimo 1000 μw/cm². La mayoría de las lámparas cuando son nuevas poseen aproximadamente 5000 μw/cm² a 38 cm. desde el foco de la lámpara a la superficie del objeto a examinar. Se debe medir de la siguiente forma: se coloca la lámpara a 38 cm como se describió anteriormente, buscando la lectura máxima que indique el instrumento de medición (generalmente se obtiene cuando el foco de la lámpara se encuentre de manera perpendicular al censor del instrumento), verificando que durante la medición, no se produzcan sombras. Se debe comprobar que la lámpara tenga la potencia mínima citada anteriormente, si es menor se puede acercar mas la lámpara y ver a que distancia se obtienen los 1000 μw/cm². Esta será la distancia máxima de trabajo. Si tengo que colocar la lámpara muy cera se deberá cambiar la lámpara ya que si la distancia es corta obstruirá la observación de la falla, esto es natural ya que la lámpara envejece y pierde su capacidad. Esta medición debe tomarse al menos una vez al día y así controlar el envejecimiento. ADAPTACIÓN VISUAL A LA OSCURIDAD El ojo normalmente se habitúa por si mismo a los cambios de intensidad luminosa por medio de la variación del tamaño de la pupila y por la aclaración del humor vítreo. Esta adaptación es un ajuste natural en la visión normal y no es un factor peculiar de la inspección con penetrantes fluorescentes. Página 32 de 118
  33. 33. FUERZA AEREA Servicio de Mantenimiento – Dpto. de Ingeniería Laboratorio de Ensayos No Destructivos Sin embargo, el cambio de un área iluminada a un área oscura requiere al menos de un minuto para que se acostumbren los ojos del técnico a la oscuridad. La intensidad de la luz blanca máxima en el ambiente en donde se realiza la inspección, será como mínimo de 20 lux. CONSIDERACIONES DE SEGURIDAD PARA LAS LAMPARAS DE UV-A (LUZ NEGRA) El personal que este usando la fuente de luz negra no deberá mirar hacia la lámpara ya que puede causar fluorescencia ocular con la aparejada disminución de la capacidad para detectar una falla. Si el personal está trabajando continuamente es aconsejable usar lentes especiales transparentes que bloquean la radiación UV-A, también es aconsejable usar guantes y gorras que protejan a la piel de la radiación. Por último se debe mantener en estado el filtro, este no tiene que tener fisuras o rajaduras por la cual pase luz visible o radiación de longitudes de onda cercana a los 3000 Angstrom. FUENTES DE LUZ BLANCA Las fuentes de luz blanca utilizadas en las pruebas de inspección con penetrantes visibles no difieren de las empleadas en otras aplicaciones de inspección visual. Algunos medios de iluminación son: a) Luz solar b) Lámparas incandescentes. c) Lámparas fluorescentes d) Lámparas de vapor de mercurio Con una lámpara incandescente blanca de 150 w, con una pantalla adecuada, produce una intensidad de luz de 1000 lux a aproximadamente a 55 cm de distancia medida desde la lámpara a la superficie de ensayo. Este valor es solo de referencia, ya que cambia, entre otros factores con el fabricante y la forma de la lámpara. Página 33 de 118
  34. 34. FUERZA AEREA Servicio de Mantenimiento – Dpto. de Ingeniería Laboratorio de Ensayos No Destructivos NIVELES DE ILUMINACIÓN PARA EL PENETRANTE VISIBLE La intensidad de la iluminación esta determinada por la naturaleza de la inspección a realizar, para discontinuidades densas o gruesas, donde las indicaciones son grandes, por lo general es suficiente un nivel de iluminación de 300 a 550 luxes (30 a 55 candelas/pie) sobre la superficie de la muestra. Para inspecciones críticas se requieren intensidades mayores, donde los niveles de iluminación deben estar en el rango de 1000 lux (100 candelas/pie). Como citamos anteriormente la norma A.S.T.M. E 165 indica un mínimo de 1000 lux sobre la zona de la superficie de la pieza a inspeccionar. MEDIDOR DE LUZ NEGRA Y BLANCA Hay varios tipos de medidor de luz negra, el más utilizado es el radiómetro o fotómetro. Cabe destacar que tanto para la luz negra o visible los instrumentos son los mismos, difieren en el que el de la luz negra, el censor es una celda fotovoltaica sensible a la longitud de onda de luz negra, la cual se adosa un amperímetro que es el que da valor en las unidades citadas. Estos a su vez pueden ser analógicos o digitales. Los medidores de luz blanca (luxómetros), tienen escalas con alcances diferentes, por ejemplo es norma encontrar luxómetros con escala de 0-20; 0-200; 0-2000; 0-20000 lux. Página 34 de 118
  35. 35. FUERZA AEREA Servicio de Mantenimiento – Dpto. de Ingeniería Laboratorio de Ensayos No Destructivos Estos deberían estar certificados. La calibración de los instrumentos de medición de luz negra, se realiza con incertidumbre mas grandes que cuando se realiza la calibración con el medidor de luz blanca. Para la calibración es importante demostrar la linealidad de los equipos, para los cuales se determinan valores de interés que están relacionados a la magnitud que se va a medir. Por lo general la calibración del punto cero es mandatoria para casi todos los instrumentos de control. A modo de ejemplo, podríamos decir que si tendríamos que definir puntos de calibración para un luxómetro, estos podrían ser 0, 20, 1000, 5000, 20000 lux. En este caso no solo tendríamos cubiertos las aplicaciones en los métodos de LP y PM respecto de las condicione de iluminación, sino que también lo podremos utilizar en tres aplicaciones referidas al método radiográfico. CARACTERÍSTICAS Y TIPOS DE REMOVEDORES Se entiende por exceso de líquido penetrante todo aquel que no se ha introducido en la discontinuidad y permanece sobre la superficie a inspeccionar. La eliminación del exceso de líquido penetrante es una tarea delicada y del cuidado con que se realice dependerá en gran parte el resultado final del ensayo. Hay que eliminar el exceso de líquido penetrante de la superficie de la pieza, sin sacar el penetrante introducido en la discontinuidad. Se recomienda dejar un fondo mínimo que asegure una buena relación señal-ruido. Para eliminar el exceso de líquido penetrante hay que tener en cuenta los tres tipos de líquidos penetrantes que existen; - Líquidos penetrantes auto emulsificables - Líquidos penetrantes post emulsificables - Líquidos penetrantes removibles con disolventes Tanto los líquidos penetrantes auto emulsificables como los post emulsificables se eliminan con agua; los primeros llevan incorporado un emulsificador por lo que sólo necesitan agua, mientras que a los segundos es necesario aplicar un emulsificador antes de lavar con agua. Página 35 de 118
