Curso de Inspección Visual, Monografías, Ensayos de Ingeniería

¡Descarga Curso de Inspección Visual y más Monografías, Ensayos en PDF de Ingeniería solo en Docsity! El Primer Nombre En Pruebas No Destructivas Curso Inspección Visual Capítulo 1: Principios de la inspección visual y óptica. Capítulo 2: Equipo para inspección visual. Capítulo 3: Equipo para inspección visual indirecta. Capítulo 4: Características de objetos inspeccionados. Capítulo 5: Discontinuidades en los materiales. Capítulo 6: Aplicaciones de la inspección visual y óptica. Capítulo 7: Documentación de la inspección visual. Capítulo 8: Documentos. MENÚ Capítulo 1. Principios de la inspección visual y óptica. MENÚ 1. Principios de la inspección visual y óptica. El “estroboscopio” (imagen 3) es un accesorio que utiliza pulsos sincronizados de luz de alta intensidad, que permite la observación de objetos moviéndose rápidamente, con un movimiento periódico. Un estroboscopio puede ser utilizado para observación directa de un objeto aparentemente quieto o para exposición de fotografías. Detección de la luz y registro Una vez que la luz ha interactuado con la pieza inspeccionada (siendo absorbida, reflejada o refractada), las ondas de luz resultantes son consideradas como las señales de la inspección que pueden ser registradas visualmente o fotoeléctricamente. Tales señales pueden ser detectadas por medio de celdas fotoeléctricas, foto multiplicadores o sistemas de circuito cerrado de televisión. En muchas ocasiones son usados accesorios electrónicos de imagen, para los rangos invisibles del espectro electromagnético (imagen 4- rayos “X”, infrarrojos o ultravioleta), pero también pueden ser usados para transmitir datos visuales de zonas riesgosas o donde se localicen obstrucciones. En ocasiones, se realizan registros fotográficos. Las placas fotográficas procesadas pueden ser evaluadas visualmente o fotoeléctricamente. Algunas aplicaciones tienen la ventaja, por la habilidad de la película fotográfica, para integrar señales de baja energía sobre periodos largos de tiempo. La película fotográfica puede seleccionarse para cumplir con condiciones específicas de la inspección como sensibilidad y velocidad. R ad io M ic ro on da s In fra ro jo R oj o N ar an ja A m ar ill o Ve rd e A zu l A ñi l Vi ol et a U ltr av io le ta R ay os X R ay os G am m a Espectro Visible Imagén 4. Espectro de la radiación Longitud de onda Imagen 3. Funcionamiento de un estroboscopio. Lente Lámpara Movimiento de giro de motor Eje del disco Disco MENÚ 1. Principios de la inspección visual y óptica. Detección mediante fluorescencia La inspección visual puede basarse en la fluorescencia como un medio para el control de calidad de compuestos químicos, para identificar dinero falso, para rastrear flujos de agua ocultos y para detectar discontinuidades en metales. Se dice que un material es fluorescente cuando al exponerlo a radiación produce una emisión secundaria de longitud de onda más grande que la primaria. La inspección visual fue el primer método de Pruebas no Destructivas empleado por el hombre. Hoy en día, la inspección visual se encuentra entre los principales procedimientos de inspección para detectar y evaluar discontinuidades. Desde sus orígenes, se ha desarrollado una variedad de técnicas difíciles y complejas, además de realizar variadas investigaciones de óptica. Desarrollo del boroscopio Los accesorios que son utilizados para observar el interior de objetos son llamados “endoscopios”, que viene de las palabras Griegas “ver el interior”. En la actualidad el término “endoscopio” se aplica a instrumentos médicos. Los endoscopios industriales son llamados “boroscopios”, porque originalmente fueron utilizados en aperturas de máquinas y huecos tales como los cañones de armas. iii. Antecedentes históricos ********* * ** ** ** No luz No luz Estado Basal Estado BasalEstado Basal Luz (fotones de alta energía) Absorbe fotón Emite fotón Excitado Luz (fotones de menor energía) Ocurre muy rápido, millon- esimas de segundo Imagen 6. Fluorescencia Imagen 7. Endoscopio médico. MENÚ 1. Principios de la inspección visual y óptica. iv. Aplicaciones La inspección visual es el primer paso de cualquier evaluación. En general, las Pruebas no Destructivas establecen como requisito previo realizar una inspección visual, normalmente lo primero que decimos es “déjame ver como está (la apariencia)”. Para muchos objetos, la inspección visual es utilizada para determinar la cantidad, tamaño, forma o configuración, acabado superficial, reflectividad (reflexión), características de color, ajuste, características funcionales y la presencia de discontinuidades superficiales. En general, las inspecciones con energía luminosa son utilizadas primeramente para dos propósitos: 1) La inspección de superficies expuestas o accesibles de objetos opacos (incluyendo la mayoría de ensambles parciales o pro ductos terminados), y 2) La inspección del interior de objetos transparentes (tales como vidrio, cuarzo, algunos plásticos, líquidos y gases). La industria de la energía, petroquímica, transporte y de infraestructura, donde existen ambientes corrosivos, temperatura o donde es contenida presión, se requieren comprobaciones visuales. Imagen 8. La inspección visual como primer paso. MENÚ 1. Principios de la inspección visual y óptica. Tenemos conocimiento del medio que nos rodea especialmente a través de nuestro sentido de la vista, aún cuando mucha información nos llega mediante los otros sentidos. Son numerosos los fenómenos, relacionados con la luz, que suceden a nuestro alrededor y que la mayoría de personas, por considerarlas de común ocurrencia, no se preocupa por explicárselos e interpretarlos debidamente. a. La fisiología de la vista Recolección visual de datos El proceso visual humano ocurre en dos pasos: 1. Primero es el procesado del campo visual completo. Esta es una función típicamente automática del cerebro, en ocasiones llama da “proceso de atención previa”. 2. En segundo lugar, se enfoca hacia un objeto específico dentro del campo visual procesado. Algunos estudios realizados indican que la separación que se hace de artículos específicos dentro del campo visual general es el fundamento del proceso de identificación. vii. Visión Imagen 12. Campo de visión. Cam po Visión Superior C am po V is ua l I nfe rio r D iscr C ro m ática Ro t. op tim a de l o jo Lim ite de l c am po V isu al Lim ite del cam po Visual Limite de discriminacion cromática Rotación optima de ojo Linea visual nor-mal/ sentado Linea visual nor- mal/ de pie Linea visual estandar Rotación máxima de ojo Limite de discrim i- nación cromática 70° 40° 30° 15° 10° 0° 25° 30° 50° MENÚ viii. Fundamentos de la luz Como se ha mencionado, en la inspección visual y óptica el medio de inspección es la luz, que se encuentra en la porción del espectro electromagnético, Imagen No. 13, con frecuencias entre 370 y 770 nm (nanómetros), que es capaz de excitar la retina humana. La teoría electromagnética proporciona la descripción más funcional de la luz para propósitos de Pruebas no Destructivas, y la teoría cuántica es la segunda comúnmente utilizada. Todos los colores visibles pueden ser creados mezclando cantidades adecuadas de los colores primarios, Imagen No.14. El color de los objetos, producido por la reflexión de la luz, se crea utilizando colores primarios substractivos (magenta, amarillo y cian). Cada uno de los colores primarios substractivos absorbe uno de los colores primarios aditivos (rojo, verde y azul) y refleja los otros dos. El resto del espectro es creado mezclando pigmentos de los tres colores primarios substractivos, como se ilustra en la figura La proyección de luz coloreada crea el espectro de colores, utilizando los colores primarios aditivos, los cuales son utilizados en sistemas de televisión y de proyección de luz. 1. Principios de la inspección visual y óptica. Magenta Imagen 14. Colores primarios y substractivos. Imagen 13. Espectro electromagnético. R ad io M ic ro on da s In fra ro jo R oj o N ar an ja A m ar ill o Ve rd e A zu l A ñi l Vi ol et a U ltr av io le ta R ay os X R ay os G am m a Espectro Visible Verde Azul Rojo Cian Amarillo Blanco MENÚ 1. Principios de la inspección visual y óptica. Las fuentes de luz para inspección visual y óptica pueden ser divididas en cuatro categorías: incandescente, luminiscente, polarizada y coherente. Luz incandescente Incandescencia es la emisión de luz debido a la excitación térmica de los átomos o moléculas. Las fuentes de luz incandescente incluyen a las lámparas de filamento, las lámparas de mantos de gas, lámparas piro luminiscentes y lámparas de arco de carbón. Luz luminiscente La luminiscencia resulta de la excitación de un electrón de valencia simple. La luz luminiscente es más monocromática que la luz incandescente. Las fuentes de luz luminiscente incluyen a las lámparas de descarga de gas, láser, diodos emisores de luz (LED) y lámparas fluorescentes. Luz polarizada La polarización es un fenómeno por el cual un rayo de luz que es alterado al atravesar un medio o al ser reflejado por una superficie, en vez de seguir vibrando en todas direcciones en torno de su trayectoria, solamente lo hace en direcciones privilegiadas paralelas a un plano llamado plano de polarización. a. Tipos de luz Imagen 15. Luz incandescente. Imagen 16. Luz luminiscente. Imagen polarizada. MENÚ El ángulo de reflexión es el mismo que el ángulo de incidencia, tomando como referencia la perpendicular a la superficie, o la línea normal, como se ilustra en la imagen 20. 