PARTICULAS MAGNETICAS

Partículas Magnetizables

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UNIVERSIDAD NACIONAL DEL COMAHUE Facultad de Ingeniería Ingeniería Laboratorio de Ensayos No destructivos

PART PA RT ÍCU L A MAGNETIZABLES  I ng . Ricardo Echevarria 

AÑO 2002 

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2 INDICE

CAPÍTULO CAPÍTULO I: INTRODUCCIÓ INTRODUCCIÓN N ....................................... ........................................................... ........................................ .................................... ................ 4

LIMITACIONES Y VENTAJAS DEL MÉTODO.....................................................................................4 CAPÍTULO II: BASES DE LA INSPECCIÓN ELECTROMAGNÉTICA POR PARTÍCULAS PARTÍCULAS MAGNETIZABLES. MAGNETIZABLES. ........................................ ............................................................ ........................................ ............................. ......... 6

MATERIALES MAGNÉTICOS.......................................................... .............................................................................. ........................................ ............................. ......... 6 (1) Magnetismo: Magnetismo: ....................................... ........................................................... ........................................ ........................................ ....................................... ...................6  6  (2) Tipos de Materiales Magnéticos Magnéticos ....................................... ........................................................... ........................................ ............................. ......... 7  CAMPO MAGNÉTICO DEBIDO A UNA CORRIENTE ELÉCTRICA . ....................................... ....................................................... ................99 (1)Campo Magnético en un conductor conductor recto. ........................................ ............................................................. ................................. ............ 9 (2) Campo magnético en el interior de un conductor cilíndrico sólido transportando transportando corriente distribuida uniformemente.............. uniformemente.................................. ........................................ ......................................... ................................. ............ 9 (3) Campo magnético magnético en el eje de un solenoide de de sección transversal circular. ................ 10 (4) Campo magnético en el interior de un toroide................. t oroide..................................... ........................................ ........................... ....... 11 CURVA B-H............................................ B-H................................................................ ........................................ ........................................ ........................................ ........................ .... 12 DISTRIBUCIÓN DE LAS LÍNEAS DE INDUCCIÓN MAGNÉTICA .........................................................15 EFECTO P ELICULAR ....................................... ........................................................... ........................................ ........................................ ..................................... .................17 17 CAPÍTULO III: MÉTODOS MÉTODOS PARA PRODUCIR CAMPOS CAMPOS MAGNÉTICOS: MAGNÉTICOS: ..................19 .................. 19

YUGOS : ........................................ ............................................................ ........................................ ........................................ ........................................ .................................. ..............22 22 Yugos de imanes permanentes: ....................................... ........................................................... ........................................ .................................. .............. 22 Yugos electromagnéticos................................ electromagnéticos.................................................... ........................................ ......................................... ............................... .......... 22 BOBINAS: ........................................ ............................................................ ........................................ ........................................ ......................................... ............................... .......... 23 CONDUCTOR C ENTRAL:................................. :..................................................... ........................................ ........................................ ..................................... .................25 25 Conductor Sólido no magnético; CC ........................................ ............................................................ ........................................ ........................ .... 25 Conductor: sólido ferromagnético: C.C: ..................................... .......................................................... ......................................... ....................26  26  Conductor: sólido ferromagnético: C.A: ..................................... .......................................................... ......................................... ....................26  26  Conductor central en un cilindro ferromagnético hueco: ................................................ .................................................... .... 26  MÉTODO DE CONTACTO DIRECTO :..............................................................................................28 CONTACTO CON PUNTAS: ........................................ ............................................................ ........................................ ........................................ ........................... ....... 29 CORRIENTES INDUCIDAS: ........................................ ............................................................ ........................................ ........................................ ........................... ....... 30 Tipo de corriente a utilizar en el método de corrientes inducidas: C.A. vs. C.C.:............... 31  Aplicaciones:  Aplicaciones: ........................................ ............................................................ ........................................ ......................................... ......................................... ....................32 32  Inspección de esferas de acero: ...................................... .......................................................... ........................................ .................................. .............. 33 INTENSIDA INTENSIDAD D DE LA CORRIENTE APLICADA. APLICADA. ........................................ ............................................................ ........................ .... 33 CAPÍTULO IV: INSPECCIÓN INSPECCIÓN DE PIEZAS ...................................... .......................................................... ..................................... ................. 35

CILÍNDRICAS HUECAS. ...................................... .......................................................... ........................................ ........................................ .................................. ..............35 35 Tuberías de pozos de petróleo: ................................................. ..................................................................... ........................................ ........................ .... 35 SOLDADURAS EN TUBERÍAS DE ACERO AL CARBONO :.................................................................36 CILINDROS HUECOS CERRADOS EN UN EXTREMO :.......................................................................39  NSPECCIÓN ÓN DE FUNDICIONE FUNDICIONES S Y FORJAD FORJADOS OS.................................................................................39 I NSPECCI GANCHOS DE PLUMAS ...................................... .......................................................... ........................................ ........................................ .................................. ..............40 40 EJE DE TRANSMISIÓN :................................ :.................................................... ........................................ ......................................... ......................................... ....................41 41 DISCO O ENGRANAJE ENGRANAJE SOBRE EL EJE.............................................................................................42 PIEZAS EN FORMA DE Y..............................................................................................................43 I NSPECCI :............................................................................43  NSPECCIÓN ÓN DE DE UN CABALLETE CABALLETE PARA PARA MOTOR  MOTOR :............................................................................43 I NSPECCIÓ :..................................................... ........................................ ........................................ ........................... ....... 43  NSPECCIÓN N DE SOLDADURAS SOLDADURAS:................................. I NSPECCI ......................................................... ......................................... ......................................... ....................45 45  NSPECCIÓN ÓN DE PALANQUILLAS..................................... I NSPECCI  NSPECCIÓN ÓN DE ESLABON ESLABONES ES DE CADENAS CADENAS SOLDA SOLDAD DAS :................................................................47 Ing. Ricardo Echevarria - Lab.E.N.D. Lab.E .N.D. – F.I. --- Univ. Nac.Comahue

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CAPÍTULO CAPÍTULO V : OTROS MÉTODOS MÉTODOS DE INSPECCI INSPECCIÓN ÓN ........................................ ...................................................... .............. 48

I NSPECCIÓ :.................................................... ........................................ .................................. ..............48 48  NSPECCIÓN N CON CON GOMAS GOMAS MAGNÉTI MAGNÉTICAS CAS:................................ IMPRESIÓN MAGNÉTICA ....................................... ........................................................... ........................................ ......................................... ............................... .......... 50 PINTURAS MAGNÉTICAS:............................................................................................................51

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INSPECCIÓN POR PARTÍCULAS MAGNETIZABLES Capítulo I: Introducción La inspección por PM. es un método para localizar discontinuidades superficiales y subsuperficiales subsuperficiales en materiales ferromagnéticos. . En principio, el método involucra la magnetización del área a ser examinada, la aplicación de partículas ferromagnéticas a la superficie. Las partículas formarán indicaciones sobre la superficie donde fisuras y otras discontinuidades causen distorsión en el campo magnético normal. Estas indicaciones son usualmente características del tipo de discontinuidad que es detectado y pueden ser fisuras, solapes, costuras, costuras, cerramientos en en frío, y laminaciones. Este método se basa en el hecho de que cuando una pieza es magnetizada, las discontinuidades que son aproximadamente perpendiculares a la dirección del campo magnético producirán un escape del campo de fuga de la superficie de la pieza. La presencia del campo de fuga y por ende la presencia de la discontinuidad se detecta aplicando partículas ferromagnéticas finamente divididas sobre la superficie de la pieza en ensayo, las que son atraídas y retenidas r etenidas en los campos de fuga. Esta aglomeración de partículas “dibuja” la discontinuidad e indican su localización, tamaño, forma y extensión. Las partículas magnetizables pueden ser aplicadas sobre la superficie como partículas secas o como una suspensión en un líquido como agua o kerosén. Los materiales ferromagnéticos incluyen a la mayoría de las aleaciones de hierro, cobalto, níquel. Muchos aceros endurecidos por precipitación como por ejemplo los aceros inoxidables 17- 4PH, 17-7 PH y 15-4 PH, son magnéticos después del envejecimiento. Estos materiales pierden sus propiedades ferromagnéticas por encima de una cierta temperatura (Temperatura de Curie). Esta temperatura varía para los diferentes materiales siendo para los materiales ferromagnéticos aproximadamente de 760 º C.

Li m itac ion es y ven tajas d el m é to do Los materiales no  ferromagnéticos no pueden ser inspeccionados por este método. Tales materiales incluyen aleaciones de aluminio, magnesio, cobre, plomo titanio y aleaciones de aceros inoxidables austeníticos.  Además  Además de los métodos métodos convencion convencionales ales utilizados utilizados en la inspección inspección por PM, hay otros (no convencionales) que emplean partículas magnetizables sobre la pieza magnetizada. Tres de estos métodos son: inspección con goma magnética, impresión magnética y pintado magnético los l os que se describirán mas adelante. adel ante. Aplicaciones: Las principales aplicaciones industriales de PM son la inspección final, inspección de recepción, inspección de procesados y control de calidad, mantenimiento e inspecciones de reparación en la industria del transporte, mantenimiento de planta y máquinas e inspección de grandes componentes.  Aún cuando cuando la inspección con PM sea aplicada para detectar discontinuidades e imperfecciones en piezas y materiales tan pronto como sea posible en la secuencia de operación, la inspección final es necesaria para asegurar que no se han producido durante el proceso discontinuidades o imperfecciones La inspección de recepción de material también se realiza sobre materias primas y piezas semiterminadas para detectar cualquier material materi al defectuoso Ing. Ricardo Echevarria - Lab.E.N.D. Lab.E .N.D. – F.I. --- Univ. Nac.Comahue

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PM. es ampliamente usada la recepción de barras o varillas, forjados y fundiciones. En la industrial del transporte(camiones, vías férreas y aviones) se planifica la inspección de las partes críticas en busca de fisuras. Programas de inspección planificada se usan también para el mantener equipos en operación sin roturas durante el servicio. Un requerimiento de seguridad en plantas es la inspección de ganchos de plumas; donde se pueden desarrollar fisuras por fatiga en la superficie interior endurecida, lugar e la que se concentran las cargas de elevación.  Alabes,  Alabes, hélices hélices y carcazas carcazas de turbinas turbinas de vapor vapor se examinan examinan por roturas roturas incipientes durante las paradas planificadas.

