Ciencia y Tecnologi a de Materiales

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Ciencia y tecnología de materiales Problemas y cuestiones Jesús Cembrero Cil 1 Carlos Ferrer Giménez Manuel Pascual Guillamón 1 Miguel Ángel Pérez Puig

"" CIENCIA Y TECNOLOGIA DE MATERIALES

Problemas y Cuestiones

CIENCIA Y TECNOLOGÍA DE MATERIALES Problemas y Cuestiones

Jesús Cembrero Cil Carlos Ferrer Giménez Manuel Pascual Guillamón , Miguel Angel Pérez Puig Área Ciencia de los Materiales e Ingeniería Metalúrgica Departamento de Ingeniería Mecánica y de Materiales Universidad Politécnica de Valencia

Madrid • México • Santafé de Bogotá • Buenos Aires • Caracas • Lima • Montevideo San Juan • San José • Santiago • Sao Paulo • White Plains

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Dalos de ca1alogación bibliográfica

CIENCIA Y TECNOLOGÍA DE MATERIALES P roblemas y Cuestiones CEMBRERO, J.: FERRER, C.; PASCUAL, M.; PÉREZ, M. A. PEARSON EDUCACIÓN, S.A., Madrid, 2005 ISBN: 978-84-205-4249-2 MATERIA: Tecnología, 62 Formalo: 195 X 270 mm

Páginas: 184

Todos los derechos reservados. Queda prohibida, salvo excepción prevista en la ley, cualquier forma de reproducción, distribución, comunicación pública y transformación de esta obra sin contar con autorización de los titulares de la propiedad intelectual. La infracción de los derechos mencionados puede ser constitutiva de delito contra la propiedad intelectual (arts. 270 y sgts. Código Penal). DERECHOS RESERVADOS © 2005 por PEARSON EDUCACIÓN, S.A. Ribera del Loira, 28 28042 Madrid (España) CIENCIA Y TECNOLOGÍA DE MATERIALES Problemas y Cuestiones CEMBRERO, J.; FERRER, C.; PASCUAL, M.; PÉREZ, M. A. ISBN: 978-84-205-4249-2 Depósito Legal: M-39. 332-2008 Última reimpresión, 2008 PEARSON PRENTICE HALL es un sello autorizado de PEARSON EDUCACIÓN, S. A. E quipo editorial Ed itor : Miguel Martín-Romo Técnico ed itorial: Marta Caicoya Equipo de producción: Director: José A. Ciares Técnico: Diego Marín Diseño d e cubierta: Equipo de diseño de PEARSON EDUCACIÓN, S.A. Composición: JOSUR TRATAMIENTO DE TEXTOS, S.L. I mpreso por: Artes Gráficas Cofás, S.A. IMPRESO EN ESPAÑA - PRINTED IN SPAIN Esle libro ha s ido impreso con papel y linlas ecológicos

CONTENIDO

PRÓLOGO ............... ...................................... ............. .......... .. .... .. ...... .... .. ....................................................

PARTE 1: CAPÍT ULO l . l. l. 1.2. 1.3. 1.4.

1.5. 1.6. 1.7. 1.8.

PROCESOS TECNOLÓGICOS

FUNDI CIÓN Y COL ADA ........................................................... ........... ......... ... ............. Definición . .. . .. . .. . .. . . .. . .. .. . .. . .. . .. . .. . .. . .. .. . .. . .. . .. . .. . .. . .. . .. . .. . .. . .. . .. . .. .. . .. . .. . . .... . .. . . ... . . .. . .. . .. . .. . .. . .. .. . . .. . . Conceptos de colada ........... .................. ... . ........ .. .. .. . .... ... .. ....... ... ... ... ... ... ..... .. .... ... ... ... ... ...... .. Cálculo del tiempo de llenado y de solidificación...................................................... ........... Cálculo de mazarotas.................... ......................................................................................... Cálculo de moldes ......... .................................. .. ..... ................................................... ............. Cálculo de la presión de trabajo............................................................................................. Calculo de la resistencia de una aleación de zamac....... ............................... ......................... Cálculo de la energía calorimétrica en un proceso de colada................................................

CAPÍTULO 2.

2.1. 2.2. 2.3. 2.4.

CAPÍTULO 3. 3. 1. 3.2 . 3.3. 3.4. 3.5. 3.6.

xi

1 1 3 4

6 7 8 9

PROCESO DE SINTERIZ ACIÓN .................................................................................

11

Definición ..... ... ... ... ................. ......... ... ... ... ...... ... .. .......... ..... ...... ... ... ... ... ... ............... ........... ... . Conceptos de sinterización .. ............................................... ................................................... Problemas de sinterización .................................................................................................... Cuestiones de sinterización.................... ...... .............................. .. ..........................................

ll 11 13 26

DEFORMACIÓN PLÁSTICA......... .. ................ ... ......... .... .............................................

29

Definici ón de deformación plástica...................... .............................. ................................... Laminado....................................... ................................. .. ..................................................... Conceptos de laminación ..................... ........................... ....................................................... Forja............................................................................................................... ............ ............ Conceptos de forja................ ............ .. ...... ............................................................................. Embutición..... ..................................... ...................................................................................

29 29

30 38 38 41

viii

Contenido

3.7. 3.8. 3.9. 3.10.

Conceptos de embutición....................................................................................................... Corte....................................................................................................................................... Conceptos de corte................................................................................................................. Doblado..... .............................................................................................................................

3'.1 1. Conceptos de doblado............................................................................................................ CAPÍTULO 4.

4.1. 4.2. 4.3. 4.4.

41 45 45 47 47

PROCESO DE SOLDADURA........................................................................................

51

Definición .... ....................... ....... ........... ... .. ...... ................................... ...... ...................... ... ....... Conceptos de soldadura............................................................................................................ Cuestiones de soldadura............................................................................................................ Problemas de soldadura .. .... .. ..... ...... ............. ... ... ..... ........... ...... ... .. ... ... ........ ... ........ ...... .. ... ... ....

51 51 52 54

PARTE II: PROTECCIÓN CAPÍTULO S. ACABADO SUPERFICIAL .................................................................... :..........................

5.1. 5.2. 5.3. 5.4. 5.5. 5.6. 5.7. 5.7.

CAPÍTULO 6.

6.1. 6.2. 6.3. 6.4. 6.5.

67

Defi nición . .................................................................................................................. ........... Conceptos ................._.............................................................................................................. Pinturas protectoras................................................................................................................ Procesos de e lectrodeposición ............................................................................................... Galvanizado por inmersión en caliente.................................................................................. Proyección térmica (Metalización) ........................................................................................ Recubrimientos anódicos en metales pasivables ................................................................... Recubrimie ntos de endurecimiento superficial......................................................................

67 67 68 69 70 72 73 73

CONTROL Y PROTECCIÓN CONTRA LA CORROSIÓN......................................

75

Definición de corrosión.......................................................................................................... Conceptos de corrosión.......................................................................................................... Determinación de la velocidad de corrosión por e l método gravimétrico .................. ........... Determinac ión de la velocidad de corrosión por el métodos electroquímicos ...................... Protección contra la corrosión...............................................................................................

75 75 78 79 81

PARTE III: ANÁLISIS DEL COMPORTAMIENTO Y CONTROL CAPÍTULO 7.

7 .1. 7 .2. 7.3. 7.4. 7.5 . 7.6.

CAPÍTULO 8.

8.1.

ANÁLISIS DE LA FRACTURA. FRACTURA POR FATIGA.......... .........................

83

Definición de fractura ..... ...... ... ... ... ... ..... .. ...... ... ...... ...... .......... ... .......... ...... ...... ..... .............. ... Conceptos de fractura ... .. ......... ... ... ... ... .. .. ......... ... ......... ..... ........ ..... ... .. ...... ... ......... ........ ..... ... Fluencia sin endurecimiento.................................................................................................. Concentración de tensiones........... ........................................................................................ Fractura frágil ... .. .. ...... .. .. .. .. .. .. ... .. ... .. .. .. ... .. .. .. .. .. ...... .... .... .. ...... .. .. .. .. .. .. .... .. .. .. .. .... .. .. ... ... .. .. .... Fatiga......................................................................................................................................

83 83 85 89 92 95

TRffiOLOGÍA .................................................................................................................

103

Definición de tribología.. .............................................. ................ .........................................

103

8.2. Conceptos de tribología .........................................................................................................

103

8.3.

106

Problemas de tribología ........................................................................................................ :

Contenido

ix

RADIOLOGÍA INDUSTRIAL .......................................................................................

115

9. 1. Definición .............................................................................................................................. 9.2. Conceptos de radiología industrial .. .............................. ...... ............................................ ...... 9.3. Técnicas radiológicas. Problemas.... ......................................................................................

115 115 117

CAPÍTULO 9.

CAPÍTULO 10.

ULTRASONIDOS..........................................................................................................

13 1

10. 1. Definición ...................................... .............................. ........................................................ 10.2. Conceptos de ultrasonidos................................................................................................... 10.3. Técnicas de ultrasonidos. Problemas .................. ... ...... ... ...................................... ......... ... ...

131 131 134

CAPÍTULO 11. LÍQUIDOS PE NETRANTES Y PARTÍCULAS MAGNÉTICAS.............................

147

11. 1. 11.2. 11.3. 11.4. 11.5.

Definición del e nsayo con líquidos penetrantes................................................................... Procedimiento del ensayo con líquidos penetrantes............................................................ Definición del e nsayo con partículas magnéticas................................................................ Procedimiento del ensayo con partículas magnéticas.. ........................................................ Cuestiones ............................................................................................................................

147 147 153 154 158

BIBLIOGRAFÍA ...........................................................................................................................................

16 1

ÍNDICE ALFABÉTICO ...............................................................................................................................

163

APÉNDICE....................................................................................................................................................

165

PRÓLOGO

La Tecnología de Materiales es la disciplina de la ingeniería que trata sobre los procesos industriales que nos proporcionan las piezas que componen las máquinas y objetos diversos, a partir de las materias primas. La diversidad de procesos industriales conocidos es consecuencia de los requisitos exigidos a las piezas y de la especificidad de la materia prima a transformar. Una clasificación primaria de los procesos tecnológicos de los materiales es la que describe: (a) Los de obtención de piezas, por colada, por deformación plástica y por sinterización. (b) Los de unión para conformar conjuntos, por soldadura o por adhesivos. (e) Los de modificación de las superficies para adecuar requisitos frente a corrosión o desgaste. El objetivo primario del conocimiento de la Tecnología de Materiales es correlacionar las variables tecnológicas de cada proceso con los requisitos de servicio demandados en la aplicación de las piezas. El requisito del servicio principal de la pieza es el tiempo del servicio que debe cumplir su función y su incumplimiento puede atentar a la seguridad, a la economía y a la credibilidad, fiabilidad, de la marca del equipo. El análisis de las causas de la insuficiente fiabilidad sólo puede hacerse a través de los sucesos que han determinado los fallos o defectos. Y estos sucesos los calificamos como fracturas, deformaciones o desgastes cuya casuística debemos analizar para poder perfeccionar los diseños y procesos tecnológicos de elaboración, y con ello, reconducirlos para alcanzar la fiabilidad requerida. El objet_ivo secundario del conocimiento de la Tecnología de Materiales es, consecuentemente, analizar las herramientas para realizar el diagnóstico del fallo, fractura o desgaste, que nos permitan inferir a través de los procesos tecnológicos y el diseño en la fiabilidad de la pieza y de la máquina. Así, la Tecnología de Materiales analiza las herramientas para realizar el diagnóstico del fallo y controlar el cumplimiento de los requisitos exigidos a las piezas. La clasificación primaria de las herramientas reúne técnicas como: (a) Fluencia, fractura y fatiga. (b) Tribología, desgaste y lubricación. (e) Ensayos no Destructivos. El conocimiento de la Tecnología de Materiales evidencia la correlación casi biunívoca entre clases de materiales y procesos tecnológicos y la alta diferenciación de las características obtenidas en los materiales según los procesos aplicados, tanto desde el requisito de características resistentes como desde la tipología de las desviaciones de calidad, defectos, que es frecuente encontrar por la aplicación del proceso. Así el objetivo mas perfeccionado del conocimiento de la Tecnología de Materiales es correlacionar los variables tecnológicos de cada proceso con sus características resistentes y con su defectología intrínseca para cumplimentar los requisitos de servicio demandados en la aplicación de las piezas.. El objetivo de este compendio de Problemas y Cuestiones resueltas de Tecnología de Materiales es facilitar el complemento de formación a través de la autoevaluación del alumno del conocimiento de los procesos de la Tecnología de Materiales que cotTelacionar las variables tecnológicas de cada proceso con sus características resistentes y con su defectología intrínseca para cumplimentar los requisitos de servicio demandados en la aplicación de las piezas.

xii

Prólogo

Reúne este texto problemas y cuestiones sobre la obtención de piezas por colada, por deformación plástica y por sinterización; sobre unión para conformar conjuntos y los de modificación de las superficies para adecuar requisitos frente a corrosión o desgaste. Y también problemas y cuestiones sobre las técnicas de control y diseño como: fluencia, fractura y fatiga; tribología, desgaste y lubricació n y, finalmente, ensayos no destructivos. Con la esperanza de que permita al estudiante de la 17ecnología de Materiales complementar las enseñanzas que adquiera a través de los textos fundamentales. Los Autores

CAPÍTULO FUNDICIÓN Y COLADA

1.1. 1.2. 1.3. 1.4. 1.5.