1. Principios de la inspección visual y óptica. La reflexión difusa es causada cuando la luz choca contra una superficie irregular. Una superficie rugosa tiene muchos planos superficiales diferentes, por lo que cada haz de luz que incide choca con un plano reflector diferente y es reflejado con un ángulo que corresponde al ángulo relativo al plano de la superficie. La refracción es el cambio de dirección de la luz al pasar a través de dos medios diferentes, (Imagen 21). La refracción depende del ángulo de incidencia de la luz y el índice de refracción. Imagen 20. Reflexión de la luz Imagen 21. Refracción de la luz a q Superficie a = Ángulo de incidencia q = Ángulo de reflexión a q v1 v2 a = Ángulo de incidencia q = Ángulo de reflexión MENÚ El índice de refracción está dado por la relación de la velocidad de la luz en el vacío y la velocidad de la luz en el medio. Donde: η = Índice de refracción υV = Velocidad de la luz en el vacío υ m = Velocidad de la luz en el medio Con base en la ecuación anterior, el ángulo de refracción puede ser determinado utilizando la “Ley de Snell”. Esta ley define al índice de refracción como igual a la relación entre los senos del ángulo de incidencia y el ángulo de refracción. η0 sen α = η1 sen θ La luz es comúnmente enfocada con espejos y lentes de accesorios de óptica, utilizando los principios de reflexión y refracción que son considerados e integrados durante la construcción de los accesorios. d. Intensidad de luz Para realizar una inspección visual debe haber una fuente de luz natural o artificial adecuada en intensidad y distribución espectral, con el fin de proporcionar un contraste adecuado sobre el área inspeccionada para que la detección de objetos relevantes o discontinuidades se cumpla con un alto grado de éxito. La detección de contraste es la más básica de las tareas visuales, es la diferencia en luminancia o color entre un objeto y el fondo. 1. Principios de la inspección visual y óptica. MENÚ 1. Principios de la inspección visual y óptica. La calidad de luz o iluminación en el área de inspección se refiere a la distribución de las fuentes de luz en el área, implica que estas ayudas visuales sean funcionales y confortables. La calidad de iluminación se compone por la luz de área y la luz específica para la inspección. Bajo condiciones óptimas, el ojo humano puede ser estimulado por una pequeña parte del espectro electromagnético. Los límites de la porción visible están definidos, dependiendo de la cantidad de energía disponible, su longitud de onda y la salud del ojo. Para propósitos más prácticos, el espectro visible puede considerarse entre 380 nm y 770 nm; sin embargo, con fuentes especialmente intensas y con un ojo completamente adaptado a la oscuridad, el límite de longitudes de onda más pequeñas puede extenderse debajo de 350 nm o aún más abajo, con una reducción correspondiente en la longitud de onda más larga percibida. Similarmente, con una fuente especialmente intensa de longitud de onda más larga y un ojo adaptado a un nivel mayor de luz, el límite de la longitud de onda más larga puede extenderse por encima de 900 nm. La brillantez es un factor importante en los medios ambientes de prueba visual. La brillantez de una superficie de prueba depende de su reflectividad y la intensidad de la luz incidente. La brillantez excesiva o insuficiente interfiere con la habilidad de ver claramente y puede obstruir la observación crítica y el juicio. Por esta razón la intensidad de la luz debe estar bien controlada. Un mínimo de intensidad de iluminación de 160 lx (15 ftc) debe usarse para la prueba visual en general. Un mínimo de 500 lx (50 ftc) debe usarse para pruebas críticas o para detalles finos. De acuerdo con la Sociedad de Ingeniería de Iluminación, la prueba visual requiere luz en un rango de 1,100 a 3,200 lx (100 a 300 ftc) para trabajos críticos. Un medidor de luz comercialmente disponible puede usarse para determinar si el medio ambiente de trabajo cumple con este estándar. MENÚ 1. Principios de la inspección visual y óptica. Se ha mencionado que un factor ambiental importante que afecta las inspecciones visuales es la “iluminación”. Frecuentemente, el énfasis se pone en variables de los equipos tales como el ángulo de visión de un boroscopio o el grado de amplificación o magnificación. Pero si la iluminación es incorrecta, la amplificación no va a mejorar la imagen. Otras condiciones, como los procesos fisiológicos, el estado psicológico, experiencia y salud contribuyen a la exactitud de una inspección visual o causan incomodidad y fatiga del inspector. a. Atributos de las piezas que pueden afectar la inspección visual El acto de ver depende de la cantidad de luz que llegue al ojo. En inspecciones visuales, la cantidad de luz puede ser afectada por la distancia, reflexión, brillantez, contraste o limpieza, textura, tamaño y forma del objeto inspeccionado. Limpieza La limpieza es un requisito básico para una buena inspección visual. Es imposible obtener datos visuales a través de capas de suciedad opaca, a menos que esté examinándose la limpieza; La limpieza típicamente puede hacerse utilizando medios mecánicos o químicos, o ambos. La limpieza evita el riesgo que las discontinuidades no sean detectadas y mejora la satisfacción del cliente. x. Condiciones que afectan la inspección visual Imagen 24. La falta de iluminación afecta al objeto inspeccionado. MENÚ 1. Principios de la inspección visual y óptica. Cambios de color La evaluación crítica del color y cambio de color es uno de los principios básicos de la mayoría de las inspecciones visuales. La corrosión u oxidación de metales o el deterioro de materiales orgánicos está frecuentemente acompañado por un cambio en el color, imperceptible para el ojo. Características de brillo (brillantez) El brillo de una superficie coloreada que refleja difusamente, depende de su factor de reflexión y de la cantidad de luz incidente (lux o pie-candela de iluminación). El brillo excesivo (o brillo dentro de un campo visual que varía por más de 10:1) causa una sensación no placentera llamada “resplandor”. El resplandor interfiere con la habilidad de la visión clara, la observación crítica y el buen juicio. El resplandor puede evitarse utilizando luz polarizada u otros dispositivos polarizados. Condición El pulido, el fresado, el lapeado, el ataque químico, la limpieza con arena, granalla, etc., y las formas torneadas, todas son condiciones posibles de una superficie que afectan la habilidad de verla. Existen comparadores de acabado de superficie, que muestran varias condiciones. Forma Diferentes ángulos de la superficie causarán que sean reflejadas diferentes cantidades de luz hacia el ojo. La forma determina el ángulo, en cualquier superficie, en la que debe verse. Imagen 25. El brillo producido por la cantidad de luz, afecta directa- mente a la inspección visual. MENÚ 1. Principios de la inspección visual y óptica. Tamaño Si el objeto es más grande que el haz de luz, serán requeridos pasos múltiples. Temperatura El calor excesivo obstruye la vista, esto se debe a la distorsión de la onda de calor. Dado un ambiente desértico y agua en un recipiente reactor, ambos pueden producir distorsión debido a la onda de calor. Textura y reflexión (reflectancia) Las formas más fáciles de asegurar una iluminación adecuada es colocando la fuente de luz y el ojo tan cerca de la superficie de prueba como la distancia focal lo permita. Similarmente, un amplificador o magnificador debe sostenerse tan cerca del ojo como sea posible, asegurando que la cantidad máxima de luz del área del objetivo alcance el ojo. Imagen 26. imagen normal - con distorsión - con decoloración. MENÚ La inspección visual directa sin ayuda y visual directa con ayuda está delineada en el Código ASME BPV Sección V, Pruebas no Destructivas, Artículo 9, la Inspección Visual Directa está definida como: “(a) Inspección Visual Directa. El examen visual directo puede efectuarse usualmente cuando el acceso es suficiente para colocar el ojo dentro de 24 pulgadas (610mm) de la superficie que está siendo examinada y a un ángulo no menor de 30 grados de la superficie que está siendo examinada. Pueden ser usados espejos para mejorar el ángulo de visión”. Los lentes de aumento se enlistan como “ayudas o auxiliares”. El uso de un espejo para “mejorar el ángulo” también puede considerarse como una ayuda o auxiliar. “(b) Inspección Visual Remota. En algunos casos, la inspección visual remota puede ser sustituto de la inspección directa. La inspección visual remota puede usar auxiliares visuales tales como espejos, telescopios, boroscopios, fibra óptica, cámaras u otros instrumentos adecuados. Tales sistemas deben tener una capacidad de resolución al menos equivalente a la que sea obtenida por la observación visual directa”. La lógica parece ser que cualquier instrumento o herramienta que evite una observación directa, por ejemplo, que el ojo se localice a una distancia mayor de 24 pulgadas (610mm) y a un ángulo menor que 30 grados se considera indirecto. 