ciencia e ingeniería de los materiale final

8/16/2019 Ciencia e Ingeniería de Los Materiale Final

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Introducción

En el área de la mecánica una de las principales aplicaciones es lamantención y evaluación de piezas mecánicas o materiales, por eso esfundamental tener un alto grado de conocimientos en propiedades,características, fabricación y producción para tener un adecuadodesempeño con los diversos materiales que se encuentran en laindustria.

En los distintos tipos de piezas mecánicas existen defectos oimperfecciones, que a simple vista no son perceptibles, que seencuentran en la supercie de la pieza. Estos defectos pueden afectar el

funcionamiento de la maquina en la cual esta pieza se debe incorporar,por eso es necesario detectar estas imperfecciones por diferentesmtodos.

En el siguiente informe, daremos a conocer dos de los ensayos nodestructivos el primero que se realizara en materiales !omogneos noporosos y que recibe el nombre de líquidos penetrantes y el segundoserá un ensayo que como diferencia al anterior este detecta defectos enpor deba"o de la supercie de la pieza, teniendo como limitante que estasea de una pieza de tipo ferromagntico.

#os líquidos penetrantes es un ensayo no destructivo que revelaimperfecciones en la supercie de la pieza mecánica por un simpleprocedimiento que comienza con la limpieza de la pieza para luego darpaso al secado de la pieza, el segundo paso es aplicar un disolvente$diluyente% para la limpieza de la pieza, luego que se !a limpiado lapieza se le aplica liquido penetrante trazador de modo que penetre en laimperfección de la pieza alrededor de &' a () minutos. #uegonuevamente se limpia la pieza con un paño para retirar el exceso detrazador y posteriormente aplicaremos el revelador para que muestre la

imperfección que se busca en la pieza mecánica.



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Ensayo de líquidos penetrantesDescripción general del método

*ctualmente la tcnica de #íquidos +enetrantes, se puede resumir en lossiguientes pasos

&. Limpieza inicial y secado: onsiste en limpiar perfectamente lazona de inters a ser ensayada de tal forma de de"ar, las posiblesdiscontinuidades, libres de suciedad o materiales extraños y su

posterior secado.(. Aplicación de líquidos penetrantes y tiempo de

penetración: ubrir la supercie de inters con el #+ y de"artrascurrir el tiempo necesario para permitir que #+ se introduzcapor capilaridad en las discontinuidades.

-. Limpieza intermedia: e removerá el exceso del penetrante dela supercie, evitando extraer aquel que se encuentre dentro delas fallas. Esta remoción, podrá !acerse, seg/n la tcnicaempleada mediante a% lavado con agua,

b% aplicación un emulsionante y posterior lavado con agua.c% mediante solventes

0. Secado (segn la técnica!: e secara la pieza del agentelimpiador. Este paso puede ser obviado seg/n la tcnica utilizada.

'. Aplicación de re"elado: obre la supercie ya preparada secolocara el revelador en forma seca o namente pulverizada enuna supercie acuosa o alco!ólica, que una vez evaporada, de"auna na capa de polvo.

1. Inspección y e"aluación: Esta na capa de revelado absorberáel #+ reteniendo en las discontinuidad, llevándolo a la supercie

para !acerlo visible, ya sea por contraste o por 2uorescencia$ seg/n la tcnica empleada% las indicaciones podrán registrarse yevaluarse.

3. Limpieza #nal: *unque los agentes químicos utilizados nodeberían ser corrosivos de los materiales ensayados. e eliminaransus restos para prevenir posteriores ataques.



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#os ensayos no destructivos se utilizan en una variedad de ramas quecubre una gran gama de actividades industriales como.

• En la industria automotriz• En la aviación e industrias aeroespaciales• En construcción• En manufactura• En ingeniera nuclear

• En petroquímica



%

&eoría de los líquidos penetrantes

#os líquidos penetrantes como ya sabemos son ensayos no destructivospara detectar defectos o imperfecciones en una pieza mecánica pero elorigen del ensayo de los líquidos penetrantes se remonta a nes delsiglo pasado en donde los talleres ferroviarios de 4arford $EE.55%.*plicaba el procedimiento de aceites y blanqueado. +ara la detección desuras en componentes de vagones y locomotoras. #a tcnica enespecial consistía en una buena limpieza del elemento a ensayar con la

ayuda de agua caliente y con su respectivo secado posterior mente sesumergía el elemento en una mezcla caliente de aceite $('6% yqueroseno $3'6%, quitando el exceso con trapos y papeles. +or /ltimo seobserva la posible exudación del aceite en la cal en las zonasdefectuosas del elemento.

