Ensayos no destructivos

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FACULTAD DE INGENIERIA
UNIVERSIDAD NACIONAL DE JUJUY
Laboratorio de Materiales
y Metrología Industrial
TP Nº 9 y 10 - 2013
MATERIA: Ingeniería de Materiales
CARRERA: Ingeniería Industrial
ENSAYOS NO DESTRUCTIVOS
Introducción Teórica
En los equipos industriales en general, debido a solicitaciones en servicio (esfuerzos
mecánicos, calor, corrosión, etc.), se produce envejecimiento paulatino. Unas de las formas de
determinar el grado de envejecimiento se basa en la obtención de réplicas de la microestructura y el
análisis en microscopio óptico y electrónico. Esta técnica permite detectar las transformaciones
microestructurales resultantes y obtener conclusiones relacionadas con la integridad, grado de
deterioro y vida residual del componente.
En esta práctica se estudia la microestructura y su transformación debido a las condiciones
de servicio.
Principales ensayos no destructivos (END):
- Inspección visual
- Ultrasonido
- Partículas magnéticas
- Tintas penetrantes
- Rayos X
- Emisión acústica
- Corrientes inducidas
- Metalografía no destructiva
- Termografía: A partir de la disponibilidad de sistemas electrónicos, la termografía industrial ha
aportado información relevante que puede ser tratada mediante adquisición de datos en
operación (por ej. Sobrecalentamiento en zonas localizadas).
Tintas Penetrantes
En el laboratorio de análisis de fallas, se inició como muestra de ensayo no destructivo con la prueba
de tintas penetrantes.
El método se utiliza para la detección de fisuras en las instalaciones nuevas y en servicio con el fin de
verificar la conformidad y asegurar una operación segura.
Las discontinuidades que detecta son defectos superficiales como: poros, grietas, rechupes,
traslapes, costuras, laminaciones, etc.
Las ventajas que presenta este método son las siguientes:
• Muy económico
• Inspección a simple vista
• No se destruye la pieza
• Se obtiene resultados inmediatos.
Como desventajas:
• Solo detecta fallas superficiales
• Difícil establecimiento de patrones
• La superficie a inspeccionar debe estar limpia y sin recubrimientos

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• No se puede inspeccionar materiales demasiado porosos. TP Nº 9 y 10 - 2013
Algunos de los Fundamentos del método son:
• Tensión superficial: es una de las propiedades más importantes. Se requiere una tensión
superficial baja para obtener buenas propiedades de penetración y mojado.
• Poder humectante: el penetrador debe ser capaz de mojar completamente la superficie del
material y es una de las propiedades más importantes. Esto se refiere al Angulo de contacto del
líquido con la superficie, el cual debe ser lo más bajo posible.
• Viscosidad: esta propiedad no produce efecto alguno en la habilidad de un líquido para
“penetrar”, aunque afecta la velocidad de penetración. Los penetrantes de alta viscosidad
penetran lentamente, en tanto que los de baja viscosidad se escurren muy rápido y tiene la
tendencia a no ser retenidos en los defectos de poca profundidad; por tanto se recomienda una
viscosidad media.
Comenzando con el experimento se procedió primero que nada a limpiar cuidadosamente la
superficie de las probetas a inspeccionar; liberándolas de pintura, aceite, grasa y otros
contaminantes. Esto se hace por métodos químicos. A continuación se siguió con la aplicación de
la tinta penetrante vertiendo el líquido sobre la pieza controlando que se cubra toda la zona que
se inspecciona.
Fue necesario obtener una película fina uniforme en toda la superficie y se debió esperar un tiempo
llamado tiempo de penetración para que el líquido penetre en las grietas. Luego se retiró la capa
superficial del penetrante de forma que lo único que permaneció en la superfici e fue lo alojado en
las discontinuidades. Se entiende por exceso de penetrante todo líquido que no se ha introducido
en los defectos y que permanece sobrante sobre la superficie de la pieza a inspeccionar. Si no se
hubiera eliminado perfectamente el líquido penetrante, en la inspección final hubieran aparecido
manchas de penetrante produciendo indicaciones falsas e incluso, el enmascaramiento de las
grietas. Para saber si se eliminó bien el exceso de penetrante fue necesario hacer una inspección
visual. Por ello se quitó en primer lugar la mayor parte del penetrante con trapos o papel
absorbente y después elimino el resto utilizando papel ligeramente impregnados en disolvente.
Continuando con el ensayo, se aplicó el revelador. Una vez aplicado el revelador, esperamos un
tiempo prudente para que absorba el penetrante. El revelado es la operación que hace visible al
ojo humano la posición del defecto.
Una vez transcurrido el tiempo de revelado, se procedió a la inspección de los posibles defectos de
las piezas procesadas.