1. Principios de la inspección visual y óptica. xi. Métodos de inspección visual MENÚ 1. Principios de la inspección visual y óptica. Distancia y ángulo visual Como un asunto práctico, la distancia, entre el ojo y la superficie inspeccionada, y el ángulo de observación determinan la separación angular mínima de dos puntos que pueden resolverse (distinguirse por separado) por el ojo. Esto se conoce como “poder de resolución” del ojo. Para el promedio general del ojo humano, la mínima separación angular que puede resolver dos puntos en un objeto es cerca de un minuto de arco (ó 0.0167 grados), esto significa que a 300 mm (12”) de una superficie de prueba, la mejor resolución esperada es cerca de 0.09 mm (0.003”). En 600 mm (24”), la mejor resolución anticipada es cerca de 0.18 mm (0.007”). Para completar una inspección visual, el ojo se acerca al objeto de prueba para obtener un ángulo visual grande. Sin embargo, el ojo no puede enfocar en forma definida sobre un objeto si está más cerca de 250 mm (10”). Por lo tanto, una inspección visual directa debe realizarse a una distancia de entre 250 a 600 mm (10” a 24”). También, es importante el ángulo que el ojo forma con la superficie inspeccionada. Para la mayoría de indicaciones, el ángulo no debe ser menor de 30 grados, Imagen 27. Imagen 27. Ángulo mínimo para inspecciones visuales típicas. Superficie 30° 30° Ojo humano No menor a 150 mm (6 pulgadas)30 0 m m (1 2 in ) MENÚ Capítulo 2. Equipo para inspección visual. MENÚ 2. Equipo para inspección visual. El valor de 10” es usado como un estándar porque normalmente a esta distancia del ojo se coloca un objeto pequeño cuando es inspeccionado. La amplificación lineal se expresa en diámetros. La letra “X” es normalmente utilizada para designar el poder de amplificación de un lente, por ejemplo 10X. • Longitud focal La longitud focal o distancia focal de un lente es la distancia desde el plano principal del lente hasta el plano focal. Lo anterior se describe de la siguiente forma: el foco principal o plano focal es la distancia desde un lente al punto en el cual los rayos paralelos de luz que llegan a uno de los lados del lente positivo convergen, después de haber sido refractados, hacia un foco sobre el lado opuesto. Un lente con una longitud focal de una pulgada, por ejemplo, tendrá un poder de magnificación de 10 (10X). Esto es verdad si el lente se mantiene a una pulgada del objeto y el ojo es colocado a una pulgada de distancia del lente. La siguiente fórmula determina el poder de magnificación: Poder de magnificación (lentes positivos)=10/longitud focal (pulg.) MENÚ a. Tipos de lentes Los lentes convergentes enfocan la luz sobre un punto, mientras los lentes divergentes dispersan la luz. Cuando se describen los lentes, el método convencional es considerando la forma de su superficie, de izquierda a derecha, utilizando la siguiente terminología: Lentes planos. Describen superficies planas. Lentes convexos. Son lentes convergentes, son más gruesos en el centro que en los extremos (protuberantes hacia fuera). Lentes cóncavos. Son lentes divergentes, son más delgados en el centro que en los extremos (hundidos hacia adentro). La imagen 29 muestra ejemplos de una variedad de lentes. En muchas ocasiones son una combinación de ellos. El tipo más común, encontrado en el laboratorio, es el lente doble convexo. Los lentes con un lado convexo y el otro plano (plano-convexo) son usados en proyectores y microscopios. Todos los otros amplificadores o magnificadores son lentes usados en combinación. Los lentes que se conocen como “delgados”, son aquellos donde el espesor del lente es más pequeño que su longitud focal. Las propiedades de los lentes delgados se describen utilizando la ley de los lentes. 2. Equipo para inspección visual. Imagen 29. Variedad de lentes Positivas: hacen converger los rayos luminosos. Negativas: hacen diverger los rayos luminosos. Biconvexo Doble convexo Plano-Convexo Convexo - Cóncavo Plano - Cóncavo Convexo - CóncavoBicóncavo Doble - cóncavo MENÚ 2. Equipo para inspección visual. La ley de los lentes relaciona la distancia a la imagen, la distancia al objeto y la longitud focal de un lente como sigue: 1 1 1 ---- = ---- + ---- f d u Donde: F = Longitud focal d = Distancia a la imagen u = Distancia al objeto Entonces, un lente magnificador convergente simple, como el que se ilustra en la imagen 30, le permite al ojo colocarse más cerca del objeto inspeccionado cuando el plano focal de la retina está en el plano focal del lente. Los lentes divergentes difractan la luz hacia fuera, produciendo amplificación, como se muestra en la imagen 31. Con un lente divergente, la magnificación se incrementa conforme el objeto se acerca más al plano focal. Imagen 30. Geometría de un lente convergente Imagen 31. Geometría de un lente divergente Plano focal Plano focal Imagen Plano principal Plano principal Eje óptico Eje óptico Objeto Objeto Longitud focal Longitud focal Imagen MENÚ 2. Equipo para inspección visual. Este es un efecto de prisma. Cuando se descompone en diferentes colores, los rayos de luz no son enfocados en el mismo plano. Esto puede ocurrir tanto como un efecto lateral como longitudinal. Se puede corregir utilizando lentes compuestos de diferentes tipos de vidrios. 3. Aberración cromática Debido a que un lente sencillo utiliza los mismos principios de difracción que un prisma, existe aberración cromática en ellos. El factor limitante principal para los accesorios de magnificación es la “profundidad de campo”. Conforme la magnificación se incrementa, la distancia entre los picos y valles (de una superficie irregular), que se encuentran simultáneamente enfocados, disminuye; por ejemplo, a 100 magnificaciones la superficie inspeccionada debe ser plana y debe estar pulida. Una variación de solo 0.001 de pulgada puede estar fuera del foco de definición. En resumen, conforme el poder de magnificación de un sistema de lentes se incrementa: 1. Existen menos picos y valles en el foco al mismo tiempo. 2. El área que se puede observar es más pequeña. 3. La distancia desde el lente hasta el objeto es más pequeña (además, entre otros problemas, la iluminación del objeto es difícil). Por eso, los magnificadores comunes que proporcionan arriba de 20X, y que están fácilmente disponibles, no son muy prácticos. Imagen 35. Aberración cromática. MENÚ 2. Equipo para inspección visual. Otro factor que limita un accesorio de magnificación es la pérdida de luz debido a la reflexión. Las superficies de los lentes pueden ser cubiertas con recubrimientos especiales anti-reflexión, para reducir la pérdida de luz, lo cual puede ser particularmente útil cuando el nivel de luz es bajo. La imagen 36 muestra cartas que pueden ayudar en la evaluación de alguna de las fallas de los lentes. Cuando se selecciona un magnificador simple, se consideran los siguientes lentes corregidos por su calidad: 1. Magnificador Coddington Este accesorio utiliza un doble lente convexo con una ranura en la parte media. Esta ranura en forma de diafragma mejora la calidad de la imagen, eliminando los rayos marginales de luz, imagen 37. c. Magnificadores simples Cuando se ve a través de un magnificador de calidad libre de distrosión. Magnificador de baja calidad con distorción. Imagen 36. Ayudas para evaluación de lentes. Área distor- cionada. Área enfo- cada Superficie convexa Superficie convexa Ranura de diafragma Imagen 37. Magnificador Coddington MENÚ 2. Equipo para inspección visual. 2. Magnificador doble plano-convexo Este magnificador de dos lentes proporciona corrección cromática parcial y un campo visual más plano, Imagen 38. Este es un lente de vidrios múltiples para corregir aberraciones esféricas y cromáticas. Este es el mejor de todos los magnificadores portátiles manuales, Imagen 39. 3. Magnificador Hastings Triple Los magnificadores simples se encuentran en muchas variedades, y regularmente son desarrollados nuevos accesorios. Imagen 38. Magnificador doble plano convexo. Punto focal La longitud focal efectiva es la mitad de la que un lente sencillo Superficies convexas Imagen 39. Magnificador Hastings Triple. MENÚ 2. Dispositivos incandescentes de iluminación general con brazos giratorios. Imagen 42b. 3. Dispositivos fluorescentes de iluminación general con brazos giratorios. Ambos vienen en una variedad de formas, tamaños, intensidades y tipos de brazo giratorio. Brindan menos intensidad e iluminan un área menor que las del tipo puntual o de inundación descritas anteriormente. Son buenas para áreas más pequeñas y tienen una vida más larga. El tipo fluorescente tiene menos intensidad, pero produce menos sombras y opera en frío. Muchos de los tipos incandescentes tienen controles de intensidad variable. Estas luces también pueden usarse en conjunto con dispositivos magnificadores. 