UNIVERSIDAD TÉCNICA DE AMBATO

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UNIVERSIDAD TÉCNICA DE AMBATO

2009.

ENSAYOS NO

DESTRUCTIVOS.

Líquidos Penetrantes

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ENSAYOS NO DESTRUCTIVOS.

Líquidos Penetrantes Ing. Juan Carlos Sandoval. & Ing. Carolina Idrovo

UNIVERSIDAD TÉCNICA DE AMBATO | [email protected]

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Introducción

Los Ensayos No Destructivos son herramientas de control de calidad o proceso que permite diagnosticar preventivamente las condiciones de un equipamiento, deterioro de un componente o su mal funcionamiento, análisis de piezas recién fabricadas o reparadas. Entre los más importantes métodos de ensayos no destructivos podemos citar los ensayos por Ultrasonido (EU), Líquidos Penetrantes (EP), Rayos X (ER), Análisis de Vibraciones (EV), Termografía, Partículas Magnéticas, entre otras. (Echevarria, 2001)

Definición de Líquidos Penetrantes (LP)

El ensayo por líquidos penetrantes es un método no destructivo que permite la detección de discontinuidades en materiales sólidos no porosos tales como metales cerámicos vidrios y plásticos y siempre que las discontinuidades se encuentren abiertas a la superficie.

Este método esta basado en la penetración de un liquido dentro de las fisuras y esto ocurre debido al fenómeno de la Capilaridad que es la propiedad de penetración de un liquido en lugares extremamente pequeños debido a sus características físico-químicas, tal como la tensión superficial de este liquido mencionado. Una vez dentro de la fisura se provoca la absorción de este líquido hacia la superficie del material a través del uso de un agente absorbente denominado Revelador.

En comparación con otros métodos de ensayo no destructivo (Radiografía, Ultrasonidos, Corrientes Inducidas...), la aplicación práctica del ensayo por líquidos penetrantes, en general, es menos compleja y no requiere el empleo de equipos complicados o costosos. Pero no hay que cometer el error de pensar por esto que su ejecución se pueda realizar de forma menos cuidadosa.

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Características de los Líquidos Penetrantes

El líquido penetrante tiene la propiedad de penetrar en cualquier abertura u orificio en la superficie del material.

El penetrante ideal debe reunir lo siguiente:

Habilidad para penetrar orificios y aberturas muy pequeñas y estrechas. Habilidad de permanecer en aberturas amplias.

Habilidad de mantener color o la fluorescencia. Habilidad de extenderse en capas muy finas. Resistencia a la evaporación.

De fácil remoción de la superficie.

De difícil eliminación una vez dentro de la discontinuidad. De fácil absorción de la discontinuidad.

Atoxico. Inoloro. No corrosivo. Antiinflamable.

Estable bajo condiciones de almacenamiento. Costo razonable.

Principios Físicos de Ensayo (LP)

Las propiedades físicas del líquido penetrante que hacen que obtenga las características señaladas en el apartado anterior, son las siguientes:

a) Fuerza de cohesión y adherencia

Los líquidos se componen de moléculas (las partículas separables físicamente más pequeñas que tienen las características propias del líquido que integran). Las moléculas se atraen entre sí por fuerzas de cohesión mientras que en la superficie límite de separación entre dos substancias diferentes (sólido líquido), o en el interior de una mezcla, las moléculas de distinta naturaleza se atraen por fuerzas de adherencia. Las fuerzas de adherencia del aire sobre el líquido son muy pequeñas y se suelen despreciar.

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4 En el interior del líquido, cada molécula atrae y es a su vez atraída por todas las

que la rodean.

Como hay homogeneidad, las fuerzas iguales que actúan en todas las direcciones y sentidos sobre una molécula, como las señaladas con A, se equilibran.

b) Capilaridad.

La capilaridad está estrechamente relacionada con la tensión superficial y el poder humectante.