Definición Conceptos de colada Cálculo del tiempo de llenado y de solidificación Cálculo de mazarotas Cálculo de moldes

1.6. Cálculo de la presión de trabajo 1.7. 1.8.

Cálcu lo de la resistencia de una aleación de zamac Cá lculo de la energía calorífica en un proceso de colada

1. 1. DEFINICIÓN El proceso de colada permite obtener piezas o lingotes, sólidos, a partir del metal líquido, el cual hemos conseguido por procesos extractivos y de afino sobre sus minerales. Constituye un proceso principal de cabecera que suministra tanto piezas con su última forma definitiva, como lingotes que constituyen la materia prima para otros procesos, como la laminación, o como la obtención de polvos para pulvimetalurgia. El proceso de colada consiste simplemente en llenar un molde con el material fluido, el cual toma la forma del molde al solidificar. Los procesos de colada permiten obtener piezas con formas diversas y complejas en todo tipo de materiales metálicos, cerámicos y poliméricos.

1.2. CONCEPTOS DE COLADA • Colabilidad. Propiedad que mide la capacidad de alcanzar los puntos alejados de la alimentación del molde. • Contracción. Diferencia entre las dimensiones del molde y de la pieza colada una vez fría. Esto es debido a la contracción de la masa líquida durante el enfriamiento, a la contracción dlJlrante el cambio de líquido a sólido y a la contracción que experimenta la masa solidificada durante el enfriamiento.

2

Tecnología de materiales • Energ(a calorífica que se debe aportar al material en el proceso de colada. Será la suma del calor

para elevar la temperatura desde la temperatura ambiente hasta la temperatura de fusión, más el calor de fusión más la temperatura para elevar]o desde la temperatura de fusión hasta la de vaciado.

donde H = calor total requerido; r = densidad (g/cm3); Cs = calor específico en peso para el material sólido (J/g °C); C1 = calor específico en peso para el material líquido (J/g 0 C); T0 = temperatura ambiente (°C); Tm = temperatura de fusión ( 0 C); Tp = temperatura de vaciado ( 0 C), y V = volumen (cm3). • Eutéctica. A leación de composición y temperatura de fusión definidas. Funde a menor temperatu-

ra que la de los sólidos que la forman. Se define por el equilibrio. Liq

$;>

Sol 1 + Sol2 •

• Ley de continuidad. Establece que la velocidad volumétrica del flujo permanece constante a través del liquido.

donde Q = velocidad de flujo volumétrico o caudal (cm3/s); v = velocidad de un punto de la masa liquida (crn/s), y A = área de una sección transversal del liquido. • Mazarota. Depósito de metal fundido, caliente, destinado a alimentar el molde y llenar las cavida-

des de contracción originadas en la solidificación. · • Modelo. Pieza de madera u otro material, de la misma forma que la pieza qUJe se desea obtener, con

dimensiones ligeramente superiores, para compensar la contracción del metal después de colado. • Molde. Cavidad o hueco que reproduce la forma exterior de la pieza que se va a colar. • Regla de Chvorinov. Indica que el tiempo total de solidificación de la fundición después del vacia-

do depende del tamaño y forma de la pieza. Según la relación:

TST = C, ·

(~r

donde TST es el tiempo de solidificación total; V, el volumen de la fundición; A, área superficial de la fundición; n, un ex ponte que toma el valor 2 generalmente, y C"" la constante del molde. • Teorema de B ernouilli. Establece que la suma de las energías (altura, presión dinámica, energía ciné-

tica y presión) en dos puntos cualesquiera de un líquido que fluye son iguales. pl " 2• h 1 +--+-+ F p·g 2g

.= h + 2

p2 --

p·g

v 22

+ -2 + F2 g

donde h = altura (cm); P = presión en el líquido (N/cm2); r = densidad (g/cm3) ; v = velocidad de flujo (crn/s); g = constante de aceleración de la gravedad (981 crn/s2) y F = pérdidas de carga debido a la fricción (cm). • Tiempo requerido para llenar el molde: V

MFT = Q

donde V es el volumen de la cavidad; Q, la velocidad volumétrica de flujo, y MFr, el tiempo de llenado. • Zamac. Aleación de Zn y Al.

Fundición y colada

3

1.3. CÁLCULO DEL TIEMPO DE LLENADO Y DE SOLIDIFICACIÓN

Problema 1.1 Se pretende obtener una pieza cilíndrica de volumen 1.000 cm3, en un molde de arena en el cual se ha diseñado un bebedero de colada de 5 cm de longitud y una sección de 1 cm2, tal y como muestra la

Figura 1.1. ¿Cuál es el tiempo mínimo requerido (ausencia de fricciones) para el llenado de la pieza? b) ¿Cuál es el tiempo de solídificac.i ón de la pieza, considerando una constante cm = 0,46 min/cm2 y n = 2?

a)

10 V=

1.000 cm3

Figura 1. 1

Solución PLANTEAMIENTO

El objetivo del problema es determinar el tiempo de llenado y solidificación en el proceso de colada

de una pieza. l.

Tiempo mínimo requerido para el llenado

Primeramente calcularemos la velocidad del flujo en el bebedero de colada. Aplicando el teorema de ~emouilli entre el punto 1 y 2 de la Figura 1.1, prescincliendo de las pérdidas por fricción y trabajando a presión atmosférica tendremos:

v21

h+ -

2g

1 .

v2 =h+2 2g

2

siendo v 1 la velocidad en la parte superior del bebedero y v2 en la base del bebedero. Y tomando h2 =O.

h1 = -

v2

2g

v2

~

~

v

= ~2 · 981 · 5

2

=

= v2gh

99,05 cm/s

Aplicando la ley de continuidad, calcularemos la velocidad del flujo volumétrico:

Q = v ·A = 99,05 (crn/s) · 1 cm2 = 99,05 cm3/s El tiempo requerido para llenar la cavidad de 1.000 cm3 es:

V

MTF = Q

=

1.000 cm3 99,05 cm3/s = lO, l s

4

Tecnología de materiales

Tiempo de solidificación de la pieza

2.

Para calcular el tiempo de solidificación aplicaremos la regla de Chvorinov; TST = ello necesitaremos conocer el área y volumen de la pieza cilíndrica.

V= 1.000cm3 =

7T'

Cm · (;)n; para

D·h ~D = 11,28cm(r= 5,64cm) 4

Para el área consideraremos dos veces las superficies circulares y el perímetro por la altura, así:

A = 2·

7T •

r ·h

+2

·

7T •

r 2 = 354,49

+

19,86 = 554,35 cm2

Sustituyendo en la regla de Chvorinov: 1.000 cm3 ) TST = 0,46 (min/cm2) • ( • cm2 = 1,5 minutos tardará en solidificar. 554 35

1.4.

CÁLCULO DE MAZAROTAS

Problema 1.2

Para el problema anterior, calcúlese cuál sería la dimensión y forma de una mazarota. para evitar los posibles defectos si ésta no existiera

Solución PLANTEAMIENTO

Consideraciones previas:

• El metal en la mazarota ha de permanecer en fase líquida más tiempo que el de la fundición; por lo tanto: TSTma~arola > 1,5 minutos. • El metal que permanezca en la mazarota es un metal de desperdicio, el cual ha de extraerse, refundirse y utilizarse en fundiciones posteriores; por lo tanto, la forma geométrica de la mazarota ha de intentar maximizar la relación entre el volumen y el área, lo que tiende a reducir el volumen de la mazarota al máximo. • Utilizaremos el mismo valor de la constante ya que tanto la fundición como la mazarota están en el mismo molde.

l.

Cálculo de las dimensiones

Tomaremos el tiempo de solidificación en la mazarota un 20% mayor que en el molde. TST = 1,5 min · 1,2 = 1,8 min Como la fundición y la mazarota están en el mismo molde: TST= C, ·

(;r

V A = 1,978 = 2;

Cm= 0,46; n = 2.

1,8 min = 0,46

V

A

7T •

r2 • h

·(;y r ·h

= -=-2-.-7T- .- r-;;-2-+---=-27T-.-,-.-h = -=-2-·_r_+---=-2-·-:h

Sabiendo que D = h o Dlh = 1, relación que implica máximo volumen en mínima superficie (2r

= h)

Fundición y colada

r·h . r + .h 2 2

= 2 => r · h =

r · (2 · r)

2· ?-= 2.

5

4 · (r + h)

= 4 · (r + 2 · r)

12·r=>

r =O { r = 6 cm => h =

12 cm

Forma de la mazarota

La de la Figura 1.2.

Figura 1.2

Problema 1.3 Se pretende diseñar una mazarota de fonna esférica, para un molde de fundición de acero, con forma rectangular, cuyas medidas son: longitud, 200 mm; anchura, 100 mm, y espesor, 20 mm (Figura 1.3). Ensayos previos nos permiten conocer el tiempo de solidificación: 4 minutos. ¿Cuál debe de ser el radio de la mazarota para que el tiempo de solidificación supere en al menos el 30% e l de la placa

metálica? Figura 1.3

Solución P LANTEAMIENTO

Primeramente calcularemos la constante C111 (minlcm2 ), y n = 2 TST =

Cm·(:)"

Calculemos el volumen de la placa: V= 20 · 10 · 2 = 400 crn3. Calculemos el área de la placa: A

=2

· (20 · 10)

TST = 4 (min) = C111

• (

~~

+ 2 · (20 · 2) +

r

=> C,

2 · (10 · 2)

= 520 cm2.

= 6,76 minlcm2

Con ello, como el molde es el mismo, utilizaremos la misma Cm. Calculemos el nuevo TST: Volumen de la esfera

=

TST = 1,3 · 4 = 5,2 minuto~.

41T·r3 ; 3

área de la esfera = 47T ·

41T. ¡3 ) 3 5,2 = 6,76 · 5,2 = 6,76 · ( - -1T - "-.~-=> 0,77 = (; 4

r

r

=> r = 2,63 cm

o

D = 5,26 cm

6

Tecnolog ía de materiales

1.5.

CÁLCULO DE MOLDES

Problema 1.4 Queremos obtener un cubo de 100 cm de lado mediante un molde de arena, abierto a la superficie. Considerando la reducción del nivel causada por la contracción del líquido durante e l enfriamiento, la reducción de altura causada por la contracción por solidificación, y la contracción térmica del sólido, calcúlese el lado del molde necesario para obtener estos 100 cm de lado, siendo el material para la fundición el aluminio.

Solución PLANTEAMIENTO

Debemos tener en cuenta la Tabla 1.1 que indica las contracciones que sufren los metales de fundi ción en el líquido, en el cambio de fase y en el enfriamiento del sólido; de esta manera: podremos calcular la sobredimensión del molde. Ta bla 1. 1

l.

Contracción metal líquido

Cont racción por solidificación

Contracción térmica del sólido

Al

0,5%

7,0%

5,6%

Cu

0,5%

4,5%

7,5%

Detenninaci6n del tamaño del molde

A la vista de la tabla anterior, el volumen final será: V = 13 • 0,995 · 0,93 · 0 ,944 = (100 cm) 3

Contracción metal líquido

Contracción por solidificación

Contracción térm ica sólido

1.000.000 13 = 0,995 . 0,9 93 . 0,944 ~ l = 104,61 cm de lado, lo que, con las contracciones, nos proporciona el cubo de 100 X lOO X 100 cm.

2.

Determinación del tamaño del molde si existiera una mazorta que proporcionara el aluminio fundido

Sólo tendríamos que tener en cuenta la contracción térmica del sólido, así:

13 · 9,944 = (lOO cm) 3 ~ l = 101 ,94 cm

Fundición y colada

1.6.

7

CÁLCULO DE LA PRESIÓN DE TRABAJO

Problema 1.5

En una empresa, se están realizando mejoras en la calidad del producto. Se sabe que reduciendo el tamaño de los poros la calidad de las piezas aumentaría. El tamaño de los poros está ligado directamente con la presión de trabajo (véase la Figura 1.4). Si se está trabajando con presiones de 3 Mpa, ¿cuánto tendóamos que aumentar ésta para reducir los poros en un 20%?

Figura 1.4

So lución P LANTEAJ'AIENTO

Haremos uso de la gráfica de la Figura 1.4 que relaciona la presión a a plicar con el tamaño de poro deseado. l.

Determinación del tamaño del molde

El diámetro de los poros actualmente es: D = 2,41 · 3- 1. 1033 = 0,72 mm El tamaño de los poros que estamos buscando será:

D

2.

= 0,72 · 0,8 =

0,576 mm

Cálculo de la presión a aplicar

Luego la presión a la que debemos trabajar será: 0,576 = 2,41 . 3 mm· 120 rnfmin = 1 mm· Vs2 • Por lo que Vs2 = 360 rnfmin. 2.

