6 Liquidos penetrantes PDF

Title 6 Liquidos penetrantes
Author Rafael Nazareno Rivadeneira
Course Mediciones y Ensayos
Institution Universidad Tecnológica Nacional
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ensayo no destructivo...


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UTN FRGP

MEDICIONES Y ENSAYOS

UNIVERSIDAD TECNOLÓGICA NACIONAL Facultad Regional Gral. Pacheco

MEDICIONES Y ENSAYOS Departamento de Mecánica MODULO 6

TEMA:

LIQUIDOS PENETRANTES (TINTAS PENETRANTES)

Aplicación:

Complemento teórico

2009

Ing. J. C. Fushimi

Profesor

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1.- INTRODUCCIÓN MÉTODO BASADO EN EL TRANSPORTE DE LA MATERIA. Es una extensión de la inspección visual y desarrollado especialmente para reemplazar el antiguo método conocido como "método del petróleo y la cal" utilizado en los ferrocarriles (mezcla de aceite 25% y Kerosene 75% en caliente). 2.- FUNDAMENTOS "Un líquido penetra por CAPILARIDAD en las discontinuidades, eliminado los excedentes de la superficie, la porción remanente en las falla EXUDA y puede ser observado”. Solo detecta discontinuidades abiertas que afloran a la superficie en sólidos no porosos. 3.- APLICACIONES Metales en general, principalmente no magnéticos (Aluminio, Magnesio, Inoxidables, Bronce, Cobre, etc); también cerámicas, vidrios y plásticos. Las indicaciones de las discontinuidades pueden ser encontradas sin importar el tipo, configuración, estructura interna, composición química ni orientación del defecto. Es un método simple, no involucra un sistema electrónico y es el más económico de los END. 4.- LIMITACIONES Únicamente para imperfecciones abiertas a la superficie; su efectividad está muy condicionada a la rugosidad de la pieza a ensayar. NO APTO PARA MATERIALES POROSOS; las superficies extremadamente rugosas o porosas producen falsas indicaciones. Respecto a los otros métodos es muy difícil establecer la normalización sobre piezas específicas 5.- ETAPAS BÁSICAS DEL ENSAYO 1. Limpieza y preparación previa de la superficie por acción: a) Mecánica (tamboreado, granallado, cepillado, arenado, agua a presión, ultrasonido). En los dos primeros se aconseja su uso en materiales duros, para evitar aplastar los bordes de los defectos (ver norma IRAM-CNEA Y500-1001). b) Química (solventes, baños alcalinos, baños ácidos, baños de sales fundidas). 2. Penetración por inmersión, extensión (con brochas) y aspersión (aerosoles u otros) Penetrantes coloreados o fluorescentes; penetrantes autoemusionables. 3. Eliminación o remoción del exceso del líquido penetrante con trapos, disolventes especiales o agua. 4. Revelado por vía húmeda o vía seca. 5. Observación con luz natural (coloreados) o radiación fluorescentes de Wood (luz negra). Este proceso básico, en la versión de penetrantes coloreados aplicados por aspersión es de amplia difusión y además la única viable en inspección o montaje, en trabajos sobre el terreno, donde no se dispone de instalaciones fijas. Página M6-2

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Cuando el proceso operativo lo permite, especialmente en para instalaciones de control masivo (100%), las etapas anteriores son ampliadas a 7, con la introducción de penetrantes fluorescentes postemusionables que mejora notablemente la visibilidad.

Este método END requiere operadores cuidadosos en la aplicación de la técnica, que si bien son simples no pueden descuidar los siguientes principios elementales: I. II. III.

