eddy current 07
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Control No Destructivo para la inspección en línea utilizando corrientes “ EDDY “
Por: Dr. Rainer Sailer
Institut Dr. Förster In Laisen 70
Postfach 1564 D-7410 Rautlingen-ALEMANIA
Resumen Diferentes factores influencian los resultados de prueba obtenidos durante una inspección
para detectar defectos superficiales por Corrientes de EDDY en alambre, mayormente
aquellos que se relacionan al criterio de aceptación y especialmente en aplicaciones de
alambre en bobina a bobina. Este artículo describe el uso de la inspección por Corrientes
de EDDY para detectar defectos superficiales y evaluar en secciones de una longitud
variable. En la prueba por corrientes de EDDY se usa una bobina envolvente que rodea
completamente el producto creando las corrientes de EDDY en el material y recibiendo
su reacción, en seguida la señal es procesada con un canal diferencial o con un
diferencial y un absoluto, luego un filtro supresor de picos ajusta automáticamente la
señal, de manera que es recibida uniformemente y aún teniendo variaciones en velocidad
se obtiene una buena relación señal ruido. La evaluación de la señal es realizada con dos
umbrales de prueba, de tal forma que se pueden clasificar independientemente defectos
pequeños y defectos mayores. Las partes inspeccionadas son valoradas en base al
número de defectos ya sea pequeños o mayores, los límites de valoración son ajustados
para alambre y éste es dividido en secciones de una longitud variable, finalmente la
valoración puede ser realizada en base al número de defectos que presenta un rollo o en
base a la densidad de defectos pequeños y mayores.
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Introducción
El método de Prueba no Destructivo por Corrientes de EDDY en productos
semiterminados y terminados fabricados en material ferroso, austeniticos o materiales no
ferrosos ha sido utilizado por muchos años en México, en algunas compañías inclusive la
prueba sustituye a la prueba de fuga en algunas ocasiones. El campo de aplicación en
México es principalmente para la inspección de alambre, varillas y tubos con diferentes
aplicaciones como sigue:
• Inspección de alambre a alta temperatura, fabricado de materiales ferrosos y no
ferrosos.
• Inspección en líneas de acabado final o directamente sobre la línea de estirado,
extruido o rolado en rangos de velocidad hasta de 120 m/seg.
• Inspección en alambre de cobre con aplicaciones eléctricas.
• Barras y tubos de materiales ferrosos y no ferrosos.
Las diferentes marcas de equipos utilizados en México están equipados con canales
diferenciales que responden a cambios en la conductividad en el material bajo prueba, de
esta manera, discontinuidades como cavidades o fallas tipo hueco que están
transversales a la dirección de inspección y fallas longitudinales pequeñas pueden ser
detectadas con niveles altos de sensibilidad, en el caso de defectos longitudinales de gran
tamaño solo pueden tener señales de detección frontales y de cola. Algunos equipos
pueden tener la capacidad de usar canales absolutos para detección de fallas
longitudinales profundas. La mayoría de los equipos de Corrientes de EDDY que se usan
en México constan de lo siguiente:
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• Equipo de prueba
• Sistema de transmisión con bobina
• Cable para bobina
• Sistema de marcaje de discontinuidades
• Impresora para reportes de prueba
A continuación se muestra un ejemplo de todas las partes de un sistema convencional:
El principio físico de operación correspondiente a la prueba no destructiva por Corrientes
de EDDY para la detección de defectos superficiales en materiales de prueba
eléctricamente conductores, es como sigue. Para propósitos de introducción vale la pena
que sean repasados, la pieza de prueba es pasada a través de una bobina envolvente o
en una bobina tipo lápiz, figura No.1, en ambos casos fabricadas mediante una bobina de
excitación y varias bobinas receptoras.
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Figura No. 1 Bobina tipo lápiz y Bobina tipo Envolvente
La bobina de excitación genera un campo magnético alterno el cual a su vez genera un
voltaje inducido en la bobinas receptoras debido al acople inductivo. La amplitud y fase de
este voltaje recibido es determinado por el material y las Corrientes de EDDY generadas
en la bobina. El voltaje es rectificado, la fase controlada y mostrada en la pantalla del
equipo como podemos ver en la figura No.2.
Figura No. 2 Pantalla de instrumento de corrientes de eddy convencional
En caso de inspeccionar material que presente homogeneidad, es decir sin
discontinuidades, el voltaje resultante en las bobinas receptoras será cero, un voltaje no
igual a cero será producido por una grieta o por una discontinuidad en el material bajo
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prueba, además de la distorsión de la propagación de las Corrientes de EDDY en el
material. En la práctica los diferentes tipos de bobinas usadas como hemos dicho
envolventes y tipo lápiz que son utilizadas principalmente cuando un alto grado de
detección es necesario. La configuración básica en ambos tipos de bobinas se pueden
observar en la figura No. 3.
Figura No. 3 Arreglos de bobinas
Inspección
como en toda prueba no destructiva, la de corrientes de eddy requiere de patrones de
referencia que proporcionen información para determinar que es lo aceptable y que lo
rechazable al presentar los resultados de prueba, esta tarea es la parte inicial en cualquier
prueba no destructiva, la calibración por esta razón debe realizarse de la mejor forma
posible utilizando piezas del mismo material a inspeccionar con discontinuidades
artificiales, que en nuestro país la mayoría de las veces se fijan de forma arbitraria. Para
nuestro articulo hemos fijado una ranura del 10 % del diámetro del alambre a inspeccionar
y por supuesto del mismo material a checar, lo cual consideraremos nuestro patrón de
calibración y que podemos observar en la figura No. 4.