Cálculo de la velocidad de deslizamiento del material en cada par de rodillos

La resolución de este apartado implica conocer la velocidad lineal tangencial de cada rodillo cuando está en contacto con el material. Esta velocidad lineal se calcula en cada rodillo a partir de la velocidad de giro del mismo. La velocidad lineal tangencial en el primer rodillo será: VRI

= 2 · rr ·N · R cilind = 2 ·

1r •

60 rpm · 0,350 m = 131,94 m/min

Teniendo en cuenta la velocidad de salida del material del primer par de rodillos:

=

S¡=

180 - 131,94 131,94 = 0,3642

Análogamente, para el segundo par de rodillos: VR2 = 2 · 1r ·N· R cilind = 2 ·

s2

3.

=

1r •

120 rpm · 0,350 m = 263,76 rnfmin

Vs2 - VR2 360- 263,76 0 364 VR2 = 263,76 = •

Para realizar La reducción

En este apartado tenemos en cuenta que la reducción sólo será posi.ble si el material que pretendemos deformar no es repelido por el par de rodillos a la entrada del mismo,' lo que implica una separación mínima entre rodillos y un rozamiento entre éstos y el material a deformar que facilite el tránsito de éste entre los rodillos. Calculamos para la reducción pedida teniendo en cuenta el radio del rodillo y el coeficiente de rozamiento.

con lo que: (3- 2) mm = J.L2 • 350 mm J.L = 0,0534

Éste es el coeficiente de rozamiento requerido para una reducción de 1 mm en el primer par. Como tenemos un coeficiente de rozamiento mínimo de 0,12, la reducción máxima que se puede hacer con el mismo par de rodillos será: d = 0,122 • 350 mm ;

4.

d = 5,04 mm

Determinar la fuerza ejercida y el momento torsor para cada par de cilindros

Para resolver este apartado debemos tener en cuenta que se realizan dos reducciones de material, una en cada par de rodillos. Calcularemos la fuerza necesaria para cada reducción teniendo en cuenta que el esfuerzo de flu encia varía en cada caso, por lo que se emplea el esfuerzo promedio.

Deformación plástica

35

K· E11 Y =--

1+

1

tl

Para la primera reducción: -

= Y1 · w · L

F

Se toma como coeficiente de endurecimiento n = 0,15:

3

E¡

= ln 2

500 MPa · 0,405°·15 Yfl = = 379,75 MP a 1,15

= 0,405

L = ~R · (e¡-

e;+

F 1 = Y11 • L · w

1) = ~350 · (3- 2) = 18,70 mm = 0,0187 m

= 379,65 MPa · 0,0 187 m · 1 m =

7,09 MN

Análogamente, para la segunda reducción: E2

= In

T3 =

y

1,09

=

f2

K . E" = 500 MPa . 1,090.15 = 440 43 MP 1,15 1,15 ' a

F 1 = Yf2 · L · w = 440,43 MPa · 0,0 187 m· 1m = 8,23 MN

Para el cálculo de los momentos torsores emplearemos la siguiente relación: M = 0,5 · F· L

5.

Cálculo de la potencia

Para la resolución de este apartado calcularemos la potencia requerida para mover cada par de rodillos y la tota l del tándem. Utilizaremos la fórmula:

P =2 ·7T ·N·F·L Para el primer par de rodillos: P1 = 2 ·

7T •

60rpm 60 S

•

7 09 MN · O0187 m = O 832 MN · mis = ' ' '

832 . 106 N. m/s = 1.110,16 CV = 0• N· mis

750

= 8 17,07 kW

cv

Para el segundo par de rodillos:

P2 = 2 ·

=

7T •

120 rpm s · 8,23 MPa · 0,0187 m = 2,225 MPa ·mis= 60

1,932 · 106 N· mis = 2.577,32 CV N· mis 750 cv

=

1.896,1 kW

Potencial total del tándem:

Ptotal

= 817,07 + 1.896,9 1 =

2.7 13,98 kW

36

Tecnología de materiales

Problema 3.3 Se lamina una chapa de cobre recocido de 1.200 mm de anchura y 40 mm de espesor hasta reducirla a 20 mm. (Figura 3.4), manteniendo constante la anchura, mediante un tren de laminación formado por dos rodillos cuyo diámetro es de 300 mm. Siendo: K

= 300 MPa

J.L

= 0,17

n

= 0,5

Se pide:

l. 2.

Calcular la presión y fuerza ejercida para la laminación en frío. Determinar si con los cilindros disponibles sería posible el avance de la chapa para obtener la laminación.

r=0,150 m 0,04m

Figura 3.4

Solución

l. Presión promedio y fuerza ejercida para la laminaci6n

Para la resolución de este apartado necesitamos conocer la deformación que experimenta el material en la zona plástica, la fuerza de fluencia y la longitud de contacto de los rodillos con la chapa.

e 40 e = In - 0 = In- = 0,693 e¡

20

K · en 300 MPa · 0,693°.5 Y = - - = = 166,49 MPa f 1+n 1,5 L = JR(e0

-

e;) =

Jiso · (40- 20) =

54 mm= 0,054 m

con lo que la fuerza ejercida en el proceso de laminación es:

F = Y¡ · Le· w = 166,49 MPa · 0,054 m · 1,2 m = 10,79 MN Para el cálculo de la presión promedio tendremos en cuenta el área de contacto entre el rodillo y la chapa (Figura 3.5).

S = Le · W

= 1,2 · 0,054 =

0,648 m

con lo que la presión será:

F 10,79 · 106 N P =S = 1,2. 0,054 m = 166,5 MPa

Deformación plástica

W=

37

1,2

Le = 0,054 Figura 3 .5

2. Determinar si es posible la laminación con los rodillos actuales

En la Figura 3.6 se representan las fuerzas que intervienen en el proceso de Jaminación. Siendo FR la fuerza de rozamiento, tendrá que cumplirse para que pueda desplazarse la plancha entre los dos rodillos que FRH > FH.

Figura 3 .6

Cálculo de FRH• siendo FR la fuerza de rozamiento entre la chapa y el rodillo:

Le

a= arcsen Re= arcsen

54 150

~a=

21,1 °

FRH = J.L • F ·cos a = 0,17 · 10,79 MN · cos 21,1 ° = 1,71 MN

38

Tecnología de materiales

Llamando FH a la proyección horizontal de la fuerza de laminación, ésta valdrá: FH

= F · sen a = 10,79 MN · sen 21 ,1o = 3,88 MN

coñ lo que con el diámetro estimado no podrá ser absorbida la chapa para la laminación; por tanto, la solución será aumentar el diámetro del cilindro o reducir el espesor de larninación. Si optamos por la primera solución: JL•F·cosa >F·sena=:> JL>tana :::::> arctan0,17 :::::> a1 11

Kmc

-

FLUENCIA SIN ENDURECIMIENTO

Problema 7.1.

Cálculo de la velocidad de def ormación

En el ensayo a tluencia de dos series de probetas se ha obtenido experimentalmente una velocidad de deformación de 1,1% por hora a 850 °C, para la primera serie; y una velociad de deformación de 5,7 · I0-2 % por hora a 720 oc, para la segunda serie. Con estos valores se pretende calcular: l . Energía de activación para el ensayo de tluencia en el intervalo de las temperaturas consideradas. 2. Velocidad de deformación a 550 °C.

Solución PLANTEAMIENTO

El objetivo del problema es determinar la velocidad de deformación que experimenta el material a 550 °C. Ésta se determina mediante la relación entre el valor de la deformación experimentada por el · material y el tiempo durante el cual se produce ésta. En la resolución del problema se seguirán los siguientes pasos: l.

Energía de activación para el ensayo de fluencia en el intervalo de las temperaturas consideradas.

2.

La velocidad de deformación para la temperatura de 550 °C.

86

Tecnologí'a de materiales

l.

Energía de activación para el ensayo de jluencia en el intervalo de las temperaturas consideradas

Para resolver este apartado aplicamos la ecuación:

a los datos de las dos series de probetas. Se supone que en ambas series el tamaño de grano y la tensión aplicada son iguales. Para la primera serie de probetas la velocidad de deformación es

1

1 0~ hora = 0,011 horas.

57. I0- 2 Para la segunda serie de probetas la velocidad de deformación es ' hora = 0,00057 horas. 100

o 011 = e. e '

0,00057

julios 8 32 2 ' mol. ° K . 1.1 JOK

= e .e

julios

8•32 mol· °K . 993 · K

Para determinar el valor de Qc, dividiendo y aplicando logaritmos neperianos obtendremos:

0,011

-

---- = e 0,00057

~:lios · ( 1.12~ ~K-99;•K )

8 32 • mol· •K

Q. e = 2.

==:-

0,011 Qc (993 -1.123) In 0,0057 = -8,32 993 · 1.123

0,011 In 0,000 · 8,32 · (993 · 1.123) 57

1.123 - 993

= 211.252 julios/mol

La velocidad de deformación para la temperatura de 550 oc

Para poder determinar la velocidad a la temperatura pedida se tendrá que hallar el valor de C, utilizando la fórmula anterior para una de las velocidades conocidas. Por ejemplo, para la velociad de deformación de 1,1% por hora: 221.252 j ulios mol -

0,011 por hora=

e. e

jul ios 8,32 - -.- · 1.1 23 "K mol· K

~

e = 7,28. 107 por hora

Sustituyendo valores de nuevo en la ecuación de velocidad de deformación: 221.252 julios mol _

julios

8,32 m ol . • K · 823 ° K

VE = 7 ' 28 · 107 • e

VE= 2,90 · 1Q-4 % por hora

A nálisis de la fractura. Fractura por fatiga

Problema 7.2.

87

Cálcu lo de la velocidad de deformación

Sometidas a ensayos de fluencia estacionaria a 200 °C, dos probetas de una determinada aleación,los resultados fueron los siguientes: Velocidad de deformación (h-1)

Tensión (MPa)

2,5 . 10-3

55

2,4. 1Q-2

69

Si se sabe que la energía de activación para la fluencia estacionaria es igual a 140.000 J/mol y m mínese la velocidad de deformación a una temperatura de 250 °C y una tensión de 48 MPa.

= O, deter-

Solución P LANTEAMIENTO

Aplicaremos la ecuación de la velocidad de deformación a la temperatura de 250 oc y para una tensión de 48 MPa. En la resolución del problema se seguirán los siguientes pasos: l. 2. 3.

l.

Cálculo del coeficiente n. Cálculo del coeficiente C. Determinar la velocidad a 250 oc y para una tensión de 48 MPa.

Cálculo del coeficiente n

Aplicamos la ecuación de la velocidad de deformación, a 200 °C, con los datos obtenidos en los ensayos.

2,5 . I0-3 (h- ') 2,4 .

lQ-2

=e . 55".

(h-1) = C . 69" .

140.000 J/mol

s-m. e- 8.3 14J/(moi "K)·473 "K 5-m . e-

140.000 J/mol 8,314 J/(mol "K) · 473 "K

Dividiendo ambas expresiones:

2,5 . I0-3 = 2,4. I0-2 2.

(~)" 69

3

:::::.

(55) ( 2,5 . I0- ) n. In 69 = ln 2,4. I0-2

:::::. n = 10

Cálculo del coeficiente C

Aplicamos nuevamente la ecuación de la velocidad a uno de los pares de datos obtenidos en los ensayos y tomando n = 10. 140.000 J/mo1

2,5.

3.

lQ- 3 (h- 1)

= e. (55 MPa)1 0. e- 8,314J/(moi "K)·473 "K

:::::>

e= 2,85.

w-5 (h- IJMPaiO)

Determinar la velocidad a 250 °C y para una tensión de 48 MPa

vt = 2,85 .

140.000 J/mol

w-~_ (h-').

(48 MPa)IO. e- 8.314J/(moi "K) ·523 "K

= 1,92.

J0-2

(h-')

88

Tecnología de materiales

Problema 7.3.

Cálculo del aumento de tensión

Determínese el aumento porcentual de tensión que será necesario para producir el mismo aumento de velo.s

y su representación gráfica en la Figura 8.2.

........9.·.~....... 0,2 ·············t············--·······

Figura 8 .2

2.

Coeficíente de rozamiento esperado para v = 20 m/s

Basta con sustituir la velocidad de 20m/sen el modelo determinado en el apartado l. J.l-r t

=

0,35 · 1.600

= 7,55 min

74, 1

Bajo esta aplicación es más adecuada la técnica de la fuente isotópica. 2.

Radiografía de mayor contraste

Como la exposición es la correspondiente al espesor mayor, 80 mA · min/m 2, la densidad correspondiente al espesor menor variará. La forma de determinarla será la siguiente: Se determinará la exposición que correspondería al espesor menor con ayuda de la Figura 9.3b. La exposición se obtendrá con la intersección de la vertical trazada por el espesor de 25 mm con la línea correspondiente a 200 kV, aproximadamente 12 mA · minlm2 . Se aplicará la siguiente ecuación para el cálculo de la exposición relativa: Exp2 log -E xpi

Exp

Exp 1 - log -E xpo xpo

= log - E2

Exp 1 El valor de log -E · XPo

= f{D~ -

80 /(D1) => log 12

= 0,82 = f(D2) -

1.8 => f(D2)

= 2,68.