El líquido penetrante debe entrar en el defecto. Es por ello que el mismo debe estar limpio, libre de materias contaminantes y obstrúyete, como asimismo libre de agua u otros solventes. Cuanta menor sea la abertura del defecto, mayor será el tiempo necesario para la penetración. Fisuras muy finas requerirán mucho más tiempo para la penetración que poros o huecos abiertos a la superficie. En todo proceso de examen con líquidos penetrantes debe existir una perfecta compatibilidad entre el líquido removedor, el líquido penetrante y el revelador. Página M6-3

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No se recomienda mezclar productos que correspondan a distiintos procesos o diferentes fabricantes, salvo que se pueda p demostrar sus perfectas compatibilidades. Es esencial y si es posible que las partes sean enérgicamente se cadas, con el fin de que no quede agua ni solvente re etenido en los defectos, ya que aquello os impedirían la entrada del penetrante. El secado se puede realiza a r calentando con lámparas infrarrojas, estufas e o, simplemente, con aire caliente. Flujograma del proceso:

Estos procesos son capace es de detectar fisuras cuyo espesor están n en el orden 0,2 a 0,5 μm. Página M6-4

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6.- NATURALEZA Y PROPIEDADES DE LOS LÍQUIDOS PENETRANTES - Penetrar fácilmente en discontinuidades finas. - No evaporar o secar rápidamente; formar una película fina y uniforme. - Fácil remoción o limpieza. - La limpieza no debe eliminar el líquido retenido en las discontinuidades. - Emerger rápidamente con el revelador. - Excelente contraste con el fondo. - Conservar la fluorescencia o el color cierto tiempo. - Químicamente inerte, no debe atacar el material de ensayo. - Sin olor intenso ni desagradable. - No inflamable. - Estable. - No tóxico. - Económico; como no es posible lograr todo en una sola sustancia se mezclan varios. 7.- LIQUIDOS PENETRANTES - PRINCIPIO FÍSICO El fundamento científico del método reside en la capacidad que poseen ciertos líquidos de "mojar" un sólido, la facilidad de formar una capa uniforme y continua; de migrar dentro de las cavidades, fisuras, grietas, poros o aberturas abiertas a la superficie y de ser retenidos en ellas. Las cavidades de interés usualmente son excesivamente pequeñas y prácticamente invisibles al ojo. No es aplicable a cavidades pasantes La capacidad del líquido de fluir sobre las superficies y penetrar dentro de las aberturas depende principalmente de los siguientes factores: 1) 2) 3) 4) 5) 6)

Limpieza de la superficie. Configuración de la cavidad. Tipo de cavidad. Tensión superficial del líquido Capacidad del líquido de mojar la superficie (mojabilidad o poder humectante) Viscosidad del líquido.

7.1.- Tensión superficial y Poder Humectante Son dos propiedades que determinan la en esencia la facultad de penetración. Tensión superficial: es inherente del líquido; son las fuerzas cohesivas entre las moléculas de un líquido. Poder Humectante (Mojabilidad): depende de la interacción entre líquido y la superficie. Cuando el líquido entra en contacto con la superficie de un sólido, la fuerza cohesiva responsable de la tensión superficial compite con la fuerza de adhesión entre las moléculas del líquido y las del sólido.

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La unión de esas fuerzas determina el ángulo de contacto ( θ) entre el líquido y la superficie del sólido. Por lo tanto, un líquido moja la superficie cuando θ < 90°, por lo tanto: σ s < σsl +T cos θ

(a) Θ90° mala mojabilidad

La mojabilidad es una de las propiedades fundamentales en el comportamiento de los líquidos penetrantes. 7.2.- Capilaridad En la observación del fenómeno de la capilaridad queda establecida la relación entre el ángulo de mojado ( θ), la tensión superficial (T) y la viscosidad (μ). Si el líquido moja las paredes del tubo capilar de radio (r), el mismo, ascenderá dentro del tubo hasta cierta nivel (h) de equilibrio entre la resultante de fuerza gravitatoria (Fd) de viscosidad (Fu). La ecuación que define la altura (h) alcanzada por el líquido al cabo de tiempo (t), se la conoce como ley de Rideal. h 2 = (r. t. T cos θ)/ 2 μ Esta ecuación indicaría; para que un líquido tenga un buen poder de penetración, debe poseer una elevada tensión superficial, bajo ángulo de contacto y baja viscosidad. 7.3.- Otras Propiedades físico- químicas de los líquidos penetrantes a. Volatilidad b. Inercia química c. Toxicidad, olor e irritación de la piel Volatilidad: debe ser pequeña para garantizar la estabilidad del estado líquido una vez extendido sobre la superficie. Para ello su presión vapor debe ser baja, el punto de ebullición alta y por seguridad, el punto de inflamación lo más alto posible. Inercia química: debe ser inerte y no corrosivo. Página M6-6