  36. 36. FUERZA AEREA Servicio de Mantenimiento – Dpto. de Ingeniería Laboratorio de Ensayos No Destructivos EMULSIFICADORES LIPOFILICOS Los emulsificadores lipofílicos contienen agentes disueltos en base aceite y trabajan por difusión, una vez aplicados, emulsifican el exceso de penetrante de base aceite, haciéndolo lavable con agua. Se aplican puros. El tiempo de emulsificación, se determina experimentalmente. Los emulsificantes lipofílicos poseen tres propiedades básicas, las cuales se deben equilibrar para asegurar las características de uso: 1.- Actividad 2.- Viscosidad 3.- Tolerancia al agua. Estas propiedades deben ser compatibles con las características del penetrante, si este es altamente insoluble en agua, es necesario utilizar emulsificantes mas activos. Página 36 de 118
  37. 37. FUERZA AEREA Servicio de Mantenimiento – Dpto. de Ingeniería Laboratorio de Ensayos No Destructivos La actividad se define como la rapidez con la cual emulsifica al penetrante, de tal forma que se pueda remover con agua. Esta interacción se relaciona con la capacidad del emulsificante para actuar como dispersante del aceite del penetrante. La viscosidad y la actividad están interrelacionadas, un emulsificante muy viscoso se difunde en el penetrante a menor velocidad que un emulsificante poco viscoso. Balanceando la actividad con la viscosidad se obtienen las características para lograr tiempos de emulsificación adecuados. La viscosidad puede variar entre 10 y 100 centistokes. Por lo que es más económico emplear un emulsificante de menor viscosidad para producir los mismos resultados. La tolerancia al agua es otra propiedad importante del emulsificante. Este debe tolerar la adición del agua por lo menos en el orden del 5%. En la práctica, generalmente el tanque de emulsificante se encuentra localizado cerca de un lugar de lavado. Si por accidente se le agrega agua al emulsificante, este toma una apariencia turbia, lo que es consecuencia del grado de tolerancia al agua. Al agregar agua se reduce la actividad y la viscosidad del emulsificante. Se puede efectuar una prueba de comparación entre el emulsificante recién preparado y el emulsificante sin diluir para determinar el efecto del agua sobre los mismos. Esta comparación indica como afecta a la viscosidad del emulsificante el agregar agua y observar al emulsificante bajo la luz. Si se afecta la viscosidad del emulsificante al agregar agua, se observa que el emulsificante tiende a volverse turbio. Este experimento puede realizarse también con emulsificante usado, comparándose la cantidad de agua necesaria para enturbiar el emulsificante usado con la cantidad de agua necesaria para enturbiar el emulsificante recién preparado. Hay emulsificantes que muestran una ligera turbiedad antes de alcanzar la tolerancia establecida, la turbiedad es más notable al adicionar mas agua. Algunos emulsificantes se espesan pero no se enturbian, otros presentan ambos fenómenos. Página 37 de 118
  38. 38. FUERZA AEREA Servicio de Mantenimiento – Dpto. de Ingeniería Laboratorio de Ensayos No Destructivos La volatilidad de un emulsificante debe ser baja para reducir la pérdida de evaporación y a la vez prevenir en exceso de vapores en el tanque. La tolerancia al penetrante es un requisito esencial del emulsificante ya que las partes cubiertas con penetrante se sumergen en el emulsificante. El emusificador debe tolerar un 20 % de penetrante por volumen manteniendo la sensibilidad requerida. EMULSIFICANES HIDROFILICOS Los emulsificadores hidrofílicos contienen esencialmente agentes tensoactivos y su acción es decapante y detergente. Actúan desplazando el exceso de penetrante en la superficie. Una vez aplicados, emulsifican el exceso de penetrante de base aceite, haciéndolo lavable con agua. Se aplican diluidos. El procedimiento de inspección varía cuando se utiliza emulsificadores hidrofílicos debido a que se realiza un enjuague previo a la pieza, con el propósito de remover la mayor cantidad posible del exceso de penetrante antes de aplicar el emulsificador. Página 38 de 118
  39. 39. FUERZA AEREA Servicio de Mantenimiento – Dpto. de Ingeniería Laboratorio de Ensayos No Destructivos Se venden como concentrados líquidos para su dilución posterior en concentraciones que varían aproximadamente entre el 5 al 33% cuando se aplique por inmersión y del 0.5 a 5% para cuando se aplique por rociado. Como la concentración del emulsificador esta relacionada a la sensibilidad del ensayo, se deberá determinar la concentración mas adecuadas en piezas con terminaciones superficiales diferentes. Existe una relación entre la terminación superficial, concentración, modo de aplicación y el tiempo de emulsificación. Esto se deberá determinar experimentalmente y no es tan crítico como cuando se utilizan emulsificadores lipofílicos. Los emulsificantes hidrofílicos con frecuencia se drenan a través de los sistemas de desagüe. En este caso. Deben ser biodegradables, especialmente libre de espuma. Además, estos no deben contener compuestos fenólicos, cromatos o algún otro metal pesado, como ser cianuros, sulfatos o hidrocarburos clorados. Los emulsificadores lipofilicos se aplican por inmersión o inundación y los hidrófilos por inmersión, inundación o rociado, pero ambos no se deben aplicar con pincel o rodillo. VENTAJAS Y LIMITACIONES DE LOS TIPOS DE EMULSIFICADORES El costo inicial del concentrado hidrofílico es similar al del emulsificador lipofílico: sin embargo, la alta dilución con agua del hidrofílico proporciona una considerable reducción del costo. Los emulsificadores hidrofílicos tienen gran tolerancia al agua, esto permite el prelavado de las piezas, que remueve aproximadamente un 80% del penetrante antes de la emulsificación, con los cual se reduce considerablemente la contaminación del emulsificante por el penetrante. El agua del prelavado puede recolectarse y separarse para recuperar el penetrante. La baja viscosidad del emulsificante hidrofílico provoca que este se escurra más rápidamente de las piezas, dando como resultado una adherencia mínima del emulsificante hidrofílico con respecto al emulsificante lipofílico que tiene mayor viscosidad. Página 39 de 118
