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Laboratorio de Ensayos No Destructivos Escuela de Ingeniería Metalúrgica y Ciencia de Materiales Procedimiento para Inspección Visual

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1. OBJETIVO DE LA PRÁCTICA Inspeccionar, interpretar y evaluar efectivamente discontinuidades superficiales en materiales metálicos a partir de la técnica de inspección visual. 2. ALCANCE Este procedimiento es aplicable a todos los ensayos de inspección visual para la evaluación superficial de materiales que se realicen en el laboratorio de Ensayos No Destructivos (END), ya sea para la determinación de discontinuidades superficiales o como técnica complementaria en la evaluación de materiales por otras técnicas de END. 3. DEFINICIONES Las siguientes definiciones están basadas en la Norma ASTM E1316 – 18: Standard Terminology for Nondestructive Examinations y en libro Nondestructive Testing Handbook, Volume 9: Visual Testing. 

Ensayos No Destructivos: Desarrollo y aplicación de métodos técnicos para examinar materiales o componentes de tal forma que no se perjudique su utilidad futura ni su capacidad de servicio para detectar, ubicar, medir y evaluar discontinuidades; para evaluar la integridad, las propiedades y la composición; y para medir las características geométricas.

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Inspección Visual: Es la observación de un objeto de prueba, ya sea directamente con los ojos o indirectamente utilizando instrumentos ópticos, por un inspector para evaluar la presencia de anomalías superficiales y la conformidad del objeto con las especificaciones. La inspección visual debe ser el primer método de END aplicado a un elemento que está sometido a evaluación.

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Pre-limpieza: Eliminación de contaminantes superficiales de la muestra que puedan interferir en el ensayo.

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Intensidad luminosa: Cantidad de flujo luminoso que emite una fuente por unidad de ángulo sólido. Su unidad de medida en el Sistema Internacional de Unidades es la candela (cd).

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Candela: Una candela es la intensidad luminosa en la dirección perpendicular de una superficie de 1/600000 m2 de un radiador de cuerpo negro a la temperatura de solidificación del platino puro bajo una presión de 1x105 Pa. Una candela produce 1 lumen de flujo luminoso por estereorradián de ángulo sólido medido desde la fuente.

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Luminancia: Es la relación entre la intensidad luminosa de una superficie en una dirección dada y el área proyectada, es medida en candela por metro cuadrado.

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Lumen: Es la cantidad de flujo luminoso emitido dentro de un estereorradián por una fuente puntual que tiene una intensidad luminosa espacialmente uniforme de una candela. El Lumen es la unidad de flujo luminoso en el Sistema Internacional de Unidades.

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Iluminancia: Densidad del flujo luminoso en una superficie por unidad de área. Medido en el Sistema Internacional de Unidades por Lux (lx).

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Lux: Es equivalente a la luz recibida por una superficie de un metro cuadrado, uniformemente distribuida, emitida por un foco que tiene un flujo luminoso de un Lumen.

Nota: En los Estados Unidos, se usa a menudo el término non SI de pies-candelas al referirse a iluminancia. El término “pies -candelas” significa “la iluminancia sobre una superficie por una fuente de candela a un pie de distancia”. Un pie-candela equivale a un lumen por pie-cuadrado que es aproximadamente 10.764 lux. 4. CONSIDERACIONES TEÓRICAS DEL ENSAYO DE INSPECCIÓN VISUAL Se considera que la inspección visual es directa cuando el inspector tiene acceso directo a la superficie de la muestra evaluada. En este tipo de ensayo la inspección se hace a una distancia corta del objeto, aprovechando al máximo la capacidad visual natural del inspector. Se usan lentes de aumento, microscopios, lámparas o linternas, y con frecuencia se emplean instrumentos de medición como calibradores, pies de rey, micrómetros, reglas y galgas. La inspección visual remota se utiliza en aquellos casos en que no se tiene acceso directo a los componentes a inspeccionar, o en aquellos componentes en los cuales, por su diseño, es muy difícil tener acceso a sus cavidades internas. Para la inspección visual remota es requerido el empleo de instrumentos tales como endoscopios rígidos (boroscopios), endoscopios flexibles, videoscopios y fibroscopios con los cuales se puede llegar a la mayoría de las cavidades internas y lugares inaccesibles para el inspector. A continuación, se definirán los aspectos fundamentales para asegurar que la inspección visual sea realizada de forma adecuada y que los resultados sean confiables, sin embargo, es importante anotar que en cualquier caso deben tenerse en cuenta las consideraciones de Normas y Códigos específicos según sea requerido. 