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PARTÍCULAS ELECTROMAGNÉTICAS TP Nº 9 y 10 - 2013
El equipo consiste de:
 Transformador (25 kg)
 Yugo magnético (trabaja con corriente contínua y alterna). Tiene una fuerza portante de
25 kg. Magnetiza las piezas para su estudio.
 Partículas magnéticas fluorescentes : aplicadas en aerosol o disuelto en nafta.
 Filtro ultravioleta (luz negra)
Procedemos a magnetizar las piezas con el yugo durante aproximadamente 6 segundos cada una.
Luego aplicamos mediante pulverizador una solución de nafta y partículas fluorescentes.
Se vuelve a magnetizar las piezas y mediante la luz negra se pueden identificar fisuras y grietas.
ULTRASONIDO
Utilizado para detectar defectos internos en componentes de equipos industriales.
Para controlar calidad
También permite ir viendo el desgaste porque mide espesores.
Es más fácil detectar defectos con la menor energía, excepto el caso de inoxidables.
FUNDAMENTOS
•El campo de energía mecánica, en forma de ondas acústicas no audibles, interacciona con el
material (medio elástico).
•Los materiales presentan gran poder de absorción, por lo que no son sensibles a la propagación
ultrasónica.
•Las leyes de la física que gobiernan el fenómeno de propagación de este tipo de energía, se estudia
en la teoría de ondas elásticas de la mecánica
•La interacción de las ondas ultrasónicas con el material, genera perturbaciones que se presentan
como diferentes tipos de señales en la pantalla de TRC del equipo de ultrasonido.

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El equipo está formado por: TP Nº 9 y 10 - 2013
Transductor piezoeléctrico
Cristal piezoeléctrico: Cuarzo
Transforma energía eléctrica en mecánica y energía mecánica en eléctrica.
• El pulso eléctrico que recibe el cristal, lo deforma.
• Cuando se aplica presión al cristal, emite pulsos eléctricos
Llega hasta 6-7 metros de distancia (espesor), enviando una señal eléctrica que comunica una
vibración.
En laboratorio se procedió a determinar para las siguientes piezas:
Sin modificar la calibración del sistema, se va a realizar la operación en tres mate riales.
o Aluminio
Para un espesor de 22.80 mm se observa que el 1er eco de fondo se encuentra a 12,5 divisiones
Material Espesor (mm)
Divisiones
Pantalla TRC
Velocidad del
Sonido (m/s)
Tiempo (s)
Patrón V1 (e1) 25,07 12,70 (d1) 5903,00 4,25 x 10 -6
Aluminio (e2) 22,80 12,50 ( d2) 5023,00 4,54 x 10 -6
Cálculo de la velocidad:
Dado que la velocidad que recorre el haz de luz ultrasónico es proporcional al tiempo que tarda para
cubrir dicho recorrido, se tiene que:
Por lo tanto:
Resultado de aplicación fórmula:
Calculo de la velocidad del Aluminio:
V1= 5023,00 m/s Aluminio