Ventajas Este método es un medio sensible para localizar fisuras superficiales pequeñas y angostas en materiales ferromagnéticos. Se pueden producir indicaciones de fisuras con tamaños suficientes para ser vistas a ojo desnudo, pero si la apertura de las fisuras son demasiado grandes puede no formarse la indicación. También se indican en muchos casos discontinuidades que no son abiertas a la superficie, aunque se debe reconocer algunas limitaciones y comprensión del problema. Si una discontinuidad es delgada, marcada y cercana a la superficie, tal como una larga inclusión no metálica, se puede producir una indicación clara. Si la discontinuidad está ubicada más profundamente la indicación aparecerá cada vez más difusa hasta no llegar a detectarse. En general la mayor sensibilidad es para discontinuidades superficiales y disminuye rápidamente con el incremento de la profundidad de la discontinuidades (sub- superficiales) por debajo de la superficie. Hay pocas o ninguna limitación en el tamaño o forma de las piezas a ser inspeccionadas. Normalmente no es necesario una complicada limpieza inicial ya que las fisuras rellenas de de materiales extraños pueden ser detectadas. det ectadas. Limitaciones Hay ciertas limitaciones que el operador debe considerar, por ejemplo el espesor de capas de pintura u otros recubrimientos no magnéticos como plateados que pueden afectar adversamente a la inspección. Otras limitac limi taciones iones son: • El método sólo puede ser usado sobre materiales ferromagnéticos. • Los mejores resultados se obtienen cuando el campo intercepta int ercepta perpendicularmente al plano principal de la discontinuidad, por lo que muchas veces hay que magnetizar secuencialmente secuencialmente en diferentes direcciones. • Frecuentemente es necesaria la desmagnetización de la pieza después del ensayo.  Algunas veces veces se requiere requiere una limpieza limpieza final para eliminar eliminar las las partícul partículas as . •  Algunas • Para piezas grandes se necesita una excesiva intensidad de corriente. corrient e. • Se debe tener cuidado de no producir recalentamiento o quemados localizados en los puntos de contactos sobre pieza terminadas. •  Aunque  Aunque las indicaciones indicaciones de partícul partículas as son son vistas vistas fácilmente, fácilmente, el operador operador debe tener conocimiento y experiencia para para poder juzgar su significado.

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Capítulo II: Bases de la Inspección Electromagnética por P.M. Mat er ial es m ag n é ti c o s .

(1) Magnetismo: Coloquemos una barra magnética (imán) sobre una pila de alfileres y luego levantémoslo. Los alfileres se pegaran a la barra principalmente cerca de sus dos extremos . Estos dos lugares, donde la fuerza es intensa, son llamados los polos del imán. Cuando la barra es usada como una brújula, uno de los extremos indica el Norte y este extremo es llamado Polo Norte. El otro es el Polo Sur. Los Polos magnéticos existen en pares. No ha sido posible producir un polo magnético sin el acompañamiento de un polo opuesto, y cuando se quiebra un imán instantáneamente se desarrollan polos en los extremos quebrados. Entre los polos magnéticos se ejercen fuerzas . Polos de igual nombre se repelen y polos de distinto nombre se atraen. La intensidad del polo magnético se puede comparar con la magnitud de estas fuerzas. Existen dos principios básicos en magnetismo que se pueden probar experimentalmente. a) fuerzas de repulsión se ejercen entre polos del mismo signo y fuerzas de atracción se ejercen entre polos del mismo signo. b) Las fuerzas de atracción o repulsión de un polo sobre otro es proporcional a la intensidad de los dos polos dividido por la distancia que los separa.( Ley de Coulomb). La ley de Coulomb se representa por : f= m1m2 /4.π .µ 0r 2 (1) Donde . m1 y m2 : la intensidad de cada polo [wb] , r: la distancia entre los polos [m] , f: la fuerza ejercida entre los polos [N] y µ0: permeabilidad en el vacío ( 4π x 10 –7 H/m) Considere el polo magnético m2 , fuera de dos polos m1 y m2 . El polo m2 recibe la fuerza magnética representada por la Ecuación. (1) cerca del polo m1. El espacio donde el polo magnético recibe la fuerza magnética es llamada campo magnético. La intensidad de un campo magnético esta representado por la magnitud de la fuerza magnética. Entonces, la ecuación. (1) se puede rescribir como Ecuación (2). F= m2 H  (2)  Así, H es escrita como la Ecuación(3)

H = m1/ 4.π µ 0r 2

(3)

Expresado de otra forma, la magnitud de la fuerza magnética en el espacio, si m2 es 1 Wb, es igual a la intensidad del campo magnético en ese espacio . La unidad del campo magnético se representa usualmente como [ A/m]. El campo magnético, por ejemplo; existe alrededor de un imán permanente., pero nosotros no lo vemos a ojos desnudos. Los patrones mostrados en la Fig. 1 son revelados cuando limaduras de hierro son esparcidas sobre un cartón duro que cubre a la barra magnética. Como vemos en la Fig. 1., pequeñas líneas unen un polo de un imán a el otro. Esas líneas son más densos cerca de cada polo y se separan unas de otras lejos del polo. Si una brújula se mueve desde Polo norte a el Polo sur de un imán, su aguja permanece alineadas con las líneas en el campo del Ing. Ricardo Echevarria - Lab.E.N.D. – F.I. -- Univ. Nac.Comahue

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imán. Así, la intensidad del campo magnético tiene magnitud y dirección en cada punto. Tal cantidad es llamada vector . Las líneas observadas en la figura 1. están conectadas para formar líneas y esas líneas son llamadas líneas de fuerzas magnéticas. El dibujo de estas curvas representa la dirección en la cual la agujas de una brújula señala cuando es colocada en el campo magnético.

Fig. 1 Las curvas son tangentes al campo en cada punto. Las líneas de fuerzas magnéticas comienzan en el Polo N del imán, se curvan y alcanzan al Polo sur. Esto es continuo y no se diluyen sobre el camino. Además, no se interceptan unas a otras . Como las líneas de fuerzas magnéticas son un haz en el espacio, las llamaremos flujo magnético. Sea el flujo magnético ∅ [Wb] que pasa a través del área S [m2]. Luego, la cantidad de flujo por unidad de área, estará dado por Ecuación. (4) B= ∅ /S  (4) Y B es llamada densidad de flujo .(magnético). B [Wb/ m2] (las unidades en el SI es la , Tesla [T] La densidad de flujo B esta relacionada con intensidad del campo magnético H por la Ecuación. (5) en el vacío( aproximadamente lo mismo que en aire) B= µ 0H  (5) De acá podemos considerar que la densidad de flujo que se produce en el espacio es debida a la existencia de la intensidad de un campo magnético. B es un vector semejante a H. Las curvas que están en la misma dirección que la densidad de flujo en cada punto de ellos son llamadas líneas de inducción magnética. Consecuentemente, las líneas de inducción magnética coinciden con las líneas de fuerza magnética en el espacio.

(2) Tipos de Materiales Magnéticos Una sustancia que puede ser magnetizada en un campo magnético es llamada material magnético. Todas las sustancias son más o menos materiales magnéticos. Muchas sustancias son magnetizadas de acuerdo a la intensidad de la fuerza magnética solamente cuando ellas están en un campo magnético. Ing. Ricardo Echevarria - Lab.E.N.D. – F.I. -- Univ. Nac.Comahue

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Los materiales magnéticos están divididos en las dos clases siguientes: Materiales paramagnéticos: los cuales son magnetizados en la misma dirección que la fuerza magnética externa y tienen permeabilidades un poco mayor que en el vacío . Los otros son materiales diamagnéticos, los cuales son magnetizados en la dirección contraria a la fuerza magnética externa y tienen permeabilidades un poco menores que en el vacío. Estos se esquematizan en la Fig. 2.a). y b).

Fig. 2 Las sustancias las cuales son fácilmente magnetizadas son llamados materiales ferromagnéticos (están dentro de los paramagnéticos). Los materiales ferromagnéticos son el hierro, aceros, níquel y cobalto , son también paramagnéticos pero tienen una propiedad adicional . Un trozo común de un material ferromagnético contiene pequeñas unidades magnéticas señalando en todas direcciones. Sí el material ferromagnético es magnetizado, todas las pequeñas unidades señalarán en la dirección del campo aplicado. Las pequeñas unidades magnéticas no son átomos o electrones, sino un grupo especial de tic os . Por ejemplo en un material tal como el átomos llamados do m in io s m agn é hierro, los átomos se unen en “clusters”(dominios) .En estos grupos todos los pequeños imanes atómicos apuntan en la misma dirección. Los dominios son generalmente de pocas centésimas de milímetros, y cada dominio actúa como si fuera un pequeño imán . Si una pieza de hierro o acero esta desmagnetizada , los dominios están orientados en todas direcciones y sus efectos se cancelan. Si el material es puesto en un fuerte campo magnético, dos cosas pueden suceder . Los dominios mejor ubicados crecen poco a poco a expensas de otros dominios que disminuyen su tamaño y luego giran alineándose con la dirección del campo Cuando un gran número de dominios han sido alineados en una dirección el total de la pieza de hierro o acero se convierte en un imán. El calentamiento de un imán de acero hasta el rojo puede producir la pérdida de su magnetismo. La razón de esto es que algunos dominios salen de su posición de alineamiento . La temperatura a la cual un material ferromagnético se vuelve no magnético es llamada temperatura de Curie. Las temperaturas de Curie del Fe, Co y Ni son aproximadamente 668 º C, 1120 º C y 353 º C.

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 Cam p o M ag n é ti c o d eb id o a u n a co rr ien te el é c tr ic a.

(1)Campo Magnético en un conductor recto. La ley de Amper establece que la integral lineal de H en un camino cerrado es exactamente igual a la corriente continua encerrada en ese camino. Esta relación se da en la ecuación (6) (6) ∫ H.dl= I [ A] Se define una corriente positiva aquella que fluye en la dirección de avance derecho de un saca corchos.  Aplicando la Ley alrededor de un camino circular a una distancia r del eje del conductor (Fig.3), y por simetría, H debe ser constante alrededor de este camino. Ecuación (7) ∫  Hdl = H.2π r = I (7)

∴

H = I / 2π r [ A/m]

Fig.-3 Esta es la única componente posible de H y corresponde a la intensidad total del campo magnético debido a la corriente. Así, el campo magnético se dispone en círculos alrededor del alambre conductor.