= f(D 1) = 1,8 se obtiene del gráfico de la Figura 9.2a.

Con el valor de f(D2) = 2,68 y con el mismo gráfico trazando una vertical por este punto hasta cortar a la curva de sensibilidad X cuya intersección proyectada al eje de ordenadas indicará una densidad mayor que 4. · Con la fuente isotópica se obtendrá, para el espesor de 1", una exposición de 0 ,25 (Curios · minlpulg2), pero como está expuesto a una exposición de 0,35 (Curios · minlpulg2) dará lugar a un aumento de la densidad en la película que se podrá determinar de la forma siguiente: Exp2 log Exp

= f(D 2 ) - f(D 1) => log

1

0,35 0. 25

= 0,14 = /(D2)

-

1,8 => J(D2)

Figura 9.3b

Figura 9.2a

= 1,94.

120

Tecnología de mat eriales

En la Figura 9.2b de sensibilidad de película X y procediendo de igual forma que en la fuente de rayos X nos dará una densidad de película de 2,4.

Figura 9.2b

Se deduce que habrá más contraste con el equipo de rayos X.

Problema 9.2 Supóngase que el periodo de semidesintegración del Carbono 14 es de aproximadamente 5.600 años. Si un determinado fósil de madera analizado presenta una actividad A 1 de lOO bequerelios y la actividad en el periodo actual de la madera es de 400 bequerelios, determínese la antigüedad de dicho fósil.

Solución

Determinaremos, en primer lugar, la constante de desintegración; para ello, conociendo el periodo de semidesintegración en el que la actividad se reduce a la mitad tendremos:

A= A0 · e- 8 · 1 ~A= e- 8 · 1 ~In 1.. = -5 · 5 600 años~ 5 = 0 •69 A0

2

·

5.600

= 1' 23 · 10- 4 años- 1

Como la actividad A 0 = 400 bequerelios y la actividad A1 = lOO bequerelios, la antigüedad será:

100 = - 138 =- 123·l0- 4 ·t~t = ln~=In A 400 ' ' 0

1·38 1,23 · lO

4

=ll.219años

Radiología industrial

121

Problema 9.3 Se va a realizar una radiografía con película tipo X de un objeto de acero compuesto por dos partes de diferente espesor: 0,78" (20 mm) y l , 18" (30 mm). l.

Determínese el tiempo de expsición necesario para obtener en la zona de la radiografía correspondiente a la parte más gruesa una densidad de 1,5, si la radiografía se realiza con V = 180 kV. Considérse que la intensidad de la fuente es de 1O mA, y la distancia desde la fuente de rayos X a la película es la estándar de 1 m, similar a la utilizada para obtener el gráfico de la exposición de la Figura 9.3c.

2. Determínese, en las condiciones obtenidas anteriormente, cuál será la densidad obtenida en la parte de la radiografía correspondiente a la de menor espesor para la calidad Z.

Solución

l.

Determinación del tiempo de exposición

Mediante la Figura 9.3c, la intersección de la perpendicular trazada desde el espesor 30 mm, con la recta correspondiente a 180 kV, da una exposición = 60 mA minlm2 .

Figura 9 .3c

Luego

i·t

Exp ~ -

d2

= 60 mA · min/m2 =

lOmA t 1m2

·

y despejando el tiempo t = 6 minutos

2.

Determinar la densidad para la zona de menor espesor

Para determinar la densidad en el acero de menor espesor se procederá de la forma siguiente. En el gráfico de la Figura 9.3c, determinaremos las intersecciones de los dos espesores con la recta correspondiente a 180 kV, obteniendo las exposiciones siguientes: Exp2 (30 mm) = 60 mA · min/m2 Exp 1 (20 mm) = lO mA · min/m2

122

Tecnología de materiales

Aplicando la siguiente ecuación correspondiente a exposiciones relativas:

log

60 mA . minJm2 mA .ni 10 · rru m2

Exp

2 = log - xp E 0

Exp 1 - log -Exp0

= f(D2)

-

, 1,4 (grafico 9.2c)

= log 6 = 0,778

f(D 1) = 4 se obtiene del gráfico de la Figura 9.2c al llevar el valor de la densidad 1,5 intersección con la curva de la película Z. De donde:

f(D0 = 1,4 + 0,778

=

2,178

Trazando de nuevo en el gráfico de la citada figura una perpendicular en el valor de abscisa 2,178 hasta cortar a la curva de sensibilidad de película Z, obtendremos en el eje de ordenadas la densidad 3, l que corresponde al menor espesor.

Figura 9.2c

Problema 9.4 En la radiografía de una pieza de acero (Figura 9.5) de espesor 25 mm, se encuentra la silueta de un poro con una densidad fotográfica de 2,5 siendo la densidad general de 1,5. Las variables de operación son U== 180 kV, distancia 1 m y película del tipo X. Determínese la dimensión de la altura, hd, del poro. Figura 9 .5

Radiología industrial

123

Solución

Dimensión de altura del poro

Primero determinaremos la exposición requerida para el espesor de 25 mm, densidad 1,5 y voltaje 180 kV, mediante el gráfico de la Figura 9.3d, trazando una perpendicular por el eje de abscisas correspondiente al espesor de 25 mm hasta cortar con la línea de 180 kV, por cuyo punto se trazará una horizontal hasta el eje de ordenadas que indicará la exposición, en este caso 27 mA · min/m2 , para una densidad de 1,5.

Figura 9.3d

Como hay una variación en la densidad hasta 2,5 indicará que ha habido un exceso de exposición, bien porque el espesor es menor, o bien porque existirá algún defecto interior; para ello debemos determinar a qué espesor corresponderá dicho aumento de densidad. Aplicando la relación de exposición relativa y teniendo en cuenta el gráfico de la Figura 9.2d, se obtienen: Exp2 log -E xp¡ = j(D2.s) - f(Dt .s) Exposición (2) = 27 mA · min, a la que está sometida toda la plancha y densidad 1,5, que en el defecto dará un aumento de densidad 2,5. Exposición (1): Es la exposición que requeriría para una densidad de 1,5 la plancha donde está el defecto interior a evaluar. Los valores de las exposiciones relativas de 2 y 1,8 se obtienen de la Figura 9.2d, al trazar una horizontal por cada una de las densidades en el eje de ordenadas hasta cortar con la curva de sensibilidad X, por cuyos puntos se trazarán perpendiculares al eje de abscisas para obtener los valores correspondientes de exposiciones re lativas. log 27 mA · min = 2 _ 1,8 ==- 27 mA · min = 100.2 :::::> Exp 1 Exp 1

:::::>

Exp 1 = 27 mA · min 1,58

= 17,08 mA · min

124

Tecnología de materiales

Figura 9 .2d

Con el valor de 17,08 mA · min y de nuevo con el gráfico de la Figura 9.3e, obtendríamos a qué espesor correspondería para una densidad de 1,5 cuyo valor nos dará aproximadamente 22 mm.

Figura 9.3e

La diferencia entre los valores de 25 mm espesor, que es el de la chapa, y el que correspondería para la misma densidad de 1,5, que es 22 mm, es e l tamaño del defecto que ha provocado el aumento de densidad hasta 2,5. h¿ = 25 mm - 22 mm

= 3 mm

Radiología industrial

125

Problema 9.5 Para inspeccionar mediante rayos X la pieza soldada de la Figuxa 9.6, se dispone de un equipo de intensidad variable entre 1 y 10 mA. Si para radiografiar a una distancia de 60 cm se ha empleado una intensidad de 3 mA durante 3 minutos, se pide: l.

Determinar la variable a modificar al radiografiar a una distancia de 100 cm, si se desea mantener constante la exposición, siendo la película del tipo X y densidad 1,5.

2.

Determinar la variación de la exposición al aumentar el contraste mediante una película del tipo Y de mayor sensibilidad manteniendo la misma densidad de pelfcula. Determinar la densidad obtenida con la exposición del apartado anterior sin variar el tipo de película.

3.

Si en Jugar de cambiar del tipo de pelfcula lo que se desea es obener una densidad de 3, estudiar la variación de exposición.

4.

Si la densidad obtenida en la soldadura de mayor espesor es de 1,5 como se ha enunciado anteriormente, ¿qué densidad se obtendrá en la soldadura de menor espesor? Comentar si será adecuada para su inspección.

25

24

Figura 9.6

Solución

l.

Variable a modificar al radiografiar a una distancia de 100 cm, si se desea mantener constante la exposición, siendo la película del tipo X y la densidad 1,5

Cálculo del valor de la exposición para las condiciones dadas: Exp

=

i·t d2

i, · t,

= ----;¡¡-- ~ Exp = 1

3 mA · 3 min , m 0 62 2

= 25 mA · minlm2

Modificaciones de la variables para radiografiar a una distancia de 100 cm, pelfcula tipo X, densidad 1,5 y manteniendo la misma exposición: a)

Si tomamos el tiempo como valor constante, la variable será la intensidad:

i, . t, Exp = - - = 25 mA · min!m 2 = d 21 b)

i 1 • 3 min 12 m 2

25. 12 3 min = 8,3 mA

Si tomamos la intensidad como constante, la variable será el tiempo:

i1 t1

= "d"f = 25 mA · min!m2 = o

Exp

3 mA t, m 12 2 o

~ t1 =

25 mA . min!m 2 3 mA

= 8,3 min

126

Tecnología de materiales

Figura 9 .3f

Determinación del voltaje de trabajo: Para la exposición 25 mA · min/m2 y espesor de 25 mm, el voltaje se obtiene haciendo uso del gráfico de la Figura 9.3f. Resulta un valor de 180 kV. 2.

Variación de la exposición al al(mentar el contraste mediante una pelfcula del tipo Y de mayor sensibilidad

Manteniendo la misma densidad 1,5 pero empleando una película de grano más fino, lo que dará mayor contraste y resolución, como es película del tipo Y, necesitará una exposición relativa de 2,4f(D2), valor obtenido en el gráfico de la Figura 9.2e, lo que determinará la variación de exposición:

Figura 9 .2e

Para calcular la nueva exposición, utilizamos la consabida relación: Exp2 log -E xpl Exp

= f(D 2 ) - .f(D 1) = 2,4- 1,8 = 0,6

2 = IOü.6 = 3 ' 98 ~ Exp2 = 25 · 3 ' 98 = 99' 5 mA · min/m2 Exp

1

Radiología industrial

3.

127

Si en lugar de cambiar del tipo de película lo que se desea es obtener una densidad de 3, estudiar la variación de exposición

Si l o que se pretende es variar la densidad a 3 con el mismo tipo de película se procederá de manera similar en la forma de manejo del gráfico de la Figura 9 .2f pero manteniendo constante la película de tipo X. Se determinará con la intersección por el punto de ordenadas de densidad 3 hasta la curva de sensibilidad de tipo X, que a su vez nos dará el valorj(D2) = 2,1, lo que permite calcular la nueva exposición (Exp2):

Exp2

log -E

Xp¡

= j(D2) - j(D 1) = 2,1 -

Exp

- -2 = 10°·3 ~ Exp2 = Exp 1

1,8

= 0,3

25 · 1,99 =50 mA · min/m 2

Figura 9.2f

4.

¿Qué densidad se obtendrá en la soldadura de menor espesor?

Para radiografiar la pieza, que es de dos espesores distintos (20 y 25 mm), nos apoyaremos en el espesor mayor para regular las variables. Como el espesor menor estará sometido a la misma exposición, la densidad que se obtendrá en él será mayor. En el gráfico de la Figura 9.3g, para el espesor de 20 mm y 180 kV se obtiene una exposición (Exp 1) de 11 mA · min/m2 , para densidad de 1,5. La variación de densidad al estar expuesto a 25 mA · min/m2 (Exp2) será la siguiente: Exp2 log - E Xp¡

= f(Dv- /(D1)

~

log

25

lT = 0,35 = f(D 2) -

1,8 = /(D2) = 2,15

. J o,que determina, según el gráfico de la Figura 9.2g, una densidad de 3,25.

128

Tecnología de materiales

Figura 9 .2g

Figura 9.3g

Resulta ser adecuada, ya que está comprendida entre 0,5 y 4, q ue son los valores útiles de observabilidad.

Problema 9.6 Se tiene que irradiar un número elevado de probetas de acero de 1,5 pulgadas de espesor. Se dispone de un equipo de RX de 4 mA de intensidad y de una fuente isotópica de Ir-192 cuya actividad hace 25 días era de 45 curios. Sabiendo que el tiempo de semidesintegración (tiempo en que la actividad se reduce a la mitad) del Ir- 192 es de 70 días y que se debe irradiar, en ambos casos, a una distancia de 70 cm. Para conseguir una densidad radiográfica de 1,5 con U = 220 kV. Se pide: l.

¿Cuál de los dos procedimientos debe emplearse con el fin de reducir el tiempo en las exposiciones?