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METALOGRAFIA NO DESTRUCTIVA TP Nº 9 y 10 - 2013
Cuestionario:
¿Cuál es el principio físico-químico de la técnica de la réplica?
 Principio físico-químico
Una vez rectificada y atacada la superficie a analizar se le impregna acetona y sobre ella se coloca un
film laminado de acetato (de 50 a 80 μm). Por disolución del film en el compuesto químico (principio
químico) y mediante un diferencial de apriete durante un lapso de tiempo de unos 3 a 5 min aprox.
(principio físico) se obtiene la microestructura del material en la lamina de acetato que es retirada
cuidadosamente.
¿Cuál es el límite de detectabilidad de esta técnica?
El límite de defectibilidad de esta técnica es alto puesto que trabajamos con una probeta
obtenida del propio material, y se va ver afectada por la capacitación que tenga el operario que
realice la réplica.
La técnica de metalografía no destructiva (Réplica metalográfica) aplicada a problemas de este
tipo puede ser de una gran ayuda, pero siempre hay que tener en cuenta que no existe una sola
técnica para la evaluación de un problema. Las técnicas de ensayos no destructivos, son
complementarias y cada una tiene alcances y limitaciones. Es decir, con una sola técnica no puedo
evaluar y resolver un problema en un componente. Lo importante, es tener el criterio de evaluar el
problema y resolverlo aplicando las técnicas que corresponden.
Muchas veces no es conocida la microestructura de partida, este hecho también puede
constituir una fuente de dispersión en los resultados. En efecto, la velocidad con que
ocurren las transformaciones en aceros sometidos a condiciones de creep depende en gran
medida, de su microestructura inicial. Dos aceros de la misma clase de composición química,
en función del tipo de tratamiento térmico recibido durante su proceso de fabricación,
pueden presentar diferentes microestructuras. Así, un acero 1Cr- 0,5Mo, antes de ser
sometido a condiciones de servicio, muestra variaciones que van desde ferrita+perlita,
ferrita+perlita+bainita hasta ferrita+vainita.
Las limitaciones en las secuencias de degradación microestructural en los aceros ferriticos
perliticos, según el criterio de Toft y Marsden dependen esencialmente de la composición
química del acero, de la microestructura inicial, temperatura de operación y de la tensión a
la que esta sometido el componente. Como ya dijimos, la temperatura de operación del
proceso puede sobrepasar la temperatura teórica, disminuyendo la vida residual del
componente.
Otro parámetro a tener en cuenta es la microestructura original del material de la pieza. Esto
es así porque la velocidad con que ocurren las transformaciones en aceros sometidos a
condiciones de creep depende en gran medida, de su microestructura inicial, ya que dos
aceros con la misma composición química, en función del tipo de tratamiento térmico
recibido durante su proceso de fabricación, pueden presentar diferentes microestructuras.
Por ejemplo, un acero 1Cr-0,5Mo, antes de ser sometido a condiciones de servicio, muestra
variaciones que van desde ferrita + perlita, ferrita + perlita + bainita hasta ferrita + bainita.
Dobrzanski y Hernas han estudiado el efecto de las microestructuras con respecto a la
resistencia el creep. La variación de la tensión en función del parámetro de Larson-Miller
(PLM = T(C + log tr)*10-

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3) para el acero 1Cr-0,5Mo se muestra en la figura 15. En dicha figura tambTPié Nnº s9e y s 1u0p -e 2r0p1o3n e
la resistencia al creep promedio, Rz. En la figura 16 se observan los resultados de la
elongación a 550 °C.
El acero constituido por ferrita + bainita presenta la mayor resistencia al creep, sin embargo
posee una muy reducida elongación a 550 °C. Cuando la microestructura consiste en ferrita +
perlita se tiene una mayor elongación, pero menor resistencia al creep.
Opiniones hasta ahora existentes sobre el rol del estado inicial del acero (es tructura y
propiedades) y su influencia sobre el comportamiento en servicio son modificadas por la
aparición de nuevas evidencias. Se ha encontrado que la ferrita + perlita es la mejor
microestructura para componentes de acero clase 1Cr-0,5Mo que operan en condiciones de
creep. Aunque la resistencia al creep de tales estructuras es mas baja que la de aceros que
contienen bainita, su estabilidad microestructural es significativamente mayor porque
presenta menor velocidad de descomposición que la perlita (fragmentación, esferoidización)
en comparación con la velocidad de descomposición de la bainita y necesita mayor tiempo
para alcanzar la estructura de ferrita + carburos dispersos.
Las consideraciones anteriores implican que aun para una misma clase de compos ición
química del acero, de no ser tenida en cuenta la microestructura de partida, pueden
generarse incertidumbres al realizar evaluaciones basadas en secuencias de
transformaciones de la misma. En efecto, la estructura de equilibrio la cual consiste en
ferrita + carburos dispersos, usualmente es asociada con un avanzado estado de daño