2. Equipo para inspección visual. b. Dispositivos específicos de iluminación Los dispositivos específicos de iluminación son de alta intensidad y permiten que la luz sea concentrada en un sitio pequeño. Las variedades más comunes son las incandescentes. Usualmente utilizan un transformador ajustable y uno o más diafragmas. Se encuentran en cabezas ajustables. Estos dispositivos son más comúnmente vendidos como lámparas de microscopio. Imagen 42a. Dispositivo incadescente con brazo. Imagen 42b. Dispositivo incadescente con brazos giratorios. MENÚ 2. Equipo para inspección visual. iii. Medición dimensional Las mediciones lineales describen longitud, altura, espesor o cualquier otra dimensión que pueda ser descrita como una distancia entre dos puntos, un punto y una línea, un punto y un plano, etc. Las mediciones lineales son las más simples y los requisitos de tolerancias, desempeño de la inspección, evaluación de la variación y el reporte de los resultados siempre se encuentran delineados en algún documento de referencia. El término “resolución” corresponde a la división más pequeña de la escala de un instrumento. Esto determina la cantidad mínima de variación a la cual será sensible el instrumento. Exactitud es la condición de cumplir con un estándar conocido. La exactitud de un instrumento de medición define la extensión con la cual el promedio de varias mediciones cumple con el valor real. Generalmente, los instrumentos de medición deberían tener una exactitud de un cuarto de la tolerancia de la característica que está siendo medida, aunque se prefiere una relación de exactitud de 10:1. La relación más común, y más violada, entre resolución y exactitud es que la exactitud sea de dos veces la resolución. Los errores más comunes al realizar mediciones se deben al desgaste sobre la superficie de medición y al error por paralaje. Todos los instrumentos de medición por contacto directo están sujetos a desgaste sobre la superficie de medición, por lo que periódicamente deberían ser inspeccionados para verificar su planicidad y deberían ser reemplazadas o acondicionadas cuando se considere necesario. El error de paralaje se debe al aparente desplazamiento de un objeto debido a un cambio en el ángulo de inspección, desde una posición normal hacia el objeto que está siendo inspeccionado. El error de paralaje es evidente cuando se tratan de alinear dos superficies paralelas o intersecciones de superficies, cuando la posición de observación es con un cierto ángulo de inclinación; esto es muy notable cuando se utiliza una regla o se tarta de interpolar una escala vernier. MENÚ 2. Equipo para inspección visual. iv. Dispositivos de medición Los dispositivos de medición son considerados parte de la inspección visual porque son usados para registrar resultados de la inspección. A través de los años, la ciencia de la medición, llamada “metrología”, ha sido mejorada. La inspección visual, entre otros propósitos, incluye verificar si los artículos cumplen con las especificaciones en dimensiones. Los dibujos y especificaciones proporcionan las dimensiones y las tolerancias disponibles. El tipo de dispositivo de medición que debe ser utilizado es grandemente dictado por las tolerancias de diseño y la accesibilidad de la dimensión que deba ser medida. Generalmente, las dimensiones con tolerancias consideradas en fracciones pueden ser medidas utilizando reglas de acero, mientras las dimensiones con tolerancias consideradas en décimas o milésimas, requieren mayor precisión. Existen numerosos tipos de instrumentos de medición disponibles que varían en el grado de precisión. Los dispositivos de medición son tan numerosos, incluyendo muchos que son altamente especializados, que probablemente podría escribirse un solo volumen sobre de ellos. Debido a esto, solamente aquellos que se usan más comúnmente serán mencionados. a. Dispositivos de medición lineal Las mediciones lineales son aquellas que involucran una sola dimensión en línea recta. Debido a que todos los instrumentos de medición lineal están diseñados con base en el sistema métrico o en el sistema inglés, y hasta que la transición al sistema métrico sea universal, los dispositivos en sistema métrico e inglés son utilizados. Es necesario saber como leer y utilizar una regla antes de proceder con otras herramientas de medición. MENÚ 2. Equipo para inspección visual. Calibradores para inspección de soldadura La inspección de soldaduras de fabricación es un campo altamente especializado, que requiere un conocimiento profundo de la metalurgia de la soldadura, los proceso de soldadura, los símbolos de soldadura y de los requisitos aplicables de los Códigos de soldadura. La inspección visual de soldaduras para detectar discontinuidades superficiales y para determinar la configuración adecuada de la junta soldada se realizan utilizando fuentes artificiales de luz, espejos, reglas, magnificadores y calibradores especiales de soldadura, los cuales son usados para verificar las características físicas de las soldaduras. Algunos de estos calibradores y su uso se describen a continuación: 1. Calibrador “Cambridge” El calibrador “Cambridge” para funciones múltiples, mostrado en la imagen 47, puede ser utilizado para determinar: • El ángulo de preparación del bisel de la junta • El refuerzo o corona de las juntas a tope • La profundidad de socavado • La profundidad de picaduras • Tamaño de la garganta en soldaduras de filete • Longitud de la pierna en soldaduras de filete • Desalineamiento de la junta Imagen 47. Calibrador cambridge. MENÚ 2. Equipo para inspección visual. 2. Calibrador para soldaduras de filete El calibrador para soldaduras de filete ofrece un medio para medir en forma rápida y precisa la soldadura más comúnmente utilizada, la soldadura de filete, desde 1/8” hasta 1”. Mide la longitud de pierna y las soldaduras cóncavas y convexas. Son calibradores muy simples pasa / no pasa, Imagen 48. Con el calibrador “Hi-Lo” más completo, se puede medir: • El desalineamiento durante el ajuste • La abertura de raíz de la junta • La longitud de pierna o tamaño, en soldaduras de filete • El refuerzo o corona de las soldaduras a tope • El espesor de pared en uniones a tope de tubos • Cuenta con un calibrador pasa / no pasa para el ángulo de preparación del bisel de la junta. La calibración es la comparación de un instrumento de medición contra un estándar de referencia, de tolerancia cerrada y exactitud conocida. Esta comparación se realiza contra un estándar cuya exactitud tiene seguimiento con un organismo de estandarización. La calibración generalmente se documenta en un registro permanente y al instrumento se le coloca una etiqueta de certificación, indicando la fecha en la que debe ser calibrado nuevamente. Un sistema efectivo de calibración debe asegurar que se realice la calibración de todos los instrumentos de medición considerados en él, dentro de un periodo establecido. b. Calibración y control de calibradores Imagen 49. Soldadura convexa. Imagen 48. Calibrador para soldaduras tipo filete. MENÚ 2. Equipo para inspección visual. c. Cuidado y manejo de los calibradores Con el fin de asegurar que la exactitud y precisión de los calibradores sea constante, es importante evitar un trato abusivo o descuidado. Los instrumentos deben mantenerse libres de polvo y humedad, y las huellas de dedos deben limpiarse antes de guardarlos. El cuidado debe comprender evitar rayones o golpes sobre la superficies de contacto, las caras de las carátulas y las graduaciones. vi. Microscopios Los microscopios de laboratorio normalmente se encuentran en un rango de poder desde 100X y hasta 2000X, y en algunos casos es mayor. Comúnmente utilizan sistemas de lentes compuestos con dos o más juegos de lentes separados. Es común para estos microscopios incluir condiciones para instalar una cámara fotográfica o de video. El uso de una cámara de video permite observar imágenes sobre un monitor y con ello tener un excelente medio para la documentación. La mayoría de microscopios de laboratorio fueron desarrollados para uso médico y se basan en la transmisión de la luz a través del objeto para formar su imagen. Esto limita su uso a objetos translúcidos, en los que existe un gradiente suficiente en la cantidad de luz transmitida. Imagen 50. Medidor digital para cordones de soldadura. MENÚ 3. Equipo para inspección visual indirecta. i. Boroscopios rígidos Los boroscopios modernos utilizan un sistema de luz guiada a través de fibra óptica, como en el fibroscopio. La imagen se lleva al ocular por medio de un tren óptico, imagen 53, que consiste de un lente objetivo, en ocasiones usa un prisma, lentes de relevo y un lente ocular. La imagen formada no es real, se dice es una “imagen aerial”, esto es, se forma en el aire entre los lentes; esto significa que es posible proporcionar una corrección visual para el observador y controlar el enfoque del objetivo con un ajuste simple del anillo de enfoque en el ocular. Este control de enfoque extiende la profundidad de campo grandemente sobre lo que no está enfocado o fija el foco diseñado mientras, al mismo tiempo, compensa las amplias variaciones en la vista entre la población. Ya que