2.

Si al irradiar una de las piezas se observa una discontinuidad circular (poro) cuya densidad radiográfica es de 2,5, determinar el espesor de dicho poro. Emplear el tipo de película X.

Solución

J. Procedimiento a utilizar para reducir el tiempo en. las exposiciones a) Exposición RX:

Del gráfico de la Figura 9.3h, entrando con los valores de h = 25,4 · 1,5 se obtiene el valor de la exposición. Exp

= 38 mm y con U = 220 KV

= 30 mA · minlm2

Despejando el tiempo,

r=

Exp · d2

=

30 · 0 •72 = 3,675 mi n 4

Radiología industrial

129

Figura 9.3h

b) Exposición Ir-1 92

En primer lugar debemos averiguar la constante de desintegración de la fuente. Utilizando la expresión de la actividad,

o= Int 2 =

lo 2 70

= 9 9. 10-3 días-• •

Luego la actividad actual será:

A= A0 · e- 8 · 1 = 45 · e- 9·9 · 10-'· 25 = 35,13 curios En el gráfico de la Figura 9.4b, entrando con los valores h = 1,5" y con D1 = 1,5, obtenemos Exp = 0,35 Cu · min/puJg2.

t

=

Exp. d2 A

0,35. =

(~Y

35,13

.

= 7,56 mm

Elegiríamos el procedimiento del Rx-192 ya que el tiempo de exposición es menor.

Figura 9.4b

130

Tecnología de materiales

2.