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Los líquidos base hidrocarburos no presentan problemas con los metales (pero si en gomas y plásticos). Los lavables en agua, por la presencia de los emulsifidores alcalinos, pueden atacan la superficie de las piezas. El contenido de azufre debe ser menor que el 1% porque puede producir corrosión intergranular en aleaciones de níquel. Los halógenos se toleran un 0,5% máximo por la tendencia a atacar a los aceros auteníticos, aleaciones de níquel y titanio, su efecto más nocivo es la inducción de corrosión bajo tensiones. Toxicidad, olor e irritación de la piel: ninguno de los materiales usados, ni sus combinaciones, deben resultar peligrosos para la salud. Es uno de los factores primarios a tener en cuenta y en esta consideración se incluyen los demás productos químicos (removedor y revelador) 7.4.- Tipos de Líquidos penetrantes La norma IRAM CNEA Y 500-1001 aplica la siguiente clasificación: • Tipo A (líquido fluorescentes) • Tipo B (líquido coloreados En ambos casos como: 1. Lavable con agua 2. Postemulsificable 3. Removibles con disolventes Los lavables directamente con agua también se los conocen como líquidos penetrantes autoemusionables. Los postemulsificables no llevan el emulsificador y por ende requieren su incorporación como una etapa adicional. Ambos líquidos son generalmente del tipo A (fluorescentes) y para la observación se realiza con radiación de Wood. Los líquidos penetrantes coloreados consisten en disoluciones de pigmentos coloreados (rojo o negro) en disolventes apropiados y no necesitan de luz especial. 8.- REVELADORES 8.1.- Propiedades de los reveladores: "Pone de manifiesto las discontinuidades, aumentando la sensibilidad" 1) 2) 3) 4) 5) 6) 7)

Máximo poder secante o absorbente. Mínimo tamaño para una buena definición del contorno (Falla). Buen poder cubritivo. Buen fondo que contraste con la falla. Fácilmente aplicables en espesores uniformes. Fácilmente eliminables. No tóxicos.

8.2.- Criterio de selección: I) Revelador seco: generalmente polvo fino de sílice amorfa (pero pueden ser de yeso o talco). Deben ser ligeros, esponjosos y de buena adhesión. No higroscópico y con poca tendencia a flotar en el aire. Página M6-7

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Para superficies de acabado rugoso. Apto para lugares con entallas agudas II) Revelador húmedo: polvo fino en suspensión acuosa o no acuosa. Debe tener una adecuada concentración y preparado a la temperatura de trabajo (sin excesiva evaporación y lejos del punto de congelamiento). Para superficies de acabado fino. Aptos para procesos automáticos 8.3.- Aplicación del revelador Los reveladores secos se pueden aplicar por distintos métodos: pulverización, inmersión, espolvoreado manual, aerografías o cámara de nubes. Los reveladores húmedos son aspersión y antes de su aplicación debe ser agitado. Es el que da la más alta sensibilidad; pero suele ser difícil un buen resultado de piezas reensayada. 9.- TIEMPOS involucrados durante el ensayo 9.1.- Tiempo de penetración Depende del líquido penetrante, material de ensayo (pieza), tipo de fallas y temperatura. A modo orientativo se puede consultar tablas (ver guía Trabajo Practico) y en muchos casos los fabricantes recomiendan tiempos típicos. Estos son muy variables; pero en general entre 5 a 30 minutos. 9.2.- Tiempo de eliminación del penetrante La remoción del penetrante es también una etapa del proceso fundamental para asegurar la sensibilidad del método. Es imperativo que la mayor parte del líquido quede retenido en el defecto, solo sea extraído por el revelador y no por esta operación-. Este tiempo es la que demanda la operación en sí. En los casos de penetrantes removibles con disolventes (coloreados o fluorescentes), la remoción se hace con un trapo limpio ligeramente embebido con removedor. Los líquidos autoemulsificables y postemulsificables se elimina el excedente con una aspersión suave o inmersión con agua. Preferentemente la primera. En los líquidos postemulsificables se debe asegurar la etapa de emulsificación cuyo tiempo se estima entre 10” a 5’. Cuando se trata de superficies muy pulidas, se recomienda utilizar solamente trapos limpios. 9.3.- Tiempo de revelado Los tiempos son también muy variable; pero podemos estimar como mínimo entre 30” y 1’. Antes que el tiempo en sí, lo más importante es lograr una capa de revelador fina y uniforme. 10.- FUENTE DE ILUMINACIÓN Líquidos Penetrantes coloreados: luz blanca natural o artificial de 500 lux Página M6-8

