PARTICULAS MAGNETICAS

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(1)

PA

PA

RT

RT

Í

Í

CU

CU

L

L

A

A

M A G N E T I Z A B L E S  

M A G N E T I Z A B L E S  

I

I

ng

ng

.

.

Ricardo

Ricardo

Echevarria 

Echevarria 

AÑO 2002 

AÑO 2002 

UNIVERSIDAD NACIONAL DEL COMAHUE

UNIVERSIDAD NACIONAL DEL COMAHUE

Facultad

Facultad de Ingende Ingenieríaiería

Laboratorio de Ensayos No destructivos

(2)
(3)

INDICE INDICE

CAPÍT

CAPÍTULO ULO I: I: INTROINTRODUCCIÓDUCCIÓNN...44

L

LIMITACIONES Y VENTAJAS DEL MÉTODOIMITACIONES Y VENTAJAS DEL MÉTODO...4...4

CAPÍTULO II: BASES DE LA INSPECCIÓN ELECTROMAGNÉTICA POR CAPÍTULO II: BASES DE LA INSPECCIÓN ELECTROMAGNÉTICA POR PARTÍC

PARTÍCULAS MAGNETIZAULAS MAGNETIZABLES.BLES. ... 66

M

MATERIALES MAGNÉTICOSATERIALES MAGNÉTICOS... 66

(1)

(1) MagnetismMagnetismo:o: ...6 6  (2) Tipos

(2) Tipos de Materiales de Materiales MagnéticoMagnéticoss... 7 7 

C

CAMPOAMPOMMAGNÉTICO DEBIDO A UNA CORRIENTE ELÉCTRICAAGNÉTICO DEBIDO A UNA CORRIENTE ELÉCTRICA.. ...99

(1)Campo Magnético en un condu

(1)Campo Magnético en un conductor recto.ctor recto. ... 99 (2) Campo magnético en el

(2) Campo magnético en el interior de un interior de un conductor cilíndrico sólido transportandconductor cilíndrico sólido transportandoo corriente

corriente distribuida distribuida uniformemente...uniformemente... 99 (3) Campo mag

(3) Campo magnético en el eje de un solenoide dnético en el eje de un solenoide de sección transversal circular.e sección transversal circular. ... 1010 (4) Campo magnético en el

(4) Campo magnético en el interior de un tinterior de un toroide...oroide... 1111

C

CURVAURVAB-H...B-H... 1212

D

DISTRIBUCIÓN DE LAS LÍNEAS DE INDUCCIÓN MAGNÉTICAISTRIBUCIÓN DE LAS LÍNEAS DE INDUCCIÓN MAGNÉTICA...15...15

E

EFECTOFECTOPPELICULAR ELICULAR ...1717

CAPÍTULO III: MÉTODO

CAPÍTULO III: MÉTODOS PARA S PARA PRODUCIR CAMPPRODUCIR CAMPOS MAGNÉTIOS MAGNÉTICOS:COS: ...1919

Y

YUGOSUGOS:: ...2222

Yugos de imanes

Yugos de imanes permanentes:permanentes: ... 2222 Yugos

Yugos electromagnéticos...electromagnéticos... 2222

B

BOBINASOBINAS:: ... 2323

C

CONDUCTORONDUCTORCCENTRALENTRAL:...:...2525

Conductor Sólido no magnético;

Conductor Sólido no magnético; CCCC ... 2525 Conductor: sólido

Conductor: sólido ferromagnético: C.C:ferromagnético: C.C: ...26 26  Conductor: sólido ferromagnético: C.A:

Conductor: sólido ferromagnético: C.A: ...26 26  Conductor central en un

Conductor central en un cilindro ferromagnético hueco: ...cilindro ferromagnético hueco: ... 26 26 

M

MÉTODO DE CONTACTO DIRECTOÉTODO DE CONTACTO DIRECTO:...28:...28

C

CONTACTO CON PUNTASONTACTO CON PUNTAS:: ... 2929

C

CORRIENTES INDUCIDASORRIENTES INDUCIDAS:: ... 3030

Tipo de corriente a utilizar en el método de corrientes inducidas: C.A. vs. C.C.:... Tipo de corriente a utilizar en el método de corrientes inducidas: C.A. vs. C.C.:... 3131  Aplicacion

 Aplicaciones:es: ...3232  Inspección de esferas de acero:

 Inspección de esferas de acero: ... 3333 INTE

INTENSIDANSIDAD DE LA D DE LA CORRIENTE APLICCORRIENTE APLICADA.ADA. ... 3333 CAPÍTULO IV:

CAPÍTULO IV: INSPECCINSPECCIÓN DE PIEZASIÓN DE PIEZAS ... 3535

C

CILÍNDRICAS HUECASILÍNDRICAS HUECAS...3535

Tuberías de

Tuberías de pozos de pozos de petróleo: ...petróleo: ... 3535

S

SOLDADURAS EN TUBERÍAS DE ACERO AL CARBONOOLDADURAS EN TUBERÍAS DE ACERO AL CARBONO:...36:...36

C

CILINDROS HUECOS CERRADOS EN UN EXTREMOILINDROS HUECOS CERRADOS EN UN EXTREMO:...39:...39

II NSPE NSPECCICCIÓN ÓN DE DE FUNDFUNDICIONEICIONES Y FORS Y FORJADJADOSOS...39...39

G

GANCHOS DE PLUMASANCHOS DE PLUMAS...4040

E

EJE DE TRANSMISIÓNJE DE TRANSMISIÓN:...:...4141

D

DISCO O ENGRANAJE SOBRE EL ISCO O ENGRANAJE SOBRE EL EJEEJE...42...42

P

PIEZAS EN FORMA DEIEZAS EN FORMA DEY...43Y...43

II NSPE NSPECCICCIÓN DÓN DE UN E UN CABCABALLETE PARALLETE PARA MOA MOTOR TOR :...43:...43

II NSPEC NSPECCIÓCIÓN DE N DE SOLDSOLDADURASADURAS:...:... 4343

(4)

CAPÍT

CAPÍTULO V : ULO V : OTROS MÉTODOOTROS MÉTODOS DE INSS DE INSPECCIPECCIÓNÓN ... 4848

II NSPE NSPECCIÓCCIÓN CON CON GON GOMAS MMAS MAGNÉTIAGNÉTICASCAS:...:...4848

IIMPRESIÓN MAGNÉTICAMPRESIÓN MAGNÉTICA... 5050

P

(5)

INSPECCIÓN POR PARTÍCULAS MAGNETIZABLES

INSPECCIÓN POR PARTÍCULAS MAGNETIZABLES

Capítulo I: Introducción

Capítulo I: Introducción

La inspección por PM. es un método para localizar discontinuidades superficiales La inspección por PM. es un método para localizar discontinuidades superficiales y subsuperfic

y subsuperficiales en materiales iales en materiales ferromagnéticos.ferromagnéticos.

. En principio, el método involucra la magnetización del área a ser examinada, la . En principio, el método involucra la magnetización del área a ser examinada, la aplicación de partículas ferromagnéticas a la superficie. Las partículas formarán aplicación de partículas ferromagnéticas a la superficie. Las partículas formarán indicaciones sobre la superficie donde fisuras y otras discontinuidades causen indicaciones sobre la superficie donde fisuras y otras discontinuidades causen distorsión en el campo magnético normal. Estas indicaciones son usualmente distorsión en el campo magnético normal. Estas indicaciones son usualmente características

características del tipo del tipo de discontinuidad de discontinuidad que es que es detectado y detectado y pueden pueden ser fisuras,ser fisuras, solapes, cos

solapes, costuras, cerramientos eturas, cerramientos en frío, y n frío, y laminaciones.laminaciones.

Este método se basa en el hecho de que cuando una pieza es magnetizada, las Este método se basa en el hecho de que cuando una pieza es magnetizada, las discontinuidades que son aproximadamente perpendiculares a la dirección del campo discontinuidades que son aproximadamente perpendiculares a la dirección del campo magnético producirán un escape del campo de fuga de la superficie de la pieza.

magnético producirán un escape del campo de fuga de la superficie de la pieza.

La presencia del campo de fuga y por ende la presencia de la discontinuidad se La presencia del campo de fuga y por ende la presencia de la discontinuidad se detecta aplicando partículas ferromagnéticas finamente divididas sobre la superficie de detecta aplicando partículas ferromagnéticas finamente divididas sobre la superficie de la pieza en ensayo, las que son atraídas y r

la pieza en ensayo, las que son atraídas y retenidas en los campos de fuga.etenidas en los campos de fuga. Esta

Esta aglomeración aglomeración de de partículas partículas “dibuja” “dibuja” la la discontinuidad discontinuidad e e indican indican susu localización, tamaño, forma y extensión.

localización, tamaño, forma y extensión.