Espesor del poro

Calcularemos las exposiciones relativas para cada una de las dos densidades en una película del tipo X (Figura 9.2h). .ó.Exp, = Exp, (D¡ = 2,5) - Exp, (D1 = 1,5) = 2 - 1,8 = 0,2 Exp2 = 10°·2 · Exp 1 ~ Exp 1 =

~~~.2

= 18,9 mA · minlm2

Figura 9.2h

Con esta exposición y para U= 220 kV leemos en la gráfica de la Figura 9.3i que corresponde a un espesor de 34 mm. Por tanto, el espesor del poro será 38 mm - 34 mm

= 4 mm.

Figura 9.3i

CAPÍTULO ULTRASONIDOS

10.1. Definición 10.2. Conceptos de ult rasonidos 10.3. Técnicas de ultrasonidos

1 O. 1.

DEFINICIÓN Es una técnica de ensayos no destructivos empleada en la observación de discontinuidades, poros y grietas. Está fundamentada en las atenuaciones del flujo de ondas acústicas ultrasónicas que sucede al interaccionar con los defectos señalados. El campo de ondas ultrasónico comprende las frecuencias superiores a 20 kHz, límite superior de las frecuencias audibles por el oído humano. La aplicación de esta técnica requiere una fuente de emisión, interacción de las ondas con la pieza, con los defectos y un registrador de indicaciones.

10.2. CONCEPTOS DE ULTRASONIDOS • Absorción. Conversión directa de la energía ultrasónica en calor. • Atenuación. Debilitamiento de la onda ultrasónica, debido a la dispersión y a la absorción de la misma. • Calibración. Resolución del ensayo para poder determinar el tamaño mirumo de defecto que es capaz de discernirse por medio de una altura de eco (pico) que no se confunda con el ruido de fondo. • Campo próximo. Se considera campo próximo de un palpador el espacio recorrido por el sonido en el material en que la presión acústica se mantiene prácticamente constante; se define como:

D2

N=-o4·A

siendo N la zona en donde se mantiene constante la presión acústica, D0 el diámetro del palpador y A la longitud de onda.

132

Tecnología de materiales

• Campo lejano. El campo lejano vendrá determinado por la divergencia del palpador mediante la expresión: A sen y= 12 , ·D

o

donde y es ángulo de divergencia del haz ultrasónico.

• Coeficiente de transmisi6n (K,) y reflexión ( KJ Al propagarse la onda acústica e incidir sobre una discontinuidad se verifica que un porcentaje de la onda se transmitirá y otra parte se reflejará. Los coeficientes respectivos están determinados por las expresiones:

=

K 1

2 .~

. K

z2 + zl ,

r

= ~ - zl ~ + zl

d

Pr. Rec. = 15 · tan 60° = 1,73 · 15 = 25,98 mm

con lo que el palpador seleccionado es el de 60°. 2.

Determinación del tipo de calibración

La calibración se efectuará una vez seleccionado el palpador adecuado, en este caso de 60° ; para ello se optará por preparar una chapa del mismo material y espesor a medir sin defectos (Figura 10.4). Se colocará el palpador a una distancia del extremo tal que el recorrido del sonido interfiera en el vértice inferior de la raíz, dando en la pantalla del equipo el pico correspondiente a dicha señal; es lo q ue se denomina a medio salto o tiro directo, que corresponde un recorrido de sonido de: 15 mm Rs = cos 60o = 30 mm y cuya proyección sobre la superficie será de 25,98 mm, determinada anteriormente. La otra distancia a calibrar es la correspondiente a un salto, es decir, dos veces medio salto, lo que corresponderá a un recorrido de sonido de 60 mm, cuya proyección sobre la superficie será de 51.96 mm. Una vez determinadas estas proyecciones marcaremos dichas distancias sobre la superficie donde está la soldadura, desde el centro a ambas prutes, y entre ellas deslizaremos el palpador que detectará todos los defectos internos que pudiese haber.

Monitor

Monitor

:i

lf

1

¡....______ ___, o

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

o

1/2 salto

1

2

3

4

5

1 salto

Figura 10.4

6

7

8

9

10

137

Ultrasonidos

3.

Determinación de los defectos

El exceso de penetración (sobreespesor) se detectará por ambos lados de la soldadura. En pantalla dará la señal aproximadamente a la mitad a un recorrido de sonido de medio salto o tiro directo. 15

15 = RS · cos 60° => RS = -0,5 = 30 mm

La falta de fusión se detectará: P

= 2 ·e -

RS · cos 60° => 1 mm

= 30 mm ·

RS · O' 5 => RS

29 = 58 mm = -0,5

Cuya señal aparecerá en la pantalla del equipo en el centro y en el extremo a 58 mm de Rr

Problema 10.2 Se analiza una pieza de acero (Figura 10.5) por el procedimiento de US, y se observa una indicación (posible defecto) a 50 mm de profundidad con un palpador (Figura 10.6) de haz normal. Si se obtiene unaAdb (amplitud en decibelios al 80 % de pantalla) de 45 db, determfnese:

l. Presión acústica transmitida y reflejada por la indicación (supóngase un poro). En el caso de ser una inclusión de titanio, determínese de nuevo la presión reflejada y trasmitida, comentar su posible resolución. 2. Campo próximo y campo lejano del transductor.

3. Rugosidad máxima aceptable. Acoplante cuya velocidad del sonido es de 1.740 m/s. 4. Si se dispone de un palpador de 45°, determínense las posibles indicaciones en la pantalla del equipo de US así como el valor del recorrido del sonido. 5. Si para una indicación a 112 salto y para una amplitud de pantalla del 80% los decibelios de ganancia son 50 db, y para un reflector infinito en la pieza calibre V-2 con radio de 25 mm son de 24 db a la misma amplitud en pantalla, determínese si la indicación es o no defecto, si las normas de inspección consideran defecto aquella indicación que supere un tamaño de diámetro equivalente superior a 2 mm. Considérense pérdidas por acoplamiento 4 db. Coeficiente de absorción a 0,06 db/mm.

=

Datos:

Eoc = 2,1 · 1011 Nw/m2 ; E1í = 1,05 · 10 11 Nw/m2 ; Pac = 7.850 kg/m 3; P1í v1í = 0,35; diámetro del palpador 10 mm; frecuencia 4 MHz.

= 4.540 kg/m3;

V30

200

100

~1

400

Figura 10.5

Figura 10.8

= 0,3;

138

Tecnología de materiales

l.

Presión acústica transmitida y reflejada por la indicación

Determinaremos la velocidad del sonido en cada medio>

e=

p . (1

E· (l - v) v) . e1 - 2 . v)

+

Aplicándolo para los valores del acero y del titanio se obtiene: 2, l · 10 11 N/m2 (1 - 0 ,3) 7.850 kg/m3 (l + 0,3). ( 1 - 2. 0,3)

c1i

= 6.001 mis

1,05 · 10 11 N/m2 • (1 - 0,35) 4.540 kg/m 3 . (l + 0,35) . e1 - 2 . 0,35)

=

= 6 ·092 mis

Determinación de las jmpedancias acústicas: Z acer

ZTi

= P acer · Cacer = 7.850 kg/m 3 · 6.00 l rn/s

= Pn · c11 =

= 4 7, l · 106 kg/m2 · S

4.540 kg/m3 · 6.092 m/s = 27,6 · 106 kg/m2 · s

zair ~o Determinamos los coeficientes de transmisión y de reflexión:: 2 P,

K1 = P, a)

Para el caso acero-aire se obtendrá:

K1 =

2·0

2·Zair Zair

+

Zacer

O + 47,1 · 106 kg/m2 • s = 0

O- 47,1 · 106 kg/m2 s O+ 47,1 · lO· 106 kglm2 • s

=

-1 - invierte la onda

con lo que la presión acústica transmitida y reflejada será:

P, = P0 · K, - P, = 45 db · O = O

P, b)

= P0 ·K,- P, =

45 db · l = 45 db; la reflexión es total

Para el caso acero-titanio:

K1 =

K, =

=

Zn -

Zaccr

2¡.¡ + Z acer

=

2 · 27,6 kg/m2 s

- - - - -2- - = - - - -2- 6 27,6 kg/m s

+ 47,1 · 10

kg/m

2 2 27,6 kg/m s - 4 7 •1 kg/m s 27,6 kg/m2 S+ 47,1 kg/m2 · S

•

s

= 0,73

= - 0,261 inversión de onda

Ultrasonidos

139

con lo que la presión transmitida y reflejada será: P1 = 45 db · 0,73 = 32,85 db

P1 = P 0 · K 1 -

P,'"" P0 ·K, - P, = 45 db · 0,261 = 11,74 db Se tendría que aumentar la ganancia para definir en pantalla la discontinuidad. 2.

Campo próximo y campo lejano del palpaeúJr

a)

Campo próximo. Calculamos en primer lugar la longitud de onda (A) de la onda que se propaga en el acero. • cson

= A. f -

Ason. acer

6.001 m/s 3 = ""'4_·-=-:1:-:0c76..::.c.ic;:.:; ::. lo . ::.s. /,-s . , = 1,5 . 10- m = 1,5 mm

Cson · acer

=

/ palpador

con lo que

Dij 100 mm2 N= 4 .A -N = 4 _1,49 mm =16,77mm b)

Para el campo lejano: sen y

'Y= arcsen ( 12 , .

f. eDo )

Cmedio = 1 2 · - A = 1 2 · _......:.;;.:..::.;.:__

'

D0

'

f.palpador · DO

( 6.001 m/s ) = arcsen 12 , . 4. 106 ciclos/s . 10- 2 m

= 10•370

3.

Rugosidad máxima aceptable

e)

La rugosidad máxima aceptable es función del líquido de acoplamiento entre el palpador y la propia pieza a observar. =

=

Áaccr · Cl!q

_2_(_c"--_...._e_ ) ·

4.

acer -

lfq

1,5 · 10- 3 m · 1,74 · 103 mis = 0,30S mm 2 · (6.001 mis - 1.740 m/s)

Posiciones en las que se puede observar la discontinuidad con un palpador de 45°

Como se ve en el dibujo de la Figura 10.7, se pueden considerar dos posiciones del palpador:

Figura 10.7

140

Tecnología de materiales

a)

Posición 1: recibe el nombre de tiro a rebote o un salto. En ésta, la profundidad a la que se e ncuentra el reflector se determina a partí r de: p = 2 · e - Rs · cos

a

d = Rs ·sen a donde pes la profundidad del reflector (discontinuidad); e, el espesor de la pieza a ensayar; Rs, e l recorrido del haz ultrasónico; a, el ángulo del palpador (formado por el haz y la vertical del palpador), y d, la distancia del reflector al punto de salida del haz por el pal pador. Con lo que: 50 mm= 2 ·lOó mm- R · cos 45° -+ R = 2 ·lOO mm - SO mm = 212,13 mm S S COS 45° d2 = 2 12,13 ·sen 45° = 2 12,13 · 0,7071 = 150 mm b)

Posición 2: recibe el nombre de tiro directo o medio salto. En ésta, la profundidad del reflector es la misma que en la anterior; el recorrido del sonido se determinará a partir de: o

50 mm = R1 • cos 45 -+ R1 =

50mm , = 70,71 mm 0 707 1

d 1 = 70,71 mm· sen 45° =50 mm 5.

Tamaño del reflector

Para la determinación del tamaño del reflector se compara con otro conocido. Éste puede ser el radio de 25 mm de la probeta patrón V-2 considerado de dimensión infinita. Al localizar el reflector, la indicación es de 50 db de presión acústica a un 80% de la amplitud de pantalla del monitor (Adbprobeta = 50 db). La presión acústica del reflector de radio 25 de la pieza patrón V-2 al situarlo en pantalla al 80% de amplitud indica una presión acústica de 24 db (Adbparrorr = 24 db). Las pérdidas por absorción del material son : (Adbpérd. abs = a· (Rs probeta

-

Rs par.v11) = 0,06 db/mm · (70,71 mm - 25 mm)= 2,74 db

Las pérdidas por acoplamiento entre el palpador y la pieza a inspeccionar son de: Adbpérd. acoplam = 4 db La presión total útil para determinar el tamaño del reflector (discontinuidad) será: Adbtotal = 50 db - 24 db - 2,74 db - 4 db = 19,26 db A partir de este valor hay que recurrir a las curvas DAT (Distancia, Amplitud y Tamaño del reflector) (Figura 10.8). La interpretación del gráfico es la sig uiente: En el eje de abscisas se determinan los espesores en mm o pulgadas, y en el eje de ordenadas los decibelios de amplitud en pantalla (presión acústica). Las curvas del gráfico determinan los diámetros equivalentes de reflectores; a partir de 10 mm se considera reflector infinito. Para determinar el diámetro equivalente del reflector se-procederá como se detalla a continuación: A partir del reflector infinito correspondiente a la curva de radio 25 mm de la pieza patrón V-2, se traza una línea vertical ! hasta cortar a con la curva de diámetro equivalente infinito.

Ultrasonidos

S [inch]

3

8

12 16 24 32 40

(o

1

80

10

--- 20~~~~~~

Y [db]

141

20

30

30

40

40

50

50

80

80

70

70

5

--- 8o ~~~~~~~~--~~~~~~~~~8o

S[mm]

Diagrama DAT para palpador angular de 45° Figura 10.8

Desde el punto de intersección se traza una línea horizontal2 hasta cortar al eje de ordenadas cuyo valor es de 2 db. A partir de este valor se cuentan en sentido descendente los 19,64 db necesarios para determinar el tamaño del reflector, línea 3. En el punto del eje de ordenadas correspondiente a 21,64 db se traza una línea 4 horizontal, paralela al eje de abscisas. El punto correspondiente a 70,71 mm de espesor, punto que corresponde al recorrido del sonido (posición 2) donde se halla el reflector encontrado, se traza una línea vertical 5. El punto determinado por la intersección de las líneas 4 y 5 determinará el valor de la curva correspondiente al tamaño equivalente del reflector 2,5 mm de diámetro. Se podrá considerar defecto porque el valor del reflector es de 2,5 mm y la norma exige que para que sea defecto deberá ser de tamaño superior a 2 mm.

Problema 10.3

Se pretende inspeccionar una unión soldada, tal como inclica la Figura 10.9. Para ello disponemos de tres palpadores ultrasónicos cuyos ángulos son de 45°, 60° y 70°. Se pide: l. Seleccionar el palpador para poder detectar si hay falta de penetración.

2. Si existe una porosidad en la posición indicada en la figura, representar la posición del palpador sobre la probeta para localizarla. Calcular el recorrido del sonido Rs que dará tal indicación en la pantalla del equipo ultrasónico, considerando el palpador determinado en 1). · 3. Si apareciese un exceso de penetración (descuelgue), cómo podrá distinguirse de una falta de penetración.

Punto de salida del haz

10

Figura 10.9

142

Tecnología de materiales

Solución

l.

Selección del palpador

Como -se aprecia en la Figura 10.10, el palpador se coloca para tiro directo o medio salto, con lo que se podrá determinar si hay falta de penetración en la raíz de la soldadura. El cálculo del ángulo a a partir de la tangente del mismo implica conocer el cateto opuesto, es decir, x + 15. Punto de salida del haz

Figura 1 O. 1 O

tan 30° = ~ --. x = 8 · tan 30° = 4,61 tan a= (lS

+ 1 + 4•6) mm 10 mm

- a = arctan

20•6 = 64° 10

Por lo tanto, se seleccionará un palpador de 70°. 2.

Localización de La porosidad

Se calibrará a un salto y se localizará tal como indica la Figura 10.11.

Fi·gura 10.11

Cálculo del recorrido del sonido R 1 que dará la indicación: p = 2 ·e- R.· cos 70° - 3 mm= 2 · 10 - R, · cos 70°

R = S

17 mm = 49,70 mm 70°

COS

Distancia proyectada sobre la superficie (d) : d

=

R, · sen 70°

=

49,70 · sen 70°

= 46,70 mm

3. Distinción entre un descuelgue y una falta de penetración En el descuelgue (Figura l0.12a), al proyectar sobre la superficie aparecerá un solapamiento de los ecos, mientras que en la falta de penetración (Figura 10.12b) nunca tendrá lugar este solapamiento.

Ultrasonidos

d

d

d

a) Descuelgue

143

d

b) Falta de penetración Figura 10.12

Problema 10.4 En la inspección de una soldadura mediante ultrasonidos, se observa una reflexión en la posición indicada en la Figura 10.13. Determinese: l. Palpador angular empleado y recorrido del sonido necesario para localizar el reflector. 2. Tamaño equivalente del reflector, si se necesitan 40 db para Llevar el eco del reflector (primer eco del defecto encontrado) a 3/4 de altura de pantalla. Se utilizó como calibre la pieza V-2, en la posición de referencia de 25 mm de espesor, correspondiente al radio de 25 mm (tamaño de reflector muy grande), y se obtuvo para la altura de 3/4 en pantalla un eco de 18 db.

Datos: Considérese el coeficiente de absorción de 0,06 db/mm y las pérdidas por acoplamiento de 4 db.

25

Figura 10.13

Solución

l.

Palpador angular empleado y recorrido del sonido necesario para localizar el reflector

Para seleccionar e l ángulo del palpador se desplazará éste situándolo hasta que haga tope con la soldadura (Figura 10.14). Deberá ser la proyección sobre la horizontal del recorrido del haz mayor que la distancia entre el centro de la soldadura y el punto de salida del haz del palpador (a > m).

p

a Figura 1 O. 14

144

Tecnología de materiales

Una vez situado el palpador en la posición correcta, calculamos el valor de l. m

p

Figura 1 O. 15

p

= 25 - 2 = 23 mm

1 23"

tan 30° =

-+ l = 23 · tan 30° = 13,27

con lo que m valdrá:

m = 1 + 13,27 + 10 = 24,27 mm Para el palpador de 45°; tan 45° = a/espesor = 1 -espesor= a = 25 mm; 25 > 24,7. Es válido el palpador de 45° para inspeccionar la soldadura. Para determinar el recorrido del sonido (Figura 10.16) se puede aplicar la fórmula: p = 2 · e - Rs · COS a