Este mtodo presentaba ba"a sensibilidad debido al poco contraste y alas características inadecuadas de los líquidos empleados.

En &70& 8oberto y 9os svitzer patentaron un mtodo me"orado el cual

fue vendido a magna2ux corporation. :e esta manera con sucomercialización comenzó la difusión de la tcnica.

*ctualmente los líquidos penetrantes poseen una alta sosticacióngracias a su composición química que a me"orado con los tiemposaunque se sigue !aciendo el mismo procedimiento que cuando se creócon algunas me"oras

'aracterísticas de los líquidos penetrantes#os líquidos penetrantes poseen características que !acen que esteensayo se fácil de aplicar

• +oseen características penetrantes en oricios, pequeñasaberturas y estrec!as perceptibles a la vista.

• +oseen características de mantener color o 2uorescencia.• +oseen características de absorción en el defecto o imperfección



• +oseen características de fácil remoción de la supercie.• +oseen características de difícil eliminación una vez dentro del

defecto o imperfección• no son corrosivo

)rincipios *ísicos de los líquidospenetrantes

#as características antes señaladas de los líquidos penetrantes !acenque tenga estas propiedades físicas que se describen a continuación.

+uerzas de co,esión y ad,erencia:

#as molculas se atraen entre sí por fuerzas de co!esión mientras queen la supercie límite de separación entre dos substancias diferentes$sólido líquido%, o en el interior de una mezcla, las molculas de distintanaturaleza se atraen por fuerzas de ad!erencia.

'apilaridad:

Es la acción que origina que un líquido ascienda o descienda a travs

de los tubos capilares.

&ensión super#cial:

Es una de las propiedades más importantes. e requiere una tensiónsupercial ba"a para obtener buenas propiedades de penetración y mo"ado.

-iscosidad:

Esta propiedad no produce efecto alguno en la !abilidad del líquidopara penetrar, aunque afecta la velocidad de penetración. #os penetrantes

de alta viscosidad penetran lentamente, en tanto que los de ba"aviscosidades escurren muy rápido y tiene la tendencia a no ser retenidosen los defectos de poca profundidad; por lo tanto se recomienda unaviscosidad media.

-olatilidad:



#os líquidos penetrantes no deben ser volátiles. i existe unaevaporación excesiva se los productos del penetrante, se verá afectada lasensibilidad de todo el proceso, debido tanto al desequilibrio de la formula,como a la prdida del poder !umectante.

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'lasi#cación de los líquidos no penetrantes

/ Algunos tipos de ensayo no destructi"os

#a clasicación básica de los tipos de líquidos penetrantes existentes esla que los agrupa en función de la fuente de luz que se precisa para laobservación de las indicaciones que proporciona el ensayo.

• Líquidos penetrantes coloreados, observación con luz visible blanca.

• Líquidos penetrantes fluorescentes, observación con luz negra (ultravioleta).

• Líquidos penetrantes mixtos (fluorescentes –coloreados), observación bajo los

dos tipos de luz anteriores.

Tipos de ensayo no destructivo.

artículas magn!ticas

"lectromagnetismo

#adiografías industriales

$ltrasonido industrial

"misión ac%stica

-enta0a y des"enta0as de lo líquidos penetrantes

<enta"as=

&. Económicos(. >ácil de emplear-. ?uena sensibilidad



0. Equipo de traba"o puede ser portátil

:esventa"as=

&. olo detectan imperfecciones abiertas en la supercie(. @o para materiales porosos

2étodo de aplicación de líquidospenetrantes

2ateriales requeridos

+ara todo el proceso se necesitara tres spray; un limpiador, unpenetrante y un revelador y paños libres de !ilac!as y absorbentes.