  40. 40. FUERZA AEREA Servicio de Mantenimiento – Dpto. de Ingeniería Laboratorio de Ensayos No Destructivos Los emulsificantes hidrofílicos diluidos no son inflamables y son poco tóxicos. Los emulsificantes lipofílicos tienen un alto punto de inflamación. A continuación se muestra una tabla comparativa de los dos tipos de emulsificantes. HIDROFILICO LIPOFILICO Se suministra como concentrado Se suministra listo para usarse Base agua Base aceite Baja viscosidad Alta viscosidad Tolerancia limitada al penetrante Tolerancia limitada al agua Miscible con agua en cualquier concentración Miscible con el penetrante en cualquier concentración Mayor variedad en la forma de aplicación Menor variedad en la forma de aplicación que el emulsificador lipofílico que el emulsificador hidrofílico Acción detergente Acción difusión activada por la agitación Los líquidos penetrantes removibles con disolventes requieren de un removedor, que es un preparado constituido por disolventes orgánicos adecuados a cada tipo de líquido penetrante. La forma de realizar la remoción del exceso del líquido penetrante, depende del tipo líquido penetrante utilizado (lavable con agua, post-emulsificante o removible con solvente) y del tipo de emulsificador utilizado (hidrofílico o lipofílico). Página 40 de 118
  41. 41. FUERZA AEREA Servicio de Mantenimiento – Dpto. de Ingeniería Laboratorio de Ensayos No Destructivos La etapa de remoción del exceso de líquido penetrante, se debe realizar en condiciones de iluminación apropiada. CARACTERÍSTICAS Y TIPOS DE REVELADORES INTRODUCCIÓN El revelador es el medio que pone de manifiesto los lugares donde se encuentra retenido el líquido penetrante. Está constituido por yeso o talco finamente dividido o mezcla de silicatos y carbonatos de gran absorción y blancura, que se extienden sobre la superficie a inspeccionar después de haber eliminado el exceso de Líquido Penetrante. Las funciones y características del revelador son las siguientes: - debe ser un buen absorbente para extraer el líquido penetrante de la discontinuidad; - debe tener un buen poder cubriente, generar un buen contraste entre la indicación y el fondo de la pieza y brindar una buena definición del contorno de las discontinuidades; - debe acortar el tiempo necesario para que la indicación resulte visible; - al aplicarse, se debe poder lograr fácilmente una capa continua de espesor uniforme; - se debe poder eliminar fácilmente después de la inspección; - no debe contener productos nocivos o tóxicos. Las formas más comunes de aplicar son: - por inmersión - por pulverización (pistola, aerosol). Una capa de revelador muy fina puede hacer que no se observen las discontinuidades por falta de contraste. Una capa de revelador muy gruesa puede hacer que no se observen las discontinuidades por enmascaramiento. Los reveladores pueden ser: - reveladores secos Página 41 de 118
  42. 42. FUERZA AEREA Servicio de Mantenimiento – Dpto. de Ingeniería Laboratorio de Ensayos No Destructivos - reveladores húmedos, que pueden ser: soluciones de polvo en agua; suspensiones de polvo en agua; suspensiones de polvo en disolventes - reveladores tipo película. Los reveladores húmedos no dan lugar a reveladores de polvo y son de fácil aplicación cubriendo con facilidad superficies difícilmente accesibles al polvo seco. Los reveladores húmedos acuosos, son suspensiones y soluciones de polvo en agua, tienen el inconveniente de que es necesario un cierto tiempo para que se evapore el agua de la capa de revelador, lo que prolonga la duración del ensayo. Este proceso es cómodo para instalaciones automáticas ya que no hay peligro de toxicidad. Los reveladores húmedo acuosos en suspensión, se deben agitar para evitar la formación de grumos. Los reveladores húmedos no acuosos son suspensiones de polvo en disolventes, generalmente se presentan en forma de aerosoles y se aplican por pulverización sobre la superficie de la pieza. Se deben agitar continuamente. El disolvente se evapora instantáneamente y el polvo queda sobre la pieza como una película homogénea, seca y sin cráteres. El problema de eliminación del revelador después de la inspección es más difícil en el caso de los reveladores húmedos, siendo necesario chorros de agua a presión sobre todo en superficies de cierta rugosidad. El tiempo de revelado es el tiempo que transcurre entre la aplicación del revelador y la inspección final, este tiempo no es crítico pero debe estar controlado. Las observaciones de las discontinuidades se deben realizar de acuerdo a los tiempos que se fijen en el procedimiento o instrucción escrita. COMENTARIOS SOBRE LOS TIPOS DE REVELADORES Existen tres tipos de reveladores: 1. Secos. 2. En solución acuosa (solubles en agua). 3. En suspensión (acuosa o no acuosa). Página 42 de 118
  43. 43. FUERZA AEREA Servicio de Mantenimiento – Dpto. de Ingeniería Laboratorio de Ensayos No Destructivos REVELADORES SECOS Se aplican sobre la superficie seca por: aspersión, aspersión electrostática o inmersión. Se utiliza solo con penetrantes fluorescentes ya que con los visibles no producen un contraste satisfactorio. Están constituidos de un polvo fino que, al aplicarse sobre la superficie, tiene la capacidad de adherirse en ella y formar una película muy delgada. La tendencia a fijarse no debe ser excesiva, ya que en el caso de discontinuidades muy finas, el penetrante no puede formar indicaciones nítidas sobre una capa gruesa de polvo. La figura 3.11 nos muestra la reacción del penetrante con el revelador. El color del revelador seco es generalmente blanco. En muchos casos la cantidad de polvo adherido a la superficie es tan pequeña que no es necesario su remoción después de la inspección especialmente cuando se trabajan piezas fundidas. Sin embargo en algunos casos, es esencial la remoción del revelador. En ocasiones, es suficiente eliminarlo con agua o solvente. Los reveladores secos no deben ser higroscópicos, pues durante su manejo y almacenamiento pueden perder su habilidad de fluir al ser humedecidos. Página 43 de 118