o}g71

15 = 2 · 25 - Rs · cos 45° -+ Rs =

= 49,49 mm

p

Figura 1 O. 16

Lo que dará un pico en pantalla en la posición 49,49 mm (Figura 10.17). Monitor

!l o

1

2

3

4

5

6

7

Figura 1 0 .17

8

9

10

Ultrasonidos

2.

145

Tamatio equivalente del reflector

Calculamos la amplificación de la pieza y del patrón a 314 de pantalla

A pieza a de pantalla = 40 db A patrón a 314 de pantalla = 18 db Pérdidas por absorción = 0,06 db/mm · (49,49 - 25) mm

=

1,49 db

Pérdidas por acoplamiento = 4 db Amplificación total = 40 - 18 - 1,49 - 4 = 16,51 db De forma análoga al apartado 5 del Problema 10.2, utilizando el diagrama DAT de la Figura 10.8, el tamaño equivalente resulta 2,5.

Problema 10.5 Determínese entre qué ángulos de incidencia se podrá construir un palpador para que emita ondas trans- · · versales (palpador angular) en la inspección de probetas de acero. ¿Cuál sería el ángulo para la inspección de defectos superficiales?

Solución

Aplicando la ley de Snell se obtendrá: sen C0.rr

Medio 1 Medio2

Figura 1 O. 18

Siendo: sen a; 1¿ = Seno del ángulo incidente longitudinal de la onda acústica en el medio l. C; 1L

= Velocidad longitudinal de la onda en el medio 1 (2.730 m/s) perspex (plástico protector).

sen a:,1¿ = Seno del ángulo refractado longitudinal de la onda acústica en el medio 2. c,2¿

= Velocidad longitudinal de la onda en el medio 2 (5.920 m/s) acero.

sen a,2 r = Seno del ángulo refractado transversal de la onda acústica en el medio 2. Cr2T

= Velocidad transversal de la onda en el medio 2 (3.120 m/s) acero.

146

Tecnología de materiales

Al incidir la onda procedente del medio 1 perspex en el acero hay un desdoblamiento de la onda, refractándose en el material una onda longitudinal y otra onda transversaL Como solamente nos interesan ondas transversales en el material de acero, se tendrá que obtener el ángulo incidente adecuado para eliminarlas. sen a ;¿ 2.730 mis

=

sen 90° 2. 730 mis . mis ~ a;L = arcsen 5 920 5.920 mis

= 27,46°

El ángulo incidente del perspex al acero será de 27,46°. Aplicando la ley de Snell para eliminar las ondas transversales en el acero y que solamente sean superficiales, se obtendrá: sen a ;¿ 2.730 mis

sen 90° 2.730 m/s o 3. 190 mis ~a;¿ = arcsen 3.190 m/s = 58 ' 84

El intervalo de ángulos de incidencia para disponer solamente de ondas transversales estará entre los valores 27,46° y 58,84°. El ángulo de incidencia de 58,84° sería el aplicado para examinar superficies en acero.

CAPÍTULO ,

LIOUIDOS PENETRANTES V PARTÍCULAS MAGNÉTICAS

11.1. Definición del ensayo con líquidos penetrantes 11 .2. Procedimiento del ensayo con líqu idos penetrantes 11 .3. Definición del ensayo con partículas magnéticas 11 .4. Procedim iento del ensayo con partículas magnéticas 11 .5. Cuestiones

11.1. DEFINICIÓN DEL ENSAYO CON LÍQUIDOS PENETRANTES Es una técnica de ensayo no destructivo que sirve para dettectar discontinuidades que afloran en la superficie de sólidos no porosos. El procedimiento está limitado a defectos abiertos a la superficie. Podemos citar algunos de ]os más frecuentes, como porosidad, vetas, costuras, grietas de mecanizado, grietas de fatiga e inclusiones no metálicas. Si por el contrario el defecto es subsuperficial no se puede detectar aplicando esta técnica. El procedimiento se basa en la utilización de un líquido coloreado o fluorescente, al que llamaremos penetrante, que se aplica sobre una superficie a inspeccionar; se deja actuar el tiempo suficiente para que penetre en cualquier defecto, para a continuación proceder a la limpieza del sobrante con otro líquido denominado eliminador, y aplicar nuevamente un tercer líquido llamado revelador, que es el que absorberá por capilaridad el penetrante y revel ará los defectos sobre la citada superficie. L a aplicación más frecuente de estos ensayos se lleva a cabo en materiales no ferromagnéticos, tales como aluminio, aleaciones ligeras, acero inoxidable, cobres, bronces, latones, cerámicas vitrificadas y plásticos de todo tipo (Figura 11.1). Para materiales ferromagnéticos se emplea la técnica de partículas magnéticas, que es mucho más sensible para estos materiales.

11.2. PROCEDIMIENTO DEL ENSAYO CON LÍQUIDOS PENETRANTES La realización del ensayo requiere efectuar secuencialmente las siguientes operaciones: l.

Preparación y limpieza previa.

2.

Aplicación del penetrante.

148

Tecnología de m ateriales

Figura 11 . 1

3.

Eliminación del exceso de penetrante.

4.

Revelado.

5.

Inspección.

6.

Limpieza final.

11 .2.1 .

PREPARACIÓN Y LIMPIEZA PREVIA

Antes de aplicar el liquido penetrante se debe eliminar todo tipo de contaminación sobre la superficie de la pieza, con lo que se evita la presencia de falsos defectos (Figura 11.2). Esta operación comprende: l.

Desengrasado. Se emplearán generalmente detergentes alcalinos con concentración adecuada a temperatura ambiente o en caliente (70 oc a 80 °C). Se aplican por inmersión o bien con brocha en función del tamaño de la pieza a examinar. Otro sistema de desengrase para piezas muy grandes o en instalaciones industriales es el desengrasante a vapor. Al terminar el proceso hay que efectuar un secado de la pieza.

Figura 11.2

Líquidos penetrant·e s y partículas magnéticas

149

Hay que tener precaución con el empleo de desengrasantes alcalinos debido a que pueden atacar al aluminio y a los austeníticos sensibilizados. 2.

Desoxidación y d escarbonilla ción. Se atacará la superficie de la pieza con disolventes ácidos o alcalinos, neutralizándolos a continuación para evitar el deterioro de las piezas. También se podría eliminar mediante chorreado con arena o mediante un cepillado metálico, pero puede enmascarar, con mucha facilidad, discontinuidades existentes, por lo que sue-

le prohibirse su uso. Unos métodos muy efectivos son la.s limpiezas ultrasónicas y las electrolíticas, que ayudan a la eliminación de todos estos tipos de contaminantes. 3.

E liminación d e pinturas. Se realizará con decapantes alcalinos o ácidos aplicados por inmersión o mediante brocha según el tamaño de las piezas. También pueden utilizarse sistemas abrasivos, y en algunos casos soplete, pero debe actuarse con sumo cuidado para evitar el tapado de las grietas.

5.

Secado d e las superficies d e las piezas. Deben secarse las piezas moj adas antes de aplicar el penetrante con aire impulsado caliente, con aire natural o bien por medio de trapos limpios que no dejen pelusa.

6.

Eliminación de productos ácidos y alcalinos. Se realiza con agua, neutralizando, volviendo a lavar y secando finalmente bien la pieza.

7.

Eliminación de rugosidades. Mediante pulido o ataque ácido, aunque se tiene el peligro de poder dañar el material. Lo más recomendable es un electropulido, que deja las superficies _ en condiciones de aplicar los líquidos penetrantes.

11.2.2.

APLICACIÓN DEL PENETRANTE

Una vez realizada la limpieza de la pieza se procede a la aplicación del penetrante. Se pueden aplicar: por inmersión, para piezas pequeñas o de tamaño medio, utilizando equipos manuales, semiautomáticos o automáticos según el número de piezas a inspeccionar; por pulverización con aerosoles, para zonas determinadas de grandes superficies, grandes piezas, controles a pie de obra, inspecciones en laboratorios, inspecciones unitarias, etc.; y por brocha, principalmente para la aplicación de penetrantes tixotrópicos. En general, el tiempo de aplicación de un penetrante oscila entre 5 y 60 minutos. Se denomina tiempo de penetración al tiempo necesario para que el líquido penetrante se filtre por una grieta, por pequeña que ésta sea (Figura 11.3). Cuanto más fina es la grieta, mayor tiempo de penetración se requiere. 11 .2.2.1.

Propiedades de los líquidos penetrantes

El líquido penetrante es una sustancia capaz de penetrar en cualquier grieta o defecto abierto a la superficie que debe de cumplir las siguientes condiciones: poder penetrar en grietas muy finas, permane-

Figura 11.3

150

Tecnología de materiales

cer en grietas muy gruesas, no evaporarse, ser fácil mente eliminable de la superficie, permanecer en estado fluido para reaparecer y salir rápidamente de las grietas, poder extenderse en capas de películas muy finas, ser resistentes a la pérdida de color o fluorescencia, no ser corrosivo ni producir ataque en los materiales a inspeccionar, no ser inflamable, no tener olor desagradable, ser estable al almacenamiento, no ser de componentes tóxicos y no tener un coste elevado. Para cumplir todo lo descrito, debe tener las siguientes propiedades: ser muy capilar (para poder penetrar en grietas finas), poco viscoso, baja tensión superficial, poder humectante, poco corrosivo, poco volátil, alto punto de inflamación, solubilidad, tolerancia a los contaminantes, agradable olor y baja toxicidad. 11.2.2.2. Tipos de líquidos penetrantes

Los líquidos penetrantes deben tener necesariamente un color de contraste, y según sea éste se clasifican en fluorescentes de color amarillo, que contienen un pigmento sensible a la luz negra o ultravioleta, rojos que contienen una mezcla de pigmentos y colorantes rojos visibles a la luz negra o blanca, y rojos-fluorescentes, mezcla de los dos anteriores, que pueden verse en luz blanca o ultravioleta. Además de esta clasificación pueden subclasificarse en: Rojos:

Lavables con agua (autoemulsionables) No lavables directamente con agua; requieren emulsificador (postemulsificables) Elirninables con disolventes

Fluorescentes : Lavables con agua (autoemulsionables) No lavables directamente con agua (postemulsificables) Eliminables con disolventes 11 .2.3 . ELIMINACIÓN DEL EXCESO DE PENETRANTE

Hay que eliminar el exceso de líquido penetrante pero de forrna que no se extraiga el penetrante introducido en los defectos. Es una etapa complicada y de ella dependerá el resultado de la inspección (Figura 11.4). El modo de eliminar el exceso se realizará atendiendo al tipo de penetrante utilizado; éstos se clasifican en: lavables con agua, postemulsionables y eliminables con disolventes. Para la eliminación del líquido penetrante en los autoemulsionables se procederá mediante lavado por chorro de agua a baja presión, o un paño humedecido en agua para no sacar el penetrante de las grietas. No es aconsejable el lavado por chorro directo ya que eliminaría el líquido penetrante introducido. Para la eliminación del líquido penetrante postemulsionable se procederá a la aplicación de un emulsificador por inmersión o por brocha, y el tiempo de aplicación será el mínimo posible que asegure que el penetrante ha sido eliminado de la superficie en su totalidad. A continuación se lava con un chorro de agua a baja presión o paño húmedo.

Figura 11.4

Líquidos penetrantes y partículas magnéticas

151

Figura 11.5

Cuando se utilicen penetrantes fluorescentes se deberá comprobar bajo luz negra si la superficie ha quedado completamente limpia, ya que los restos de penetrante enmascaran las indicaciones apareciendo un fondo fluorescente.

Cuando se utilizan penetrantes eliminables con disolventes, estos disolventes pueden estar en fase líquido o fase vapor. 11.2.4. APLICACIÓN DEL REVELADOR

El revelado es la operación que hace visible el defecto al ojo humano. El revelador para ello suele ser

de dispersión líquida o un polvo blanco, con gran capacidad de absorción, para poder extraer el penetrante de dentro de la grieta quedándose manchado del color característico del penetrante, es decir, actuando como papel secante (Figura 11.5). 11.2.4.1. Tipos de reveladores empleados

Los reveladores empleados son de tres tipos: reveladores húmedos compuestos de polvo blanco en suspensión de disolvente, reveladores húmedos compuestos de polvo blanco en suspensión con agua (Figura 11.6) y reveladores secos a base de polvos blancos. La forma de escogerlos es: -

-

Los reveladores húmedos en suspensión de base disolvente se utilizan para los penetrantes rojos.

Los reveladores húmedos en suspensión de base agua se emplean tanto para penetrantes rojos como para los fluorescentes.

Figura 11.6

152

Tecnología de materiales

-

Los reveladores secos se emplean fundamentalmente para los penetrantes fluorescentes.

-

La aplicación del revelador debe hacerse extendiendo una capa muy fina y uniforme sobre la superficie a examinar; se puede aplicar por inmersión o por pulverización.

11.2.4.2.

Selección del revelador

Dada la importancia de revelado en los ensayos de líquidos penetrantes se pueden citar unas reglas generales de aplicación. a) b) e) d)

e)

11.2.5.

Usar revelador húmedo en las superficies de acabado fino. Usar revelador seco en las superficies de acabado rugoso, ya que el húmedo tenderá a acumularse en las irregularidades dando espesores heterogéneos con pérdida de sensibilidad. Los reveladores húmedos se adaptan mejor a procesos automáticos. Los reveladores húmedos no deben usarse en piezas con entallas agudas para evitar que las acumulaciones en ellas enmascaren posibles indicaciones. Es djfícil ensayar sobre piezas que han sido ensayadas ya con un revelador húmedo. INSPECCIÓN

Con penetrantes rojos que son visibles a la luz natural o a la luz blanca sólo se requiere una buena iluminación para poder observar los defectos correctamente Figura 11.7. Con penetrantes fluorescentes sensibles a la luz ultravioleta, se requerirá un equipo de luz negra y una cámara oscura. Las grietas se identifican como líneas brillantes fluorescentes de color amarillo. Se dispondrá de luz negra de longitudes de onda de entre 3000 y 4000 Á, y se deberán comprobar periódicamente dichos equipos. Como observación, se tendrá en cuenta la aparición de falsas indicaciones, generalmente debidas al incorrecto proceso de eliminación del exceso de penetrante. 11.2.6. LIMPIEZA FINAL

Tras de la inspección se realizará una limpieza final de la pieza para volverla a su estado original. Se utilizarán, en general, los mismos sistemas de limpieza establecidos en la etapa de preparación (Figura 11.8).

Figura 11.7

Líquidos penetrantes y partículas magnéticas

153

Figura 11 .8

11.3.

DEFINICIÓN DEL ENSAYO CON PARTÍCULAS MAGNÉTICAS La técnica de ensayo por partículas magnéticas es un procedimiento utilizado fundamentalmente en la detección de defectos superficiales o subsuperficiales, basado en la acumulación de partículas de material ferromagnético, debido a los campos de fuga que dichas discontinuidades producen en los materiales, a los que se les ha aplicado un campo magnético. Estos materiales deben ser de alta permeabilidad magnética (ferromagnéticos), aceros en general. No es aplicable a materiales metálicos como aluminio, cobre, zinc, Mg o aceros inoxidables austeníticos que son diamagnéticos o paramagnéticos. Se aplica a defectos tanto superficiales como subsuperficiales hasta un espesor aproximado de unos 15 mm. El principio de la identificación de la grieta medianre este ensayo se esquematiza en la Figura 11.9.

a) Sin discontinuidad.

b) Distorsión del campo en una discontinuidad.

e) Formación de las indicaciones (menor distorsión que en b).

d) Discontinuidad paralela a las líneas de fuerza (no hay distorsión apreciable).

Figura 11 .9

154

11.4.

Tecnolog ía de materia les

PROCEDIMIENTO DEL ENSAYO CON PARTÍCULAS MAGNÉTICAS La realización del ensayo requiere realizar de forma secuencial las siguientes operaciones: l.

Magnetización·de la pieza.

2.

Aplicación de las partículas magnéticas.

3.