13 Limpieza de la pieza mec4nica:

Es necesaria la #impieza +revia de la supercie antes de la aplicación del#íquido +enetrante, pues si la supercie de la pieza estuviera conteniendo

aceites, grasas u otras suciedades que puedan obstruir la abertura de lasura, el #íquido +enetrante cuando es aplicado en la supercie noconseguirá penetrar en la sura, es importante conocer el tipo de 2uido conel que traba"aba la pieza, ya que el limpiador

$3 Aplicación del líquido penetrante:

El #íquido +enetrante puede ser aplicado en la supercie de la pieza devarias maneras, pues el ob"etivo principal es formar un capa sobre estasupercie, para que en cualquier parte del material a ensayar este cubiertocon #iquido +enetrante y por lo tanto pueda ser posible detectar una sura.

#as tcnicas de aplicación más utilizadas son la aplicación a pincel, pistolade pintura, aerosol.

:espus de ser aplicado el liquido penetrante !ay un tiempo de espera dealrededor de () minutos o mas en lo ideal sería una !ora máximo para q elliquido penetre bien la imperfección o defecto de la pieza mecánica

%3 5emo"er el líquido de penetración:



#uego de terminar el tiempo de penetración, el líquido penetrante debeser removido de la supercie de inspección. El mtodo más com/n es pasarun paño y limpiar todo el exceso de líquido penetrante, tambin a diferentemtodos de cómo remover el liquido penetrante de este modo tambin sepuede clasicar el tipo de liquido penetrante pero en este caso solo se

usara el más com/n.

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3 5e"elación:

#a etapa de la revelación es la etapa en que se forman las indicaciones yacusa la imperfección en la pieza mecánica sobre la supercie eninspección.

#os 8eveladores se presentan en tres formas básicas=&. 8eveladores *cuosos(. 8eveladores @o *cuosos-. 8eveladores ecos

iendo que el más sensible de ellos es el revelador @o *cuoso por propiciaruna camada de revelador muc!o más uniforme y que por ser diluido en unsolvente especico posee un tiempo de secado adecuado a la me"ordenición de las indicaciones que se formen.uando el +enetrante utilizado es del tipo ro"o, se utiliza un 8evelador queforme una película bien blanca y más espesa, pues así el color ro"o de laindicación revelada forma un excelente contraste con la película blanca delrevelador. +or otro lado cuando el +enetrante utilizado es del tipo2uorescente, el revelador utilizado $seco o acuoso% forma una películamenos espesa, pero es altamente absorbente, pues el contraste visual en elmomento de la inspección $en este caso realizado ba"o luz ultravioleta y encámara oscura% se deberá dar entre la supercie en ensayo $que aparece

levemente azulada% y el color ba"o luz ultravioleta del +enetrante que formola indicación.

.3 Inspección #nal:

#a inspección nal todavía está totalmente ligada al riterio de*ceptación utilizado para la aprobación o no de una pieza o áreainspeccionada. En un ámbito general se utiliza normalmente comoreferencia la aplicación nal de la pieza o informaciones que son



>ísicamente la teoría lo mostro el comportamiento que se iba a tener loslíquidos penetrantes en el metal a inspeccionar como las fuerzas deco!esión y ad!erencia, su capilaridad, tensión supercial, viscosidad yvolatilidad que gracia a estas propiedades físicas podemos llevar a caboeste ensayo de liquido penetrantes y que lo líquidos tengan un cierto

comportamiento.

En cuanto a sus venta"as y desventa"a se sigue manteniendo que esteensayo es muy económico para cualquier empresa que solicite esteensayo y fácil de emplear, pero al igual que tiene sus venta"as tambintiene sus desventa"as que en comparación tiene más ventas quedefectos.

1%

Ensayo )artículas 2agnéticas

El ensayo de +artículas Cagnticas es uno de los más antiguos que seconoce, encontrando en la actualidad, una gran variedad de aplicacionesen las diferentes industrias. 4ace parte de una gran cantidad de ensayosa los que se les !a denominado ensayos no destructivos.

Este tipo de ensayo es dirigido básicamente para obtener soluciones degrietas y discontinuidades que se puedan presentar en la supercie o unpoco más profundos de la máquina a evaluar.

)rincipios 84sicos

El principio físico en el que se basa el mtodo de inspección porpartículas magnticas es el magnetismo. El principio se basa en elcomportamiento de los imanes.

2agnetismo: D#a fuerza invisible que tiene la !abilidad de desarrollartraba"o mecánico de atracción y repulsión de materiales magnetizables.