Las partículas magnetizables pueden ser aplicadas sobre la superficie como Las partículas magnetizables pueden ser aplicadas sobre la superficie como partículas secas o como una suspensión en un líquido como agua o

partículas secas o como una suspensión en un líquido como agua o kerosén.kerosén.

Los materiales ferromagnéticos incluyen a la mayoría de las aleaciones de hierro, Los materiales ferromagnéticos incluyen a la mayoría de las aleaciones de hierro, cobalto, níquel. Muchos aceros endurecidos por precipitación como por ejemplo los cobalto, níquel. Muchos aceros endurecidos por precipitación como por ejemplo los aceros inoxidables 17- 4PH, 17-7 PH y 15-4 PH, son magnéticos después del aceros inoxidables 17- 4PH, 17-7 PH y 15-4 PH, son magnéticos después del envejecimiento.

envejecimiento.

Estos materiales pierden sus propiedades ferromagnéticas por encima de una Estos materiales pierden sus propiedades ferromagnéticas por encima de una cierta temperatura (Temperatura de Curie). Esta temperatura varía para los diferentes cierta temperatura (Temperatura de Curie). Esta temperatura varía para los diferentes materiales siendo para los materiales ferromagnéticos aproximadamente de 760 º C. materiales siendo para los materiales ferromagnéticos aproximadamente de 760 º C.

Li

Li mm itacitac ionion es y es y venven tajas dtajas d el mel m éétoto dodo Los materiales

Los materiales nono  ferromagnéticos no pueden ser inspeccionados por este  ferromagnéticos no pueden ser inspeccionados por este método. Tales materiales incluyen aleaciones de aluminio, magnesio, cobre, plomo método. Tales materiales incluyen aleaciones de aluminio, magnesio, cobre, plomo titanio y aleaciones de aceros inoxidables austeníticos.

titanio y aleaciones de aceros inoxidables austeníticos.  Ademá

 Además s de de los los métodmétodos os conveconvencionncionales ales utilizautilizados dos en en la la inspeinspección cción por por PM, PM, hayhay otros (no convencionales) que emplean partículas magnetizables sobre la pieza otros (no convencionales) que emplean partículas magnetizables sobre la pieza magnetizada. Tres de estos métodos son: inspección con goma magnética, impresión magnetizada. Tres de estos métodos son: inspección con goma magnética, impresión magnética y pintado magnético l

magnética y pintado magnético los que se describirán mas adelos que se describirán mas adelante.ante. Aplicaciones:

Aplicaciones:

Las principales aplicaciones industriales de PM son la inspección final, inspección Las principales aplicaciones industriales de PM son la inspección final, inspección de recepción, inspección de procesados y control de calidad, mantenimiento e de recepción, inspección de procesados y control de calidad, mantenimiento e inspecciones de reparación en la industria del transporte, mantenimiento de planta y inspecciones de reparación en la industria del transporte, mantenimiento de planta y máquinas e inspección

máquinas e inspección de grandes componentes.de grandes componentes.  Aún

 Aún cuancuandodo la inspección con PM sea aplicada para detectar discontinuidades ela inspección con PM sea aplicada para detectar discontinuidades e imperfecciones en piezas y materiales tan pronto como sea posible en la secuencia de imperfecciones en piezas y materiales tan pronto como sea posible en la secuencia de operación, la inspección final es necesaria para asegurar que no se han producido operación, la inspección final es necesaria para asegurar que no se han producido durante el proceso discontinuidades o imperfecciones

durante el proceso discontinuidades o imperfecciones

La inspección de recepción de material también se realiza sobre materias primas La inspección de recepción de material también se realiza sobre materias primas y piezas semiterminadas para detectar cualquier materi

(6)

PM. es ampliamente usada la recepción de barras o varillas, forjados y PM. es ampliamente usada la recepción de barras o varillas, forjados y fundiciones.

fundiciones.

En la industrial del transporte(camiones, vías férreas y aviones) se planifica la En la industrial del transporte(camiones, vías férreas y aviones) se planifica la inspección de las partes críticas en busca de fisuras.

inspección de las partes críticas en busca de fisuras.

Programas de inspección planificada se usan también para el mantener equipos Programas de inspección planificada se usan también para el mantener equipos en operación sin roturas durante el

en operación sin roturas durante el servicio.servicio.

Un requerimiento de seguridad en plantas es la inspección de ganchos de Un requerimiento de seguridad en plantas es la inspección de ganchos de plumas; donde se pueden desarrollar fisuras por fatiga en la superficie interior plumas; donde se pueden desarrollar fisuras por fatiga en la superficie interior endurecida, lugar e la

endurecida, lugar e la que se concentran las cargas que se concentran las cargas de elevación.de elevación.  Alabe

 Alabes, s, hélichélices es y y carcacarcazas zas de de turbinturbinas as de de vapovapor r se se examiexaminan nan por por roturaroturass incipientes durante las paradas planificadas.

incipientes durante las paradas planificadas. Ventajas

Ventajas

Este método es un medio sensible para localizar fisuras superficiales pequeñas y Este método es un medio sensible para localizar fisuras superficiales pequeñas y angostas en materiales ferromagnéticos.

angostas en materiales ferromagnéticos.

Se pueden producir indicaciones de fisuras con tamaños suficientes para ser Se pueden producir indicaciones de fisuras con tamaños suficientes para ser vistas a ojo

vistas a ojo desnudo, pero si desnudo, pero si la apertura de las la apertura de las fisuras son demasiado fisuras son demasiado grandes grandes puedepuede no formarse la indicación.

no formarse la indicación.

También se indican en muchos casos discontinuidades que no son abiertas a la También se indican en muchos casos discontinuidades que no son abiertas a la superficie, aunque se debe reconocer algunas limitaciones y comprensión del superficie, aunque se debe reconocer algunas limitaciones y comprensión del problema. Si una discontinuidad es delgada, marcada y cercana a la superficie, tal problema. Si una discontinuidad es delgada, marcada y cercana a la superficie, tal como una larga inclusión no metálica, se puede producir una indicación clara. Si la como una larga inclusión no metálica, se puede producir una indicación clara. Si la discontinuidad está ubicada más profundamente la indicación aparecerá cada vez más discontinuidad está ubicada más profundamente la indicación aparecerá cada vez más difusa hasta no llegar

difusa hasta no llegar a detectarse.a detectarse.

En general la mayor sensibilidad es para discontinuidades superficiales y En general la mayor sensibilidad es para discontinuidades superficiales y disminuye rápidamente con el incremento de la profundidad de la discontinuidades disminuye rápidamente con el incremento de la profundidad de la discontinuidades (sub- superficiales) por debajo de la superficie.

(sub- superficiales) por debajo de la superficie.

Hay pocas o ninguna limitación en el tamaño o forma de las piezas a ser Hay pocas o ninguna limitación en el tamaño o forma de las piezas a ser inspeccionadas. Normalmente no es necesario una complicada limpieza inicial ya que inspeccionadas. Normalmente no es necesario una complicada limpieza inicial ya que las fisuras rellenas d

las fisuras rellenas de materiales extraños pueden ser dete materiales extraños pueden ser detectadas.ectadas. Limitaciones

Limitaciones

Hay ciertas limitaciones que el operador debe considerar, por ejemplo el espesor de Hay ciertas limitaciones que el operador debe considerar, por ejemplo el espesor de capas de pintura u otros recubrimientos no magnéticos como plateados que pueden capas de pintura u otros recubrimientos no magnéticos como plateados que pueden afectar adversamente a la inspección.

afectar adversamente a la inspección. Otras limi

Otras limitactaciones son:iones son:

•• El método sólo puede ser usado sobre materiales ferromagnéticos.El método sólo puede ser usado sobre materiales ferromagnéticos. •• Los mejores resultados se obtienen cuando el campo intLos mejores resultados se obtienen cuando el campo interceptaercepta

perpendicularmente al plano principal de la discontinuidad, por lo que muchas perpendicularmente al plano principal de la discontinuidad, por lo que muchas veces hay que magnetizar secuencialmen

veces hay que magnetizar secuencialmente en te en diferentes diferentes direcciones.direcciones.

•• Frecuentemente es necesaria la desmagnetización de la pieza después delFrecuentemente es necesaria la desmagnetización de la pieza después del ensayo.

ensayo.