(2) Campo magnético en el interior de un conductor cilíndrico sólido transportando corriente distribuida uniformemente.  Aplicando la Ley de Amper alrededor de un círculo a una distancia “r” del eje de la barra donde “r” es menor que “a” (radio del conductor) (Fig. 4) . La corriente encerrada por el camino será : Ecuación (8) I = (π r 2 /π a2) I [ A] (8)  Así:

∫  Hdl=H.2π r= (r 2 /a2)I

y

H=(r/2π a 2 ) I [ A/m ]

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Fig. 4 Combinando los resultados de la ecuación 7. y 8, la figura 5. muestra un gráfico de H versus “r” en el interior y exterior del conductor,.

Fig. 5

(3) Campo magnético en el eje de un solenoide de sección transversal circular. Sea la corriente “i” que fluye en un solenoide, la longitud del solenoide es “l” y el número de vueltas de la bobina es N. La intensidad del campo magnético en el punto O en la figura 6.

Fig. 6 Ing. Ricardo Echevarria - Lab.E.N.D. – F.I. -- Univ. Nac.Comahue

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 esta dado por la ecuación 10. +l/2

H0= ∫ { a2NI/2(a 2+x2)3/2 l} dx = NI/2 {  a2 + (l/2)2} 3/2 [ A/m ] - l/2

La intensidad de campo magnético en el punto P en la figura 6. esta dado por la ecuación 11.

Hp =∫

l/2 -b

{ a2 NI/2(a2+x2)3/2 l } dx =

-(l/2+b)

=(NI/2l)[ (l/2-b)/{ a2+(l/2-b)2} 1/2]+(l/2+b)/{ a2+(l/2+n)2} 1/2] [ A/m] La figura 7. muestra la relación entre hp/h 0 y b/(l/2) para dos solenoides de l/2a= 5 y l/2a= 0,4.

Fig. 7: Distribución de H en el eje del solenoide

(4) Campo magnético en el interior de un toroide Considere un anillo como el mostrado en la figura 8. alrededor del cual se coloca una bobina cerrada uniformemente distribuida . A esto se le llama toroide.

Fig. 8:Toroide

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 Aplicando la Ley de Amper alrededor de la línea central del anillo como se muestra en la figura 8., H.dl= H.2π r = ni  (12) Donde “i” es la corriente que fluye en la bobina y n es el número de vueltas de la bobina.  Así: H= ni / 2π r   (13) Donde la intensidad del campo magnético es inversamente proporcional al radio. Si el radio principal del anillo es grande comparado con la sección transversal, el campo en el toroide tenderá a ser uniforme.

Curv a B-H La figura 9. muestra un anillo de hierro sobre el cual una bobina magnetizadora a sido arrollada y por la cual se hace circular una corriente. Hay también un arrollamiento secundario conectado a un medidor de flujo, el cual puede medir el cambio de flujo cuando se cambia la corriente de magnetización .

Fig.:9 Se desea observar la contribución del hierro al campo magnético por la observación de la relación entre la corriente de magnetización y el flujo, mejor aún, nosotros deseamos obtener la relación entre la intensidad del campo magnético H aplicado al hierro y la densidad de flujo resultante B en el hierro. Por la ley de Amper H estará dado por: H= ni/ π D  (14) Donde n.i son los Amper- vuelta de la bobina de magnetización y D es el diámetro principal del anillo. La densidad de flujo estará dada por : B= ∅ /S  (15) Donde . ∅ .es el flujo y S el área de la sección transversal del anillo. El Grafico de las curvas de densidad de flujo versus la intensidad del campo magnético son llamadas curvas de magnetización (comúnmente llamadas B-H) . Las curvas B- H se muestran en la figura 10.

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Fig. 10 Ejemplo de curvas B-H En las curvas de la figura 10. , la densidad de flujo crece casi linealmente con el incremento en la intensidad del campo magnético hasta un hombro en las curvas. Más allá del hombro, un incremento en la intensidad del campo magnético da un pequeño incremento relativo en la densidad de flujo. Cuando un material magnético experimenta solamente un pequeño incremento en la densidad de flujo para un incremento relativamente grande en la intensidad del campo magnético, se dice que el material se ha saturado. Un valor típico de densidad de flujo está alrededor de 1,7 T con una intensidad de campo magnético alrededor de 4000 Amper/m. Si ahora H se reduce, después de que el material se saturó, se ve que la relación entre B y H es diferente siguiendo el camino “bc” por encima de la curva “a” en la figura 11.

Fig. 11: Ciclo de histéresis. Ing. Ricardo Echevarria - Lab.E.N.D. – F.I. -- Univ. Nac.Comahue

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 Cuando H es cero, en el material permanece una densidad de flujo dado por “ oc” Esta densidad de flujo es llamada densidad de flujo residual o remanente  y se representa como Br . Para reducir la densidad de flujo a cero se deberá aplicar una intensidad de campo en la dirección opuesta a aquella que produjo el campo original. Esta intensidad de campo es llamada “ Fuerza coercitiva” y se representa por H c. Cuando H se haga cada vez más negativo, seguirá la curva “db” hasta llegar nuevamente a la saturación. Si ahora H se incrementa desde –Hmax, pasando por cero y llegando a Hmax, la curva seguirá el camino b´c´d b. La curva bcdb´c´d´b  que se muestra en la figura 11, es simétrica con respecto a sus ejes, pero muestra una relación compleja entre B y H. La densidad de flujo B en la Fig. 11 no es una función de valor único de H, sino que depende del estado previo del material. B tiene un retrazo con respecto a H. Este res is . El área del ciclo de histéresis representa la pérdida fenómeno es llamado h isté de energía  por haber realizado el trabajo de magnetización a través de todo el ciclo. Sea H la intensidad de un campo magnético en un solenoide. Si se coloca una barra de hierro en su interior, la densidad de flujo en la barra será la suma de la intensidad del campo H y la densidad de flujo J debido al efecto de los espines de los electrones. Esto es:

B=µ 0.H +J

(16)

Donde J es llamado intensidad de magnetización., y siendo sus unidades las mismas que para B (T) La relación de J con H es:

J = χ. H

(17)

Donde χ es la susceptibilidad magnética. Sustituyendo la ecuación (17) en (16) se obtiene:

B=µ 0.H +χ . H = (µ 0 + χ  ) H  Poniendo: en la ec. (18)

µ 0 + χ  = µ  = µ 0 . µ r  

(18) (19)

B=µ  . H = µ 0 . µ r  . H

(20)

Donde µ  es llamada permeabilidad. La permeabilidad relativa µ r  esta dada por la ecuación (21) a partir de la ec. (19).

µ r  = 1+ χ /µ 0

(21)

donde χ /µ 0 es llamada  susceptibilidad específica y tiene una valor de -6 -3 -5 aproximadamente 10 ∼10 en materiales paramagnéticos y alrededor de –10 en diamagnéticos, por lo que podemos considerar a µ r  aproximadamente igual a 1 para esos materiales. Sin embargo, para materiales magnéticos el valor de µr  puede ser desde varios cientos a miles. La permeabilidad de los materiales ferromagnéticos no es constante, como puede verse en la curva “a” de la Fig. 10. Ing. Ricardo Echevarria - Lab.E.N.D. – F.I. -- Univ. Nac.Comahue

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Una típica curva de µ versus H se muestra en la Fig. 12.

Fig. 12: Variación de la permeabilidad con la intensidad de campo

Dis tr ib u ci ón d e las líneas de in d uc c ión m agn é tic a. Cuando un material ferromagnético es puesto en un campo magnético de intensidad uniforme H0  , generalmente la densidad de flujo no es uniforme en el material aún en el caso de utilizar corriente continua para la magnetización. Por ejemplo, cuando se coloca una barra como la de la Fig. 13 en un campo uniforme, la distribución de líneas de inducción magnéticas se distribuyen como se muestra en la Fig. 14 a., no uniformemente La Fig. 14 b muestra la distribución en el caso de que la pieza sea cilíndrica. Como se observa, la mayoría de las líneas pasan a través del material ferromagnético siendo la intensidad de campo en su interior ( hueco interior) considerablemente más pequeño que H0. A este fenómeno se lo conoce como “escudo magnético” En el caso de la Fig. 14 c, tenemos una geometría elipsoidal en donde las líneas de inducción magnética se distribuyen de forma uniforme dentro del material

Fig. 13 : Campo magnético uniforme

a b c Fig.. 14:Distribución de las líneas de inducción magnética Ing. Ricardo Echevarria - Lab.E.N.D. – F.I. -- Univ. Nac.Comahue

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La diferencia en las distribuciones anteriores se debe a los diferentes ángulos de refracción que producen las distintas geometrías. Volviendo a la Fig. 14 a) se ve que las líneas de inducción entran al material por la izquierda y emergen por la derecha produciendo un polo S en el extremo izquierdo y un polo N en el extremo derecho. Esto se ilustra en la Fig. 15.

Fig. 15: Campo desmagnetizante El campo magnético debido a los polos, se dirige desde el polo N al polo S  produciendo una intensidad de campo H´opuesta    a la intensidad de campo externo . Por esto, la intensidad de H 0 . Este campo es llamado campo de desm agnetización 

campo magnético H que verdaderamente actúa sobre el material ferromagnético esta tico efectiv o. dado por la ecuación (22) y es llamado int ens idad d el cam po m agn é

H = H0 – H´

(22)

La intensidad del campo de desmagnetización H´ es proporcional a la intensidad de magnetización J, y esta dado por la ecuación (23).

H´= (N/µ 0) . J

(23)

Donde N es llamado Facto r de desm agnetización  ( función de la geometría).

H = H0 – H´= H0 /  1 + N(µ r  –1)  

(24)

Si consideramos un imán permanente, la intensidad de campo efectivo esta dado por la ecuación (25), donde H 0 es cero en la ec. (22)

H = −  H´= (N/µ 0) . J

( 25)

De ahí que este campo magnético es opuesto (en dirección) a la dirección de magnetización. La Fig. 16 a y b muestran las líneas de fuerzo magnética y las de inducción magnética respectivamente.