Actitud del Inspector: La evaluación visual de superficies requiere que el inspector aplique su experiencia y conocimiento de forma imparcial, de tal manera que las observaciones realizadas no sean afectadas por su percepción. La inspección debe ser realizada de manera detallada y más de una observación es necesaria para asegurar una correcta ejecución del ensayo.

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Ángulo de Visión: El ángulo de visión cambia la cantidad y calidad de la luz que llega a la retina e incluso puede modificar las proporciones de color y contraste, alterando la profundidad. El inspector deberá, en todos los casos, intentar observar el área de interés en el eje central del ojo; la posición del ojo en relación al objeto observado afecta tanto el tamaño aparente como la localización relativa, como puede verse en la figura 1. Para la inspección visual, el ángulo de visión deberá ser perpendicular al objeto observado siempre que sea posible y no deberá ser menor que 30°. La distancia recomendada entre el ojo y el objeto es entre 150 y 600 mm, como puede verse en la figura 2.

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Figura 1. Efecto de la posición del ojo sobre el tamaño y localización relativa del objeto observado Fuente:

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Figura 2. Rango del ángulo de visión Fuente: El mismo principio debe emplearse para objetos observados usando accesorios tales como espejos o boroscopios. En cualquier caso, el campo de visión debe mantenerse lo más similar al recomendado para la inspección directa. 

Espejos: Son elementos de uso simple que hacen posible la inspección en tuberías y dentro o detrás de objetos que obstruyen la vista del inspector. Los espejos para inspección visual tienen mangos telescópicos que permiten casi duplicar la longitud del mango. La mayoría tiene una junta esférica doble entre el espejo y el mango que permite que el espejo gire hacia cualquier ángulo conveniente. Cuando se usen espejos deben asegurarse las condiciones de iluminación adecuadas como será explicado más adelante. Durante la inspección en condiciones de industriales los espejos pueden rayarse y deberán ser substituidos para asegurar la eficiencia de la inspección. El uso de espejos está prohibido en algunas aplicaciones como la industria aeroespacial y nuclear. La interpretación de las imágenes obtenidas a través de espejos debe realizarse con precaución y teniendo en cuenta las características propias de los espejos utilizados, recordando que, espejos curvos pueden distorsionar la forma y el tamaño aparente del objeto (espejos cóncavos hacen ver el objeto menor o más distante mientras que los convexos hacen ver los objetos mayores y más cerca del observador). La distancia de inspección es igual a la distancia entre la superficie evaluada y el espejo más la distancia del espejo al ojo del inspector. Debe tenerse en cuenta que la imagen reflejada por un espejo es inversa, de tal modo, que lo que está a la derecha aparece a la izquierda y viceversa, esto debe considerarse en el análisis de las fotografías y descripciones e incluirse en la documentación de la inspección.

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Iluminación: El objetivo de la iluminación en el ensayo de inspección visual es proporcionar un contraste adecuado para revelar discontinuidades u objetos relevantes sobre la superficie. La iluminación puede ser natural o artificial. El contraste de luminancia es la diferencia de la intensidad de la luz reflejada entre la discontinuidad y su fondo. El valor de contraste es constante para cualquier valor de luminancia, pero al igual que la reflexión, varía con la posición del observador y el objeto. La probabilidad de detección aumenta a medida que aumenta el valor de contraste relativo. La iluminancia es un factor muy importante en el ensayo de inspección visual, en la tabla 1 se encuentran los valores recomendados por la Sociedad de Ingeniería de Iluminación para este ensayo. Tabla 1. Valores recomendados de iluminancia para la inspección visual Descripción de la actividad Iluminancia (lx) Inspección visual ocasional 100-200 Superficies con alto contraste o gran tamaño 200-500 Superficies con contraste medio o pequeñas 500-1000 Superficies con bajo contraste o muy 1000-2000 pequeñas