los boroscopios carecen de flexibilidad y de la habilidad de explorar áreas, las especificaciones con respecto a la longitud, la dirección de observación y el campo visual se hacen más críticos para alcanzar una inspección válida. Por ejemplo, la dirección de observación siempre debe estar especificada en grados, mejor que en palabras o letras; las tolerancias también deben estar especificadas. Objetivo Lentes de relevo Ocular Imagen 53. Sistema de imagen en un boroscopio. Imagen 52. Boroscopio Rígido. MENÚ 3. Equipo para inspección visual indirecta. La imagen 54 ilustra la variedad de puntas disponibles en los boroscopios con respecto a la dirección de observación. Para encontrar la dirección y el campo visual, se debe colocar una escala transportadora sobre una tabla o mesa de trabajo. Se pone la punta cuidadosamente para que quede paralela a la línea de cero, con el lente directamente sobre el centro del hueco o marca en el transportador. Se debe recordar que el centro óptico del boroscopio se encuentra usualmente de 3 a 5 milímetros detrás de la ventana del lente. Miniboroscopio Una variación relativamente reciente del boroscopio rígido es el miniboroscopio, en el cual el tren de lentes de relevo es reemplazado con una fibra sólida simple. Esta fibra difunde iones en una ecuación parabólica desde el centro hasta la periferia de la fibra, teniendo un índice determinado de refracción. La luz que pasa a través de la fibra gira y, a intervalos específicos, forma una imagen. La fibra sólida es de aproximadamente 1mm de diámetro, lo que hace posible que los boroscopios delgados de 1.7 mm a 2.7 mm de diámetro tengan muy alta calidad, lo que sería imposible usando tren de lentes. Puntas 0° 45° 70° 90° 110° Imagen 54. Ejemplos de puntas de boroscopios. MENÚ 3. Equipo para inspección visual indirecta. La apertura del lente es tan pequeña que el lente tiene una profundidad de campo infinita (tal como en una cámara), por lo que no se requiere de algún mecanismo de enfoque. Imagen 56. Accesorios Están disponibles una variedad de accesorios para los fibroscopios y boroscopios. Cámaras polaroid, cámaras de 35 mm y cámaras de cine súper-8 y 16 mm que pueden ser utilizadas para documentar la inspección. El circuito cerrado de TV con o sin videocinta es común, aunque la TV a color no es común. También están disponibles algunos accesorios para el lente ocular, los que permiten una vista dual o en ángulo recto por conveniencia donde la distancia sea mínima. Imagen 57. Iluminación Debido a las limitaciones del ojo humano, los diseños ópticos más finos casi no tienen valor si no existe iluminación adecuada. En la mayoría de inspecciones con fibroscopios y boroscopios, los niveles de luz son relativamente bajos comparados con las condiciones normales de luz de día. Imagen 58. Imagen 56. Mini Boroscopio GE Imagen 58. Fuentes de luz. Imagen 57. Ejemplos de camaras y circuitos cerrados. MENÚ 3. Equipo para inspección visual indirecta. iii. Video probadores o videoscopios (Inspección visual remota) Sistemas de imagen Los sistemas de imagen son utilizados en muchas inspecciones visuales y de óptica para resaltar una imagen o para retener un registro permanente de las inspecciones. La tarea principal del video es convertir una imagen óptica de una escena dinámica en una señal eléctrica que pueda ser transmitida en tiempo real a otro lugar, y que sea convertida de regreso, sin retraso, en una imagen óptica que reproduzca fielmente la escena original. Normalmente, el sonido y la escena sincronizada acompañan a la imagen de video. Las características principales que deben considerarse en un sistema de imagen son: 1. La imagen óptica es en dos dimensiones 2. La escena es generalmente dinámica, no es estática 3. La señal de video es transmitida a una cierta distancia sobre un canal simple o un cable 4. La señal puede necesitar que sea procesada o almacenada 5. Al recibir la señal a través del canal simple, el monitor o receptor debe restablecer inmediatamente la imagen óptica dinámica en dos dimensiones 6. La imagen sobre el monitor debe seguir fielmente la escena original en tiempo real. Imagen 63. Sistema de imagen de video. CCD o cámara de tubo Computadora con tarjeta de video. Monitor Memoria de almacenamientoGrabadora VHS MENÚ 3. Equipo para inspección visual indirecta. Estos requisitos, el amplio atractivo de las transmisoras de TV y otras aplicaciones del video, han llevado al desarrollo de una serie de ingeniosos dispositivos electro-ópticos y electrónicos. El video probador La aplicación de dispositivos CCD de imagen en los endoscopios flexibles, permitió el desarrollo del primer video-endoscopio. Un cable de video flexible de estado sólido, que es mejor en electrónica, sustituye a la fibra óptica para la transmisión de la imagen. Los sistemas CCD sensores de imagen producen mayor brillantez y mayor resolución de la imagen que los fibroscopios normales. Gracias al tamaño diminuto de los CCD, el chip de silicón puede ser colocado en la punta de un probador de diámetro pequeño, capaz de pasar a través de aberturas más pequeñas. Su tecnología avanzada de microelectrónica le permite funcionar al CCD como una cámara miniatura de TV, capaz de registrar y mostrar imágenes con gran claridad sobre un monitor de video. La tecnología de los dispositivos CCD facilita el uso de tubos de inserción de mayores longitudes y hace posible implementar métodos avanzados en el procesado electrónico de la imagen. Imagen 64. Video Probador XL Vu MENÚ 3. Equipo para inspección visual indirecta. Otras ventajas de la tecnología CCD son: • No se producen puntos negros porque se rompa la fibra óptica • Capacidad para congelar imágenes • Facilidad para la documentación • Versatilidad • Durabilidad El Video probador XL Go está equipado con la última tecnología en video- boroscopios. Un paquete de fibra óptica ilumina el área de inspección con la luz generada por una lámpara de arco de 50W Solarc, localizada en un Procesador con la Fuente de Luz. Una cámara miniatura se encuentra ensamblada en la sección de la punta del tubo de inserción, la cual convierte la imagen óptica en imagen electrónica. La imagen se lleva a través del tubo de inserción y es mostrada en un monitor de color de cristal líquido que se encuentra en un dispositivo de control manual. La imagen 65 muestra un video probador, el XL Go. El video probador XL Go pueden realizar mediciones, basándose en uno o más de los métodos siguientes: 1. Por comparación 2. Por sombra 3. Estéreo Imagen 65. Video Probador XL Go. MENÚ 3. Equipo para inspección visual indirecta. Método de medición estéreo El software de operación se basa en la triangulación y en dos imágenes producidas por el propio sistema de inspección. Como en la medición por sombra, no se requiere utilizar la referencia de un objeto de dimensiones conocidas. Imagen 71. Imagen 71. Medición estéreo utilizando el video Probador XL Go. MENÚ Capítulo 4. Características de objetos inspeccionados. MENÚ 4. Características de objetos inspeccionados. i. Textura superficial La variación de una condición superficial nominal especificada es controlada por tolerancias en dimensiones y, excepto para tolerancias muy cerradas, especificaciones de rugosidad superficial. Los rasgos distintivos superficiales de cualquier objeto, sin cáscara o costras, comparten las mismas características básicas y se describen por la medición independiente de tres de ellas: la forma, ondulación y rugosidad. Las variaciones en la forma o perfil son típicamente controladas por especificaciones en cuanto a la tolerancia en dimensiones o geometría. El perfil de la superficie para la mayoría de tolerancias, de ±0.03 mm (±0.001 pulgada) y mayores, típicamente se miden utilizando equipo dimensional estándar o comparadores ópticos, y deberían medirse con respecto a una superficie de referencia. Cuando el objetivo es controlar la condición superficial, se controla la ondulación y la rugosidad. La variación en el perfil puede ser determinada utilizando una línea que describe la superficie promedio. Esta línea puede ser utilizada como un filtro del perfil Cuando se mide y se reporta la rugosidad superficial, es esencial seleccionar un parámetro de medición que evalúe un valor numérico de la característica que debe ser controlada. La rugosidad promedio o el promedio de la rugosidad es la medición de la rugosidad más antigua. Es la distancia promedio del perfil en la línea media, como se muestra en la imagen 72. Y + Y - Imagen 72. Rugosidad superficial. MENÚ 4. Características de objetos inspeccionados. Las características de una pieza normalmente son controladas estableciendo puntos de referencia que sirven como puntos cero o de orientación, pudiéndose crear un sistema de coordenadas X, Y, Z. Las tolerancias establecidas en cuanto a la orientación de un objeto incluyen requisitos de perpendicularidad, angularidad o paralelismo. Las tolerancias en cuanto a la forma de un objeto incluyen requisitos de planicidad, rectitud, configuración circular o cilíndrica. La imagen 73 ilustra una variedad de símbolos utilizados para establecer tolerancias geométricas. Las