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Líquidos Penetrantes fluorescentes: requiere equipamiento adicional con lámparas de radiación de Wood ( λ = 365 nm pico), un recinto de poca iluminación y 800 μW/cm2 sobre la superficie a inspeccionar. Tomar recaudos a pesar que los fabricantes garanticen que la radiación emitida no compromete a la salud por actividad bioquímica de la esta luz (no debería ser UV). Este tipo de emisión también se lo conoce como “luz negra”. 11.- VENTAJAS Y LIMITACIONES VENTAJAS

LIMITACIONES

CONSIDERACIONES GENERALES Los ensayos son rápidos, fácil de aplicar y económicos. No detectan discontinuidades que no afloren a la superficie. La superficie debe estar limpia y seca antes de la aplicación del Son muy sensibles a las fisuras finas superficiales. líquido penetrante (la contaminación afecta los resultados). Pueden ser aplicadas sobre superficies de formas complejas. Solo debe ser usado sobre objetos que se encuentren cerca de la Gran economía de tiempo en el proceso. temperatura ambiente. Las fisuras muy pequeñas pueden ser observadas con ayudas Es dificultoso eliminar totalmente el penetrante luego del ensayo. El ensayo con líquidos penetrantes puede interferir con los de aumentos ópticos (lupas). siguientes ensayos. PENETRANTE FLUORESCENTE AUTOEMULSIONABLE La fluorescencia le proporciona una muy buena visibilidad. Se puede lavar directamente con agua. Se puede utilizar en superficies rugosas. Gran economía de tiempo en el proceso. Bueno para una amplia gama de discontinuidades

El lavado excesivo puede disminuir la sensibilidad. El anodizado puede afectar su sensibilidad. El cromado puede afectar su sensibilidad. No es adecuado para discontinuidades de poca profundidad. Precisa de cámara oscura, dotada de luz negra, para la observación

PENETRANTE FLUORESCENTE AUTOEMULSIONABLE La fluorescencia le proporciona una muy buena visibilidad. No es lavable directamente con agua. La aplicación del emulsificador alarga el tiempo del ensayo. Tiene alta sensibilidad para discontinuidades pequeñas. Puede detectar discontinuidades abiertas y de poca Precisa de cámara oscura, dotada de luz negra, para la profundidad. observación. Tiempo de penetración corto. Difícil de aplicar en productos rugosos. Puede utilizarse en piezas cromadas o anodizadas A veces se hace difícil el lavado en zonas inaccesibles. Suele ser inflamable PENETRANTE COLOREADO Suele ser inflamable. Las indicaciones son menos visibles que las obtenidas con No es necesaria luz negra para su observación. Puede emplearse en piezas en las que no esté permitido el uso penetrantes fluorescentes. Difícil de aplicar en piezas rugosas, tales como piezas de agua para su lavado. moldeadas en arena Puede utilizarse sobre piezas anodizadas. Se puede emplear en equipos portátiles.