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Fig. 16: Distribución de líneas de fuerza magnética (a), y de inducción magnética (b) de un imán permanente Como se describió en (1), las líneas de inducción magnéticas coinciden con las líneas de fuerza magnéticas en el espacio. Sin embargo, en el interior del imán, la distribución de las líneas de inducción magnéticas difieren de las líneas de fuerza magnéticas como se muestra en la Fig. 16. Esto es, las líneas de fuerza magnética siempre corren desde el polo N (extremo derecho al polo S (extremo izquierdo) tanto en el interior como en el exterior del imán permanente, y por consiguiente discontinuas en la superficie del imán. Esta inversión del campo magnético está expresado por el enunciado

∫  H dl =0 Por otro lado, las líneas de inducción magnéticas comienzan en el polo N del imán, se curvan alrededor y alcanzan el polo S.. Después de esto, estas líneas prosiguen dentro del imán y alcanzan al polo N. Consecuentemente, estas líneas son continuas y describen curvas cerradas. Esto es una propiedad importante de las líneas de inducción magnéticas.

Efecto Pelicular  Cuando una barra o una hoja de hierro es magnetizada usando corriente alterna, la densidad de flujo no se distribuye uniformemente sobre la sección transversal . La densidad de flujo cerca de la superficie es mucho mayor que cerca del centro. Esto es debido al siguiente fenómeno: puesto que el hierro es un conductor, habrá corrientes inducidas en él, cuando se cambia el flujo. Estas corrientes son llamadas corrientes de Eddy y producen un flujo con dirección opuesta al flujo inicial. Este flujo de dirección opuesta es mucho mayor cerca del centro que cerca de la superficie. Este fenómeno es llamado efectos pelicular del flujo. Si B0 es la densidad de flujo en la superficie del hierro, la densidad de flujo B a una distancia X de la superficie dentro del material esta dada por la ecuación 26: B= B0 . exp( −  x/δ  ) (26) La ecuación 26 se ilustra en la figura 17

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Figura 17:Distribución de B magnetizado por una corriente alterna El parámetro “δ ” de la ecuación 26 es llamada profundidad pelicular , y es igual a la profundidad desde la superficie en donde la densidad de flujo es e= 2,72 veces menor que el de la superficie, y esta dado por la ecuación 27.

δ = 1/(π f µ κ )1/2 Donde f: frecuencia [Hz]; µ: permeabilidad [H/m] y κ : conductividad [Ω/m] . Cuando valores para hierro de: f= 60 Hz, µ= 500.x 4π . 10-7 H/m y κ := 6,25. 106Ω /m son sustituidos en la ecuación 27, por ejemplo, δ   resulta de 1,16mm. El valor de δ , generalmente, cuando se ejecuta una inspección por partículas magnetizables , usando corriente alterna, es alrededor de 2mm.

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Capítulo III: Métodos para producir campos magnéticos: Uno de los requerimiento básicos para la inspección por Partículas Magnetizables es que la pieza debe ser adecuadamente magnetizada de tal forma que el escape del campo creado por la discontinuidad, atrape las Partículas Magnetizables. Los imanes permanentes son útiles para estos propósitos pero generalmente la magnetización se produce por electroimanes o con el flujo magnético asociado a l flujo de una corriente eléctrica. Básicamente, la magnetización deriva del campo magnético circular generado cuando una corriente fluye por un conductor. La dirección del campo depende de la dirección con la que la corriente fluye, y puede ser determinada por la regla de la mano derecha. En la tabla 1 se dan las aplicaciones generales, ventajas y limitaciones de varias técnicas de magnetización de piezas. TABLA 1: Aplicaciones generales, ventajas y limitaciones de varias técnicas de magnetización

Aplicaciones Bobinas (uno o múltiples arrollamientos) Piezas de tamaño medio en los cuales predomina su longitud ( cigüeñales, ejes)

Grandes fundiciones, forjados o ejes. Piezas pequeñas

 YUGOS Inspección de grandes áreas para encontrar discontinuidades superficiales Piezas que requieren inspección localizada

Ventajas

Las superficies son magnetizadas longitudinalmente para detectar discontinuidades transversales La magnetización longitudinal se puede realizar arrollando el cable sobre la pieza Fácil y rápido, especialmente cuando se necesita aplicar el método residual. No hay contacto con la pieza. Piezas relativamente complejas pueden procesarse como una pieza con sección transversal simple.

No hay contacto eléctrico; Muy portátil. Localiza discont. en cualquier dirección con el posicionamiento del yugo adecuado No hay contacto eléctrico. Buena sensibilidad para discont. superficiales

Limitaciones

Las piezas deberán estar centradas en la bobina para maximizar la magnetización efectiva. Si la longitud así lo requiere pueden necesitarse nuevos disparos después de reposicionar la bobina. Se puede requerir múltiples posicionamientos por la geometría de la pieza. La relación long./diam. (L/D) es importante para determinar los  Amper/vuelta necesarios; la relación L/D puede ser modificada utilizando piezas suplementarias de igual sección transversal. La sensibilidad disminuye en los extremos ( perdida de campo). Es aconsejable el método de Quick break cuando L/D es pequeño. Consume mucho tiempo. El yugo debe ser sistemáticamente reposicionado para detectar discont. al azar. El yugo debe ser posicionado adecuadamente en relación a la orientación de la discontinuidad. Debe haber buen contacto entre la pieza y los polos de yugo; puede

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20 ser difícil en piezas de geometría complicada. Baja sensibilidad para discont. Subsuperficiales, excepto en áreas aisladas.

CONDUCTOR CENTRAL Piezas cortas que tengan agujeros en los cuales se pueda pasar el cable ( aros de cojinetes, cilindros huecos, engranajes, grandes tuercas, etc.)

Largas piezas tubulares (caños, tuberías, ejes huecos)

Grandes cuerpos de válvulas y piezas similares. CONTACTO DIRECTO ENTRE CABEZALES. Piezas sólidas relativamente pequeñas (fundidas, forjadas y maquinadas) que pueden ser inspeccionadas en un banco horizontal por el método húmedo.

No hay contacto eléctrico.(evita el quemado). Se crea un campo circunferencial en todas las superficies que rodean al conductor. Ideal para cuando hay que aplicar el método residual. Piezas livianas pueden ser sostenidas por el conductor central. Se pueden utilizar varias vueltas para reducir la cantidad de corriente requerida No hay contacto eléctrico. Pueden ser inspeccionadas las superficies interior y exterior. La longitud total de la pieza es magnetizada circunferencialmente. Buena sensibilidad para discontinuidades en la superficie interior

El tamaño del cable debe ser suficiente para conducir la corriente requerida. Idealmente el conductor debe ser centrado en el agujero. Diámetros grandes requieren colocar el conductor cerca de la superficie interior e ir rotando la pieza. Cuando se aplica el método continuo, se requiere inspección después de cada posicionamiento.

Rápido, de procesamiento fácil. Campo circular completo alrededor del paso de corriente. Buena sensibilidad para discont. Superficiales y cercanas a la superficie. Piezas simples como relativamente complejas pueden ser inspeccionadas con uno o más disparos.

Posibilidad de quemado de la pieza si las condiciones de contacto no son las adecuadas. Piezas largas deben ser inspeccionadas por partes para facilitar la aplicación del baño de partículas, sin recurrir a disparos excesivamente largos de corriente.

CONTACTO DIRECTO CON PINZAS Y CABLES. Grandes fundiciones y Superficies grandes se forjados pueden inspeccionar en tiempos relativamente cortos. Largas piezas La pieza puede ser tubulares (caños, magnetizada circularmente tuberías, ejes huecos) por contacto extremo a extremo.

La sensibilidad de la superficie externa puede ser algo inferior a la interna para grandes diámetros y espesores de pared gruesos. Ídem que para pieza largas tubulares.

Se requieren equipos que proporcionen altos amperajes (8000-20000 A). El campo efectivo esta limitado a la superficie exterior, no a la interior. Los extremos deben tener una forma adecuada para colocar los contactos y deben conducir la corriente sin un calentamiento

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Partículas Magnetizables Piezas sólidas largas ( barras, ejes)

PUNTAS Soldaduras, para fisuras, inclusiones, raíces abiertas, o inadecuadas penetración

Grandes fundiciones y forjados

CORRIENTES INDUCIDAS Piezas de forma circular, para discontinuidades circunferenciales

Esferas

Discos y engranajes

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excesivo. La pieza puede ser Los requerimientos de voltaje crece magnetizada circularmente con la impedancia del cable u de la por contacto extremo a longitud de la pieza. extremo. Los requerimientos Los extremos deben tener de corriente son una forma adecuada para colocar independientes de la longitud. los contactos y deben conducir la No hay perdidas de campo en corriente sin un calentamiento los extremos excesivo. Se puede dirigir selectivamente un campo circular al área soldada. Usando corriente de media onda y partículas secas se obtiene una excelente sensibilidad para discontinuidades subsuperficiales y superficiales. Todo el equipo es portátil Se puede inspeccionar la superficie total a través de pequeños incrementos usando valores de corriente nomina. El campo magnético circular puede ser concentrado en un área específica. Todo el equipo es portátil

Se puede inspeccionar de una vez solamente un área pequeña . Se puede producir quemado por arcos. La superficie debe estar seca cuando se una partículas secas. El espaciado entre puntas debe estar en acordancia con los niveles de corriente de magnetización requerido.

No hay contacto eléctrico. Toda la pieza esta sometida a un campo magnético toroidal donde se cubre el 100% en una sola magnetización. Puede ser automatizado.

Se requiere un núcleo laminado para aumentar el camino de magnetización. El tipo de corriente de magnetización debe ser compatible con la dureza o suavidad magnética del material inspeccionado.. Se deben evitar otros campos circundantes. Para esferas de diámetro pequeño el uso se limita al método de magnetización residual.

No contacto eléctrico. Permite una cobertura del 100% para indicaciones en cualquier dirección usando un proceso en tres etapas con reorientación de la esfera entre cada una de ellas. Se puede automatizar. No contacto eléctrico. Buena sensibilidad en o cerca de la periferia o borde. La sensibilidad en áreas diferentes puede ser variada seleccionando un núcleo o

La cobertura de grandes áreas puede llevar mucho tiempo. Se puede producir quemado por arcos. La superficie debe estar seca cuando se una partículas secas. El espaciado entre puntas debe estar en acordancia con los niveles de corriente de magnetización requerido.

La cobertura del 100% puede requerir de un proceso de dos etapas. El tipo de corriente de magnetización debe ser compatible con la dureza o suavidad magnética del material

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pieza polar. Junta con inspeccionado.. corriente de media onda y partículas secas da excelente sensibilidad para discontinuidades subsuperficiales.

Yugos: Hay dos tipos básicos de yugos usados comúnmente para magnetizar: imanes permanentes y electroimanes. Ambos se utilizan manualmente.