tolerancias para el perfil incluyen requisitos para el perfil de una línea y el perfil de una superficie. Los perfiles pueden ser especificados como características individuales, solamente relacionadas con ellas mismas o como características relacionadas, donde se especifica en términos de otra característica o referencia. Las características en tamaño son simplemente etiquetadas con el tamaño definido, el cual puede especificarse como una dimensión lineal, diámetro, radio, ángulo, etc. Las tolerancias se expresan como límites directos sobre la característica, como tolerancia geométrica, nota en el dibujo o en un bloque general de tolerancias. La tolerancia directa se establece anotando el valor adyacente a la característica de interés, la tolerancia se especifica con límites de dimensiones, expresando el límite mayor y menor directamente o con la dimensión nominal y el rango aceptable son los símbolos más y menos. Planicidad Rectitud Circular Cilíndrico Perfil de superficie Perpendicularidad Angularidad Paralelismo Concéntrico Imagen 73. Símbolos de tolerancias geométricas. MENÚ Capítulo 5. Discontinuidades en los materiales. MENÚ 5. Discontinuidades en los materiales. i. Discontinuidades inherentes, de proceso e inducidas en servicio La mayoría de aplicaciones de inspección visual y remota envuelven formas de productos fabricados con metales, por ejemplo tanques, recipientes, tuberías, tubos, formas estructurales, etc. El concreto, la fibra de vidrio, aleaciones, cerámicas, madera, plásticos, etc. también son materiales comunes, pero ellos no serán discutidos. En la aplicación de las Pruebas no Destructivas, las discontinuidades en metales se clasifican históricamente en un sistema convencional, para identificarlas con relación a su fuente de origen en: a) Inherentes– Producidas durante la solidificación desde el estado líquido b) Proceso– Formado inicial o primario c) Proceso– Formado final o secundario d) Servicio Discontinuidades Inherentes- Este grupo de discontinuidades está presente en los metales como resultado de su solidificación inicial desde el estado líquido, antes de cualquier operación para forjarlo o rolarlo en tamaños y formas útiles. Son proporcionados los nombres de estas discontinuidades inherentes y sus fuentes de origen. Discontinuidades de proceso primario- Cuando los lingotes de acero son trabajados en tamaños y formas útiles como billets y forjas, pueden aparecer algunas de las discontinuidades inherentes. MENÚ 5. Discontinuidades en los materiales. Inclusiones no metálicas- Todos los aceros contienen más o menos sustancias de naturaleza no metálica. El origen de tales sustancias se debe principalmente a los materiales que se añaden para la desoxidación del acero fundido dentro del horno, en el cucharón o en el molde del lingote. Estas adiciones son metales que se oxidan fácilmente como el aluminio, silicio, manganeso y otros. Los óxidos y sulfuros de estas adiciones constituyen la mayor cantidad de las inclusiones no metálicas. La imagen 77 se ilustra algunas de estas discontinuidades inherentes, típicas de los lingotes. El proceso moderno de fundición continua para formar materiales elimina muchas de estas discontinuidades que se forman en los metales, pero muchas aplicaciones de la inspección visual son en metales formados por el método de alto horno, hogar abierto, horno eléctrico y el vaciado dentro de un lingote antes de darle forma. El trabajo en caliente del lingote en formas secundarias como tochos, planchones y billets puede causar discontinuidades en los metales. Discontinuidades en tochos, planchones y billets. Las siguientes se consideran dentro de esta categoría: Grietas- Pueden resultar por las grietas que no fueron removidas de los lingotes o que no fueron observadas antes de la deformación en caliente. 2. Discontinuidades de proceso primario (Formas mayores) Imagen 77. Discontinuidades inherentes. InclusiónCabeza Caliente Sopladura Pipe (Tubería o conducto) Lingote MENÚ Pueden producirse tanto por temperaturas muy altas en el rolado en caliente o muy frías en el rolado en frío, y pueden resultar en el acero con alto contenido de azufre (fragilidad caliente). Costras- Ocurren durante la producción del lingote, pero puede ser visible solamente hasta que se realiza la reducción en caliente. Costuras (Seams)- Resultan de grietas alargadas en el lingote, ocurren durante la deformación en caliente. Las grietas transversales de los lingotes producen costuras en forma de “Y” durante la deformación en caliente. Otras discontinuidades superficiales de los lingotes pueden producir una serie completa de ranuras lineales o grupos de costuras. Acero quemado- Producto del sobrecalentamiento localizado severo, causado por el impacto de una flama, la que produce oxidación en los bordes de grano, generalmente el acero no se puede rescatar. Material extraño en el rolado- Ocasionalmente, objetos tales como tuercas y pernos que se sueltan del equipo de rolado y ruedan sobre el producto. Escamas, escorias y varias partes no metálicas también pueden ser roladas y aparecer como discontinuidades superficiales. Traslapes (Laps)- Son proyecciones del rolado que se doblan y son roladas sobre el producto, pero que no son soldadas debido a la oxidación. 5. Discontinuidades en los materiales. Imagen 78. Material extraño en el rolado. MENÚ 5. Discontinuidades en los materiales. Estas discontinuidades pueden ser vistas en los productos de proceso primario aunque con apariencia distorsionada. Generalmente, estas discontinuidades de los materiales en bruto, podrían provocar que el material sea rechazado en procesos posteriores en los productos terminados. El inspector visual puede ver estas condiciones en el producto final aunque cambien de forma, por lo que debería ser advertido de ellas. Procesos primarios (Formado inicial) El proceso de formado al que es sujeto el lingote determinará como afectarán estas discontinuidades inherentes al producto terminado. Existen cinco métodos básicos para producir productos conformados, ellos son: • Forjado • Laminación • Estirado • Extrusión • Perforado Cada uno de estos métodos puede afectar las discontinuidades inherentes si alguna de ellas está presente. También, cada proceso tiene el potencial para añadir nuevas discontinuidades al producto terminado. • Discontinuidades de forjado Los forjas, cuando son muy grandes, no son de formas muy complejas. Pueden ser inspeccionadas visualmente sin equipo visual complejo. El forjado normalmente se realiza a altas temperaturas, así que puede encontrarse oxidación dentro de la discontinuidad. Imagen 79. Método de forjado. MENÚ b) Los encordados (stringers) se forman en el proceso de rolado por las inclusiones no metálicas presentes en el lingote. Las inclusiones son paquetes de materiales extraños en el lingote. Cuando el lingote es rolado, su diámetro se vuelve más pequeño y se alarga. Las inclusiones no metálicas también se estrechan y se alargan, Imagen 80. c) Las grietas (cracks) ocurren cuando las áreas delgadas son esforzadas durante el proceso de rolado y alivian el esfuerzo por medio de la ruptura (grieta). Las costuras, grietas y encordados aparecen en cualquier parte de la pieza rolada. Las costuras y encordados siguen la dirección del rolado. Las grietas causadas por porosidad que alcanza la superficie de la pieza durante el proceso también siguen la dirección del rolado. La inspección visual de productos rolados es complicada por el hecho que son fabricadas muchas estructuras complejas con componentes en forma de placa y formas roladas. La inspección visual de productos rolados debe realizarse antes de cualquier operación de fabricación que pueda esconder porciones de la placa o de la forma. 5. Discontinuidades en los materiales. Imagen 81. Encordados. MENÚ 5. Discontinuidades en los materiales. • Discontinuidades de estirado, extrusión y perforado Las discontinuidades asociadas con estos procesos son todas visibles en la superficie de la parte. Si está presente alguna discontinuidad en un producto estirado, usualmente será grande. Debido a que la mayoría de productos estirados tiene paredes delgadas, la discontinuidad normalmente aparece rompiendo la pared a través. Las extrusiones pueden tener lo que se conoce como superficie rasguñada. Esto significa que la superficie aparece rallada y rasgada. La tubería perforada puede contener pepitas de metal que son fácilmente identificadas. La pepita usualmente deja marcas severas de muescas. 