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Lupas: En el ensayo de inspección visual es común el uso de lupas, ya sean comunes, de joyería o flexo lupas, con aumentos que pueden variar entre 1.5x y 10x. En lupas de bajo costo, la distorsión causada por el uso de lentes altamente refractivas se controla disminuyendo el diámetro de la lente, esta disminución reduce el campo de visión. En lupas entre 7x y 10x es común el uso de más de un lente, de tal modo que se designan como dobles o triples en función de la cantidad de lentes usados. La distancia de la lente al objeto se ajusta hasta que el objeto se encuentre en la profundidad de campo de la lente y esté enfocado. La profundidad de campo es la distancia a la que una lupa se puede mover hacia o desde el objeto manteniéndolo enfocado; la profundidad de campo disminuye a medida que aumenta el poder de magnificación de la lupa. Para una lupa simple, la distancia que hay entre el centro óptico de la lente y el foco (denominada distancia focal) puede considerarse igual a la distancia de trabajo del inspector. La relación entre la magnificación y la distancia focal está dada por la ecuación 1: 𝑀= 𝑀=

250 𝑓𝑚𝑚

10

1

𝑓𝑝𝑢𝑙𝑔𝑎𝑑𝑎𝑠

Con 𝑓: 𝑑𝑖𝑠𝑡𝑎𝑛𝑐𝑖𝑎 𝑓𝑜𝑐𝑎𝑙 El campo de visión es el área vista a través de la lupa. En una lupa simple el diámetro del campo de visión es menor que la distancia focal, la selección adecuada del campo de visión es muy importante. Por ejemplo, si el objeto es muy grande tomaría mucho tiempo evaluarlo con una lupa 20x que tiene un campo de visión en torno de 10 mm, en este caso, el procedimiento adecuado sería primero usar una lupa de menores aumentos para evidenciar los lugares de interés y marcarlos para inspeccionarlos posteriormente con una lupa de mayores aumentos.

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Medición dimensional: El inspector visual muchas veces se ve en la necesidad de realizar verificaciones dimensionales buscando atender a varios propósitos como pueden ser: En la inspección de recibimiento debe verificarse que los componentes recibidos corresponden a las especificaciones de la orden de compra. En los procesos de ensamble, el inspector visual debe confirmar que las piezas correctas están siendo utilizadas en el montaje. En el mecanizado, el inspector visual debe confirmar que la operación está siendo realizada en concordancia con la especificación. En el proceso de finalización, el inspector visual debe verificar que la superficie tiene el tratamiento especificado. En ensayos no destructivos, el inspector debe describir una indicación visual encontrada. Los elementos de medición incluyen: calibradores, reglas, micrómetros, indicadores de profundidad, etc. Los micrómetros permiten la mayor precisión en la medida de dimensiones lineales. Los calibradores se usan para medir longitud, ancho, altura, diámetro y profundidad y pueden ser directos e indirectos. En estos últimos la dimensión se transfiere a una regla metálica, la precisión de este tipo de calibradores es de 0,04 mm (0,016 pulg) aproximadamente. En la figura 3 se observan calibradores de varios tipos:

Figura 3. Tipos de calibradores. a) calibrador indirecto para medir diámetros externos, b) calibrador indirecto para medir diámetros internos, c) calibrador directo Fuente: 

Medición dimensional en soldaduras: Una de las herramientas más comunes en la inspección visual de soldaduras son las galgas. Las galgas son básicamente comparadores, de tal forma que el tamaño aceptable está grabado en el calibrador y éste tiene arcos cortados que dejan espacio para el cordón de soldadura. En la inspección de soldaduras a filete, la galga se coloca en escuadra contra los componentes de la soldadura y el cordón se compara con el estándar del calibrador, como se puede ver en la figura 4. Este tipo de calibrador ofrece un medio rápido y preciso de medir soldaduras a filete cóncavas y convexas de 3 mm a 25 mm.

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Figura 4. Galgas para verificación de soldaduras a filete. a) soldadura cóncava, b) soldadura convexa. Fuente: En el control de calidad de los cordones de soldadura, el tamaño o pierna, la garganta, convexidad, y concavidad, se inspeccionan mediante el uso de diferentes tipos de galgas, en la figura 5 se muestra el uso de medidores de soldadura para cada caso.