 Yugos de imanes permanentes: Se utilizan en aplicaciones donde no hay disponibles fuentes eléctricas o donde no está permitido arcos eléctricos (por ejemplo en atmósferas explosivas). Las limitaciones son: • Grandes áreas o piezas no pueden ser magnetizadas con la intensidad suficiente para que las fisuras produzcan indicaciones .. • La densidad de flujo no puede ser variada. • Si el imán es muy fuerte, es difícil despegarlo de la pieza. • Las partículas se pueden adherir al imán con posibilidad de enmascarar indicaciones.

 Yugos electromagnéticos Consisten en un arrollamiento sobre un cuerpo en forma de U hecho de hierro blando (chapas al Si). Sus patas pueden ser fijas o articuladas. Estas últimas sirven para variar la distancia de contacto y para adaptarse a diferentes geometrías de la pieza. Una diferencia con los yugos permanentes es que los electroimanes pueden ser fácilmente encendidos o apagados lo que facilita separarlos de la pieza de ensayo. El yugo puede estar diseñado para trabajar con CC, CA o ambas. La densidad de flujo producida por CC puede ser cambiado variando la intensidad de la corriente que fluye en la bobina. Cuando se trabaja con CC, hay gran penetración del campo mientras que con C.A. el campo magnético se concentra en la superficie de la pieza, dando muy buena sensibilidad para discontinuidades superficiales sobre una amplia zona. En general, las discontinuidades a ser reveladas deberían estar entre los dos polos del yugo y orientadas perpendicularmente a la línea imaginaria que los conecta (Fig. 18)

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Fig. 18: Electroiman (yugo) Se debe tener en cuenta que en la vecindad de los polos se producen escapes de campos que producen una aglomeración excesiva de partículas. Cuando se opera, la pieza cierra el circuito del flujo magnético entre los polos producido por el yugo (fuente del campo.) Los yugos que utilizan C.A. para la magnetización tienen numerosas aplicaciones y pueden también utilizarse para desmagnetizar

Bobinas: Bobinas con uno o múltiples arrollamientos del conductor se utilizan para inspeccionar piezas longitudinalmente (Fig. 19

Fig.19: Magnetización longitudinal con bobina El campo dentro de la bobina tiene una dirección definida que corresponde a las direcciones de las líneas de fuerza producidas por cada porción del conductor. La densidad de flujo dentro de la bobina es proporcional al producto de la corriente “i”, en Amper, y el número de vueltas de la bobina, N. Por esto la fuerza de magnetización puede ser variada cambiando ya sea la intensidad de corriente o el número de vueltas del arrollamiento. Para grandes piezas, se puede armar la bobina arrollando el cable alrededor de la pieza con varias vueltas cuidando que las indicaciones no queden ocultas debajo del cable. Comercialmente se venden bobinas que pueden ser conectadas a un equipo o suministro eléctrico. Estas bobinas pueden ser usadas en el lugar de inspección de piezas en forma de barras en mantenimiento ferroviario, aeronáutico, automotriz y en reparación de camiones y tractores.

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Las fisuras transversales en ejes y árboles pueden ser detectadas fácilmente con bobinas. Las mayoría de las bobinas usadas en magnetización son cortas, especialmente aquellas devanadas sobre marcos fijos. Se debe considerar la relación entre la longitud de la pieza y el ancho de la bobina. Para una pieza simple, la distancia ,máxima que puede ser inspeccionada a cada lado de la bobina es de 150 a 230 mm (6 a 9 in). Por ejemplo, una piezas de 305 a 460 mm (12 a 18 in) de largo, puede ser inspeccionada usando una bobina normal de aproximadamente 25 mm (1 in) de ancho. En el ensayo de piezas más largas se debe mover la pieza dentro de la bobina, o mover esta en intervalos regulares. La facilidad con la cual una pieza puede ser magnetizada longitudinalmente esta muy relacionada con la relación longitud- diámetro (L/D) de la pieza. Esto se debe al efecto de desmagnetización de los polos producido en los extremos de la pieza. El efecto de desmagnetización es considerable para relaciones de L/D menores a 10/1 Y muy significativo para relaciones menores de 3/1. Cuando la relación L/D es muy desfavorable, se puede suplementar la pieza con suplementos de aproximadamente la misma sección transversal para incrementar la longitud de la pieza y así mejorar la relación L/D. La magnetización de anillos y discos (con baja relación L/D) se discutirá en el punto de “ Corrientes Inducidas”. La cantidad de amperes- vueltas requeridos para producir suficiente magnetización en una pieza está dado por: NI= 45000 (L/D) (1) Donde N es el número de vueltas de la bobina, I es la corriente en amperes, y L/D la relación longitud- diámetro de la pieza. Cuando la pieza es magnetizada a este nivel, colocada dentro de la bobina y adyacente al arrollamiento (descentrada), la densidad de flujo será de alrededor de 110 líneas/mm2 (70.000 líneas /in2) . Trabajos experimentales han demostrado que con una densidad de flujo de 110 líneas/mm2 es más que satisfactorio para la mayoría de las aplicaciones y que 54 líneas/mm2 (35.000 líneas/in2) es aceptable para la mayoría de las aplicaciones críticas. Cuando la pieza es centrada dentro de la bobina, se debe aplicar la ecuación (2).

NI= 35000 . r µ eff

(2)

donde “r” es el radio de la bobina en pulgadas y µeff= (6L/D) - 5 La ecuación (2) se aplica cuando la pieza está centrada en la bobina y hay un bajo factor de llenado (menor que el 10 %). El factor de llenada es la relación entre la sección transversal de la pieza y el área interior de la bobina. Cuando se magnetiza una pieza tipo barra con una bobina, se desarrolla una gran polaridad en los extremos de la pieza que puede enmascarar discontinuidades transversales. Un campo favorable en esas áreas se asegura con equipo de CC, trifásicas de onda totalmente rectificada con circuito especial conocido como “quick o fast break”. Un corte “controlado” en equipos sobre CA, CCMO y sobre CA totalmente rectificada da campos con ventajas similares.

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C o n d u c t o r C en t r a l : En muchas piezas tubulares o en forma de anillos, es ventajoso el uso de un conductor separado para transportar la corriente de magnetización en lugar de usar la misma pieza para ello.  A este conductor se lo denomina “conductor central”. Se lo coloca atravesando la pieza por su interior (Fig.20) y es una manera conveniente para magnetizar circularmente sin que la pieza tenga un contacto directo con el circuito eléctrico. Normalmente pueden ser sólidos o huecos, y de materiales ferromagnéticos o no ferromagnéticos.

Fig. 20: Magnetización con conductor central Las reglas básicas en la consideración del campo magnético alrededor de un conductor por el que circula CC son: El campo magnético en el exterior de un conductor de sección transversal uniforme, es uniforme a lo largo de su longitud. El campo magnético esta a 90 º con respecto a la dirección de la corriente en el conductor. La densidad de flujo en el exterior del conductor varía inversamente con la distancia radial desde el centro del conductor. §

§

§

Conductor Sólido no magnético; CC La distribución del campo magnético en el interior de un conductor no ferromagnético (por ej. una barra de cobre o aluminio) que transporta una CC es diferente a la distribución que tiene en su exterior. En cualquier punto en el interior de la barra, la densidad de flujo es el resultado de sólo la porción de corriente que está fluyendo en el metal entre el punto considerado y el centro de la barra. Por esto, la densidad de flujo se incrementa linealmente desde cero, en el centro de la barra, a un valor máximo en la superficie. Fuera de la barra el flujo disminuye a lo largo de una curva, como se muestra en el Fig.21 (a). Cuando se calcula la densidad de flujo en el exterior, se puede considerar que la corriente está concentrada en el centro de la barra. Si el radio de la barra es R, la densidad de flujo B, en la superficie de la barra es igual a la fuerza de magnetización H. A una distancia 2R del centro del conductor, la densidad de flujo B será H/2; a 3 R, H/3, etc. Ing. Ricardo Echevarria - Lab.E.N.D. – F.I. -- Univ. Nac.Comahue

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Conductor: sólido ferromagnético: C.C: Si ahora el conductor es ferromagnético tal como una barra de acero u otro material ferromagnético, el campo magnético (H) será igual que en un conductor no ferromagnético, pero la densidad de flujo (B) será mucho mayor. La Fig. 21 (b) muestra un conductor con el mismo diámetro mostrado en la Fig.21 (a). La densidad de flujo en el centro es cero, pero en la superficie será µ.H, en donde µ es la permeabilidad del material. La permeabilidad es la facilidad con que un material acepta al magnetismo. Por esto, la densidad de flujo puede ser muchas veces mayor a la de un material no-ferromagnético y sólo en la superficie exterior cae al mismo valor que en un conductor no- ferromagnético, decreciendo con la distancia y siguiendo la misma curva.

Conductor: sólido ferromagnético: C.A: En la Fig. 21(c) se muestra la distribución del campo magnético en un conductor ferromagnético que transporta C.A. En la región exterior al conductor la densidad de flujo decrece de la misma forma que con C.C., sin embargo la C.A. esta variando constantemente en intensidad y dirección a medida que fluye. En el interior del conductor, la densidad de flujo es cero en el centro y se incrementa hacia la superficie, lentamente primero y acelerándose después hasta alcanzar el máximo en la superficie. Este comportamiento es debido al “ efecto pelicular ” de la C.A.

Fig. 21: Distribución del campo magnético dentro y fuera del conductor. a) Conductor no magnético y CC. b) Conductor ferromagnético y CC. c) Conductor ferromagnético y CA

Conductor central en un cilindro ferromagnético hueco: Cuando se utiliza un conductor central para magnetizar una pieza cilíndrica hueca de un material ferromagnético, la densidad de flujo es máxima en la superficie interior de la pieza (Fig.22).