  44. 44. FUERZA AEREA Servicio de Mantenimiento – Dpto. de Ingeniería Laboratorio de Ensayos No Destructivos REVELADORES EN SOLUCION ACUOSA Con la utilización de este tipo de reveladores, se han eliminado muchos problemas inherentes a las suspensiones, ya que proveen una capa uniforme y adecuada para la inspección. Una limitante de este tipo de revelador es que la capa formada en la superficie se compone de material cristalizado que disminuye la capacidad de absorción del penetrante, comparada con la del revelador en suspensión. Además la capa de revelador es más delgada, motivo por el que deben emplearse penetrantes mas coloridos o brillantes para observar mejor las indicaciones. Los cambios de concentración debido a la evaporación, deben controlarse. La distribución del revelador sobre la superficie y su remoción después de la inspección son fáciles de llevar a cabo. Estos son utilizados tanto para visibles como fluorescentes en los penetrantes removibles con solventes o post-emulsificables ya que en los lavables con agua pueden sacar el penetrante de las discontinuidades. Estos se suministran en forma de polvo para disolver en agua en concentraciones que varían de 0.12 a 0.24 kilogramos por litro de agua destilada. La medición de la concentración se debe realizar con un hidrómetro apropiado. REVELADORES EN SUSPENSIÓN Existen dos tipos de reveladores en suspensión, el más empleado es una suspensión de revelador en agua y el otro es una suspensión en un solvente adecuado. “La formulación del material para el revelador en suspensión es más complicada que para el revelador seco. Este debe contener agentes que logren una buena suspensión. Son necesarios agentes que retarden el aglutinamiento, así como inhibidores de la corrosión”. Página 44 de 118
  45. 45. FUERZA AEREA Servicio de Mantenimiento – Dpto. de Ingeniería Laboratorio de Ensayos No Destructivos REVELADORES EN SUSPENSIÓN ACUOSA El revelador suspendido en agua fue una solución al problema de agilizar la aplicación en la inspección de piezas de tamaño mediano y pequeño, mediante el proceso fluorescente. El material para los reveladores en suspensión se suministra como polvo seco, al cual se le adiciona agua, por lo general en porciones de 50 a 150 gramos de polvo por litro de agua. Antes de secarse sobre la superficie de la pieza, la película del revelador debe poseer, en general, las mismas características del revelador seco: esto es, la habilidad de absorber el penetrante que emerge de la discontinuidad. Este revelador se puede aplicar a cualquier técnica de líquidos penetrantes. REVELADORES EN SUSPENSIÓN NO ACUOSA La técnica de la suspensión en solvente es un medio efectivo para proporcionar una capa ligera de revelador sobre la superficie, ya que los solventes usados son de secado rápido. El solvente puede o no disolver al penetrante. En ocasiones, puede servir como solvente parcial para los penetrantes coloreados visibles. Tiene la función de ayudar a extraer el penetrante de la discontinuidad y lo disuelve dándole mayor movilidad y produciendo una mancha en el revelador. En superficies rugosas, este tipo de reveladores no es adecuado. Ya que extrae todo indicio de penetrante de la superficie. Los reveladores suspendidos en solventes, generalmente se emplean para mostrar discontinuidades muy finas. Si el rociado se hace en forma rápida y ligera sobre la superficie, el penetrante es extraído de las discontinuidades, pero su difusión es minimizada por la rápida evaporación del solvente. Los solventes utilizados con mayor frecuencia son el alcohol y los solventes clorados, que tienen la ventaja de no ser inflamables. La práctica aconseja que se aplique mediante pasadas sucesivas e incentivando el aclarado. La figura 3.12 muestra esquemáticamente la formación de la película del revelador por los diferentes tipos de reveladores. Página 45 de 118
  46. 46. FUERZA AEREA Servicio de Mantenimiento – Dpto. de Ingeniería Laboratorio de Ensayos No Destructivos Página 46 de 118
  47. 47. FUERZA AEREA Servicio de Mantenimiento – Dpto. de Ingeniería Laboratorio de Ensayos No Destructivos VENTAJAS Y LIMITACIONES DE LOS REVELADORES EN SUSPENSIÓN Pueden aplicarse mediante inmersión o por rociado. Se debe tenerse especial cuidado de que las suspensiones estén perfectamente bien agitadas para conservar las partículas en suspensión. Sin lo anterior no es posible controlar el espesor de la capa, lo que es gran importancia para asegurar una inspección uniforme. La principal ventaja del revelador húmedo no acuoso es que la evaporación del solvente es más rápida por lo que no se requiere de hornos de secado. Es recomendable en superficies largas y lisas como las alas de un avión ya que su rápido secado mejora la tersura superficial del revelador. Este tipo de revelador no se recomienda para rociado electrostático. Los reveladores no acuosos no tienen problemas de congelación pero si de evaporación, sobre todo si se tienen en tanques para inmersión. Este problema se reduce aplicando por rociado en cualquiera de sus variantes. La aplicación del revelador acuoso en suspensión se realiza después del lavado y antes del secado. Posteriormente, las piezas se colocan en el secador, las superficies secas se cubren uniformemente con una capa fina de revelador, reduciéndose considerablemente el tiempo de revelado ya que el calor del secado ayuda a extraer el penetrante. Con la película del revelador distribuida uniformemente, la acción de revelado se efectúa de manera más eficiente. Las ventajas de emplear revelador en suspensión acuosa se visualizan mejor cuando se utiliza equipo automático de inspección, ya que las canastas portadoras de piezas o partes individuales pueden recubrirse completamente con revelador mediante inmersión. Puesto que el líquido de suspensión es agua, se tienen dificultades al operar el equipo a temperaturas inferiores a la temperatura de congelación. Si se realizan inspecciones en lugares con altas temperaturas, se puede prevenir la evaporación del agua. Página 47 de 118
  48. 48. FUERZA AEREA Servicio de Mantenimiento – Dpto. de Ingeniería Laboratorio de Ensayos No Destructivos La remoción del revelador se realiza mediante un lavado con agua, ya sea por rociado de agua caliente o por lavado mecánico utilizando detergentes. SENSIBILIDAD DE LOS REVELADORES Cada tipo de revelador posee ciertas ventajas respecto a su sensibilidad bajo ciertas condiciones operativas. Estudios de laboratorio han demostrado que el revelador en suspensión puede ser ligeramente menos sensible que el revelador seco, sobre todo al mostrar los límites de las indicaciones. La sensibilidad del revelador en suspensión puede ser afectada seriamente, si el espesor de la capa aplicada tiende a ser muy gruesa, razón por la cual es necesario mantener la concentración adecuada de las suspensiones. MANEJO DE LOS AEROSOLES Se deben manejar con mucho cuidado y comprobar el buen funcionamiento de la válvula antes de aplicar los productos sobre el material a inspeccionar. Los penetrantes y los disolventes en aerosol no necesitan agitarse ya que son soluciones homogéneas. Los reveladores en aerosol son suspensiones por lo que se deben agitar bien; llevan incorporada una bolita que facilita la homogenización y evita la formación de grumos. Se deben aplicar a una distancia adecuada para cubrir bien la pieza pero sin ensuciar demasiado la zona operacional. La práctica aconseja que se aplique mediante pasadas sucesivas e incentivando el aclarado. No deben situarse nunca cerca de fuentes de calor ni someterlos a golpes ni perforarlos. CLASIFICACION Y CARACTERÍSTICAS GENERALES DE LOS EQUIPOS EMPLEADOS EN LA INSPECCION POR LIQUIDOS PENETRANTES La selección del equipo utilizado en la inspección con líquidos penetrantes está determinado por la cantidad y tamaño de las piezas a inspeccionar, la sensibilidad requerida, el lugar donde se efectúa la prueba, etc., tomando en cuenta estos puntos, el equipo se clasifica en tres categorías: Página 48 de 118