3. Discontinuidades de proceso secundario (Formado final) Los procesos secundarios dan al material sus dimensiones y forma final. Las discontinuidades que se forman se describen a continuación: Desgarres de maquinado- Son causados porque el metal debajo de la herramienta es jalado, cuando no está cortando limpiamente. Los aceros de bajo carbono, suaves y dúctiles, son más susceptibles a este tipo de daño que los aceros duros, con alto contenido de carbono, y otros tipos de aleaciones. Los desgarres por maquinado son superficiales y son fácilmente encontrados con partículas magnéticas. Grietas por tratamiento térmico- Cuando el acero se calienta y se enfría súbitamente para endurecerlo, o es tratado térmicamente de otra forma para producir propiedades deseadas para la resistencia a esfuerzos o desgaste, pueden ocurrir grietas si la operación no es adecuada con el material y la forma de la pieza. Lo más común son las grietas de templado, causadas cuando las partes son calentadas a altas temperaturas y enfriadas repentinamente al sumergirlas en un medio frío, que podría ser agua, aceite, incluso aire. Tales grietas a menudo ocurren en lugares donde la parte cambia de sección, de ligera a pesada, o en filetes o muescas en la pieza. Los cambios de sección y la raíz de las roscas son puntos en los que probablemente se pueden observar grietas por templado. MENÚ 5. Discontinuidades en los materiales. Grietas por esmerilado- Una fuente frecuente de problemas es el esmerilado inapropiado que puede dar como resultado el agrietado superficial o partes endurecidas. Las grietas por esmerilado son esencialmente grietas térmicas y están relacionadas con las grietas por templado en muchas formas. Son causadas porque se establecen esfuerzos por el calentamiento local debajo de la rueda de esmeril. Durante el esmerilado de un metal se genera calor en el punto de contacto entre la rueda de esmeril y el metal. La rueda de esmeril calienta y expande el metal directamente debajo de ella. La rueda pasa y el área pequeña que ha sido esmerilada se enfría y se contrae. 4. Discontinuidades inducidas en el servicio Las discontinuidades que se desarrollan en una parte durante el servicio son generalmente de cuatro tipos: 1. Corrosión general, interna y externa. 2. Desgaste, sólido contra sólido. 3. Erosión, por una corriente de líquido o por partículas en una corriente de gas. 4. Grieta debido a la fatiga. Imagen 82. Grietas por fatiga. MENÚ 5. Discontinuidades en los materiales. d) Crevice (Hendidura o ranura). Ocurre en uniones o cerca de ellas. Se presenta en superficies ajustadas que tienen contacto pobre con un ambiente corrosivo y debajo de sólidos asentados que forman depósitos sobre una superficie metálica. También se presenta debajo de depósitos localizados en el fondo de contenedores de líquidos. Su geometría evita que el ambiente corrosivo alcance su parte más profunda, consecuentemente, los constituyentes del proceso de corrosión son diferentes a los del ambiente corrosivo, lo que provoca que esas regiones sean corroídas más rápidamente que el metal expuesto. Típicamente se localiza en juntas de solape, placas metálicas remachadas o atornilladas, juntas bridadas y con empaques, y debajo de aislantes térmicos humedecidos. e) Nivel de líquido. Bombas y depósitos de líquidos que sufren de cambios en los niveles del líquido muestran corrosión rápida en la zona de salpicadura. La alta cantidad de oxígeno sobre la superficie y la baja cantidad de oxígeno en el líquido crean celdas anódicas y catódicas. Los residuos a lo largo de la superficie también aceleran la corrosión. f) Corrosión en fase selectiva. El ataque se produce sobre los constituyentes micro-estructurales o fases de los metales y aleaciones. Debido a que las micro-estructuras metálicas no son homogéneas, esta forma de corrosión es altamente localizada. A continuación se describen dos tipos de corrosión en fase selectiva: Imagen 84. Crevice (Hendidura o ranura) Imagen 85. Nivel de líquido. MENÚ 5. Discontinuidades en los materiales. • La “corrosión íntergranular” es un ataque selectivo en los bordes de grano del metal o sobre áreas inmediatamente adyacentes, con un ataque relativamente pequeño sobre los propios granos. En su forma más severa, se pierden completamente los granos, lo que puede resultar en la desintegración completa del metal. Ocurre más frecuentemente en aceros inoxidables de la serie 300, y es un problema solamente cuando existe un tratamiento térmico inapropiado o en condición como soldado, en aleaciones inestables que contienen más de 0.03 por ciento de carbono. • La “de-aleación” (dealloying) o des-materialificación, es la remoción selectiva de uno o más elementos o fases de una aleación. En esencia, las dimensiones iniciales permanecen sin cambio, pero las áreas afectadas consisten de un residuo mecánicamente débil, usualmente de un color diferente al de la aleación. (Imagen 86). Las formas comunes son: “De-zincificación” de bronces, en donde el zinc es preferentemente removido de la aleación, dejando una capa porosa de cobre. “Corrosión grafítica” de fundiciones de hierro, en donde el hierro es preferentemente removido, dejando una masa porosa de grafito. “Exfoliación” de aleaciones de aluminio, en donde la corrosión se propaga a lo largo de los bordes de grano, en planos paralelos a la superficie. “Ataque en los bordes de grano” la cual ocurre en forma selectiva en inclusiones no metálicas en áreas de sección transversal de productos rolados o extruídos tales como extremos de tubos, extremos de tornillos y los extremos cortados de placas. Imagen 86. Dealloying o desmaterialización. MENÚ 5. Discontinuidades en los materiales. La inspección visual para detectar corrosión general puede detectar la pérdida de la pared relativamente fácil, cuando el mecanismo ha dejado restos sin importancia; sin embargo, donde la corrosión se deposita y permanece, la inspección visual es difícil a menos que los depósitos sean cuidadosamente removidos. Usando micrómetros u otros instrumentos de medición puede medirse la cantidad de pérdida de la pared. Es mucho más difícil medir la pérdida de pared de componentes donde no es posible el acceso físico, por lo que otras técnicas, como el ultrasonido, son comúnmente usadas. El ataque por corrosión puede ordenarse desde corrosión uniforme superficial hasta picaduras muy localizadas. En la inspección visual debe documentarse la naturaleza, extensión y profundidad de cualquier corrosión no uniforme. Las imagenes 88 y 89 ilustran algunas formas de corrosión. • Desgaste (Wear) El desgaste es la remoción indeseable de material por acción mecánica. El desgaste puede ocurrir por diferentes mecanismos. El “desgaste abrasivo” ocurre cuando una superficie rueda, se desliza o resbala sobre otra superficie ejerciendo bastante presión como para causar una acción cortante (causado también por partículas que producen cierta pérdida de metal o por juntas traslapadas que se mueven o vibran). Y el “desgaste adhesivo”, ocurre cuando dos superficies son micro soldadas debido a la acción de calor y presión conforme se mueve una sobre la otra, o en superficies estáticas, cuando movimientos o presiones cíclicas pequeñas producen deformación elástica en los bordes y causan micro soldadura. Imagen 88. Picaduras. Imagen 89. Corrosión Nivel de líquido. MENÚ Fatiga térmica La fatiga térmica es diferente de la mecánica por la naturaleza de la carga que causa la fatiga. En la fatiga térmica, existen temperaturas diferenciales dentro de un componente, las cuales inducen esfuerzos y deformaciones significativas. Las fuerzas que causan la fatiga térmica se deben a la expansión diferente entre: 1. Partes dentro de un componente encontrándose a temperaturas diferentes. 2. Componentes a temperaturas diferentes que son conectados. 3. Diferencias de los coeficientes de expansión. La proporción cíclica de la fatiga térmica es típicamente baja. Así, es frecuente, pero no exclusivo, un fenómeno de alta temperatura. Los esfuerzos a altas temperaturas llevan a fallar en muy pocos ciclos. Cuando esto ocurre en menos de diez ciclos, el fenómeno es conocido como “choque térmico”. La fatiga térmica frecuentemente inicia donde existe cambio en el espesor de la sección, debido a la diferencia en la cantidad de calor que absorben las masas y al gradiente de temperatura. 5. Discontinuidades en los materiales. Imagen 93. Grietas por fatiga térmica MENÚ 5. Discontinuidades en los materiales. ii. Procesos primarios soldadura y fundición Clasificación de discontinuidades de soldadura Algunas discontinuidades de soldadura son comunes a varios procesos, mientras que otras son exclusivas de un proceso específico. Aunque una discontinuidad puede ser común para varios procesos, su tamaño, forma y apariencia pueden variar con el proceso de soldadura. Las discontinuidades discutidas son clasificadas en cuatro clases generales, cada una de las cuales puede subdividirse. 1. Discontinuidades dimensionales a. Tamaño de la soldadura b. Perfil de la soldadura c. Distorsión / deformación 2. Discontinuidades estructurales a. Grietas b. Penetración inadecuada c. Fusión incompleta d. Porosidad e. Inclusiones de escoria f. Inclusiones de tungsteno g. Socavado h. Quemada a través 3. Propiedades del metal de soldadura (de aporte) a. Propiedades químicas b. Propiedades mecánicas Imagen 94. Porosidad en soldadura. MENÚ 5. Discontinuidades en los materiales. 