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microestructural. Dos aceros de la misma composición química pueden pTPre Nsºe 9n tya 1r0 s -i m20i1la3r es
estados intermedios de daño.
Sin embargo, si uno de ellos contiene en su estructura inicial bainita y el restante perlita, el
primero alcanzará antes el equilibrio. O sea, de no tener en cuenta esta variable, una
estimación de la vida residual puede conducir a resultados erróneos.
¿Cómo se estudia las probetas obtenidas con esta técnica?
Esta réplica consiste en que, mediante la utilización de un celuloide, se copie la textura y relieves de
la superficie de cualquier aleación o metal. Se prepara el metal seleccionado y se presiona sobre la
superficie preparada en forma similar a cualquier probeta metalográfica de laboratorio, pero con un
sobre ataque químico para magnificar las interfaces mencionadas y que de este modo, los relieves
que puedan ser copiados por el celuloide.
Los resultados extraídos a partir de las réplicas, permitiendo evaluar el estado microestructural y la
naciente degradación superficial del material de los tubos, ya que los procesos de degradación
metalúrgicos por efecto térmico se originan principalmente desde la superficie externa o manto. De
este modo se puede planificar la decisión de extracción de tubos y/o partes de ellos para ensayos
destructivos.
Indicar desarrollo de la técnica.
Técnica de replicación micro estructural
La selección de las zonas críticas y representativas de posibles daños de tipo termomecánicos,
químicos, etc. es muy importante para la detección de degradación micro estructural. El conocer las
zonas críticas del componente a estudiar es muy importante, en caso de no conocerlo se debe
estudiar por medio de un plano las posibles zonas críticas las cuales serán verificadas “in sitú” con la
inspección visual buscando daños tales como: Oxidación excesiva, deformación plástica, zonas
erosionadas, uniones soldadas fisuradas.
Preparación de la superficie:
Desbastado La operación de pulido mecánico se lleva a cabo por los métodos clásicos de reparación
metalográfica. Generalmente las superficies a examinar están cubiertas de óxido y de restos
carbonosos. Cuando los lugares a examinar son numerosos, la operación se acelera mediante el uso
de una amoladora portátil, eléctrica o neumática. se debe tener cuidado de no “quemar” la
superficie desbastada, ya que podría generar una micro estructura errónea.
A continuación, por medio de papeles de carburo de silicio de granulometría decreciente(120, 220,
320, 400 y 600), se eliminan las zonas deformadas y las rayas producidas por la amoladora. Esta
operación puede realizarse manualmente o mediante una pulidora portátil. En el caso de calderas es
importante tener en cuenta las transformaciones microestructurales que ocurren en la superficie de
dichos elementos y que restan representatividad a las zonas superficiales. Por debajo de la capa
superficial, se encuentra el metal propiamente dicho que, en la zona de contacto con el óxido,
aparece generalmente descarburada y con tamaño de grano superior al resto del material no
afectado. Si bien la eliminación de la capa alterada es difícil de controlar, por lo general esta zona
tiene una profundidad de 0,1 a 0,2 mm. En consecuencia basta remover esa cantidad de metal para
llegar a la zona representativa del material. Para tener la seguridad que ello haya ocurrido se pueden
realizar controles sucesivos de la microestructura a diferentes profundidades. Esta operación de
desbastado de la superficie del material no debilita al elemento examinado ya que el espesor de la
capa removida es pequeña en comparación con el espesor de la pared.