••  Algun Algunas vas veces eces se se requirequiere ere una una limpilimpieza eza final final para para elimineliminar laar las pas partículrtículas .as . •• Para piezas grandes se necesita una Para piezas grandes se necesita una excesiva intensidad de corrientexcesiva intensidad de corriente.e.

•• Se debe tener cuidado de no producir recalentamiento o quemados localizadosSe debe tener cuidado de no producir recalentamiento o quemados localizados en los puntos de contactos sobre pieza terminadas.

en los puntos de contactos sobre pieza terminadas.

••  Aunqu Aunque las e las indicaindicaciones ciones de pde partículartículas sas son vion vistas stas fácilmfácilmente, ente, el opel operador erador debedebe tener

(7)

Capítulo II: Bases de la Inspección Electromagnética por

P.M.

Mat er ial es m ag n éti c o s .

(1) Magnetismo:

Coloquemos una barra magnética (imán) sobre una pila de alfileres y luego levantémoslo. Los alfileres se pegaran a la barra principalmente cerca de sus dos extremos . Estos dos lugares, donde la fuerza es intensa, son llamados los polos del imán. Cuando la barra es usada como una brújula, uno de los extremos indica el Norte y este extremo es llamado Polo Norte. El otro es el Polo Sur. Los Polos magnéticos existen en pares.

No ha sido posible producir un polo magnético sin el acompañamiento de un polo opuesto, y cuando se quiebra un imán instantáneamente se desarrollan polos en los extremos quebrados. Entre los polos magnéticos se ejercen fuerzas. Polos de igual nombre se repelen y polos de distinto nombre se atraen. La intensidad del polo magnético se puede comparar con la magnitud de estas fuerzas. Existen dos principios básicos en magnetismo que se pueden probar experimentalmente.

a) fuerzas de repulsión se ejercen entre polos del mismo signo y fuerzas de atracción se ejercen entre polos del mismo signo.

b) Las fuerzas de atracción o repulsión de un polo sobre otro es proporcional a la intensidad de los dos polos dividido por la distancia que los separa.( Ley de Coulomb).

La ley de Coulomb se representa por :

f= m

1

m

2

 /4.π

π.µ

µ

0

2 (1)

Donde . m1 y m2 : la intensidad de cada polo [wb] , r: la distancia entre los

polos [m] , f: la fuerza ejercida entre los polos [N] y µ0: permeabilidad en el vacío (

4πx 10 –7 H/m)

Considere el polo magnético m2 , fuera de dos polos m1y m2 . El polo m2recibe

la fuerza magnética representada por la Ecuación. (1) cerca del polo m1. El espacio

donde el polo magnético recibe la fuerza magnética es llamada campo magnético. La intensidad de un campo magnético esta representado por la magnitud de la fuerza magnética. Entonces, la ecuación. (1) se puede rescribir como Ecuación (2).

F= m

2

H

  (2)

 Así, H es escrita como la Ecuación(3)

H = m

1/

4.π

π µ

µ

0

2 (3)

Expresado de otra forma, la magnitud de la fuerza magnética en el espacio, si m2 es 1 Wb, es igual a la intensidad del campo magnético en ese espacio.

La unidad del campo magnético se representa usualmente como [ A/m].

El campo magnético, por ejemplo; existe alrededor de un imán permanente., pero nosotros no lo vemos a ojos desnudos. Los patrones mostrados en la Fig. 1 son revelados cuando limaduras de hierro son esparcidas sobre un cartón duro que cubre a la barra magnética. Como vemos en la Fig. 1., pequeñas líneas unen un polo de un imán a el otro. Esas líneas son más densos cerca de cada polo y se separan unas de otras lejos del polo. Si una brújula se mueve desde Polo norte a el Polo sur de un imán, su aguja permanece alineadas con las líneas en el campo del

(8)

imán. Así, la intensidad del campo magnético tiene magnitud y dirección en cada punto. Tal cantidad es llamada vector . Las líneas observadas en la figura 1. están conectadas para formar líneas y esas líneas son llamadas líneas de fuerzas magnéticas. El dibujo de estas curvas representa la dirección en la cual la agujas de una brújula señala cuando es colocada en el campo magnético.

Fig. 1

Las curvas son tangentes al campo en cada punto. Las líneas de fuerzas magnéticas comienzan en el Polo N del imán, se curvan y alcanzan al Polo sur. Esto es continuo y no se diluyen sobre el camino. Además, no se interceptan unas a otras .

Como las líneas de fuerzas magnéticas son un haz en el espacio, las llamaremos flujo magnético.

Sea el flujo magnético ∅ [Wb] que pasa a través del área S [m2]. Luego, la cantidad de flujo por unidad de área, estará dado por Ecuación. (4)

B=

∅ /S

  (4) Y B es llamada densidad de flujo.(magnético).

B [Wb/ m2] (las unidades en el SI es la , Tesla [T]

La densidad de flujo B esta relacionada con intensidad del campo magnético H por la Ecuación. (5) en el vacío( aproximadamente lo mismo que en aire)

B=

µ

µ

0

H

  (5)

De acá podemos considerar que la densidad de flujo que se produce en el espacio es debida a la existencia de la intensidad de un campo magnético.

B es un vector semejante a H.

Las curvas que están en la misma dirección que la densidad de flujo en cada punto de ellos son llamadas líneas de inducción magnética.

Consecuentemente, las líneas de inducción magnética coinciden con las líneas de fuerza magnética en el espacio.

(2) Tipos de Materiales Magnéticos

Una sustancia que puede ser magnetizada en un campo magnético es llamada material magnético.

Todas las sustancias son más o menos materiales magnéticos. Muchas sustancias son magnetizadas de acuerdo a la intensidad de la fuerza magnética solamente cuando ellas están en un campo magnético.

(9)

Los materiales magnéticos están divididos en las dos clases siguientes:

Materiales paramagnéticos: los cuales son magnetizados en la misma dirección que la fuerza magnética externa y tienen permeabilidades un poco mayor que en el vacío .

Los otros son materiales diamagnéticos, los cuales son magnetizados en la dirección contraria a la fuerza magnética externa y tienen permeabilidades un poco menores que en el vacío. Estos se esquematizan en la Fig. 2.a). y b).

Fig. 2

Las sustancias las cuales son fácilmente magnetizadas son llamados materiales ferromagnéticos (están dentro de los paramagnéticos).

Los materiales ferromagnéticos son el hierro, aceros, níquel y cobalto , son también paramagnéticos pero tienen una propiedad adicional . Un trozo común de un material ferromagnético contiene pequeñas unidades magnéticas señalando en todas direcciones. Sí el material ferromagnético es magnetizado, todas las pequeñas unidades señalarán en la dirección del campo aplicado. Las pequeñas unidades magnéticas no son átomos o electrones, sino un grupo especial de átomos llamados do m in io s m agn étic os . Por ejemplo en un material tal como el hierro, los átomos se unen en “clusters”(dominios) .En estos grupos todos los pequeños imanes atómicos apuntan en la misma dirección. Los dominios son generalmente de pocas centésimas de milímetros, y cada dominio actúa como si fuera un pequeño imán .

Si una pieza de hierro o acero esta desmagnetizada , los dominios están orientados en todas direcciones y sus efectos se cancelan. Si el material es puesto en un fuerte campo magnético, dos cosas pueden suceder . Los dominios mejor ubicados crecen poco a poco a expensas de otros dominios que disminuyen su tamaño y luego giran alineándose con la dirección del campo

Cuando un gran número de dominios han sido alineados en una dirección el total de la pieza de hierro o acero se convierte en un imán.

El calentamiento de un imán de acero hasta el rojo puede producir la pérdida de su magnetismo. La razón de esto es que algunos dominios salen de su posición de alineamiento . La temperatura a la cual un material ferromagnético se vuelve no magnético es llamada temperatura de Curie. Las temperaturas de Curie del Fe, Co y Ni son aproximadamente 668 º C, 1120 º C y 353 º C.

(10)

 Cam p o M ag n éti c o d eb id o a u n a co rr ien te el éc tr ic a.

(1)Campo Magnético en un conductor recto.

La ley de Amper establece que la integral lineal de H en un camino cerrado es exactamente igual a la corriente continua encerrada en ese camino. Esta relación se da en la ecuación (6)

∫∫H.dl= I [[A]]

(6)

Se define una corriente positiva aquella que fluye en la dirección de avance derecho de un saca corchos.

 Aplicando la Ley alrededor de un camino circular a una distancia r del eje del conductor (Fig.3), y por simetría, H debe ser constante alrededor de este camino.