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Fig. 22: Distribución de la densidad de flujo en y alrededor de un cilindro hueco de material ferromagnético, cuando se magnetiza con conductor central de material no ferromagnético y con CC. La densidad de flujo producida por la corriente en el conductor central es máxima en la superficie del conductor (H en la Fig.22 y luego decrece a lo largo de la misma curva exterior al conductor como se muestra en la Fig.21 a través del espacio entre el conductor y la superficie interior de la pieza. En esta superficie la densidad de flujo se incrementa inmediatamente por el factor de permeabilidad ì del material de la pieza y luego decrece hacia la superficie exterior.  Acá la densidad cae nuevamente al mismo valor con que estaba decreciendo la curva interior . Como se ve, esta técnica produce una densidad de flujo máxima en la cara interior de la pieza dando las indicaciones más fuertes en esta superficie. Algunas veces también pueden aparecer en la superficie externa. La densidad de flujo en las caras de la pieza es la misma si se utiliza ya sea, un conductor ferromagnético o no ferromagnético. Si el eje del conductor central es colocado en el eje de la pieza, el campo magnético en la pieza será concéntrico en todas sus paredes. Sin embargo si el conductor es colocado descentrado en el interior de la pieza, la densidad de flujo en las paredes del cilindro serán mucho más intenso en ese punto y más débil en el punto diametralmente opuesto. En piezas cilíndricas pequeñas se prefiere centrar al conductor en la pieza de forma que se produzca un campo uniforme en todas las superficies. En piezas con grandes diámetros (tubos, anillos o recipientes a presión), la corriente necesaria para una magnetización adecuada se hace demasiado grande si el conductor está centrado, en este caso se usará el conductor descentrado Fig. 23.

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Fig. 23 Región efectiva de inspección cuando se utiliza un conductor descentrado. Cuando el conductor es colocado contra una pared interior de la pieza, los requerimientos de corrientes dados en “Magnitud de la corriente Aplicada” se deben aplicar excepto que el diámetro será considerado la suma del diámetro del conductor central más dos veces el espesor de la pared. La distancia a lo largo de la circunferencia de la pieza (interior y exterior) que es efectivamente magnetizada será tomada como cuatro veces el diámetro del conductor central como se ilustra en el Fig. 23. La circunferencia entera se inspecciona rotando la pieza sobre el conductor y solapando un 10 % de cada área inspeccionada. El diámetro del conductor central no está relacionado con el diámetro interior o el espesor de pared de la pieza. El tamaño del conducto se basa generalmente en su capacidad para transportar corriente y en su fácil manejo. En algunos casos se pueden usar, conductores más grandes que el tamaño requerido para la capacidad de conducir la corriente solamente para facilitar su centrado dentro de la pieza. Usualmente la técnica de magnetización residual  se emplea siempre que se pueda aplicar debido a que se minimiza el fondo y se alcanza mejor contraste. También la magnetización residual es más rápida y menos crítica que la magnetización continua. La inspección con conductor central es requerida algunas veces en componentes que tienen múltiples aberturas paralelas tales como bloques de motores. Los cilindros pueden ser inspeccionados con un solo conductor central a la manera normal, sin embargo se puede diseñar un arreglo con múltiples conductores centrales de tal forma que el operador pueda procesar dos o más cilindros de una sola vez con el mismo grado de sensibilidad, de hecho en las zonas entre conductores, los campos circulares se refuerzan unos a otros.

Mé to do d e co n tac to di rec to : Para piezas pequeñas que no tengan orificios interiores pasantes, el campo circular se produce por medio del contacto directo de la pieza (circulación de corriente a través de la pieza). Este se realiza colocando las piezas entre cabezales de contacto generalmente en equipos estacionarios (Fig.24). Un equipo similar se puede usar como suministro de corriente de magnetización en la técnica con conductor central.

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Fig. 24: Magnetización circular entre cabezales o por contacto directo. Los cabezales de contacto deben ser diseñados de forma de no dañar la pieza ya sea físicamente por presión, o estructuralmente por el calor de arcos eléctricos debido a alta resistencia en los puntos de contacto. El calor puede ser especialmente dañino en superficies endurecidas como por ejemplo en cojinetes de bolillas. Para una inspección completa en piezas geométricamente complejas, es necesario colocar los contactos en varios puntos de la pieza o arrollar cables en la dirección adecuada en todos los puntos sobre la superficie. Esto frecuentemente requiere de varias magnetizaciones por lo que, para minimizarlas, se puede usar el método de magnetización total, magnetización multidireccional o magnetización por corrientes inducidas.

Contacto con puntas: En la inspección de piezas grandes y demasiado voluminosas como para colocar en un banco entre cabezales, la magnetización frecuentemente se realiza con puntas de contacto (Fig.25) . La puntas pasan la corriente directamente por la pieza, a través de una zona localizada.

Fig. 25:Puntas de contacto simples(a) o dobles (b) Ing. Ricardo Echevarria - Lab.E.N.D. – F.I. -- Univ. Nac.Comahue

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La técnica por puntas no siempre produce campos realmente circulares, pero ellos son muy adecuados para muchos propósitos prácticos. Esta técnica se utiliza comúnmente en grandes fundiciones y soldaduras.

Ventajas: Las puntas son de fácil manejo y portabilidad por lo que son muy convenientes en la inspección en campo de grandes tanques y estructuras soldadas. Tiene gran sensibilidad a defectos subsuperficiales más que ninguna otra técnica, especialmente cuando se usa CCMO junto con partículas secas y el método continuo. Limitaciones: El campo adecuado existe sólo entre las puntas y cercano a los puntos de contactos. Estos puntos raramente están separados más allá de 305 mm(12in) y usualmente la distancia es mucho menor por lo que algunas veces es necesario relocalizar las puntas para inspeccionar la totalidad de la pieza o zona de interés. -  Algunas veces las interferencia de campos externos entre las puntas produce indicaciones difíciles de identificar, por lo que la cantidad de corriente que se puede utilizar está limitada por este efecto. Se debe tener mucho cuidado para no producir quemaduras en la pieza en los puntos de contacto de las puntas. El quemado se puede producir por suciedad en los contactos, presión insuficiente en las puntas o corriente excesiva. La probabilidad de tales daños es grande en aceros con contenido de carbono 0,3 o 0,4 % o mayor. El calor en las puntas de contacto puede producir manchas localizadas correspondientes a endurecimiento del material que pueden interferir en operaciones posteriores tales como maquinados. Cuando se produce este efecto de calentamiento puede producir verdaderas fisuras. Algunas veces las especificaciones de ensayo requieren que , donde se apoyaron las puntas, se inspeccione por medio de Líquidos Penetrantes para detectar posibles fisuras por calentamiento. En aceros de bajo carbono tales como los que se usan con propósitos estructurales tienen menor probabilidad de daño por calentamiento. Corrientes induc idas: La utilización de corrientes inducidas para la magnetización circunferencial en piezas en forma de anillos es una técnica muy apropiada. Esta se lleva a cabo orientando adecuadamente el anillo dentro de una bobina de magnetización de tal forma que vincule o encierre las líneas del flujo magnético (flujo disperso), como muestra la (Fig. 26 a) Cuando el flujo magnético (en la bobina) cambia (aumenta o disminuye) cortando a la pieza, en el anillo se produce una corriente inducida circular y con una dirección que se opone al cambio del flujo. La magnitud de esta corriente depende del flujo total, de su velocidad de cambio y de la impedancia asociada con el paso de corriente dentro del anillo. Incrementando el flujo en la bobina y su velocidad de cambio, se incrementa la intensidad de la corriente en el anillo produciendo un campo magnético toroidal que abarca toda la superficie del anillo y conduce a revelar las discontinuidades orientadas en forma circunferencial. Esto se muestra esquemáticamente en la Fig. (26(b)) Ing. Ricardo Echevarria - Lab.E.N.D. – F.I. -- Univ. Nac.Comahue

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Para lograr un máximo en el flujo (de la bobina) usualmente se inserta un núcleo de acero blando laminado en el hueco interior del anillo como se muestra en la .Fig. 26 a).

Fig. 26: a) Método de magnetización por corrientes inducidas en piezas en forma de anillo. b) resultado de las corrientes inducidas y el campo magnético toroidal en el anillo

Tipo de corriente a utilizar en el método de corrientes inducidas: C.A. vs. C.C.: La elección del tipo de corriente de magnetización para la técnica de corrientes inducidas depende de las propiedades magnéticas de la pieza a ser inspeccionada. En los casos en que se pueda aplicar el método residual como por ejemplo en pistas de cojinetes o piezas similares que tengan alta retentividad, se utiliza la C.C. para la magnetización. La interrupción brusca de esta corriente por medio de un circuito “quick- break” produce un colapso rápido en el flujo magnético y la generación de altos amperajes (pulso) dirigido circunferencialmente en la pieza. Acá la pieza esta magnetizada residualmente con un campo toroidal y la subsiguiente aplicación de partículas producirá indicaciones en las discontinuidades circunferenciales. Pasando una C.A. a través de la bobina se establecerá un campo magnético fluctuante pasando desde un valor máximo en una dirección a otro igual y opuesto, en forma similar a la corriente que se produciría en un transformador con una arrollamiento Ing. Ricardo Echevarria - Lab.E.N.D. – F.I. -- Univ. Nac.Comahue

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secundario de una sola espira. La corriente inducida alterna, junto al método continuo, es el mejor método para el proceso de magnetización en materiales blandos magnéticamente o con menor retentividad.

Aplicaciones: El método de corrientes inducidas, además de eliminar la posibilidad de dañar la pieza, es capaz de magnetizar en una sola operación piezas que deberían, de otra forma, requerir más de un posicionamiento entre cabezales. Dos ejemplos de este tipo de piezas se ilustran en las figs. 27 y 28. Estas piezas no pueden ser inspeccionadas completamente en un solo posicionamiento, para detectar discontinuidades circunferenciales, debido a que las zonas en los puntos de contacto no son magnetizadas apropiadamente. Por esto, la cobertura total debería tener dos etapas, rotando la pieza 90 º con respecto a la 1º antes de la 2º inspección. La pieza en forma de disco (no hueca) de la Fig. 28 presenta además un problema adicional si se quisiera aplicar el método de contacto para detectar las discontinuidades circunferenciales cerca de los bordes.  Aún cuando se cumplan las dos etapas de magnetización, como lo muestra la Fig. 27, la corriente que atraviesa el disco probablemente no produzca un campo circular de amplia magnitud en los borde de la pieza. Las corrientes inducidas pueden estar selectivamente concentradas en el área de los bordes si se suplementa con piezas polares adecuadas para producir una cobertura total (zona de bordes) en una sola etapa. Las piezas polares,. mostradas en la Fig.. (28(b)) son huecas y cilíndricas, una en cada lado del disco y dirigen el flujo magnético a través del disco de tal forma que el borde es la única zona en la que se produzca un camino cerrado para la corriente. Las piezas polares utilizadas en este método son preferiblemente construidas de material ferromagnético laminado para minimizar el flujo de corriente de eddy dentro de ellas. Estas piezas también pueden ser barras, tubos no conductores rellenos con alambres o tuberías con paredes delgadas que tengan un corte longitudinalmente para cortar el camino de las corrientes inducidas dentro de ellas. También, en algunos casos, se puede utilizar el eje sólido que posea un engranaje o disco como una de las piezas polares.