  49. 49. FUERZA AEREA Servicio de Mantenimiento – Dpto. de Ingeniería Laboratorio de Ensayos No Destructivos 1. Equipo portátil. 2. Equipo estacionario. 3. Unidades especiales (proceso automático). EQUIPO PORTÁTIL Equipo sencillo, de tamaño y peso reducidos, puede ser transportado a cualquier lugar remoto y ser operado manualmente. Está compuesto por envases a presión (en forma de aerosol), que contienen limpiador / removedor, penetrante visible o fluorescente, revelador no acuoso y seco, paños o trapos y brochas (Figura 7.1) Si la inspección requiere el uso de penetrante fluorescente, se incluye una lámpara de luz negra portátil y una cabina que proporciona un área oscura para la observación de las indicaciones. El sistema de luz negra portátil consiste en un transformador de corriente regulada, una caja para la lámpara, un bulbo o lámpara de vapor de mercurio de 100 watts y un filtro de alta densidad rojo púrpura (Figura 7.2) Página 49 de 118
  50. 50. FUERZA AEREA Servicio de Mantenimiento – Dpto. de Ingeniería Laboratorio de Ensayos No Destructivos EQUIPO ESTACIONARIO Es un equipo que se localiza en un lugar determinado, caracterizándose por la versatilidad en el tamaño y forma de las piezas que se pueden inspeccionar. Consta de unidades o estaciones capaces de manejar varias piezas por hora. Normalmente un equipo de inspección está compuesto por: a) Estación de prelimpieza (separada de la estación del penetrante). b) Estación del penetrante. c) Estación de drenado (opcional). d) Estación del emulsificador (opcional). e) Estación de remoción del exceso de penetrante (incluye equipo de rociado). f) Estación de secado-generalmente del tipo de horno –(opcional). g) Estación del revelador (incluye equipo de rociado o cámara de polvos) h) Estación de inspección (cabina con luz negra o mesa con luz visible). i) Estación de limpieza posterior (separada del resto dela unidad). Página 50 de 118
  51. 51. FUERZA AEREA Servicio de Mantenimiento – Dpto. de Ingeniería Laboratorio de Ensayos No Destructivos El número de estaciones y la disposición de las mismas depende del penetrante utilizado, del método de remoción del penetrante y del tipo de revelador. Así, en la figura siguiente se muestra el arreglo y disposición de un equipo estacionario para una prueba con penetrante visible y revelador seco. En caso de utilizar en suspensión, la estación de revelado estará después que la de secado. A continuación se muestran diferentes arreglos del equipo estacionario, dependiendo del tipo de penetrante y revelador utilizado. Página 51 de 118
  52. 52. FUERZA AEREA Servicio de Mantenimiento – Dpto. de Ingeniería Laboratorio de Ensayos No Destructivos Dentro del equipo adicional se encuentran las bombas que están instaladas en las estaciones del penetrante, del emulsificante y del revelador húmedo para agitar las soluciones. Los termostatos y termómetros proporcionan el control de temperatura en el líquido penetrante en el secado; el cronómetro controla el ciclo del penetrante, emulsificante, revelador y secado. EQUIPO ESTACIONARIO PARA PROPÓSITOS GENERALES El equipo para propósitos generales se compone de varias estaciones que manejan sólo algunas partes por hora, así como también combinaciones de grandes unidades. El equipo, independientemente del tamaño o la capacidad, generalmente tienen las siguientes características: a) El equipo es una colección de unidades pequeñas y simples, las cuales pueden ser arregladas en varias secuencias b) El proceso es realizado manualmente o mediante dispositivos manuales como transportadores de rueda y polipastos. c) Teniendo como limitante sólo las dimensiones de una unidad en particular, la forma o tipo de artículos que pueden ser inspeccionados es limitado. ESTACION DE PENETRANTE Pueden ser de dos tipos: a) Por rociado en cualquiera de sus variantes. b) Por inmersión. ESTACION DE ROCIADO El penetrante es aplicado por aspersión, el cual cuenta por lo general con un sistema de ventilación para evitar la acumulación de vapores. Normalmente, la misma estación es empleada para el drenado del exceso de penetrante. Página 52 de 118
  53. 53. FUERZA AEREA Servicio de Mantenimiento – Dpto. de Ingeniería Laboratorio de Ensayos No Destructivos ESTACION DE INMERSIÓN Y DRENADO DEL PENETRANTE El penetrante está contenido en un tanque localizado generalmente en el extremo izquierdo de la unidad y se puede aplicar a la pieza de inmersión, por vaciado o con brocha. La sección de drenado se localiza cerca del tanque que contiene el penetrante. Después de que las piezas han sido cubiertas con penetrantes, se colocan sobre el emparrillado en el área de drenado, con el objetivo de que se escurra el penetrante hacia el interior del tanque dejándolas el tiempo suficiente para permitir que el penetrante se introduzca en las discontinuidades. ESTACION DE REMOCIÓN DEL EXCESO DE PENETRANTE Puede ser de tres tipos: a) Para removibles con solvente b) Para removibles con agua c) Para postemulsificantes Por lo regular se localiza en la parte central del tren de inspección y adyacente a la zona de aplicación del penetrante. ESTACION PARA PENETRANTES REMOVIBLES CON SOLVENTE Está compuesta por una mesa de trabajo, un sistema de distribución o almacenamiento de material absorbente para la limpieza; un depósito para el material de limpieza usado y un sistema dosificador del líquido removedor. Puede contar con sistemas de iluminación blanca o negra, dependiendo del penetrante empleado. ESTACION PARA LA APLICACIÓN DEL EMULSIFICADOR Es similar a la estación de inmersión, ya que cuenta con un tanque abierto que contiene al emulsificador y un área de drenado del exceso. Suele estar entre la estación de aplicación y la remoción del excedente . Página 53 de 118