Ecuación (7)

∫∫ Hdl = H.2π

πr = I

(7)

H = I / 2

πr [[A/m]]

π

Fig.-3

Esta es la única componente posible de H y corresponde a la intensidad total del campo magnético debido a la corriente. Así, el campo magnético se dispone en círculos alrededor del alambre conductor.

(2) Campo magnético en el interior de un conductor cilíndrico sólido transportando corriente distribuida uniformemente.

 Aplicando la Ley de Amper alrededor de un círculo a una distancia “r” del eje de la barra donde “r” es menor que “a” (radio del conductor) (Fig. 4) . La corriente encerrada por el camino será :

Ecuación (8)

I = (π

πr

2

 /π

πa

2

) I

[[A]]

(8)  Así:

∫∫ Hdl=H.2π

πr= (r

2

 /a

2

)I

(11)

Fig. 4

Combinando los resultados de la ecuación 7. y 8, la figura 5. muestra un gráfico de H versus “r” en el interior y exterior del conductor,.

Fig. 5

(3) Campo magnético en el eje de un solenoide de sección transversal circular.

Sea la corriente “i” que fluye en un solenoide, la longitud del solenoide es “l” y el número de vueltas de la bobina es N. La intensidad del campo magnético en el punto O en la figura 6.

(12)

 esta dado por la ecuación 10.

+l/2

H

0

=

∫∫

{{a

2

NI/2(a

2

+x

2

)

3/2

 l}}dx = NI/2 {{ a

2

+ (l/2)

2

}}

3/2

[[A/m ]]

- l/2

La intensidad de campo magnético en el punto P en la figura 6. esta dado por la ecuación 11.

l/2 -b

H

p

 =

∫∫

{{a

2

NI/2(a

2

+x

2

)

3/2

 l

}}dx =

-(l/2+b)

=(NI/2l)[[(l/2-b)/{{a

2

+(l/2-b)

2

}}

1/2

]]+(l/2+b)/{{a

2

+(l/2+n)

2

}}

1/2

]][[A/m]]

La figura 7. muestra la relación entre hp/h0 y b/(l/2) para dos solenoides de l/2a= 5

y l/2a= 0,4.

Fig. 7: Distribución de H en el eje del solenoide

(4) Campo magnético en el interior de un toroide

Considere un anillo como el mostrado en la figura 8. alrededor del cual se coloca una bobina cerrada uniformemente distribuida . A esto se le llama toroide.

(13)

 Aplicando la Ley de Amper alrededor de la línea central del anillo como se muestra en la figura 8.,

H.dl= H.2

πr = ni

π

  (12)

Donde “i” es la corriente que fluye en la bobina y n es el número de vueltas de la bobina.

 Así:

H= ni / 2

πr 

π

  (13)

Donde la intensidad del campo magnético es inversamente proporcional al radio. Si el radio principal del anillo es grande comparado con la sección transversal, el campo en el toroide tenderá a ser uniforme.

Curv a B-H

La figura 9. muestra un anillo de hierro sobre el cual una bobina magnetizadora a sido arrollada y por la cual se hace circular una corriente. Hay también un arrollamiento secundario conectado a un medidor de flujo, el cual puede medir el cambio de flujo cuando se cambia la corriente de magnetización .

Fig.:9

Se desea observar la contribución del hierro al campo magnético por la observación de la relación entre la corriente de magnetización y el flujo, mejor aún, nosotros deseamos obtener la relación entre la intensidad del campo magnético H aplicado al hierro y la densidad de flujo resultante B en el hierro. Por la ley de Amper H estará dado por:

H= ni/

πD

π

  (14)

Donde n.i son los Amper- vuelta de la bobina de magnetización y D es el diámetro principal del anillo. La densidad de flujo estará dada por :

B=

∅ /S

  (15)

Donde . ∅.es el flujo y S el área de la sección transversal del anillo.

El Grafico de las curvas de densidad de flujo versus la intensidad del campo magnético son llamadas curvas de magnetización (comúnmente llamadas B-H) . Las curvas B- H se muestran en la figura 10.

(14)

Fig. 10 Ejemplo de curvas B-H

En las curvas de la figura 10. , la densidad de flujo crece casi linealmente con el incremento en la intensidad del campo magnético hasta un hombro en las curvas. Más allá del hombro, un incremento en la intensidad del campo magnético da un pequeño incremento relativo en la densidad de flujo. Cuando un material magnético experimenta solamente un pequeño incremento en la densidad de flujo para un incremento relativamente grande en la intensidad del campo magnético, se dice que el material se ha saturado. Un valor típico de densidad de flujo está alrededor de 1,7 T con una intensidad de campo magnético alrededor de 4000 Amper/m.

Si ahora H se reduce, después de que el material se saturó, se ve que la relación entre B y H es diferente siguiendo el camino “bc” por encima de la curva “a” en la figura 11.

(15)

 Cuando H es cero, en el material permanece una densidad de flujo dado por “oc” Esta densidad de flujo es llamada densidad de flujo residual o remanente  y se representa como Br . Para reducir la densidad de flujo a cero se deberá aplicar una

intensidad de campo en la dirección opuesta a aquella que produjo el campo original. Esta intensidad de campo es llamada “Fuerza coercitiva” y se representa por Hc.

Cuando H se haga cada vez más negativo, seguirá la curva “db” hasta llegar nuevamente a la saturación. Si ahora H se incrementa desde –Hmax, pasando por

cero y llegando a Hmax, la curva seguirá el camino b´c´d b. La curva bcdb´c´d´b que se

muestra en la figura 11, es simétrica con respecto a sus ejes, pero muestra una relación compleja entre B y H.

La densidad de flujo B en la Fig. 11 no es una función de valor único de H, sino que depende del estado previo del material. B tiene un retrazo con respecto a H. Este fenómeno es llamado h istéres is . El área del ciclo de histéresis representa la pérdida de energía por haber realizado el trabajo de magnetización a través de todo el ciclo.

Sea H la intensidad de un campo magnético en un solenoide. Si se coloca una barra de hierro en su interior, la densidad de flujo en la barra será la suma de la intensidad del campo H y la densidad de flujo J debido al efecto de los espines de los electrones. Esto es:

B=

µ

µ

0.

H +J

(16)

Donde J es llamado intensidad de magnetización., y siendo sus unidades las mismas que para B (T)

La relación de J con H es:

J =

χ. H

χ

(17)

Donde χ es lasusceptibilidad magnética. Sustituyendo la ecuación (17) en (16) se obtiene:

B=

µ

µ

0.

H +χ

χ. H = (µ

µ

0

+

χ ) H

χ

  (18) Poniendo:

µ

µ

0

+

χ = µ

χ

µ  = µ

µ

0

 .

µ

µ

r   (19) en la ec. (18)

B=

µ  . H = µ

µ

µ

0

 .

µ

µ

. H

(20)

Donde µ es llamada permeabilidad. La permeabilidad relativa µµ µr esta dada por la

ecuación (21) a partir de la ec. (19).

µ

µ

 = 1+

χ /µ

χ

µ

0 (21)

donde χ /µχ µ0 es llamada  susceptibilidad específica y tiene una valor de

aproximadamente 10-6 ∼10-3 en materiales paramagnéticos y alrededor de –10-5 en diamagnéticos, por lo que podemos considerar a µµr  aproximadamente igual a 1 para

esos materiales. Sin embargo, para materiales magnéticos el valor de µr  puede ser

desde varios cientos a miles.

La permeabilidad de los materiales ferromagnéticos no es constante, como puede verse en la curva “a” de la Fig. 10.

(16)

Una típica curva deµ versus H se muestra en la Fig. 12.

Fig. 12: Variación de la permeabilidad con la intensidad de campo Dis tr ib u ci ón d e las líneas de in d uc c ión m agn étic a.

Cuando un material ferromagnético es puesto en un campo magnético de intensidad uniforme H0  , generalmente la densidad de flujo no es uniforme en el

material aún en el caso de utilizar corriente continua para la magnetización. Por ejemplo, cuando se coloca una barra como la de la Fig. 13 en un campo uniforme, la distribución de líneas de inducción magnéticas se distribuyen como se muestra en la Fig. 14 a., no uniformemente

La Fig. 14 b muestra la distribución en el caso de que la pieza sea cilíndrica. Como se observa, la mayoría de las líneas pasan a través del material ferromagnético siendo la intensidad de campo en su interior ( hueco interior) considerablemente más pequeño que H0. A este fenómeno se lo conoce como “escudo magnético”

En el caso de la Fig. 14 c, tenemos una geometría elipsoidal en donde las líneas de inducción magnética se distribuyen de forma uniforme dentro del material

Fig. 13 : Campo magnético uniforme

a b c

(17)

La diferencia en las distribuciones anteriores se debe a los diferentes ángulos de refracción que producen las distintas geometrías.