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Figura No. 4 Patrones de Referencia
una vez con nuestro patrón de calibración procedemos a realizar la prueba lo que en el
pasado representaba una gran cantidad de tiempo y que gracias a las nuevas tecnologías
solo requirió unos minutos. hago pasar nuestro patrón de calibración una vez por la
bobina de prueba fuera de línea de producción y ajusto en el equipo mediante la pantalla
con el plano de impedancia , calibramos el instrumento de tal forma que las fallas de
comparación son mostradas en la pantalla con una buena relación señal ruido y con una
amplitud adecuada , pero veamos en seguida como realizamos de manera simple la
calibración de la prueba en la figura No. 5 y cuando tenemos el plano de impedancia en el
equipo en condición congelada figura No. 6 .
Figura No. 5 Calibración de la Prueba Figura No. 6 Plano de Impedancia
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1.- apuntador
2.- señal producida por el patrón de referencia
3.- primer umbral de detección
4.- segundo umbral de detección
el equipo de inspección que estamos usando ofrece una opción atractiva para el ajuste de
los parámetros de amplificación y fase basándose en la señal congelada de la
discontinuidad de referencia con almacenador de impedancia sin tener que estar pasando
constantemente el patrón de referencia por la bobina como antes se hacia. el
procedimiento básico que hemos seguido para el ajuste interactivo es como sigue:
• seleccionamos y marcamos la señal de referencia en la ventana de impedancia
marcamos la posición de destino de la señal de referencia
• aceptamos la modificación de la señal y nos damos cuenta que el equipo de
inspección transfiere la diferencia entre la referencia y la posición de destino a los
parámetros de amplificación y fase, que muestran la señales almacenadas bajo los
ajustes cambiados.
• usamos el apuntador que ofrece el instrumento para marcar la señal de referencia y
una flecha de ajuste para marcar la posición de destino.
también como la ventana de impedancia esta abierta podemos observar que el apuntador
esta en una posición a 90° .para marcar la señal giramos el apuntador hacia la dirección
(ángulo de fase) de la señal de referencia . el instrumento considera la amplitud máxima
que corta el apuntador como el punto de referencia. cuando seleccionamos el punto de
referencia el siguiente paso es determinar la variación de la amplificación y la fase desde
el punto de referencia y la posición de destino. la ventaja que hemos encontrado
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utilizando el almacenador de impedancia es que el patrón de referencia no necesita ser
pasado a través de la bobina de prueba, muchas veces como en el caso de los
instrumentos convencionales una sola pasada para almacenar la señal producida por la
pieza de referencia es suficiente y lo mas importante ajustando correctamente la
velocidad al hacer la calibración fuera de línea, el equipo utilizado compensa la
amplificación y filtraje automáticamente.
Una vez calibrado el equipo comenzamos la inspección en línea de producción, el equipo
que estamos utilizando nos muestra en su pantalla diferente información de la inspección
que podemos observar en la figura No. 7. Para efectos de este trabajo solo estamos
utilizando un canal diferencial ,pero que puede ser de canal diferencial y un absoluto , en
esta pantalla encontramos cuatro áreas de trabajo como sigue:
1.- área de eventos
2.- área de la señal de inspección
3.- área de parámetros de inspección
4.- área de resultados
Figura No. 7 Pantalla del instrumento
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Evaluación de la señal
la evaluación de la señal la hemos realizado en etapas, recordemos las discontinuidades
que utilizamos como referencia en la figura 4, las fallas individuales son subdivididas en
fallas clase F1 y clase F2 ,que llamaremos defectos menores y defectos mayores, estos
son determinados usando los dos umbrales de detección los cuales hemos ajustado de
forma independiente. el resto de nuestro proceso de evaluación lo hacemos con
secciones de longitud ajustable basándonos en la “densidad de la falla” que es el
cociente de la longitud de la falla por sección y la longitud de la sección . esta evaluación
es particularmente adecuada para aplicaciones en las cuales son anticipadas
proporciones altas de fallas, por ejemplo; cuando esperamos detectar un incremento de
rugosidad superficial como defecto menor debido a las fluctuaciones relacionadas con las
condiciones de producción que en México a veces es importante considerar. en contraste,
la evaluación basándose en el numero de fallas nos damos cuenta que es adecuada para
aplicaciones en las cuales se anticipa una producción relativamente baja de fallas. la
figura No. 8 muestra los dos métodos de evaluación que hemos mencionado de una
forma grafica.
Figura No. 8ª Pieza en evaluación en base Figura No. 8b La sección de la pieza de prueba
Al numero de defectos. Un defecto mayor es dividida en unidades de evaluación menor .
Y un defecto menor 3 de 10 unidades de evaluación son defectos.
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El reporte de los resultados de prueba que obtuvimos los podemos observar en la figura
No. 9 donde se representan los dos métodos de evaluación y podemos observar
directamente en la pantalla del equipo.
Figura No. 9 Pantalla de Resultados
El resultado en el campo izquierdo es el método continuo con el numero de defectos
menores F1 y defectos mayores F2. En la derecha en el método para alambre con
densidad de defectos Q0,Q1 y Q2 que en nuestro caso es igual a la calidad de clases.
Conclusiones como todas las pruebas no destructivas, la de corrientes de eddy ofrece a la industria
mexicana un amplio campo de aplicación y innumerables ventajas que principalmente se
reflejan un una mejora sustancial de la calidad y reducción en las reclamaciones por parte
de nuestros clientes , en México todavía existen compañías que se muestran renuentes a
incorporar sistemas de inspección por corrientes de eddy , algunos argumentan el costo
de los equipos y la dificultad aparente de la prueba para tener personal calificado , sin
embargo con los cada vez mayores requerimientos de calidad y los buenos resultados
que ofrece la inspección en producción quizá en un futuro no lejano en México la
inspección por corrientes de eddy y en general las pruebas no destructivas tendrán una
mayor aceptación por parte de la industria .