Debido a este fenómeno físico, si se introduce un tubo de pequeño diámetro interior (tubo capilar) en un liquido, puede ocurrir alguno de los casos que se representan en la Ilustración 2: (a) si el ángulo de contacto a entre el líquido y la pared del tubo capilar es inferior a 90º el líquido moja la pared, asciende por el tubo y forma un menisco cóncavo, (b) si α = 90º no moja y no se forma menisco y (c) si α es superior a 90º el líquido no moja, desciende por el tubo y su menisco es convexo

Fig. 1 Relación Adherencia

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5 En el caso (a), la fuerza resultante Fa dirigida hacia arriba y que obliga al líquido a

ascender por el interior del tubo, es igual al producto de la longitud de la película (longitud de la circunferencia de la sección interior del tubo), por la componente vertical de la tensión superficial:

A esta fuerza ascendente se opone el peso del líquido elevado, que será:

Se alcanza el equilibrio cuando sea = P es decir:

Despejando h, la altura de líquido es:

siendo: G = tensión superficial del líquido (N/m) Glosario de símbolos:

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6 α = ángulo de contacto

r = radio interior del tubo capilar (m) ρ = densidad del líquido (Kg/m3) g = aceleración de la gravedad (m/s2) h = altura a la que asciende el líquido (m)

c) Tensión superficial

Es una de las propiedades más importantes. Se requiere una tensión superficial baja para obtener buenas propiedades de penetración y mojado

d) Viscosidad

Esta propiedad no produce efecto alguno en la habilidad del líquido para penetrar, aunque afecta la velocidad de penetración. Los penetrantes de alta viscosidad penetran lentamente, en tanto que los de baja viscosidades escurren muy rápido y tiene la tendencia a no ser retenidos en los defectos de poca profundidad; por lo tanto se recomienda una viscosidad media.

e) Volatilidad

Los líquidos penetrantes no deben ser volátiles. Si existe una evaporación excesiva se los productos del penetrante, se verá afectada la sensibilidad de todo el proceso, debido tanto al desequilibrio de la formula, como a la perdida del poder humectante.

Tabla 1Prop.fisicas L.P

Propiedades Física Penetrante Revelador Capilaridad Baja Alta Tensión Superficial Baja Baja Adherencia Baja Alta Viscocodad Baja Alta

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Clasificación de los líquidos penetrantes

La clasificación básica de los tipos de líquidos penetrantes existentes es la que los agrupa en función de la fuente de luz que se precisa para la observación de las indicaciones que proporciona el ensayo. Se clasifican en tres grupos o familias que son:

1. Líquidos penetrantes coloreados, observación con luz visible blanca.

2. Líquidos penetrantes fluorescentes, observación con luz negra (ultravioleta).

3. Líquidos penetrantes mixtos (fluorescentes -coloreados), observación bajo los dos tipos de luz anteriores.

Paralelamente, en cada familia, se pueden encontrar tres casos posibles de empleo en función de la forma de eliminar de la superficie el exceso de penetrante:

a. Líquidos penetrantes lavables con agua. b. Líquidos penetrantes postemulsionables.

c. Líquidos penetrantes eliminables con disolventes.

Los penetrantes postemulsionables se llaman así porque necesitan la adición posterior de un emulsionante para hacerlos lavables con agua.

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Líquidos penetrantes coloreados visibles

Contienen pigmentos coloreados disueltos que los hacen visibles con luz natural (de día) o con luz artificial blanca (lámparas eléctricas).

El color más utilizado es el rojo que hace claramente visibles las indicaciones sobre el fondo normalmente blanco del revelador. Aunque la sensibilidad de estos penetrantes rojos suele ser inferior a la de los fluorescentes, resultan adecuados para un gran número de aplicaciones.

Así, los más empleados en general en los talleres y en inspecciones que se realizan a pié de obra son los penetrantes rojos eliminables con disolvente, suministrados en botes aerosol por ser los de aplicación más sencilla (pulverización sobre la zona de ensayo) y no requieren agua para lavado ni lámparas especiales para la observación, como los fluorescente

Líquidos penetrantes fluorescentes

Este tipo de líquido penetrante incorpora en su composición pigmentos fluorescentes de color generalmente amarilloverdoso, que son sensibles a una iluminación especial llamada luz negra que los hace fluorescer.

En general, estos líquidos penetrantes fluorescentes tienen una mayor sensibilidad que los coloreados, es decir, son capaces de detectar indicaciones más finas.

Fig. 6 L.P (Fluorescentes)

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Desventajas

Ventajas

Ventajas y Limitaciones de los Líquidos Penetrantes

Líquidos penetrantes lavables con agua

Este tipo de penetrante es de uso muy cómodo y su empleo está bastante extendido, a pesar de su menor sensibilidad.

1_{“Los líquidos penetrantes (líquidos tipo aceite ligero, derivados del petróleo) por sí} mismos no son solubles en agua”. El tipo de penetrante “Iavable con agua” incorpora en su composición un agente emulsionante que permite que el producto se pueda eliminar por lavado con agua.