Volviendo a la Fig. 14 a) se ve que las líneas de inducción entran al material por la izquierda y emergen por la derecha produciendo un polo S en el extremo izquierdo y un polo N en el extremo derecho. Esto se ilustra en la Fig. 15.

Fig. 15: Campo desmagnetizante

El campo magnético debido a los polos, se dirige desde el polo N al polo S  produciendo una intensidad de campo H´opuesta  a la intensidad de campo externo H 0 . Este campo es llamado campo de desm agnetización . Por esto, la intensidad de

campo magnético H que verdaderamente actúa sobre el material ferromagnético esta dado por la ecuación (22) y es llamado int ens idad d el cam po m agn ético efectiv o.

H = H

0

 – H´

(22)

La intensidad del campo de desmagnetización H´ es proporcional a la intensidad de magnetización J, y esta dado por la ecuación (23).

H´= (N/µ

µ

0

) . J

(23)

Donde N es llamadoFacto r de desm agnetización  ( función de la geometría).

H = H

0

 – H´= H

0

 /

1 + N(µ

µ

 –1)

  (24)

Si consideramos un imán permanente, la intensidad de campo efectivo esta dado por la ecuación (25), donde H0 es cero en la ec. (22)

H =

− H´= (N/µ

µ

0

) . J

( 25)

De ahí que este campo magnético es opuesto (en dirección) a la dirección de magnetización.

La Fig. 16 a y b muestran las líneas de fuerzo magnética y las de inducción magnética respectivamente.

(18)

Fig. 16: Distribución de líneas de fuerza magnética (a), y de inducción magnética (b) de un imán permanente

Como se describió en (1), las líneas de inducción magnéticas coinciden con las líneas de fuerza magnéticas en el espacio. Sin embargo, en el interior del imán, la distribución de las líneas de inducción magnéticas difieren de las líneas de fuerza magnéticas como se muestra en la Fig. 16. Esto es, las líneas de fuerza magnética siempre corren desde el polo N (extremo derecho al polo S (extremo izquierdo) tanto en el interior como en el exterior del imán permanente, y por consiguiente discontinuas en la superficie del imán. Esta inversión del campo magnético está expresado por el enunciado

∫∫

 H dl =0

Por otro lado, las líneas de inducción magnéticas comienzan en el polo N del imán, se curvan alrededor y alcanzan el polo S.. Después de esto, estas líneas prosiguen dentro del imán y alcanzan al polo N. Consecuentemente, estas líneas son continuas y describen curvas cerradas. Esto es una propiedad importante de las líneas de inducción magnéticas.

E f e c t o P e l i c u l a r  

Cuando una barra o una hoja de hierro es magnetizada usando corriente alterna, la densidad de flujo no se distribuye uniformemente sobre la sección transversal . La densidad de flujo cerca de la superficie es mucho mayor que cerca del centro. Esto es debido al siguiente fenómeno: puesto que el hierro es un conductor, habrá corrientes inducidas en él, cuando se cambia el flujo. Estas corrientes son llamadas corrientes de Eddy y producen un flujo con dirección opuesta al flujo inicial. Este flujo de dirección opuesta es mucho mayor cerca del centro que cerca de la superficie. Este fenómeno es llamado efectos pelicular del flujo.

Si B0 es la densidad de flujo en la superficie del hierro, la densidad de flujo B a

una distancia X de la superficie dentro del material esta dada por la ecuación 26:

B= B

0 .

exp(

− x/δδ )

(26)

(19)

Figura 17:Distribución de B magnetizado por una corriente alterna

El parámetro “δδ” de la ecuación 26 es llamada profundidad pelicular , y es igual a la profundidad desde la superficie en donde la densidad de flujo es e= 2,72 veces menor que el de la superficie, y esta dado por la ecuación 27.

δδ= 1/(π

πf µ

µ κ

κ )

1/2

Donde f: frecuencia [Hz]; µ: permeabilidad [H/m] y κ : conductividad [Ω/m] . Cuando valores para hierro de: f= 60 Hz, µ= 500.x 4π. 10-7 H/m y κ := 6,25. 106Ω/m son sustituidos en la ecuación 27, por ejemplo, δ  resulta de 1,16mm. El valor de δ, generalmente, cuando se ejecuta una inspección por partículas magnetizables , usando corriente alterna, es alrededor de 2mm.

(20)

Capítulo III: Métodos para producir campos magnéticos:

Uno de los requerimiento básicos para la inspección por Partículas Magnetizables es que la pieza debe ser adecuadamente magnetizada de tal forma que el escape del campo creado por la discontinuidad, atrape las Partículas Magnetizables.

Los imanes permanentes son útiles para estos propósitos pero generalmente la magnetización se produce por electroimanes o con el flujo magnético asociado a l flujo de una corriente eléctrica. Básicamente, la magnetización deriva del campo magnético circular generado cuando una corriente fluye por un conductor. La dirección del campo depende de la dirección con la que la corriente fluye, y puede ser determinada por la regla de la mano derecha. En la tabla 1 se dan las aplicaciones generales, ventajas y limitaciones de varias técnicas de magnetización de piezas.

TABLA 1: Aplicaciones generales, ventajas y limitaciones de varias técnicas de magnetización

Aplicaciones

Ventajas

Limitaciones

Bobinas (uno o múltiples

arrollamientos) Piezas de tamaño medio en los cuales predomina su longitud ( cigüeñales, ejes)

Las superficies son magnetizadas

longitudinalmente para detectar discontinuidades transversales

Las piezas deberán estar centradas en la bobina para maximizar la magnetización efectiva. Si la longitud así lo requiere pueden necesitarse nuevos disparos después de reposicionar la bobina.

Grandes fundiciones,

forjados o ejes. La magnetización longitudinalse puede realizar arrollando el cable sobre la pieza

Se puede requerir múltiples

posicionamientos por la geometría de la pieza.

Piezas pequeñas Fácil y rápido, especialmente cuando se necesita aplicar el método residual. No hay contacto con la pieza. Piezas relativamente complejas

pueden procesarse como una pieza con sección transversal simple.

La relación long./diam. (L/D) es importante para determinar los  Amper/vuelta necesarios; la

relación L/D puede ser modificada utilizando piezas suplementarias de igual sección transversal. La sensibilidad disminuye en los extremos ( perdida de campo). Es aconsejable el método de Quick break cuando L/D es pequeño.  YUGOS

Inspección de grandes áreas para encontrar discontinuidades superficiales

No hay contacto eléctrico; Muy portátil. Localiza discont. en cualquier dirección con el posicionamiento del yugo adecuado

Consume mucho tiempo. El yugo debe ser sistemáticamente

reposicionado para detectar discont. al azar.

Piezas que requieren

inspección localizada No hay contacto eléctrico.Buena sensibilidad para discont. superficiales

El yugo debe ser posicionado adecuadamente en relación a la orientación de la discontinuidad. Debe haber buen contacto entre la pieza y los polos de yugo; puede

(21)

ser difícil en piezas de geometría complicada. Baja sensibilidad para discont. Subsuperficiales, excepto en áreas aisladas.

CONDUCTOR CENTRAL Piezas cortas que tengan agujeros en los cuales se pueda pasar el cable ( aros de cojinetes, cilindros huecos, engranajes, grandes tuercas, etc.)

No hay contacto

eléctrico.(evita el quemado). Se crea un campo

circunferencial en todas las superficies que rodean al conductor. Ideal para cuando hay que aplicar el método residual. Piezas livianas pueden ser sostenidas por el conductor central. Se pueden utilizar varias vueltas para reducir la cantidad de corriente requerida

El tamaño del cable debe ser

suficiente para conducir la corriente requerida. Idealmente el conductor debe ser centrado en el agujero. Diámetros grandes requieren colocar el conductor cerca de la superficie interior e ir rotando la pieza. Cuando se aplica el método continuo, se requiere inspección después de cada posicionamiento.

Largas piezas tubulares (caños, tuberías, ejes huecos)

No hay contacto eléctrico. Pueden ser inspeccionadas las superficies interior y

exterior. La longitud total de la pieza es magnetizada

circunferencialmente.

La sensibilidad de la superficie externa puede ser algo inferior a la interna para grandes diámetros y espesores de pared gruesos. Grandes cuerpos de

válvulas y piezas similares.