  54. 54. FUERZA AEREA Servicio de Mantenimiento – Dpto. de Ingeniería Laboratorio de Ensayos No Destructivos ESTACION PARA PENETRANTES REMOVIBLES CON AGUA Está equipada con un sistema de drenado y una manguera con una boquilla especial para lavar las piezas manualmente. También está equipada con un sistema de iluminación con luz blanca o negra montado sobre el tanque de lavado, de tal forma que el técnico pueda observar cuando todo el exceso del penetrante ha sido removido. Página 54 de 118
  55. 55. FUERZA AEREA Servicio de Mantenimiento – Dpto. de Ingeniería Laboratorio de Ensayos No Destructivos ESTACION DE SECADO Está constituido por secadores que circulan el aire caliente, los cuales se localizan en la parte posterior de la unidad. La temperatura del secado es controlada por medio de un termostato. Pueden secarse rápidamente piezas grandes y complicadas, la parte frontal del secador está cubierta con cortinas que retienen el calor y mantienen una circulación adecuada del aire en el interior de la estación (Figura 7.6). Esta estación es recomendable cuando se emplean penetrantes lavables con agua o postemulsificables. ESTACION DEL REVELADOR Está diseñada para emplearse con revelador seco o en suspensión. Cuando se emplea revelador seco, las piezas se lavan para eliminar el exceso de penetrante y se secan completamente antes de aplicar el revelador. El revelador está contenido en un tanque cercano a la esquina de la zona de trabajo (Figura 7.6). Por lo general el revelador en forma de polvo se aplica mediante inmersión aunque también puede ser por aspersión sobre la pieza. Página 55 de 118
  56. 56. FUERZA AEREA Servicio de Mantenimiento – Dpto. de Ingeniería Laboratorio de Ensayos No Destructivos La técnica de inmersión también puede ser empleada con el revelador húmedo. Existe un emparrillado removible sobre el tanque de revelado en el que pueden ser colocadas las piezas para que escurra el revelador húmedo después de que ha sido aplicado. En este último caso, el tren de secado se coloca después de la estación de revelado. ESTACION DE INSPECCION Es común que se ubique a la derecha y al final del tren de inspección y que cuente con sistemas de iluminación tanto estacionarios como móviles de luz blanca y negra. Cuando se emplean líquidos fluorescentes, esta estación es una cabina cerrada para impedir la entrada de luz. UNIDAD ESTACIONARIA DE TAMAÑO REDUCIDO Aunque las unidades estacionarias pequeñas proporcionan los suficientes medios para llevar a cabo todas las etapas de inspección, éstas tienen ciertas limitaciones: a) Debido a que el equipo es pequeño, las piezas de dimensiones mayores a las del tanque no pueden ser introducidas b) Existe un límite en el número de piezas que pueden ser inspeccionadas en un tiempo determinado, debido al tamaño del equipo. UNIDADES ESPECIALIZADAS PARA GRANDES VOLÚMENES DE PRODUCCIÓN En las operaciones de manufactura en donde se producen grandes cantidades de piezas, la inspección de las mismas se realiza introduciendo bandas transportadoras. El método de líquidos penetrantes se presta por sí mismo a la mecanización. En tal caso, es necesario diseñar un equipo especial tal que su operación se coordine con el sistema de producción; generalmente contiene transportadores y accesorios para la fijación. Este tipo de equipo únicamente requiere los servicios de un operador, para cargar las piezas en el transportador. Página 56 de 118
  57. 57. FUERZA AEREA Servicio de Mantenimiento – Dpto. de Ingeniería Laboratorio de Ensayos No Destructivos La rapidez con que se lleva a cabo la inspección está determinada por la línea de producción y el tamaño de la cabina. El tiempo de la inspección para una pieza puede ser reducido al mínimo mediante dispositivos que faciliten al técnico la observación de la pieza. UNIDADES AUTOMATICAS EQUIPADAS CON TRANSPORTADORES Existen equipos especialmente diseñados para la inspección de piezas fundidas, las cuales después de ser colocadas en el transportador, pasan automáticamente por las estaciones y son colocadas finalmente en la cabina de inspección. FACTORES QUE INFLUYEN EN LA SELECCIÓN DEL EQUIPO Para determinar los requisitos del equipo de proceso, debe tenerse en cuenta la capacidad de la línea de producción y considerar factores como: 1.- Manejo de piezas pequeñas Cuando se maneja una cantidad significativa de piezas pequeñas en unidades de este tipo, el método mas práctico para inspeccionarlas es empleando canastas de alambre con mallas abiertas. Las canastas cuadradas son mas convenientes, en donde se realiza un lavado manual, pero las redondas proporcionan un mejor balance cuando se usa un lavador automático. Mediante la utilización de las canastas y del uso de un lavador automático, el técnico puede inspeccionar miles de pequeñas piezas por hora. 2.- Tipos de piezas a inspeccionar - Tipo de material - Forma, tamaño y peso de las piezas Página 57 de 118
  58. 58. FUERZA AEREA Servicio de Mantenimiento – Dpto. de Ingeniería Laboratorio de Ensayos No Destructivos - Volumen de inspección - Etapa de proceso de manufactura en la que se efectúa la inspección - Aplicación crítica o no crítica 3.- Tipos de defectos que se buscan - Naturaleza de los defectos buscados - Requisitos de la especificación de proceso 4.- Factores que afectan la velocidad de producción - Como llegan las piezas para su proceso - Equipo existente para el manejo de las piezas. - Número y nivel de habilidad de los operadores - Equipo requerido para la descarga de las piezas 5.- Requisitos particulares del proceso - Temperatura máxima y/o mínima de las piezas - Tratamiento de prelimpieza y poslimpieza 6.- Requisitos del equipo o facilidades necesarias para cumplir con las especificaciones de los diferentes códigos y normas de seguridad y de salud - Espacio disponible - Requisitos del nivel de ruido en el área general. - Acceso por medio de transportadores u otro equipo similar Una vez definidos los factores antes descriptos, es posible seleccionar cual es el método y tipo de Líquidos Penetrantes a ser empleados, así como el grado de automatización o mecanización que se requiere para optimizar la Inspección No Destructiva. Página 58 de 118