4. Discontinuidades del metal base a. Laminaciones b. Desgarres laminares Discontinuidades dimensionales Los datos relacionados con el tamaño y dimensiones finales de la soldadura normalmente se incluyen en dibujos o especificaciones. El tamaño de la soldadura se determina por la medición actual utilizando calibradores o por comparación con muestras estándar. a. Tamaño de la soldadura Soldadura de ranura. El tamaño de una soldadura de ranura se mide por la profundidad de la garganta efectiva. La garganta efectiva es la distancia más corta desde la raíz de la soldadura a la cara de la soldadura, menos cualquier refuerzo, imagen 95. Si los dos miembros base son del mismo espesor, la garganta efectiva es igual al espesor del metal base. Si los dos miembros base son de diferente espesor, la garganta efectiva es igual al espesor del miembro más delgado. Tamaño Imagen 95. Tamaño de una soldadura de ranura. MENÚ 5. Discontinuidades en los materiales. • Traslape (overlap) Es la condición donde existe una saliente o proyección de metal soldado sin fundir, más allá de los dedos de cara o raíz de la soldadura. Aparece como si el metal soldado desbordara la junta y se extiende sobre la superficie del metal base adyacente, Imagen 100. Es considerada una discontinuidad significativa ya que produce un efecto de muesca o ranura, lo cual resulta en concentración de esfuerzos cuando la soldadura es colocada bajo cargas durante el servicio. • Socavado (undercut) Es una condición superficial, cuando el metal base se funde en la unión con el metal de soldadura, pero el metal depositado es insuficiente para llenar adecuadamente la depresión resultante. Aparece como una ranura o cavidades fundidas en el metal base directamente adyacente y a lo largo de cualquiera de los bordes de la cara o raíz de la soldadura, imagen 101. Esta condición en exceso puede afectar seriamente la vida de la soldadura debido a la fatiga. • Relleno insuficiente (llenado bajo = Underfill) Es una depresión en la cara o raíz de la soldadura, lo que corresponde a una pérdida de material en la sección transversal de la soldadura, que como resultado tendrá un espesor menor que el metal base. No hay suficiente metal depositado para llenar adecuadamente la junta soldada, Imagen 102. Esta condición puede debilitar seriamente la soldadura. Imagen 100 . Traslape. Imagen 101 . Traslape. Imagen 102 . Llenado bajo. MENÚ 5. Discontinuidades en los materiales. 2 Soldadura de filete. El perfil de una soldadura de filete se relaciona principalmente con su contorno. Varias discontinuidades del perfil, asociadas con las soldaduras de ranura, también son asociadas con las soldaduras de filete, sin embargo, la terminología utilizada para describirlas es diferente. • Puente (bridging) El puente en una soldadura de filete es similar a una penetración incompleta en una soldadura de ranura. Es la falla del metal de soldadura para penetrar en el metal base, hasta la raíz de la soldadura de filete, imagen 103. • Concavidad excesiva Es la condición donde la cantidad insuficiente de metal de soldadura ha ocasionado que la garganta actual sea menor que el tamaño del filete requerido, imagen 104. • Convexidad excesiva Es metal de soldadura depositado en exceso sobre la cara de la soldadura. Esta condición produce un efecto de muesca o ranura, lo cual puede debilitar seriamente la soldadura, Imagen 105. Imagen 103. Puente. Imagen 104. Concavidad excesiva. Imagen 105. Concavidad excesiva. MENÚ 5. Discontinuidades en los materiales. • Pierna insuficiente Es la condición que resulta cuando existe una cantidad inadecuada de metal de soldadura depositado entre la raíz del filete y el dedo de la soldadura, Imagen 106. • Garganta insuficiente Es la condición donde la cara de la soldadura está por debajo de lo normal, reduciendo la sección transversal de la soldadura, por lo tanto, la soldadura se encuentra debilitada, Imagen 107. • Traslape (overlap) Es la condición donde existe una saliente de metal de soldadura más allá de la línea de fusión en el dedo de la soldadura, la cual puede reducir el tamaño efectivo de la pierna, Imagen 108. • Socavado (undercut) Es una condición superficial, cuando el metal base se funde en la unión con el metal de soldadura. Aparece como una ranura o cavidades fundidas en el metal base adyacente al dedo de la soldadura,imagen 109. Esta condición en exceso puede afectar seriamente la vida de la soldadura debido a la fatiga. Imagen 106. Pierna insuficiente. Imagen 107. Garganta insuficiente. Imagen 108. Traslape. Imagen 109. Socavado. MENÚ 5. Discontinuidades en los materiales. b) Grietas transversales: Estas grietas son perpendiculares al eje de la soldadura, en algunos casos entran al metal base. Generalmente son causadas por esfuerzos longitudinales de contracción de la sol dadura, que actúan sobre la propia soldadura o sobre el metal base de baja ductilidad. 3. Por la localización física exacta con respecto a las diferentes partes de la soldadura. Esta descripción incluye: garganta, raíz, dedo, cráter, debajo de cordón, zona afectada por el calor y en el metal base. a) Grietas de garganta: Llamadas así porque se extienden a lo largo de la garganta de la soldadura o en el espacio más corto a través de la sección transversal de la soldadura, en soldaduras de filete. Pu eden llegar a la cara de la soldadura por lo que pueden ser obser vadas visualmente. b) Grietas de raíz: Su propagación puede ser en el metal de solda dura o en el metal base. También son longitudinales. Inician en la raíz de la soldadura o en la superficie de la raíz. Así como las grietas de garganta, están relacionadas con la existen cia de esfuerzos de contracción de la soldadura. Muchas veces re sultan cuando las juntas son ajustadas o preparadas inadecuada mente, por ejemplo aberturas de raíz grandes pueden resultar en una concentración de esfuerzos para producir grietas de raíz. Imagen 111 . Diferentes formas y ubicaciones de grietas. MENÚ 5. Discontinuidades en los materiales. c) Grietas de dedo: Son grietas del metal base, que se propagan desde los dedos de la soldadura. Las soldaduras que presentan refuerzo o convexidad pueden proporcionar concentradores de esfuerzos en los dedos de la soldadura, esto, combinado con la baja ductilidad de la microestructura de la zona afectada por el calor, incrementa la susceptibilidad de la soldadura a las grietas de dedo. Pueden ocurrir por los esfuerzos transversales de contracción de la soldadura o por esfuerzos de servicio debido a la fatiga. d) Grietas cráter: Se generan en los puntos de terminación de los pasos o cordones individuales de soldadura, donde se interrumpe el arco. Si la técnica utilizada por el soldador al terminar el arco no suministra el llenado completo del charco de soldadura fundida, el resultado puede ser un cráter en esa ubicación. Son un tipo de grietas particularmente peligrosas porque pueden no propagarse hasta varias horas después que la soldadura ha sido terminada. Por esta razón, para aquellos materiales que son más susceptibles a este tipo de grietas, la inspección final debería realizarse de 48 a 72 horas después que la soldadura se ha enfriado a la temperatura ambiente. Resultan por la presencia de hidrógeno en la zona de la soldadura, el cual puede estar presente en el material de aporte, en el metal base, en la atmósfera circundante o por contaminación superficial. También, debido a que la zona afectada por el calor es típicamente menos dúctil que el metal de soldadura y el metal base, el agrietamiento puede ocurrir sin la presencia de hidrógeno. En situaciones de alta restricción, los esfuerzo de contracción pueden ser suficientes para producir grietas en la zona afectada por el calor, especialmente en el caso de materiales frágiles. e) Grietas en el metal base: Este tipo de grietas puede o no ser asociado con la soldadura. Con mucha frecuencia, son asociadas con elevadores de esfuerzos, los cuales resultan en el agrietamiento una vez que la pieza es puesta en servicio. MENÚ 5. Discontinuidades en los materiales. Fusión incompleta Se describe como la condición donde la soldadura no está completamente fusionada con el metal base o con los pasos adyacentes de soldadura. Es la falla del metal fundido de soldadura para fluir, fundir y fusionar el metal adyacente. Debido a su forma lineal y la característica de sus bordes relativamente agudos, la fusión incompleta corresponde a una discontinuidad significativa de la soldadura. También es conocida como falta de fusión, fusión inadecuada y solape o soldeo en frío. Puede ocurrir en diferentes posiciones dentro de la soldadura. Normalmente es alargada y orientada en dirección de la soldadura, paralela al eje de la soldadura. Puede presentarse en líneas alargadas continuas o intermitentes, sencillas o paralelas, como se muestra en la Imagen 112. Porosidad La porosidad es una discontinuidad de tipo cavidad formada por gas atrapado durante la solidificación. Pueden ser simplemente huecos o paquetes de gas dentro del metal soldado. Debido a su forma esférica característica, la porosidad es normalmente considerada la discontinuidad menos peligrosa. Sin embargo, donde la soldadura debe formar algún límite para contener un gas o líquido, la porosidad puede ser considerada más peligrosa. La porosidad es generalmente caracterizada como una discontinuidad con bordes tersos, redondeada o alargada. Un solo poro también puede tener una cola aguda, lo que podría ser un punto de inicio de una grieta. Imagen 112. Fusión incompleta.