Buena sensibilidad para discontinuidades en la superficie interior

Ídem que para pieza largas tubulares. CONTACTO DIRECTO ENTRE CABEZALES. Piezas sólidas relativamente pequeñas (fundidas, forjadas y maquinadas) que pueden ser

inspeccionadas en un banco horizontal por el método húmedo.

Rápido, de procesamiento fácil. Campo circular completo alrededor del paso de

corriente. Buena sensibilidad para discont. Superficiales y cercanas a la superficie. Piezas simples como relativamente complejas pueden ser inspeccionadas con uno o más disparos.

Posibilidad de quemado de la pieza si las condiciones de contacto no son las adecuadas. Piezas largas deben ser inspeccionadas por partes para facilitar la aplicación del baño de partículas, sin recurrir a disparos excesivamente largos de corriente.

CONTACTO DIRECTO CON PINZAS Y

CABLES. Grandes fundiciones y

forjados Superficies grandes sepueden inspeccionar en

tiempos relativamente cortos.

Se requieren equipos que proporcionen altos amperajes (8000-20000 A).

Largas piezas tubulares (caños, tuberías, ejes huecos)

La pieza puede ser

magnetizada circularmente por contacto extremo a extremo.

El campo efectivo esta limitado a la superficie exterior, no a la interior. Los extremos deben tener una forma adecuada para colocar los contactos y deben conducir la

(22)

excesivo. Piezas sólidas largas (

barras, ejes) La pieza puede sermagnetizada circularmente por contacto extremo a

extremo. Los requerimientos de corriente son

independientes de la longitud. No hay perdidas de campo en los extremos

Los requerimientos de voltaje crece con la impedancia del cable u de la longitud de la pieza.

Los extremos deben tener una forma adecuada para colocar los contactos y deben conducir la corriente sin un calentamiento excesivo. PUNTAS Soldaduras, para fisuras, inclusiones, raíces abiertas, o inadecuadas penetración Se puede dirigir selectivamente un campo circular al área soldada. Usando corriente de media onda y partículas secas se obtiene una excelente sensibilidad para discontinuidades subsuperficiales y

superficiales. Todo el equipo es portátil

Se puede inspeccionar de una vez solamente un área pequeña . Se puede producir quemado por arcos. La superficie debe estar seca cuando se una partículas secas. El espaciado entre puntas debe estar en acordancia con los niveles de corriente de

magnetización requerido. Grandes

fundiciones y forjados la superficie total a través deSe puede inspeccionar pequeños incrementos

usando valores de corriente nomina. El campo magnético circular puede ser

concentrado en un área

específica. Todo el equipo es portátil

La cobertura de grandes áreas puede llevar mucho tiempo. Se puede producir quemado por arcos. La superficie debe estar seca cuando se una partículas secas. El espaciado entre puntas debe estar en acordancia con los niveles de corriente de magnetización requerido. CORRIENTES INDUCIDAS Piezas de forma circular, para discontinuidades circunferenciales

No hay contacto eléctrico. Toda la pieza esta sometida a un campo magnético toroidal donde se cubre el 100% en una sola magnetización. Puede ser automatizado.

Se requiere un núcleo laminado para aumentar el camino de

magnetización. El tipo de corriente de magnetización debe ser

compatible con la dureza o

suavidad magnética del material inspeccionado.. Se deben evitar otros campos circundantes.

Esferas No contacto eléctrico.

Permite una cobertura del 100% para indicaciones en cualquier dirección usando un proceso en tres etapas con reorientación de la esfera entre cada una de ellas. Se puede automatizar.

Para esferas de diámetro pequeño el uso se limita al método de

magnetización residual.

Discos y engranajes No contacto eléctrico. Buena sensibilidad en o cerca de la periferia o borde. La

sensibilidad en áreas

diferentes puede ser variada seleccionando un núcleo o

La cobertura del 100% puede requerir de un proceso de dos etapas. El tipo de corriente de magnetización debe ser

compatible con la dureza o

(23)

pieza polar. Junta con corriente de media onda y partículas secas da excelente sensibilidad para

discontinuidades subsuperficiales.

inspeccionado..

Y u g o s :

Hay dos tipos básicos de yugos usados comúnmente para magnetizar: imanes permanentes y electroimanes. Ambos se utilizan manualmente.

 Yugos de imanes permanentes:

Se utilizan en aplicaciones donde no hay disponibles fuentes eléctricas o donde no está permitido arcos eléctricos (por ejemplo en atmósferas explosivas). Las limitaciones son:

•Grandes áreas o piezas no pueden ser magnetizadas con la intensidad suficiente para que las fisuras produzcan indicaciones ..

•La densidad de flujo no puede ser variada.

•Si el imán es muy fuerte, es difícil despegarlo de la pieza.

•Las partículas se pueden adherir al imán con posibilidad de enmascarar indicaciones.

 Yugos electromagnéticos

Consisten en un arrollamiento sobre un cuerpo en forma de U hecho de hierro blando (chapas al Si).

Sus patas pueden ser fijas o articuladas. Estas últimas sirven para variar la distancia de contacto y para adaptarse a diferentes geometrías de la pieza.

Una diferencia con los yugos permanentes es que los electroimanes pueden ser fácilmente encendidos o apagados lo que facilita separarlos de la pieza de ensayo.

El yugo puede estar diseñado para trabajar con CC, CA o ambas.

La densidad de flujo producida por CC puede ser cambiado variando la intensidad de la corriente que fluye en la bobina.

Cuando se trabaja con CC, hay gran penetración del campo mientras que con C.A. el campo magnético se concentra en la superficie de la pieza, dando muy buena sensibilidad para discontinuidades superficiales sobre una amplia zona.

En general, las discontinuidades a ser reveladas deberían estar entre los dos polos del yugo y orientadas perpendicularmente a la línea imaginaria que los conecta (Fig. 18)

(24)

Fig. 18: Electroiman (yugo)

Se debe tener en cuenta que en la vecindad de los polos se producen escapes de campos que producen una aglomeración excesiva de partículas.

Cuando se opera, la pieza cierra el circuito del flujo magnético entre los polos producido por el yugo (fuente del campo.)

Los yugos que utilizan C.A. para la magnetización tienen numerosas aplicaciones y pueden también utilizarse para desmagnetizar

B o b i n a s :

Bobinas con uno o múltiples arrollamientos del conductor se utilizan para inspeccionar piezas longitudinalmente (Fig. 19

Fig.19: Magnetización longitudinal con bobina

El campo dentro de la bobina tiene una dirección definida que corresponde a las direcciones de las líneas de fuerza producidas por cada porción del conductor.

La densidad de flujo dentro de la bobina es proporcional al producto de la corriente “i”, en Amper, y el número de vueltas de la bobina, N. Por esto la fuerza de magnetización puede ser variada cambiando ya sea la intensidad de corriente o el número de vueltas del arrollamiento.

Para grandes piezas, se puede armar la bobina arrollando el cable alrededor de la pieza con varias vueltas cuidando que las indicaciones no queden ocultas debajo del cable.

Comercialmente se venden bobinas que pueden ser conectadas a un equipo o suministro eléctrico.

Estas bobinas pueden ser usadas en el lugar de inspección de piezas en forma de barras en mantenimiento ferroviario, aeronáutico, automotriz y en reparación de camiones y tractores.

(25)

Las fisuras transversales en ejes y árboles pueden ser detectadas fácilmente con bobinas.

Las mayoría de las bobinas usadas en magnetización son cortas, especialmente aquellas devanadas sobre marcos fijos.

Se debe considerar la relación entre la longitud de la pieza y el ancho de la bobina.

Para una pieza simple, la distancia ,máxima que puede ser inspeccionada a cada lado de la bobina es de 150 a 230 mm (6 a 9 in). Por ejemplo, una piezas de 305 a 460 mm (12 a 18 in) de largo, puede ser inspeccionada usando una bobina normal de aproximadamente 25 mm (1 in) de ancho. En el ensayo de piezas más largas se debe mover la pieza dentro de la bobina, o mover esta en intervalos regulares. La facilidad con la cual una pieza puede ser magnetizada longitudinalmente esta muy relacionada con la relación longitud- diámetro (L/D) de la pieza. Esto se debe al efecto de desmagnetización de los polos producido en los extremos de la pieza. El efecto de desmagnetización es considerable para relaciones de L/D menores a 10/1 Y muy significativo para relaciones menores de 3/1.