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TP Nº 9 y 10 - 2013
Pulido
El pulido electrolítico se realiza según la técnica del tampón. Este método consiste en reemplazar la
celda electrolítica por un menisco de reactivo ubicado entre la pieza a pulir (ánodo) y el tampón
(cátodo). El tampón, de acuerdo a lo que se observa en la siguiente figura, está formado por una
varilla metálica que termina en un cabezal cilíndrico semiesférico cubierto por un material
absorbente no conductor.
Para la mayoría de los metales y aleaciones, la terminación superficial obtenida por pulido
electrolítico es de muy alta calidad o al menos equivalente a la obtenida por el pulido mecánico mas
cuidadoso. Por otra parte, una vez que el proceso electrolítico es puesto a punto para un dado
material los resultados serán reproducibles. Por este motivo la habilidad del operador juega un rol
secundario. A esto se debe agregar que el pulido electrolítico permite una economía subs tancial de
tiempo. Al no producir rayas ni deformación plástica, pone en evidencia el verdadero estado de la
microestructura del material. Es muy aconsejable para el caso de aceros inoxidables austeníticos
inestables y materiales de baja temperatura de recristalización.
Los mejores resultados obtenidos con esta técnica se presentan en metales puros y soluciones
sólidas, es decir microestructuras monofásicas libres de inclusiones. En el caso de aleaciones que
poseen más de una fase, los resultados son menos satisfactorios debido a las posibles diferencias
locales de potencial (disolución anódica preferencial). Naturalmente estos efectos dependen del
tiempo de la electrólisis. En estos casos es preferible utilizar condiciones de pulido que reduzcan el
tiempo a un mínimo.

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En la siguiente figura se presenta el esquema la parte eléctrica. TP Nº 9 y 10 - 2013
Circuito de la fuente de alimentación del tampón
 A: Amperímetro
 T: Tampón
 F: Fus ibles
 P: Pieza a pul i r
 Tr: trans formador 220/12
 LP: Lámpara pi loto
 AT: Autotrans formador
 V: Vol tímetro
La parte eléctrica es muy económica y consiste en un autotransformador que alimenta un
rectificador de hasta 2A. El tampón es conectado al cátodo ( -) de la fuente de tensión continua y la
muestra a pulir al ánodo (+). La tensión a usar se fija en vacío y se mide por medio de un voltímetro.
No es necesaria la presencia de un amperímetro, toda vez que la densidad de corriente queda
automáticamente fijada. Sin embargo su existencia en el sistema es conveniente para detectar
calentamientos anormales consecuencia de un rápido aumento de la densidad de corriente. Una vez
fijada la tensión, se moja el tampón en el electrolito correspondiente al material y se comienza la
operación. Para el caso del pulido de nuevas aleaciones se deberá determinar la densidad de
corriente o tensión correspondiente y el tipo de electrolito. Para ello es necesario el trazado de la
curva voltaje-intensidad de corriente típica del proceso aludido. Esta curva, como se observa en la
siguiente figura, presenta regiones bien definidas: la zona AB (zona de ataque), la zona CD (Zona de la
meseta) donde se produce el pulido de la muestra y por último la zona DE, donde se produce un
desprendimiento gaseoso importante que suele dañar la superficie de la pieza por corrosión. Es de
destacar que la calidad del pulido aumenta de C a D con los valores crecientes del voltaje.