Fig. 27: Distribución de la corriente y campo magnético dentro de un anillo cuando se magnetiza por el método entre cabezales ( circulación de corriente a través de la pieza)

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Fig. 28:Paso de la corriente en un disco circular. a) Magnetización entre cabezales, b) Magnetización con corrientes inducidas.

Inspección de esferas de acero: En esferas de acero con posibles fisuras por endurecimiento, tratamientos térmicos superficiales o por amolado, no está permitido la inspección por método de contacto directo debido a la terminación superficial pulida. Las discontinuidades pueden estar orientadas en cualquier dirección y se debe inspeccionar el 100 % de la superficie. La inspección por el método de corrientes inducidas da los requerimientos de inspección sin dañar la terminación superficial de la pieza. La relación L/D de 1/1 para esferas no es favorable para la magnetización con una bobina. Por esto, se usan piezas polares laminadas en cada lado de las esferas para conferirles una configuración más favorable para la magnetización. Debido a la retentividad naturalmente alta del material, para la inspección de esferas se utiliza magnetización residual con CC y un circuito “quick- break”. La pequeñez de las fisuras debidas a tratamientos térmicos o amolado y la alta terminación superficial indica que el medio de inspección sean partículas altamente suspendibles en aceite. Las esferas son inspeccionadas a los largo de los ejes x, y y z en tres operaciones separadas sobre cada eje de la siguiente forma: • Un disparo de corrientes inducidas . • Se baña la esfera con la solución de partículas húmedas. • Inspección mientras se va rotando la esfera 360º (sobre el eje de inspección). La rotación y reorientación puede ser llevada a cabo manualmente o puede ser automatizada.

Intensidad de la corriente aplicada. La intensidad de corriente o el número de Amper-vueltas necesarios para obtener resultados óptimos depende del tipo de discontinuidades y sus dimensiones mínimas que debe ser localizadas o pueden ser toleradas. La intensidad de corriente para magnetización longitudinal con bobina esta determinada, inicialmente por las ecuaciones: Pieza no centrada:

N.I = 45.000 / (L/D) 

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(1)

Partículas Magnetizables Pieza centrada:

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N.I = 43.000 . r / ((6L/D) − 5) 

(2)

Para magnetización circular, por pasaje de corriente a través de la pieza, la corriente debería ser entre 12 a 31 A/mm (300 a 800 A/in) del diámetro de la pieza (diámetro externo máximo). Normalmente la corriente debería ser de 20 A/mm (500  A/in) o menor, y utilizando como máximo hasta 31 A/mm (800 A/in) para inspeccionar inclusiones o aleaciones de aceros endurecidas por precipitación. El método de magnetización por puntas generalmente requiere de 4 a 5 A/mm (100 a 125 A/in) de espaciado entre puntas. Este espaciado no debería ser menor a 50mm (2in) y no mayor a 200 mm (8 in). Para mayor información sobre los requerimientos de intensidad de corriente remitirse a las Normas y Códigos.

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Capítulo IV: Inspección de piezas Cil índ ri cas h uec as.  Algunas piezas cilíndricas huecas que requieren inspección por PM presentan dificultades para su procesamiento debido a su configuración, interferencias de campos de fuga extraños, requerimientos de no contacto con los equipos de magnetización, tiempo total requerido o baja relación L/D.  A continuación de describen técnicas para inspeccionar largas tuberías sin costuras (tubing de pozos de petróleo), tuberías de acero al carbono con soldaduras a tope y longitudinales, y cilindros con un extremo cerrado.

Tuberías de pozos de petróleo: Son piezas realizadas con aceros de alta tenacidad, con operaciones finales en caliente y tienen extremos especiales para su roscado. Las discontinuidades mayormente esperadas serán longitudinales en el cuerpo principal y transversales en los extremos. Por esta razón son inspeccionados en su totalidad con magnetización circular (discontinuidades longitudinales), y en sus extremos magnetizados longitudinalmente (discontinuidades transversales). Estas tuberías son normalmente de más de 6 m ( 20ft) de longitud. Se utiliza un conductor central aislado (Fig. 29 a) para producir la magnetización circular en lugar de pasar corriente a través de la pieza (contactos en los extremos) con lo que podría no alcanzarse el campo requerido. El conductor central también facilita la inspección de la superficie interior en los extremos. Las partículas magnetizables son aplicadas sobre la superficie exterior y se usa la técnica de magnetismo residual. Los requerimientos de corriente para este ensayo son de 31 a 39 A/mm (800 a 1000 A/in) de diámetro del tubo. Para magnetizar los extremos en forma longitudinal se utiliza una bobina (Fig. 29 b), con la técnica de magnetización residual. Así se inspecciona tanto la superficie exterior como la interior.

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Fig. 29: Inspección de tuberías. a) Magnetización circular con conductor central, b) Magnetización de los extremos con bobina.

Sol dad ur as en tu berías d e acero al c arbo no : Un modo confiable de inspección para detectar discontinuidades tanto en la primer pasada de raíz de la soldadura como en la soldadura final, es el uso de la técnica por puntas para tuberías de hasta 75 mm (3 in) de diámetro nominal. Para tuberías con diámetros mayores, se pueden utilizar otras técnicas que consuman menos tiempo. Las figuras 30 a y b muestran respectivamente los tipos de discontinuidades que pueden encontrarse en la raíz como en la soldadura final.

Fig. 30 : Discontinuidades en soldaduras. a) En la pasada de raíz; b) En la soldadura final La ubicación de las puntas es muy importante para la confiabilidad de la inspección. La magnetización circular, utilizada para detectar discontinuidades longitudinales, se lleva a cabo colocando las puntas en intervalos a 90° (cuatro posicionamientos) alrededor del tubo como se muestra en la Fig. 30 c.

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Fig. 30 c Para tuberías con un diámetro nominal mayor a 25mm (1 in) , las puntas se deberán espaciar alrededor de la pieza en intervalos de aproximadamente 50mm (2 in) como se muestra en la Fig.. (30 e).

Fig. 30 e Para detectar discontinuidades orientadas circunferencialmente se deberán colocar las puntas como se indica en la Fig. (30 d). Las puntas se colocan adyacentes y en lados opuestos al cordón de soldadura para asegurar que el flujo atraviese el metal de la soldadura.

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Fig. 30 d Si la distancia circunferencial entre puntas es mayor a 75 mm (3 in) cuando son posicionadas como en la Fig., 30 d deberán ser posicionadas como en Fig. (30 f).

Fig. 30 f: Para asegurar una magnetización apropiada las áreas inspeccionadas se deberán solapar aproximadamente unos 25 mm (1 in) . Para la aplicación de las partículas se utilizará el método continuo debido a la baja retentividad del acero al carbono. Una indicación en la entalla de la línea de fusión de la soldadura puede ser muestra de una discontinuidad subsuperficial o una indicación no relevante debida al abrupto cambio en el espesor del materia (depresión semejante a una grieta entre la soldadura y el metal base). Sin embargo, una indicación verdadera, como el de una falta de fusión entre el metal base y el metal de aporte, podría mostrarse como un a indicación de partículas bien definido. Esta indicación sería difícil sino imposible de remover por soplado con un espolvoreador mientras que se está aplicando la corriente de magnetización. Si esta indicación en la zona de fusión puede ser soplada con el espolvoreador, la indicación es no relevante. La corriente es aproximadamente de 3,9 A/mm (100 A/in) de espaciado entre puntas. Ing. Ricardo Echevarria - Lab.E.N.D. – F.I. -- Univ. Nac.Comahue

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C i li n d r o s h u e c o s c e r r ad o s e n u n e x t r e m o : Carcazas laminadas o cilindros para fluidos forjados cerrados en un extremo, se pueden magnetizar circunferencialmente para detectar discontinuidades longitudinales usando la técnica entre cabezales. Esta técnica, cuando se realiza entre los extremos de la pieza, no es sensible para discontinuidades en la superficie interior. Como se muestra en la Fig. (31), se puede usar un conductor central (rígido) de tal forma que la parte ciega del cilindro sirva para cerrar el circuito de corriente.  Además, a través de la parte abierta es posible la aplicación de partículas húmedas en la superficie interior para ser inspeccionada directamente. Para cilindros de paredes finas, las discontinuidades en la superficie interior producen indicaciones de tipo subsuperficial en la cara externa por lo que este método de magnetización es ventajoso cuando el diámetro interior es demasiado pequeño para permitir la visualización interna directa.

Fig. 31

In s p e c c i ón d e f u n d i c i o n e s y f o r j a d o s . Las fundiciones y forjados pueden ser difíciles de inspeccionar debido a sus tamaños y formas. Las superficies externas usualmente pueden ser inspeccionadas con puntas aunque en piezas grandes esto puede consumir grandes tiempos de ensayo, y la inspección interior no ser la adecuada. Equipos que suministren altos amperajes junto a cables flexibles usados con agarraderas de sujeción (como cabezales de contactos), conductores centrales, y cables arrollados a la pieza pueden reducir efectivamente los tiempos de ensayo debido a que se pueden inspeccionar grandes áreas en cada ciclo del proceso. La Fig. (32) muestra técnicas de contactos directos, arrollamientos del cable, y conductor central aplicados a la inspección de grandes piezas. Los tres circuitos pueden se aplicados uno a uno o si se dispone de un equipo con salida multidireccional se pueden combinar en una sola aplicación. Generalmente los equipos de alto amperaje son del tipo de CC.  Aquellos de CA y CCMO (corriente de media onda) están limitados a salidas de aproximadamente 5000 a 6000 amperes debido a la impedancia reactiva asociada a sus componentes. Se prefiere la técnica de partículas húmedas para grandes campos, debido a que presentan mejor movilidad, sobre la superficie de la pieza, que las secas..

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También permiten una mejor aplicación (cubrimiento ) en grandes áreas y más fáciles de aplicar en superficies internas.