  59. 59. FUERZA AEREA Servicio de Mantenimiento – Dpto. de Ingeniería Laboratorio de Ensayos No Destructivos Si bien cada proceso y cada material tienen características particulares, que no pueden detallarse en un texto como el presente; el ensayo, la práctica y la experiencia permitirán conocer la información específica necesaria que conduzca a la finalidad de los Ensayos No Destructivos: mejorar el producto, a fin de competir en los mercados con el mayor recurso; alta confiabilidad, resultado de un eficiente control de calidad. METODOS DE EVALUACIÓN DE LOS SISTEMAS DE LIQUIDOS PENETRANTES INTRODUCCIÓN En esta sección se describen los métodos empleados para evaluar la sensibilidad de los sistemas penetrantes, bajo condiciones específicas de prueba. Todos los materiales del sistema penetrante deberán ser sometidos a “ensayos de calificación”. Este es un control operativo y adicional a los ensayos de calificación y calidad de los productos. Página 59 de 118
  60. 60. FUERZA AEREA Servicio de Mantenimiento – Dpto. de Ingeniería Laboratorio de Ensayos No Destructivos La sensibilidad obtenida en la pieza de referencia, no es indicativa de la sensibilidad que se puede obtener en la pieza que se está ensayando. Un componente con una discontinuidad conocida y calificada, se puede tomar como una pieza de referencia. Existen otras piezas de referencia como los bloques o patrones fabricados de acuerdo a las recomendaciones de Códigos o Normas. Los bloques patrones más utilizados son: - aluminio - placas de latón o cobre con un depósito electrolítico de una capa delgada de níquel seguida de una capa de cromo. La capa de cromo es frágil y su espesor determina la profundidad; - acero inoxidable con recubrimiento de cromo. BLOQUE DE COMPARACIÓN DE ALUMINIO Son relativamente fáciles de fabricar, económicos y en el Código A.S.M.E. Sección 5 Artículo 6 a partir del año 2004 aparece como Apéndice Mandatorio y también su criterio para la fabricación. CRITERIOS GENERALES DE FABRICACIÓN Para la fabricación de estos bloques se puede emplear una placa de aluminio laminada de 3x2x3/8 de pulgada, la cual se maquina para simular rugosidad superficiales. Después se calienta con un mechero Bunsen por lo menos durante 4 minutos, aplicando el calor en forma constante en el centro de la placa para que presente una diferencia de temperatura del centro hacia los extremos, hasta alcanzar una temperatura de aproximadamente 525ºC, se templa (en agua fría) produciendo de esta forma las grietas en la placa. Se calienta nuevamente para eliminar cualquier residuo de agua en las grietas. Como último paso los bloques se deben cortar a la mitad. Antes de iniciar la comparación, debe colocarse una marca distintiva en cada bloque, como identificación de la técnica que se aplicó en sus distintas secciones. Página 60 de 118
  61. 61. FUERZA AEREA Servicio de Mantenimiento – Dpto. de Ingeniería Laboratorio de Ensayos No Destructivos RENOVACIÓN DE LOS BLOQUES Los bloques de aluminio no se deben utilizar para efectuar una nueva comparación sin haberlos limpiado correctamente. Al paso del tiempo los bloques se obstruyen y contaminan, por lo que se deben renovar de acuerdo al siguiente procedimiento: a) Desengrase al vapor b) Limpiar con una brocha, agua y jabón c) Remojar en acetona, mínimo durante toda la noche. d) Lavar con agua e) Calentar con un quemador a 422ºC y templar f) Calentar moderadamente para eliminar cualquier rastro de agua y dejar enfriar a temperatura ambiente. PROCEDIMIENTO PARA EL USO DE LOS BLOQUES DE COMPARACIÓN DE ALUMINIO Para verificar la funcionalidad de los penetrantes utilizados se procede de la manera siguiente: El penetrante de prueba se coloca en el bloque (A) y el penetrante con sensibilidad conocida se coloca en la otra mitad, el bloque (B) de aluminio. Se debe utilizar en ambos casos la misma secuencia de operación. Posteriormente, se realiza la comparación entre ambos bloques mediante la inspección de las indicaciones presentes (nitidez, definición, color y las características similares de interés), realizándose así la calificación del sistema penetrante. Por ejemplo, cuando no es práctico realizar una inspección a una temperatura entre 10 y 52º C (según ASME), el procedimiento de inspección a la temperatura propuesta requiere de la calificación del sistema. Para ello se utiliza el bloque de comparación en donde una sección se examina a la temperatura de ensayo y la otra a la temperatura entre 10º y 52º C. INTERPRETACIÓN DE LOS BLOQUES DE COMPARACIÓN Una vez efectuado el procedimiento para la verificación del sistema penetrante mediante los bloques de aluminio, se examina el bloque, ya sea bajo luz normal o con luz negra, de acuerdo a los tipos de Página 61 de 118
  62. 62. FUERZA AEREA Servicio de Mantenimiento – Dpto. de Ingeniería Laboratorio de Ensayos No Destructivos penetrantes utilizados (visibles o fluorescentes). Si no existen diferencias sobresalientes entre las dos mitades del bloque, se puede considerar que el procedimiento de inspección conserva la sensibilidad deseada. LIMITACIONES DE LOS BLOQUES DE COMPARACIÓN DE ALUMINIO Existen ciertas precauciones que se deben tomar en cuenta para el uso de los bloques de aluminio. a) Las grietas artificiales en los bloques de aluminio no son uniformes, es imposible fabricar dos bloques idénticos. Algunos bloques son más efectivos que otros para indicar diferencias entre sistemas penetrantes b) Estos bloques son confiables para evaluar los sistemas penetrantes, sin embargo, se debe tener cuidado y en cuenta que el comportamiento en otras piezas puede ser diferente. c) Estos ensayos pueden demostrar si los penetrantes ya usados conservan las mismas características de sensibilidad que penetrantes nuevos. d) A pesar de estas limitaciones, los bloques de aluminio son bastante utilizados. PATRON DE ALUMINIO DE ACUERDO A CRITERIOS DEL CODIGO ASME Página 62 de 118
  63. 63. FUERZA AEREA Servicio de Mantenimiento – Dpto. de Ingeniería Laboratorio de Ensayos No Destructivos PLACAS DE PRUEBA CON DEPOSITOS METALICOS CROMO-NÍQUEL CON GRIETAS SUPERFICIALES Las placas recubiertas con níquel-cromo, se utilizan fundamentalmente para la evaluación de la sensibilidad de un sistema penetrante, como así también, para calificar el sistema penetrante en condiciones de trabajo contempladas en un procedimiento escrito. Generalmente las pruebas efectuadas con estas placas no proporcionan información útil sobre el nivel de color o de fluorescencia causados por la rugosidad de las superficies de prueba, o sobre la capacidad del penetrante para revelar microfracturas en presencia de porosidades. Este tipo de placas se obtiene por medio de un depósito electrolítico de una capa delgada de níquel seguida de una capa de cromo sobre una superficie pulida de cobre o de latón. La capa de cromo es frágil, las grietas pueden ser generadas por doblado del panel (en forma curva). La profundidad de la grieta es controlada por el espesor de la capa de cromo. La profundidad de la grieta varía en un rango de Página 63 de 118