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TP Nº 9 y 10 - 2013
Curva Voltaje – Densidad de corriente correspondiente a pulido electrolítico
Pulido mecánico
Otra forma de eliminar las rayas y la deformación producida por la operación de
desbastado, es mediante el pulido mecánico. Esta operación se realiza pulido la superficie del
componente, previamente preparada con papel ó00, con pasta de diamante de 1 micrón.
Revelado de la Microestructura
El revelado de la microestructura puede llevarse a cabo mediante el ataque químico (Por ej. Nital
para aceros al carbono) o electrolítico mediante la técnica del tampón (Por ej. ácido oxálico al 10 %
para el caso de aceros inoxidables austeníticos). En la siguiente tabla se muestran algunas
condiciones de ataque para el revelado de la microestructura.
Materiales utilizados para réplicas
Los materiales utilizados para la obtención de las réplicas deben dar como resultado una fiel
reproducción de la microestructura del elemento analizado y debe garantizar una muy buena
resolución. En el mercado existen distintos tipos de materiales usados para la obtención de réplicas:
 Hojas de acetato de celulosa con soporte de aluminio reflectante (TRANSCOPY).
Este tipo de réplicas es de regular reproducción y su resolución es mediocre. Puede analizar
una superficie de 6 cm2.
La técnica operatoria consiste en humedecer la réplica con solvente, dejar un tiempo (5
minutos) y luego pegar presionando sobre la superficie del componente.
 Hojas de acetato de celulosa sin soporte (G.255 Agair-Polaron). Este material da como
resultado réplicas de buena resolución y reproducción. Cubre áreas grandes. Se pueden
obtener macrografías.
La técnica operatoria consiste en humedecer la réplica con solvente y luego pegar por
tensión superficial a la superficie previamente mojada con solvente. Antes de la observación
es necesario metalizar la réplica.
 Barniz nitrocelulósico. Este material presenta excelente reproducción y resolución. Puede
llegar a cubrir grandes superficies (macrografías).
La técnica operatoria se describe a continuación. Mediante un vástago de vidrio se coloca el
barniz sobre la superficie de la pieza. El espesor de la película debe ser del orden de 0.1 a 0.2
mm. La operación debe llevarse a cabo con cuidado de manera de no introducir burbujas de
aire durante la misma. La presencia de estas conspira contra la calidad de la réplica y su
facilidad de extracción.
 Luego de colocado el barniz, el tiempo de secado del mismo (eliminación del solvente por
evaporación) es de alrededor de una hora. Durante este tiempo se debe tratar de proteger el
barniz del polvo atmosférico. Una vez que el barniz está totalmente seco, se encuadra con
una hoja de afeitar la zona a desprender.

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 La extracción de la réplica se facilita, colocando sobre la misma un algToP dNóº n9 eym 10b e- 2b0id1o3 en
agua durante algunos minutos. Luego de esta operación , la réplica se extrae con una pinza
del tipo de depilación. Posteriormente, se pega la réplica extraída sobre un portaobjetos que
tiene sobre su superficie una cinta adhesiva transparente doble faz.
Montaje y examen de la réplica: La réplica se examina para mejor resolución con luz reflejada. Para
poder observarla por luz reflejada en un microscopio metalográfico se procede de la siguiente
manera:
 Se fija la réplica sobre un vidrio portaobjeto en cual fue adherida una cinta adhesiva doble
faz. Tener cuidado de colocar hacia arriba la superficie de la réplica que contiene la
impresión topográfica de la superficie atacada.
 Una vez colocadas todas las réplicas a estudiar se procede al sublimado de Aluminio, Oro o
Plata (Metalizado), en una campana de vacío donde con una resistencia eléctrica (alambre de
Tungsteno)se calienta hasta fusión un trozo de alambre generalmente Aluminio( por su bajo
valor) el cual se volatiliza en todo el volumen de esta campana, depositando sobre la
superficie de la réplica una delgada y uniforme capa de dicho metal del orden de 200 ?, con
lo cual obtengo una superficie reflectante, favorable para la observación en el microscopio
metalográfico.
 Es muy importante tener cuidado en estas etapas de preparación no inducir ningún tipo de
deformación, rayado o quemado en la etapa de observación en el microscopio (Excesiva
temperatura de la lámpara del microscopio).

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