Fig. 32

G an c h o s d e p l u m a s La inspección de estos componentes como lo requiere la Seguridad Industrial, se focaliza en la detección de fisuras y otras discontinuidades.. Estos ganchos son generalmente inspeccionados por partículas magnetizables por medio de yugos con patas articuladas. Los equipos suministran: 42/115/220 V, 50/60 Hz de CA y CCMO según los modelos. Las áreas tensionadas en los ganchos son: • La parte interior (Zona A) en ambos lados y en la garganta. Fig. 33 zona A. • El área debajo del vástago , (en compresión y en tracción) sobre las cuatro caras . Fig. (33 zona B). • El vástago ( en tracción), principalmente en la rosca . Fig.(33 zona C) Los pasos involucrados en la inspección son los siguientes. Limpieza de aceites y suciedad del gancho. Magnetización y aplicación de las partículas en las áreas A y B en la Fig. 33 usando un yugo y una CA con un campo paralelo al eje del gancho. Para ganchos desensamblados, inspeccionar el vástago (zona C) usando yugo y CA con un campo paralelo al eje del gancho. Para ganchos en servicio, inspeccionar el vástago ultrasónicamente. Repetir las etapas 2 y 3 usando CC para buscar indicaciones subsuperficiales

Fig. 33:Gancho forjado mostrando las áreas tensionadas sujetas a inspección Ing. Ricardo Echevarria - Lab.E.N.D. – F.I. -- Univ. Nac.Comahue

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La Fig.(34) muestra el gancho para 50 KN (6 toneladas) que fue sacado de servicio luego de una inspección con partículas magnetizables. La discontinuidad se identifico como una profundo pliegue de forja. El corte de la pieza en el pliegue mostró una discontinuidad de 19 mm (3/4 in) de profundidad en los 50 mm (2 in) de la sección cuadrada (sección A-A en la Fig. (34). Toda la inspección del gancho se realizo con un campo magnético paralelo al eje del mismo buscando fisuras y otras discontinuidades transversales. Aún cuando el campo era paralelo a la mayor dimensión del defecto (desfavorable), este fue encontrado debido a la profundidad del pliegue que produjo el escape del campo suficiente para atraer las partículas.

Fig. 34:Gancho de 50 kN (6 ton.) mostrando una indicación con PM de un pliegue de forja. La figura de abajo muestra la profundidad del pliegue en la sección transversal.

E j e d e t r an s m i s i ó n : Sobre un gran eje de transmisión Fig. (35 a). se realizo la inspección anual de mantenimiento preventivo, detectándose una gran fisura (flechas en Fig.35 b) en el ángulo entre el eje y la brida de acoplamiento previniendo una rotura muy costosa. Buscando fisuras se inspeccionaron tres áreas: •  A lo largo del eje. • En el ángulo entre el eje y la brida de acoplamiento (zona fisurada, Fig. 35 b)). En cada filete en la cupla de balanceo (flechas en Fig.(35 a) La inspección fue llevada a cabo usando un equipo móvil capaz de suministrar hasta 1500 A de salida con CA o CCMO. Puntas de contacto dobles y un cable de 4/0 se usaron para introducir campos magnéticos en el eje. Los filetes en la cupla de balanceo se inspeccionaron con puntas dobles. Los pasos involucrados en la inspección del eje fueron los siguientes: Limpieza de todas las áreas a ser ensayadas.

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Se arrollo el cable alrededor del eje y se aplicó una corriente de 2900 Amper vuelta para inspeccionar fisuras transversales. Se colocaron las puntas a través del ángulo de la brida de acoplamiento ( Fig. 35b) con un espaciado entre 152 a 203 mm ( 6 a 8 in); se aplicó 500 A de corriente produciendo un campo circular perpendicular al ángulo para detectar discontinuidades paralelas al ángulo. Se colocaron las puntas a través del ángulo en la brida de balanceo y a través de los filetes en la parte del eje (flechas en Fig. 35 a) con un espaciamiento entre 152 a 203 mm ( 6 a 8 in) aplicando una corriente de 500 A, produciendo un campo circular perpendicular a los filetes para detectar discontinuidades paralelas a los filetes.

Fig. 35:

D i s c o o e n g r a n a j e s o b r e e l e j e. . Un disco o engranaje montado sobre un gran eje continuo puede ser inspeccionado arrollando un cable sobre el eje de tal manera de formar dos arrollamiento “opuestos” a cada lado del disco o engranaje como se muestra en la Fig. (36). Los dos arrollamientos opuestos producirán un campo magnético radial en cada cara del disco. Este tipo de campo revelará discontinuidades circunferenciales sobre las caras del disco y transversales sobre el eje. También el eje puede ser usado como conductor central para localizar discontinuidades radiales en el disco y longitudinales en el eje. En piezas donde el eje se extienda sólo hacia un lado del disco, se puede acoplar un suplemento para simular el eje. El suplemento debería tener aproximadamente el mismo diámetro que el eje.

Fig. 36 Ing. Ricardo Echevarria - Lab.E.N.D. – F.I. -- Univ. Nac.Comahue

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P i e za s e n f o r m a d e Y Este tipo de piezas (por ejemplo una biela) (Fig. 37) no deberían ser inspeccionadas entre cabezales de tal forma que con un solo disparo se piense que es suficiente. Esto debido a que es difícil que la corriente se distribuya uniformemente entre los dos extremos (brazos de la Y). Aún produciéndose una distribución uniforme de corriente , la zona de unión entre los brazos, no será magnetizada. Una pieza con esta forma deberá ser inspeccionada entre cabezales pero en tres etapas o, en caso de que se disponga de algún equipo con doble cabezal y un suministro de corriente especial d e forma de asegurar la magnetización total.

Fig. 37

In s p e c c i ó n d e u n c a b a l l et e p a r a m o t o r : La figura 38 muestra un solo elemento del caballete completo. La inspección puede realizarse por magnetización circular utilizando pinzas o por medio de yugo magnético. El contacto en la posición D es permanente. El otro se traslada de A a B y C inspeccionándose las soldaduras a cada intervalo  Alternativamente, el yugo cubriría cada área mientras se aplica el líquido de inspección.

FIG. 38

In s p e c c i ón d e s o l d a d u r a s : Muchos defectos de soldadura son abiertos a la superficie y fácilmente detectables por partículas magnetizables ya sea con la técnica de puntas o con yugo. Para la detección de discontinuidades subsuperficiales como por ejemplo inclusiones de escorias, huecos (porosidad) y penetración inadecuada en la raíz, la magnetización Ing. Ricardo Echevarria - Lab.E.N.D. – F.I. -- Univ. Nac.Comahue

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con puntas es la mejor cuando se usa con CCMO y partículas secas. Los yugos , usando CA, CC o CCMO, son apropiados para detectar discontinuidades superficiales en soldaduras. El posicionamiento de un yugo con respecto a la dirección de la discontinuidad buscada es diferente al usado con puntas. Debido al campo longitudinal entre los polos de un yugo, los polos deben ser colocados en lados opuestos del cordón de soldadura para localizar fisuras paralelas al cordón., y adyacente al mismo para localizar fisuras transversales. Las puntas serán colocadas adyacentes al cordón para detectar fisuras paralelas y sobre los lados opuestos del cordón para las fisuras transversales.  Algunas veces la aplicación de las puntas en forma manual puede ser difícil o cansador. Para ello las puntas pueden tener contactos magnéticos o pinzas que las mantienen magnéticamente durante la inspección. La puntas son mantenidas firmemente a la pieza a través de un electroimán. Ambas puntas pueden tener este sistema o una de ellas estar sostenida magnéticamente y la otra manejarse manualmente. Hay un tipo de soldadura en la cual el uso de CCMO da indicaciones no relevantes, y son aquellas juntas en T soldadas en uno o en ambas caras y para las cuales no esta especificada una penetración completa y en las cuales es permisible una raíz abierta (casi siempre presente). Cuando se usan puntas y CCMO, la raíz abierta muy probablemente se detectará en la superficie de la soldadura. Esta indicación no relevante se puede eliminar utilizando CA en lugar de CCMO. Un caso en el que se encontraron estas indicaciones no relevantes ocurrió en soldaduras en T entre seis tubos y una placa de una geometría complicada. Fig.( 39).

Fig. 39 Las soldaduras fueron realizadas desde el lado exterior de los tubos solamente. Ensayos de líquidos penetrante y radiografía revelaron que la integridad de la soldadura era buena. Investigaciones revelaron que la profundidad de penetración del campo producido por CC fue suficiente para revelar la junta a lo largo de la pared Ing. Ricardo Echevarria - Lab.E.N.D. – F.I. -- Univ. Nac.Comahue

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interior del cilindro. La inspección con CA (menor penetración) eliminó estas indicaciones La detectabilidad de discontinuidades subsuperficiales en soldaduras a tope entre placas relativamente delgadas frecuentemente puede ser mejorada posicionando un yugo con CC sobre el lado opuesto al cordón de soldadura Fig. (40). Las partículas magnetizables se aplican a lo largo del cordón de soldadura. El mejoramiento se alcanza debido a la ausencia de escapes del campo extraños que normalmente emergen de los polos del yugo.

Fig. 40

In s p e c c i ón d e P a l a n q u i l l a s Una palanquilla es la última etapa de semiterminación entre el lingote y la forma final. Los palanquillas de acero son rectangulares o cuadradas y con un rango de sección transversal entre 2600 a 32.000 mm 2 ( 4 a 49 in2 ) . La inspección por PM requiere grandes equipos para manejar los palanquillas de 50 a 180 mm de ancho y 2,4 a 12 m de largo. El amperaje de ensayo debería ser de 1200 a 4000 A. Las discontinuidades mostradas en la Fig. 49 podrían aparecer como indicaciones fluorescentes brillantes bajo luz U.V. Fisuras: en palanquillas aparecen como roturas verticales profundas o separaciones en la superficie del acero. Las fisuras que muestra la (Fig. 41 a) se producen al principio del proceso, usualmente como el resultado de la elongación primaria con rodillos de un lingote que contiene fisuras transversales. Las fisuras longitudinales (Fig..41b) aparecen como líneas relativamente rectas en la dirección de rolado. Ellas son de una longitud de 0,3 m (1ft) o mayores y pueden estar solas o en pequeños grupos. Costuras: son discontinuidades que aparecen como ligeras líneas en la superficie del acero. Costuras normales: (Fig. 41 c) son similares a fisuras longitudinales pero producen una indicación más suave (no tan intensa). Las costuras son normalmente muy cerradas de tal forma que no pueden ser detectadas visualmente sin la ayuda del método de P.M. Ing. Ricardo Echevarria - Lab.E.N.D. – F.I. -- Univ. Nac.Comahue

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Hay un número grande de posibles orígenes de las costuras, algunas mecánicas y algunas metalúrgicas. Costuras cepilladas (Brush seams) (Fig. 41 d) Son grupos de costuras de pequeñas longitudes (