Cuando la relación L/D es muy desfavorable, se puede suplementar la pieza con suplementos de aproximadamente la misma sección transversal para incrementar la longitud de la pieza y así mejorar la relación L/D.

La magnetización de anillos y discos (con baja relación L/D) se discutirá en el punto de “ Corrientes Inducidas”. La cantidad de amperes- vueltas requeridos para producir suficiente magnetización en una pieza está dado por:

NI= 45000 (L/D

) (1)

Donde N es el número de vueltas de la bobina, I es la corriente en amperes, y L/D la relación longitud- diámetro de la pieza.

Cuando la pieza es magnetizada a este nivel, colocada dentro de la bobina y adyacente al arrollamiento (descentrada), la densidad de flujo será de alrededor de 110 líneas/mm2 (70.000 líneas /in2) .

Trabajos experimentales han demostrado que con una densidad de flujo de 110 líneas/mm2 es más que satisfactorio para la mayoría de las aplicaciones y que 54 líneas/mm2(35.000 líneas/in2) es aceptable para la mayoría de las aplicaciones críticas.

Cuando la pieza es centrada dentro de la bobina, se debe aplicar la ecuación (2).

NI= 35000 . r

(2)

µ

µ eff

donde “r” es el radio de la bobina en pulgadas y µeff= (6L/D)

-

5

La ecuación (2) se aplica cuando la pieza está centrada en la bobina y hay un bajo factor de llenado (menor que el 10 %).

El factor de llenada es la relación entre la sección transversal de la pieza y el área interior de la bobina.

Cuando se magnetiza una pieza tipo barra con una bobina, se desarrolla una gran polaridad en los extremos de la pieza que puede enmascarar discontinuidades transversales.

Un campo favorable en esas áreas se asegura con equipo de CC, trifásicas de onda totalmente rectificada con circuito especial conocido como “quick o fast break”. Un corte “controlado” en equipos sobre CA, CCMO y sobre CA totalmente rectificada da campos con ventajas similares.

(26)

C o n d u c t o r C en t r a l :

En muchas piezas tubulares o en forma de anillos, es ventajoso el uso de un conductor separado para transportar la corriente de magnetización en lugar de usar la misma pieza para ello.

 A este conductor se lo denomina “conductor central”. Se lo coloca atravesando la pieza por su interior (Fig.20) y es una manera conveniente para magnetizar circularmente sin que la pieza tenga un contacto directo con el circuito eléctrico.

Normalmente pueden ser sólidos o huecos, y de materiales ferromagnéticos o no ferromagnéticos.

Fig. 20: Magnetización con conductor central

Las reglas básicas en la consideración del campo magnético alrededor de un conductor por el que circula CC son:

§El campo magnético en el exterior de un conductor de sección transversal

uniforme, es uniforme a lo largo de su longitud.

§El campo magnético esta a 90 º con respecto a la dirección de la corriente

en el conductor.

§La densidad de flujo en el exterior del conductor varía inversamente con la

distancia radial desde el centro del conductor.

Conductor Sólido no magnético; CC

La distribución del campo magnético en el interior de un conductor no ferromagnético (por ej. una barra de cobre o aluminio) que transporta una CC es diferente a la distribución que tiene en su exterior. En cualquier punto en el interior de la barra, la densidad de flujo es el resultado de sólo la porción de corriente que está fluyendo en el metal entre el punto considerado y el centro de la barra. Por esto, la densidad de flujo se incrementa linealmente desde cero, en el centro de la barra, a un valor máximo en la superficie. Fuera de la barra el flujo disminuye a lo largo de una curva, como se muestra en el Fig.21 (a). Cuando se calcula la densidad de flujo en el exterior, se puede considerar que la corriente está concentrada en el centro de la barra.

Si el radio de la barra es R, la densidad de flujo B, en la superficie de la barra es igual a la fuerza de magnetización H. A una distancia 2R del centro del conductor, la densidad de flujo B será H/2; a 3 R, H/3, etc.

(27)

Conductor: sólido ferromagnético: C.C:

Si ahora el conductor es ferromagnético tal como una barra de acero u otro material ferromagnético, el campo magnético (H) será igual que en un conductor no ferromagnético, pero la densidad de flujo (B) será mucho mayor.

La Fig. 21 (b) muestra un conductor con el mismo diámetro mostrado en la Fig.21 (a). La densidad de flujo en el centro es cero, pero en la superficie será µ.H, en donde µ es la permeabilidad del material. La permeabilidad es la facilidad con que un material acepta al magnetismo.

Por esto, la densidad de flujo puede ser muchas veces mayor a la de un material no-ferromagnético y sólo en la superficie exterior cae al mismo valor que en un conductor no- ferromagnético, decreciendo con la distancia y siguiendo la misma curva.

Conductor: sólido ferromagnético: C.A:

En la Fig. 21(c) se muestra la distribución del campo magnético en un conductor ferromagnético que transporta C.A. En la región exterior al conductor la densidad de flujo decrece de la misma forma que con C.C., sin embargo la C.A. esta variando constantemente en intensidad y dirección a medida que fluye.

En el interior del conductor, la densidad de flujo es cero en el centro y se incrementa hacia la superficie, lentamente primero y acelerándose después hasta alcanzar el máximo en la superficie.

Este comportamiento es debido al “ efecto pelicular ” de la C.A.

Fig. 21: Distribución del campo magnético dentro y fuera del conductor. a) Conductor no magnético y CC.

b) Conductor ferromagnético y CC. c) Conductor ferromagnético y CA

Conductor central en un cilindro ferromagnético hueco:

Cuando se utiliza un conductor central para magnetizar una pieza cilíndrica hueca de un material ferromagnético, la densidad de flujo es máxima en la superficie interior de la pieza (Fig.22).

(28)

Fig. 22: Distribución de la densidad de flujo en y alrededor de un cilindro hueco de material ferromagnético, cuando se magnetiza con conductor central de material no

ferromagnético y con CC.

La densidad de flujo producida por la corriente en el conductor central es máxima en la superficie del conductor (H en la Fig.22 y luego decrece a lo largo de la misma curva exterior al conductor como se muestra en la Fig.21 a través del espacio entre el conductor y la superficie interior de la pieza. En esta superficie la densidad de flujo se incrementa inmediatamente por el factor de permeabilidad ì del material de la pieza y luego decrece hacia la superficie exterior.

 Acá la densidad cae nuevamente al mismo valor con que estaba decreciendo la curva interior .

Como se ve, esta técnica produce una densidad de flujo máxima en la cara interior de la pieza dando las indicaciones más fuertes en esta superficie. Algunas veces también pueden aparecer en la superficie externa.

La densidad de flujo en las caras de la pieza es la misma si se utiliza ya sea, un conductor ferromagnético o no ferromagnético.

Si el eje del conductor central es colocado en el eje de la pieza, el campo magnético en la pieza será concéntrico en todas sus paredes.

Sin embargo si el conductor es colocado descentrado en el interior de la pieza, la densidad de flujo en las paredes del cilindro serán mucho más intenso en ese punto y más débil en el punto diametralmente opuesto.

En piezas cilíndricas pequeñas se prefiere centrar al conductor en la pieza de forma que se produzca un campo uniforme en todas las superficies.

En piezas con grandes diámetros (tubos, anillos o recipientes a presión), la corriente necesaria para una magnetización adecuada se hace demasiado grande si el conductor está centrado, en este caso se usará el conductor descentrado Fig. 23.

(29)

Fig. 23 Región efectiva de inspección cuando se utiliza un conductor descentrado. Cuando el conductor es colocado contra una pared interior de la pieza, los requerimientos de corrientes dados en “Magnitud de la corriente Aplicada” se deben aplicar excepto que el diámetro será considerado la suma del diámetro del conductor central más dos veces el espesor de la pared.

La distancia a lo largo de la circunferencia de la pieza (interior y exterior) que es efectivamente magnetizada será tomada como cuatro veces el diámetro del conductor central como se ilustra en el Fig. 23. La circunferencia entera se inspecciona rotando la pieza sobre el conductor y solapando un 10 % de cada área inspeccionada.

El diámetro del conductor central no está relacionado con el diámetro interior o el espesor de pared de la pieza.

El tamaño del conducto se basa generalmente en su capacidad para transportar corriente y en su fácil manejo. En algunos casos se pueden usar, conductores más grandes que el tamaño requerido para la capacidad de conducir la corriente solamente para facilitar su centrado dentro de la pieza.

Usualmente la técnica de magnetización residual  se emplea siempre que se pueda aplicar debido a que se minimiza el fondo y se alcanza mejor contraste. También la magnetización residual es más rápida y menos crítica que la magnetización continua.