Observación, interpretación y registro de indicaciones.

4.

Desmagnetización.

A todas etapas generalmente básicas habría que añadir una preparación previa de la pieza y una limpieza final.

l.

Campo magnético. Las líneas de campo son siempre perpendiculares a la dirección de la corriente (Figura 11.10).

Figu ra 11.10

La dirección de las líneas de fuerza se determina por la regla de la mano derecha: si un conductor por el que circula una corriente se toma con la mano derecha de manera que el dedo pulgar señale la dirección de la corriente con los otros dedos, que rodean al cable, señalan la dirección del campo magnético generado. La intensidad de corriente que pasa por la bobina se suele expresar en amperios · vuelta. En bobinas de gran diámetro las piezas se suelen colocar apoyadas en la parte baja de la bobina, y se aplica la fórmula: . - 45.000 N 1 - LID

donde N = número de espiras, 1 = intensidad leída, L = longitud, D = diámetro. Cuando LID < 4, se adoptará la fórmula siguiente:

35.000 N . 1 = LID + 2

2.

Corriente aplicadas a la magnetización Corriente alterna. Es la corriente habitualmente suministrada por la red. Suele ser de una

frecuencia de 50-60 hercios sinusoidal. Tiene escaso poder de penetración, por lo que frecuentemente se utiliza para defectos superficiales o de pequeña profundidad, por ejemplo para grietas debidas a rectificados de piezas, soldaduras (Figura 11 .11).

Líquidos penetrantes y partículas magnéticas

155

Figura 11 . 11

Corriente continua. Corriente suministrada por baterías. Es una corriente rectilínea, de mayor poder de penetración, que puede emplearse para detectar grietas o defectos a mayor profundidad que con la corriente alterna; se utiliza para profundidades de 6 a 12 mm. Corriente rectificada. Se obtiene rectificando la corriente alterna. Se comporta como continua, aunque en realidad es débilmente sinusoidal, no perdiendo las características de la corriente alterna. Se emplea generalmente para detección de grietas internas. 3.

Partículas magnéticas empleadas Las partículas magnéticas pueden aplicarse en seco, o bien mediante suspensión en líquido, disolventes o en agua, es decir, por vía húmeda. Las partículas aplicadas en seco son ferromagnéticas de elevada densidad y finamente divididas. Las partículas de vía húmeda son de base de óxido de hierro de menor densidad que las ferromagnéticas, por lo que obtienen mayores movilidades sobre las superficies en las que se aplican. Se utilizan como vehículos fluidos los algunos derivados del petróleo, o bien en muchos casos se suele emplear el agua. Por su forma, pueden ser esféricas o alargadas. Estas últimas presentan mayor atracción por el campo magnético, pero por contra se desplazan con mayor dificultad que las esféricas, por lo que se emplea una m ezcla de las dos, estudiada cuidadosamente, de forma que se obtengan máximos respecto a atracción desplazamiento. Por su tamaño, oscilan entre 1 y 100 micr as. Las pequeñas son más.fácilmente atraídas por los campos de fuga, pero el inconveniente es su dificultad en el desplazamiento. Al contrario sucede con las de mayor tamaño, por lo que en la práctica se suelen utilizar mezclas de las dos cuidadosamente estudiadas para conseguir una buena movilidad al mismo tiempo que una buena sensibilidad. Para mejorar el contraste óptico necesario para obtener una buena diferenciación entre l.as partículas y la superficie a inspeccionar. Las partículas, por distintos procedimientos, se

156

Tecnología de materiales

Figura 11 . 12

colorean de rojo y de amarillo o bien se impregnan con pigmentos fluorescentes con los que

la inspección se realiza con luz ultravioleta. Así pues, se puede disponer de partículas para aplicación en seco (grises y coloreadas) y partículas para aplicación por vía húmeda: de base acuosa y de base di sol vente. Dentro de cada una de ellas se pueden encontrar negras, color eadas y fluorescentes (Figura 11.12). 11.4.1.

MAGNETIZACIÓN DE LA PIEZA

Se trata de conseguir el direccionamiento del campo magnético en el sentido deseado mediante un imán permanente, un electroimán o el campo producido por una corriente eléctrica aplicada directamente (Figura 11.13).

11.4.2. APLICACIÓN DE LAS PARTÍCULAS Existen dos métodos para la aplicación de las partículas: continuo y residual. El primero tiene mayor sensibilidad, ya que trabajamos con la corriente de saturación. El método remanente sólo se puede aplicar si las piezas tienen alta retentividad magnética; así quedarán magnetizadas después de aplicar el campo magnético, aplicándose a continuación las partículas magnéticas. Además, el proceso es susceptible de automatización, aunque es menos sensible. Las características magnéticas de las partículas, forma y tamaño, tienen influencia notable sobre la cantidad de partículas fijadas al defecto. Se pueden aplicar por vía seca o bien por vía húmeda cuando las partículas están suspendidas en un medio líquido (Figura 11.14). 11.4.3.

OBSERVACIÓN, INTERPRETACIÓN Y REGISTRO DE INDICACIONES

Una vez que se han aplicado las partículas y se ha magnetizado la pieza a ensayar, se procederá a la inspección de ésta; para ello se dispondrá bien de luz natura l o de luz ultravioleta, según e l tipo de

Líquidos penetrantes y partículas magnéticas

Magnetización por imanes permanentes

157

Prueba con electroimán

Conductor no ferromagnético Magnetización por conducto lineal, es óptimo para la magnetización de formas tubulares y detecta grietas radiales o inclinadas

Zona de ensayo de una tuberia

Figura 11.13

Figura 11 . 14

partícula empleada. Para partículas negras o coloreadas es necesaria una zona de inspección bien iluminada. Para partículas fluorescentes se requiere luz negra, empleando generalmente lámparas de vapor de mercurio, con fi ltro de vidrio Kopp 41, y su banda de paso se sitúa en los 3 .650 · w- 7 m, inferior a violeta visible, por lo que no se considera pe1judicial. Actualmente se exige una iluminación con luz

158

Tecnología de materiales

negra que proporcione 800 JLW/cm2 . Una lámpara nueva de 100 W permite alcanzar los 800 JLW /cm2 a una distancia de 30 a 40 cm. 11.4.3.1. · Tipos de indicaciones

Si las indicaciones de partículas presentan sus bordes con una definjción muy nítida, indicarán grietas superficiales; si son indicaciones con definiciones djfusas en los bordes, las discontinuidades serán subsuperficiales. Las heterogeneidades de morfología esférica, tales como poros, macroi nclusiones globulares, etc., son muy poco detectables con partículas magnéticas y dan indicaciones muy poco definidas. Se pueden citar como discontinuidades su perficiales: grietas de temple, localizadas fundamentalmente en los cambios de sección; grietas de fatiga, localizadas en zonas de máximo momento flector, o en zonas donde aparecen entallas, etc., y grietas de rectificado, que forman una típica red de grietas poco profundas. Se pueden citar como discontinuidades subsuperficiales: cavidades o inclusiones no metálicas que no llegan a aflorar a la superficie y discontinuidades en soldaduras o piezas moldeadas. Se pueden clasificar como falsas indicaciones: En primer lugar el efecto de la sobremagnetización, que da indicaciones por acumulación de partículas en cambios de sección o en los extremos de piezas magnetizadas longitudinalmente. La solución es la disminución de la intensidad del campo magnético hasta la desaparición de estas indicaciones, escritura magnética, debido a contactos entre dos piezas magnetizadas a distinto nivel. Su configuración es peculiar y se elimina desmagnetizando y volviendo a magnetizar. En segundo lugar, la deformación en frío, debida al cambio de permeabilidad en piezas muy deformadas. La solución es la misma que la anterior. Por último, el tamaño de grano: cuando el tamaño es muy basto, las indicaciones aparecen formando redes con los límites del grano. 11 .4.4.

DESMAGNETIZACIÓN

La desmagnetización de la pieza se debe realizar como último paso del procedimiento. Se puede conseguir de dos formas:

11.5.

a)

Desmagnetización por corriente alterna: Es el método más rápido y fác il. Se consigue colocando la pieza en el interior de una bobina por la que circula corriente alterna y a la vez alejando la pieza lentamente hasta una distancia de 1,5 a 2 metros donde se puede considerar que el campo es nulo.

b)

Desmagnetización por corriente continua reversible: La pieza se somete a un campo continuo que se va reduciendo en amplitud; en cada escalón se invierte su sentido. Es el método más eficaz de desmagnetización para grandes piezas en que la corriente alterna no puede eliminar el campo interno.

CUESTIONES

Cuestión 11 .1 Se pretende inspeccionar mediante partfculas magnéticas la posible existencia de grietas de fatiga en un eje de acero templado de un motor eléctrico de 350 mm de longitud y 30 mm de diámetro. Se pide: a) Describir el método de magnetización a utilizar. b) Determinar las variables de magnetización a emplear. e) Señalar el orden de operaciones a realizar si se pretende inspeccionar con magnetización residual por inmersión (vfa húmeda).

Líquidos penetrantes y partículas magnéticas

159

Solución a)

Las grietas de fatiga en ejes que trabajan a torsión/flexión rotativa aparecen normales al ej e.

Para detectar dichas grietas se requiere magnetización longitudinal mediante bobinas o j ugo acoplado en los extremos.

En bobinas debe controlarse el valor de la excitación H mediante la intensidad y número de vueltas en la bobina. 45.000 45.000 H ~ UD = 350130 = 3.859 A· vuelta

b)

e)

El orden será: • Limpieza y desengrase de la pieza. • Magnetización (al ser una pieza de acero T+R, adquiere magnetización residual). • Aplicación de partículas (vía húmeda o seca). • Inspección. • Desmagnetización.

Cuestión 11.2 Se pretende conocer el estado del árbol de levas de acero aleado templado superficialmente, de un motor de explosión mediante ensayos no destructivos. Asimilando que es un eje que está trabajando a flexión rotativa, se pide: a)

Describir el método de magnetización a utilizar.

b) e) d)

Determinar las variables de magnetización a emplear y el orden de operaciones a seguir. Indicar la técnica de desmagnetización y equipo a emplear a tal efecto. ¿Qué otro tipo de ensayo se podría utilizar y por qué?

Solución a)

Al ser un eje que trabaja a flexión rotativa, la grieta, de producirse, será en la superficie, y perpendicular al eje. Por tanto, deberemos magnetizar la pieza longitudinalmente, introduciendo el ej e en el inte rior de una bobina (yugo magnético) y haciendo pasar por ella una corriente e léctrica. Las líneas del campo creado son perpendiculares al plano formado por las espir as, lo que da lugar a una magnetización longituclinal. Colocando finas partículas de material ferromagnético, en caso de existir las grietas, las partículas se situarán donde existen los campos de fuga para minimizar las distorsiones, verificándose que las grietas· son perpendiculares a las líneas de campo.

b)

Al ser un acero aleado templado superficialmente, es un material con alta retentividad; por tanto primeramente deberemos magnetizar la pieza y posteriormente aplicaremos las partículas de material ferromagnético. El orden de ejecución de las operaciones será el siguiente: magnetización de la pieza, aplicación de partículas magnéticas, observación, interpretación y registro de indicaciones y, finalmente, desmagnetización.

e)

La des magnetización se realizará mediante corriente alterna debido a la rapidez, facilidad del método y tamaño de la pieza.

160

Tecnología de materiales

Para desmagnetizar la pieza, la colocaremos en el interior de una bobina (yugo) por la que circula corriente alterna y posteriormente se alejará lentamente girándola hasta una distancia entre 1,5 y 2 metros en la que se considera el campo nulo. El equipo a emplear para desmagnetizar la

pieza será una bobina de intensidad fija. d)

Se podrían emplear líquidos penetrantes debido a que las grietas, de producirse, seóan en la superficie, al ser un eje que trabaja a flexión rotativa.

BIBLIOGRAFÍA

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ÍNDICE ALFABÉTICO

D

A Absorción, 131 Actividad de la fuente, 115 Adherencia en la rodadura, 103 Ancho de pieza, 31 Anodizado de aluminio, 67, 73 Ánodo, 76, 77 Atenuación, 131

B Barniz, 67 Bequerelio, 115 Bemouilli (teorema de), 2 Boltzmann (constante de), 84

e Calibración, 131 Campo próximo y lejano,l31, 132 Carbono equivalente, 51 Cátodo, 76 Cementación, 67 Chvorinov (regla de), 2, 4 Colada, l Colabilidad, 1 Contracción, 1 Corrosión, 75 Curio, 115

Decibelio, 132 Deformación, 29 Densidad aparente, 11 aparente normalizada, 11 aparente máxima, 12 en verde, 12 Densidad radiográfica, 116 Disolvente, 67 Dispersión, 132

E Eco, 132 Electrodeposición, 67 Equivalente químico, 68 Energía calorífica, 2, 9 Esfuerzo de fluencia promedio, 30 Esmalte, 68 Eutéctica, 2 Evans (diagrama de), 76 Excentricidad, 105 Exposición, 115

F Fatiga, 95 Forja, 38

Fractura dúctil, frágil y por fatiga, 83,92 Fuerza de laminado, 31

G Galvanizado, 68,70 Garganta del cordón de soldadura, 52

H Hersey (parámetro de ), 105, 112 Holgura radial y diametral, 105

L Laca, 68 Laminado, 29 Líquido penetrante, 147 Lubricación, 105

· M Matriz, 12 Mazarota, 2 Medio acoplante, 133 Método gravimétrico, 75, 78 Método electroquírnico,76, 79

164

Tec. materiales

R

Modelo, 2 Molde, 2

O· Onda longitud, 133 Onda transversal, 133 Onda de superficie, 133

Radiología industrial, 115, 117 Recalcado, 38 Reflector, 133 Resistencia de polarización, 77 Revelador, 151 Rugosidad, 133

Transductor angular, 134 Tribo1ogía, 103, 106

u Ultrasonidos, 131, 134

V

p Pa1pador, 133 París (ecuación de), 84 Partículas magnéticas, 147, 154 Pieza patrón, 133 Pinturas protectoras, 68 Planck (constante de), 84 Poder de penetración, 116 Polarización, 76 Potencia del par de rodillos, 35 Prensa de doble efecto, 12 de simple efecto, 12 Presión efectiva, 12 Proyección térnúca, 68, 72

S Salto, 133 Soldadura, 51 mig,52 mag, 52 Sinterización, 11, 13 Stribeck (curva de), 105,

T Tafel (recta de), 76 Tenacidad de fractura , 84 Tensión de rotura, 12

Velocidad de corrosión, 76 Velocidad de entrada, 31 lineal tangencial, 31 de giro, 31 de salida, 31

w Wohler (ecuación de), 85

z Zamac, 2, 8

,

APENO ICE

UNIDADES DEL SISTEMA INTERNACIONAL (SI) Magnitud Intensidad eléctrica Intensidad luminosa Longitud Masa Temperatura termodinámica Tiempo

Unida d

Símbolo

Amperio Candela Metro Kilogramo masa Grado Kelvin Segundo

A Cd m kg

OK S

OTRAS UNIDADES DEL SISTEMA INTERNACIONAL (SI) Unidad Definición

Magnitud Cantidad de electricidad o carga eléctrica Capacidad elétrica Energía. Trabajo y cantidad de calor Flujo de inducción magnética Flujo luminoso Frecuencia Fuerza Iluminación Inducción magnética Inductancia Potencia Presión. Tensión mecánica Resistencia eléctrica Tensión eléctrica. Diferencia de potencial o fuerza electromotriz

Nombre

Símbolo

Culombio Faradio Julio Weber Lumen Herzio Newton Lux Tesla Herny Watio Pascal Ohmio

e

Voltio

n

lC= lA·s lF=lA·sN lJ=lN·m 1Wb=1V· s 1 lm = 1 cd . sr 1 Hz = 1 s-1 1 N = 1 kg · rn/s2 l lx = llm · m2 1 T = 1 Wb/m2 1 H = 1 V· s/A 1 W = 1 J/s 1 Pa = N/m 2 1 !1 = 1 V/A

V

1 V= W/A

F

J Wb lm Hz N lx T H

w Pa

166

Tecnología de materiales

MÚLTIPLOS Y SUBMÚLTIPLOS DE LAS UNIDADES DEL SISTEMA INTERNACIONAL (SI) Múltiplos y submúltiplos (equ·ivalencias)

Nombre

Símbolo

Tera Giga Mega kilo hecto deca deci centi

T G M K h da d

e

1Q1 I0-1 I0-2

mili

m ¡;.

1