Figura 5. Galgas para medición de dimensiones de soldaduras a filete. a) longitud de la pierna, b) convexidad del filete, c) concavidad del filete, d) altura del cordón. Fuente: El medidor de soldadura desarrollado por el Instituto de Soldadura de la Universidad de Cambridge, también conocido como galga de Cambridge permite medir con facilidad ángulos de junta y desalineamientos, así como, el tamaño y la profundidad del cordón de soldadura. En la figura 6 se presenta diversas mediciones usando este tipo de galgas.

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Figura 6. Galgas de Cambrigde. a) ángulo de preparación de la junta (0-60°), b) exceso de metal de soldadura en el refuerzo, c) profundidad de las socavaduras, d) tamaño de la garganta, e) medida del desalineamiento. Fuente: 5. PROCEDIMIENTO 5.1. Equipos y Materiales Utilizados  Materiales para limpieza (cepillos, paños, papel, lija, solventes, etc.)  Piezas a examinar  Lupas  Calibradores  Galgas 5.2. Actividades 5.2.1. Condiciones de seguridad: Todo el personal que realice el ensayo de inspección visual debe conocer y acatar las normas de seguridad del laboratorio, con el fin de tener en cuenta las medidas necesarias para el control de riesgos. Dichas normas están establecidas en el Manual de Seguridad del Laboratorio END-MMS00.

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5.2.2. Recepción de la muestra: Al recibir la muestra a inspeccionar debe hacerse un registro del estado de entrega de la misma por medio de un esquema o registro fotográfico. Es importante tener en cuenta que, en algunos casos, los residuos encontrados en la superficie de la pieza representan información valiosa para el análisis (por ejemplo, productos de corrosión), por lo tanto, estos residuos deben ser retirados, identificados y almacenados para posterior análisis. 

Pre-limpieza: La cantidad de luz que llega al ojo desde un objeto depende de la limpieza de la superficie reflectante. La limpieza es un requisito básico para una prueba visual exitosa puesto que la suciedad puede enmascarar u ocultar atributos, y las superficies excesivamente brillantes causan deslumbramiento y dificultan la observación de indicaciones relevantes. Este procedimiento se realiza con el objetivo de remover contaminantes de la superficie de la muestra tales como: grasas, aceites, capas de óxido, pinturas, etc. La selección del método de pre-limpieza se realiza teniendo en cuenta el tipo de contaminante, el efecto del método de limpieza sobre la pieza, el tamaño y geometría de la pieza y las recomendaciones del cliente. El inspector deberá seleccionar el método de pre-limpieza más conveniente según el caso. Algunos métodos de pre-limpieza son:

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Pre-limpieza con detergente: Se usa agua y detergente, siguiendo las instrucciones del fabricante, para remover películas de grasas y aceites y residuos de polvo o tierra.

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Pre-limpieza mecánica: Este tipo de limpieza se realiza usando cepillos, lijas y agua principalmente para remover adhesiones de arena en piezas fundidas y óxidos superficiales. La pre-limpieza mecánica debe realizarse cuidadosamente de tal forma que no se afecten las características superficiales de la pieza a evaluar, puesto que podría alterarse la superficie y generar una apariencia falsa de la misma. Este tipo de pre-limpieza no se recomienda en materiales blandos como aleaciones de aluminio, magnesio, titanio y berilio.

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Pre-limpieza con solventes: Existe una gran variedad de solventes limpiadores que pueden ser utilizados para la eliminación de grasas, aceites, pinturas y en general materia orgánica. Estos solventes no se recomiendan para limpiar superficies oxidadas. Para mayor información de su utilización y cuidados de uso remitirse a las instrucciones del fabricante.

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Pre-limpieza alcalina: Se emplean limpiadores alcalinos para remoción de contaminantes sólidos. Las soluciones alcalinas calientes se usan para remoción de óxido y cascarilla que pueden enmascarar discontinuidades superficiales.

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Ataque ácido: Se emplean ácidos y soluciones ácidas para hacer decapado de las muestras para remover óxidos, cascarilla y material metálico que puedan enmascarar las discontinuidades abiertas a la superficie.

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Remoción de pinturas: Las películas de pintura se pueden remover efectivamente utilizando disolventes apropiados a temperatura ambiente o usando removedores alcalinos calientes con el fin de dejar la superficie metálica completamente limpia. Para la aplicación de estos removedores se deben seguir las instrucciones del fabricant...