La inspección con conductor central es requerida algunas veces en componentes que tienen múltiples aberturas paralelas tales como bloques de motores. Los cilindros pueden ser inspeccionados con un solo conductor central a la manera normal, sin embargo se puede diseñar un arreglo con múltiples conductores centrales de tal forma que el operador pueda procesar dos o más cilindros de una sola vez con el mismo grado de sensibilidad, de hecho en las zonas entre conductores, los campos circulares se refuerzan unos a otros.

Méto do d e co n tac to di rec to :

Para piezas pequeñas que no tengan orificios interiores pasantes, el campo circular se produce por medio del contacto directo de la pieza (circulación de corriente a través de la pieza). Este se realiza colocando las piezas entre cabezales de contacto generalmente en equipos estacionarios (Fig.24). Un equipo similar se puede usar como suministro de corriente de magnetización en la técnica con conductor central.

(30)

Fig. 24: Magnetización circular entre cabezales o por contacto directo.

Los cabezales de contacto deben ser diseñados de forma de no dañar la pieza ya sea físicamente por presión, o estructuralmente por el calor de arcos eléctricos debido a alta resistencia en los puntos de contacto. El calor puede ser especialmente dañino en superficies endurecidas como por ejemplo en cojinetes de bolillas.

Para una inspección completa en piezas geométricamente complejas, es necesario colocar los contactos en varios puntos de la pieza o arrollar cables en la dirección adecuada en todos los puntos sobre la superficie. Esto frecuentemente requiere de varias magnetizaciones por lo que, para minimizarlas, se puede usar el método de magnetización total, magnetización multidireccional o magnetización por corrientes inducidas.

C o n t a c t o c o n p u n t a s :

En la inspección de piezas grandes y demasiado voluminosas como para colocar en un banco entre cabezales, la magnetización frecuentemente se realiza con puntas de contacto (Fig.25) . La puntas pasan la corriente directamente por la pieza, a través de una zona localizada.

(31)

La técnica por puntas no siempre produce campos realmente circulares, pero ellos son muy adecuados para muchos propósitos prácticos.

Esta técnica se utiliza comúnmente en grandes fundiciones y soldaduras. Ventajas:

Las puntas son de fácil manejo y portabilidad por lo que son muy convenientes en la inspección en campo de grandes tanques y estructuras soldadas.

Tiene gran sensibilidad a defectos subsuperficiales más que ninguna otra técnica, especialmente cuando se usa CCMO junto con partículas secas y el método continuo.

Limitaciones:

- El campo adecuado existe sólo entre las puntas y cercano a los puntos de contactos. Estos puntos raramente están separados más allá de 305 mm(12in) y usualmente la distancia es mucho menor por lo que algunas veces es necesario relocalizar las puntas para inspeccionar la totalidad de la pieza o zona de interés.

-  Algunas veces las interferencia de campos externos entre las puntas produce indicaciones difíciles de identificar, por lo que la cantidad de corriente que se puede utilizar está limitada por este efecto.

- Se debe tener mucho cuidado para no producir quemaduras en la pieza en los puntos de contacto de las puntas.

El quemado se puede producir por suciedad en los contactos, presión insuficiente en las puntas o corriente excesiva.

La probabilidad de tales daños es grande en aceros con contenido de carbono 0,3 o 0,4 % o mayor.

- El calor en las puntas de contacto puede producir manchas localizadas correspondientes a endurecimiento del material que pueden interferir en operaciones posteriores tales como maquinados.

Cuando se produce este efecto de calentamiento puede producir verdaderas fisuras. Algunas veces las especificaciones de ensayo requieren que , donde se apoyaron las puntas, se inspeccione por medio de Líquidos Penetrantes para detectar posibles fisuras por calentamiento.

En aceros de bajo carbono tales como los que se usan con propósitos estructurales tienen menor probabilidad de daño por calentamiento.

C o r r i e n t e s in d u c i d a s :

La utilización de corrientes inducidas para la magnetización circunferencial en piezas en forma de anillos es una técnica muy apropiada.

Esta se lleva a cabo orientando adecuadamente el anillo dentro de una bobina de magnetización de tal forma que vincule o encierre las líneas del flujo magnético (flujo disperso), como muestra la (Fig. 26 a)

Cuando el flujo magnético (en la bobina) cambia (aumenta o disminuye) cortando a la pieza, en el anillo se produce una corriente inducida circular y con una dirección que se opone al cambio del flujo.

La magnitud de esta corriente depende del flujo total, de su velocidad de cambio y de la impedancia asociada con el paso de corriente dentro del anillo.

Incrementando el flujo en la bobina y su velocidad de cambio, se incrementa la intensidad de la corriente en el anillo produciendo un campo magnético toroidal que abarca toda la superficie del anillo y conduce a revelar las discontinuidades orientadas en forma circunferencial. Esto se muestra esquemáticamente en la Fig. (26(b))

(32)

Para lograr un máximo en el flujo (de la bobina) usualmente se inserta un núcleo de acero blando laminado en el hueco interior del anillo como se muestra en la .Fig. 26 a).

Fig. 26: a) Método de magnetización por corrientes inducidas en piezas en forma de anillo. b) resultado de las corrientes inducidas y el campo magnético toroidal en el

anillo

Tipo de corriente a utilizar en el método de corrientes inducidas: C.A. vs. C.C.:

La elección del tipo de corriente de magnetización para la técnica de corrientes inducidas depende de las propiedades magnéticas de la pieza a ser inspeccionada.

En los casos en que se pueda aplicar el método residual como por ejemplo en pistas de cojinetes o piezas similares que tengan alta retentividad, se utiliza la C.C. para la magnetización.

La interrupción brusca de esta corriente por medio de un circuito “quick- break” produce un colapso rápido en el flujo magnético y la generación de altos amperajes (pulso) dirigido circunferencialmente en la pieza. Acá la pieza esta magnetizada residualmente con un campo toroidal y la subsiguiente aplicación de partículas producirá indicaciones en las discontinuidades circunferenciales.

Pasando una C.A. a través de la bobina se establecerá un campo magnético fluctuante pasando desde un valor máximo en una dirección a otro igual y opuesto, en forma similar a la corriente que se produciría en un transformador con una arrollamiento

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secundario de una sola espira. La corriente inducida alterna, junto al método continuo, es el mejor método para el proceso de magnetización en materiales blandos magnéticamente o con menor retentividad.

Aplicaciones:

El método de corrientes inducidas, además de eliminar la posibilidad de dañar la pieza, es capaz de magnetizar en una sola operación piezas que deberían, de otra forma, requerir más de un posicionamiento entre cabezales.

Dos ejemplos de este tipo de piezas se ilustran en las figs. 27 y 28. Estas piezas no pueden ser inspeccionadas completamente en un solo posicionamiento, para detectar discontinuidades circunferenciales, debido a que las zonas en los puntos de contacto no son magnetizadas apropiadamente. Por esto, la cobertura total debería tener dos etapas, rotando la pieza 90 º con respecto a la 1º antes de la 2º inspección.

La pieza en forma de disco (no hueca) de la Fig. 28 presenta además un problema adicional si se quisiera aplicar el método de contacto para detectar las discontinuidades circunferenciales cerca de los bordes.

 Aún cuando se cumplan las dos etapas de magnetización, como lo muestra la Fig. 27, la corriente que atraviesa el disco probablemente no produzca un campo circular de amplia magnitud en los borde de la pieza.

Las corrientes inducidas pueden estar selectivamente concentradas en el área de los bordes si se suplementa con piezas polares adecuadas para producir una cobertura total (zona de bordes) en una sola etapa.

Las piezas polares,. mostradas en la Fig.. (28(b)) son huecas y cilíndricas, una en cada lado del disco y dirigen el flujo magnético a través del disco de tal forma que el borde es la única zona en la que se produzca un camino cerrado para la corriente.

Las piezas polares utilizadas en este método son preferiblemente construidas de material ferromagnético laminado para minimizar el flujo de corriente de eddy dentro de ellas.

Estas piezas también pueden ser barras, tubos no conductores rellenos con alambres o tuberías con paredes delgadas que tengan un corte longitudinalmente para cortar el camino de las corrientes inducidas dentro de ellas.

También, en algunos casos, se puede utilizar el eje sólido que posea un engranaje o disco como una de las piezas polares.

Fig. 27: Distribución de la corriente y campo magnético dentro de un anillo cuando se magnetiza por el método entre cabezales ( circulación de corriente a través de la

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Referencias

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