#a inspección por partículas magnticas es un ensayo no destructivo quese emplea para detectar discontinuidades superciales ysubsuperciales, en muestras que pueden ser magnetizadas.

onsta de tres operaciones básicas=

a% Establecer un 2u"o magntico adecuado.

b% *plicación de las partículas magnticas.

c% Fnterpretación y evaluación de los resultados.

Aplicaciones

El mtodo de inspección por partículas magnticas es utilizado endiferentes ramas de la industria, como= metalmecánica, aeronáutica,

naval, construcción, etc.

e utiliza para inspección de materiales soldados, fundidos, for"ados,rolados, etc.

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-enta0as#as principales venta"as del mtodo de inspección por partículasmagnticas son=

• Fnspección relativamente rápida y de ba"o costo.• Equipo relativamente simple, provisto de controles utilizados para

a"ustar la corriente y un amperímetro visible para vericar lafuerza de magnetización que !a sido creada para la inspección.

• Equipo portátil y adaptable a muestras pequeñas o grandes.•

e requiere menor limpieza que en líquidos penetrantes.• e pueden detectar discontinuidades subsuperciales.• #as indicaciones se forman directamente en la supercie de la

muestra.• @o se requiere de lecturas electrónicas de calibración o

mantenimiento excesivo.• e obtienen me"ores resultados en la detección de

discontinuidades llenas de alg/n contaminante $como carbón,



escoria, etc.% y que no pueden ser detectadas en una inspecciónpor líquidos penetrantes.

Limitaciones#as limitaciones del mtodo de inspección por partículas magnticasson=

• Es aplicable solamente en materiales ferromagnticos.• e requiere un suministro de corriente elctrica.• @o se pueden detectar discontinuidades localizadas a grandes

profundidades.• #a detección de una discontinuidad depende de varios factores.• u aplicación en el campo es de mayor costo, ya que se necesita

suministro de energía elctrica.• #a rugosidad supercial puede distorsionar el campo.• e requiere de dos o más magnetizaciones.• Generalmente, es necesario desmagnetizar despus de la

inspección.• e pueden generar quemadas en la supercie, al aplicar la tcnica

de puntas de contacto.• *unque las indicaciones son fácilmente observables, la experiencia

para su interpretación y evaluación es necesaria.

• apas de pintura o de alg/n otro recubrimiento no magnticoafectan la sensibilidad del mtodo.

1.

Imantación

#os materiales ferromagnticos están constituidos por grupos de átomosen regiones microscópicas llamados D:ominios magnticos. Estosdominios en sí son pequeños imanes dentro de la pieza, tienen una

polaridad positiva y una negativa en sus extremos opuestos.i el material no está magnetizado, tales dominios están orientados alazar, normalmente paralelos con los e"es de los cristales del material, yla componente magntica es nula. uando el material es su"eto a uncampo magntico, los dominios se orientan o alinean paralelamente conel campo magntico externo, produciendo así un imán.



Dominios magnéticos en un Dominiosmagnéticos en un

2aterial sin 2agnetizar3 2aterialmagnetizado3

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on los dominios orientados, el material ferromagntico desarrolla unafuerza total que es igual a la suma de la fuerza de todos los dominios.Hsta fuerza total es conocida como 2u"o magntico. * su vez este esrepresentado por las líneas de fuerza magntica.

#as líneas de fuerza magntica describen y denen la dirección de un2u"o magntico, además, cuentan con una cantidad de propiedadesimportantes=

• Iienen una dirección denida, salen por el polo norte, entran por elpolo sur y contin/an así su camino a travs del imán, desde el polosur al polo norte.

• on continuas y siempre forman una curva o circuito cerrado.



• #as líneas de fuerza magntica, son individuales y "amás se cruzanni unen entre ellas.

• u densidad disminuye con el aumento de distancia desde lospolos.

• iguen caminos de menor resistencia magntica.• El espacio dentro y alrededor de un imán, en el cual act/an las

líneas de fuerza, se conoce como campo magntico.

Discontinuidades Super#ciales

uponiendo que un imán o un elemento ferromagntico tiene una grieta en lasupercie externa, creándose inmediatamente un polo norte y un polo sur enlos bordes de la discontinuidad. Hsta grieta interrumpe el 2u"o uniforme de las

líneas de fuerza dentro del imán, por lo que algunas de ellas se verán forzadasa salir del imán. #as líneas de fuerza que se ven forzadas a salir del imán, seconocen como fugas de 2u"o. El campo magntico creado por las fugas de 2u"oes llamado campo de fuga.