Es muy sensible para pequeñas discontinuidades

12.- OBSERVACIÓN Y EVALUACIÓN DE LAS INDICACIONES La observación de las indicaciones debe iniciarse inmediatamente después del secado del revelador, y debe repetirse, por lo menos una vez, después de transcurridos 10 minutos, aproximadamente. Página M6-9

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Para el caso de líquidos penetrantes coloreados, las indicaciones se verán generalmente de un rojo intenso, que contrasta con el fondo blanco producido por la capa del revelador. La intensidad del color y la velocidad con que se extiende, está relacionada con la profundidad del defecto. Es decir que, inicialmente, aparecerán las indicaciones de las fisuras, y el posterior ensanchamiento en determinadas zonas, será una medida de la profundidad de las fisuras; o sea, que el penetrante se extenderá sobre la superficie.

Forma de LP en la superficie luego eliminar el excedente

Migración del LP en el revelador luego de un tiempo

Fisuras muy estrechas o parcialmente cerradas mostrarán una línea de trazos. Poros muy finos serán indicados por puntos distribuidos al azar, o agrupados en áreas localizadas. Astillas adheridas aparecerán' como indicaciones difusas que, observadas con aumento, mostrarán que el color proviene del colorante atrapado debajo de las mismas. Para el caso de líquidos penetrantes fluorescentes, las indicaciones son de color amarillo verdoso y el contraste del revelador no juega ningún rol. La visibilidad es notablemente superior a los penetrantes coloreados.

Tornillos con fisuras Pistón con fisuras (aleación de aluminio)

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Rótula con fisuras (Inox. forjado)

Capacitores fisurados

Las indicaciones observadas deben ser convenientemente registradas. El manoseo, la migración del líquido en el revelador y la imposibilidad de reproducirlas en los siguientes ensayos, hacen de la fotografía una práctica muy necesaria. 13.- INDICACIONES FALSAS  Lavado defectuoso o eliminación incompleta del exceso de penetrante.  Manipulación descuidada (contacto de dedos, útiles contaminados, etc)  Geometría y construcción de las piezas (montaje de partes con interferencia) 14.- CRITERIOS DE ACEPTACIÓN En toda evaluación unos de los factores a tener el cuenta es la clásica pregunta ¿la indicación detectada es aceptable o no? En este caso y si existe, siempre es mandatorio la norma de aplicación. Caso contrario se recomienda fijar para cada pieza un standard de aceptación avalada como mínimo, internamente por Ingeniería de producto o en el mejor de los casos por el cliente. Esta especificación debe contener gráficamente la ubicación, el tamaño y la cantidad máxima admisible. 15.- EVALUACIÓN DE LOS LÍQUIDOS PENETRANTES La optimización de un examen con líquidas penetrantes no sólo depende del cuidado con que sean aplicadas las distintas etapas del proceso descrito anteriormente, sino también de la aptitud y performance del sistema de penetrante utilizado. En consecuencia, es necesaria efectuar algún tipo de evaluación que nos permita obtener resultados respecto a su comportamiento y de su capacidad de detección de defectos o sensibilidad dimensional. Para ello partimos de la base que los fabricante mantienen bajo control las propiedades (físicas, químicas y físico-químicas) de los materiales que procesan en la fabricación. 15.1.- Sensibilidad dimensional La sensibilidad de detección de defectos es una función de las propiedades de los materiales que lo conforman, de su comportamiento en las distintas etapas del proceso, y de las Página M6-11

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condiciones de observación de las indicaciones. En la práctica resulta difícil el diseño de un ensayo que satisfaga dicha condición, especialmente por las dificultades en preparar patrones de defectos que reproduzcan las condiciones reales. Sin embargo existen bloques patrones con fisuras preestablecidos en forma controlada, de ancho y profundidad conocidas. Como referencia podemos citar algunos de los métodos: • • • •

Por impresión electrográfica. Por enfriamiento brusco Por flexión Por impronta de dureza

Los materiales de los bloques son: aluminio 2024, aceros inoxidables con cromado duro, bloques cerámicos entre otros. 15.2.- Control de brillo El control de brillo de los líquidos penetrantes fluorescentes se efectúa por fotometría y en probetas acondicionadas especialmente. 16.- ANEXOS -

Tabla de ca...


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