  64. 64. FUERZA AEREA Servicio de Mantenimiento – Dpto. de Ingeniería Laboratorio de Ensayos No Destructivos 5 a 50 μm. La amplitud de la grieta se puede medir de forma práctica mediante el uso del microscopio electrónico o algún otro medio visual adecuado. TAMAÑO DE LAS GRIETAS EN LAS PLACAS CON DEPOSITO CROMO-NÍQUEL El tamaño y tipo de la grieta en este tipo de placa están determinados por la composición del baño y por la técnica de depósito empleada. En la especificación MIL-1-8963 se clasifican las grietas en tres tamaños: a) Grietas burdas con amplitud de 10 μm y profundidad de 50 μm aproximadamente b) Grietas medias con amplitud de 2 a 3 μm y profundidad de 40 μm aproximadamente c) Grietas finas con amplitud de 0,5 μm y profundidad de 2 μm aproximadamente Página 64 de 118
  65. 65. FUERZA AEREA Servicio de Mantenimiento – Dpto. de Ingeniería Laboratorio de Ensayos No Destructivos EMPLEO DE LAS PLACAS CON DEPOSITO CROMO-NIQUEL Esta placa se emplea para determinar la sensibilidad de los penetrantes por medio de comparación, pueden utilizarse varias veces sin sufrir modificaciones. A modo de ejemplo a continuación, se da una selección del tipo de placa a utilizar en función del sistema a emplear. a) La placa con grietas burdas se emplea para evaluar los penetrantes visibles y fluorescentes de baja sensibilidad. b) La placa con grietas medias se emplea en la evaluación de penetrantes visibles de alta sensibilidad y de penetrantes fluorescentes de media y alta sensibilidad. c) La placa con grietas finas se emplea en la evaluación de penetrantes fluorescentes de alta y muy alta sensibilidad, especialmente con reveladores no acuosos. En la figura siguiente se muestra una placa para la evaluación de la sensibilidad. Debido a que la superficie de estas placas es altamente reflexiva, al efectuar la observación deben sostenerse en un ángulo tal que el haz de luz no se refleje directamente. Esta superficie dificulta la observación de las indicaciones antes de la aplicación del revelador. Página 65 de 118
  66. 66. FUERZA AEREA Servicio de Mantenimiento – Dpto. de Ingeniería Laboratorio de Ensayos No Destructivos PATRONES CON RECUBRIMIENTO DE LATON-CROMO-NIQUEL Y SU REFERENCIA Página 66 de 118
  67. 67. FUERZA AEREA Servicio de Mantenimiento – Dpto. de Ingeniería Laboratorio de Ensayos No Destructivos Las medidas de estos patrones, son orientativas CUIDADO Y MANEJO DE LAS PLACAS CON DEPOSITO CROMO-NÍQUEL Para evitar el daño de las placas, es recomendable observar las siguientes precauciones: a) No doblar las placas, pues se incrementa el tamaño de las grietas existentes y pueden crearse nuevas grietas b) Es muy importante efectuar la limpieza de las placas después de cada ensayo, para evitar interferencias en los ensayos posteriores. Se recomienda practicar el siguiente proceso: - Limpiar la placa con un paño suave, saturado con una solución líquida de detergente suave. Se recomienda un emulsificante común hidrofílico. Enjuagar con agua mediante rociado para remover el revelador y parte del penetrante. - Sumergir la placa en acetona durante unos minutos y agitar para remover el penetrante atrapado en las grietas. Cambiar la acetona en intervalos regulares. De ser posible, para realizar la limpieza usar una cuba ultrasónica. - Sacar la placa. Si la limpieza no es completa, repetir el paso en que se emplea acetona. Página 67 de 118
  68. 68. FUERZA AEREA Servicio de Mantenimiento – Dpto. de Ingeniería Laboratorio de Ensayos No Destructivos PATRON DE CROMO NIQUEL CONTAMINADO En las figuras siguientes se muestra el patrón de 20 μ que por mal limpieza se contaminó ya que para un mismo proceso, se observa correctamente el de 10 y 30 μ. Página 68 de 118
  69. 69. FUERZA AEREA Servicio de Mantenimiento – Dpto. de Ingeniería Laboratorio de Ensayos No Destructivos PANEL DE CONTROL PARA LIQUIDOS PENETRANTES FLUORESCENTES PSM-5 EN CONCORDANCIA CON EXIGENCIAS DE PRATT AND WHITNEY Estos patrones se utilizan para monitorear cambios súbitos de capacidad en los materiales y en los equipos por el método de líquido penetrante empleado. Se debe conducir este sistema de ensayo previo a aceptar partes de producción y dejar asentado las variables de proceso en libro de registro por ejemplo, tiempo de prelavado, tiempos de emulsificación y drenado, temperatura del horno de secado y tiempo de exposición, temperatura y presión del agua de lavado y tiempo de revelado. Estos paneles suelen usarse en pares. Sin embargo los dos paneles no tienen exactamente los mismos patrones de fisuras pero hay similitudes muy cercanas en estos patrones. Sobre recibo, hay una diferencia en los patrones de fisura, los paneles deben ser procesados para establecer una línea de base en orden para grabar fisuras características para propósitos de referencia. Se designara un panel como panel de trabajo y el otro como control o panel maestro. Usar el panel de trabajo para conducir rutinarios sistemas de ensayo. Periódicamente usar el panel de control para validar los resultados del panel de trabajo o para verificar anomalías del sistema revelado por el panel de trabajo. Adicionalmente, ambos paneles deben ser revalidados periódicamente contra algún otro dentro del laboratorio usando nuevos materiales. Esto es también benéfico para comparar periódicamente el panel de trabajo procesado con material de la línea de producción contra el panel de control procesado con nuevos materiales desde el laboratorio. Los técnicos de producción deben presenciar estos ensayos. DISEÑO DE LAS PLACAS DE MONITOREO Un panel de monitoreo se fabrica con acero inoxidable de 2,3 mm (0,090 pulg.) de espesor, en forma de rectángulo con medidas aproximadas de 10 x 15 cm (4 x 6 pulg.). Un lado del panel se recubre con cromo. Posteriormente se inducen 5 fracturas centrales mediante un equipo para medición de dureza con carga variable. En la figura 5.2 se muestra un patrón de grietas colocadas en orden de magnitud: las mas grandes son fácilmente visibles con materiales de baja sensibilidad, mostrándose como una grieta de Página 69 de 118

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