+or lo tanto, si se espolvorean partículas magnticas sobre el citado imán,stas serán atraídas por los polos creados por la grieta, produciendo unaindicación, por la concentración de partículas en la zona de la grieta. uandose detecta una discontinuidad abierta a la supercie, tal como una grieta, seforman indicaciones angostas y bien denidas.

5anura o discontinuidad en un elemento magnetizado3

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Discontinuidades Su9super#ciales

uando detectamos una discontinuidad subsupercial algunas de laslíneas de fuerza pasan por encima y por deba"o de ella. *lgunas otraspasan a travs de la grieta. uando se detecta una discontinuidadsubsupercial normalmente se forman indicaciones anc!as y difusas. El



tamaño y la intensidad de la indicación dependen de= la proximidad de ladiscontinuidad con la supercie, el tamaño y orientación de ladiscontinuidad, la intensidad y distribución del 2u"o magntico.

2agnetización por /ugo electromagnético

#os yugos son equipos portátiles en forma de D $!erradura%, los cuales,inducen un campo magntico longitudinal entre sus polos $piernas%, y sonusados para magnetización local. El campo magntico es generado en unsistema de bobina, localizada dentro del yugo, y transmitido a la pieza a travsde sus polos. En la magnetización con yugo no existe el riesgo de producirquemadas por arco, gracias a que se transmite a la pieza solamente el campomagntico, la corriente no entra a la pieza.

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&écnicas de ensayo )artículas 2agnéticas

13&;'<I'A DE 2A=<E&I>A'I?< '@<&I<A SE'A:#as partículas secas pierden casi toda su movilidad cuando entran encontacto con la supercie de la pieza. +or ello, es imperativo que lapieza o el área de inters se encuentren ba"o la in2uencia del campomagntico, mientras las partículas se encuentren en el aire y libres, para



que sean atraídas !acia las fugas de 2u"o. :ebido a lo anterior, lacorriente de magnetización debe empezar a 2uir antes de la aplicaciónde las partículas secas, debe mantenerse !asta despus que se !aterminado la aplicación de las partículas y que cualquier exceso departículas !a sido removido, y !asta realizar una inspección visual.

$3&;'<I'A DE 2A=<E&I>A'I?< '@<&I<A BC2EDA: Generalmente se aplica en la inspección de piezas en equiposestacionarios !orizontales. Fnvolucra el baño abundante de la pieza conpartículas, que termina antes de cortar la corriente de magnetización. #aduración del tiempo de magnetización es típicamente de ).' segundoscon dos o más disparos.

%32A=<E&I>A'I?< 5ESIDAL:#a inspección por el mtodo residual no es tan sensible como el mtodocontinuo. En esta tcnica, el medio de inspección se aplica despus quela corriente de magnetización !a sido interrumpida. e utiliza solamentesi la pieza inspeccionada tiene alta retentividad para que el magnetismoresidual sea tan fuerte como para atraer y mantener las partículas en loscampos de fuga. Iiene gran aplicación en la inspección de tubería oproductos tubulares.

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'onclusión

#os ensayos nos destructivos permiten conocer con anterioridad a queuna pieza falle, los posibles defectos e imperfecciones presentes. #aimportancia y gran venta"a de los ensayos no destructivos es que



permiten realizar las pruebas sin deteriorar ni maltratar la pieza yarro"ando información valiosa de su estado. :entro de la soldadura sepractican muc!o este tipo de pruebas, ya que permiten evaluar demanera muy precisa los acabados superciales y subBsuperciales yencontrar los defectos en el procedimiento. #os ensayos no destructivos

requieren personal calicado y con experiencia, pues no es posiblerealizar estas pruebas /nicamente teniendo disponibilidad de losequipos.

omo se pudo apreciar en este laboratorio, el mtodo de inspección porlíquidos penetrantes, es un mtodo fácil de realizar, pero a la vez muyeciente.

e establecieron los parámetros necesarios para realizar el ensayo nodestructivo de los líquidos penetrantes como la limpieza del metal,

aplicación del penetrante, remoción y aplicación de revelador gracias atodo este laboratorio fue posible detectar las imperfección.



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