Una emulsión es un líquido formado por al menos dos sustancias que no son miscibles, de las cuales una está dispersa en la otra (fase continua) en estado de gotas muy finas. (A, 1996)

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10 Por ejemplo, si se agita agua que contiene una pequeña cantidad de aceite, la

agitación mecánica hace que éste se dispersa en el agua y forma una emulsión de aceite en agua, que es aquí la fase continua.

Una emulsión así no es estable y los dos líquidos se separarán de nuevo después de un tiempo. La estabilidad se consigue añadiendo un tercer elemento Gabón, o detergente que es aquí el emulsionante) y que es un elemento tensoactivo que disminuye la tensión entre caras y permite obtener una emulsión estable y finamente dividida.

Líquidos penetrantes post –emulsionables

Como este tipo de penetrantes no llevan en su composición el emulsionante, necesitan una etapa intermedia (después de transcurrido el tiempo de penetración y antes de la eliminación del exceso de penetrante con agua) en la que se aplica el emulsionante.

La mezcla penetrante-emulsionante es ya una emulsión que se puede eliminar por lavado con agua. El tiempo de contacto entre el penetrante y el emulsionante es crítico y debe ser el más corto posible, conforme al especificado por el fabricante del producto.

Si se incrementa el tiempo de contacto, el emulsionante se mezclará, además de con el penetrante de la superficie, con el que se encuentra en el interior de la discontinuidad.

Esto puede ocasionar que en la etapa de lavado del exceso de penetrante de la superficie se extraiga a la vez penetrante del interior de la discontinuidad, alterando el resultado del ensayo.

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Líquidos penetrantes eliminables con disolventes

Estos penetrantes requieren para su eliminación el empleo de un disolvente que se denomina “eliminador”.

Por lo general los eliminadores a base de disolventes son productos especiales, particularmente formulados por cada fabricante y apropiados para eliminar sus propios penetrantes.

Al igual que en el caso anterior, el eliminador debe estar en contacto con el penetrante el tiempo suficiente para eliminar el exceso del mismo, pero este tiempo debe ser el mínimo para no correr el riesgo de

eliminar parcial o totalmente el penetrante del interior de las discontinuidades

Método de Aplicación de los Líquidos Penetrantes (LP)

1. Limpieza Previa

Es necesaria la Limpieza Previa de la superficie antes de la aplicación del Liquido Penetrante, pues si la superficie de la pieza estuviera conteniendo aceites, grasas u otras suciedades que puedan obstruir la abertura de la fisura, el Liquido Penetrante cuando es aplicado en la superficie no conseguirá penetrar en la fisura por lo que el ensayo estará totalmente comprometido.

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2. Aplicación de Líquido Penetrante

El Liquido Penetrante puede ser aplicado en la superficie de la pieza de varias maneras, pues el objetivo principal es formar un filme sobre esta superficie, para que en cualquier parte del material a ensayar este cubierto con Liquido Penetrante y por lo tanto pueda ser posible detectar una fisura. Las técnicas de aplicación más utilizadas son la aplicación a pincel, pistola de pintura, aerosol.

La inmersión, se utiliza cuando se analizan piezas pequeñas, aplicándose normalmente a un proceso de producción seriada.

El Líquido penetrante deberá estar sobre la superficie en inspección por un periodo denominado Tiempo de Penetración, que es el tiempo necesario para que el Líquido penetre en el interior de la fisura. Este tiempo en promedio varia entre 10 a 30 minutos

3. Remoción de Líquido Penetrante

Luego de terminar el tiempo de penetración, el líquido penetrante debe ser removido de la superficie de inspección. El modo como es realizada la remoción también es una forma de clasificación del tipo del líquido penetrante:

a) Lavable al Agua:

Se remueve el exceso de Liquido Penetrante de la superficie a través de un lavado con agua.

Este tipo de penetrante ya posee en su composición un aditivo emulsionante que facilita su remoción cuando entra en contacto con el agua.

b) Post Emulsificable: (Normalmente para Líquidos Penetrantes Fluorescente):

Fig. 9 Aplicación L.P

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13 Como este tipo de Penetrante no posee ningún emulsionante en su composición

es necesario que el exceso del Penetrante que esta en la superficie de ensayo entre en contacto primero con un producto especial llamado Emulsificador.

El emulsificador tiene la función de tornar el Penetrante lavable al agua. Un lavado posterior con agua remueve todo exceso de Penetrante de la superficie de inspección. Es el tipo de penetrante mas sensible y mas utilizado en el sector aeronáutico.

c) Removible al solvente:

El exceso de este penetrante normalmente se remueve con el auxilio de un solvente de limpieza. Con la utilización de paños secos y de algodón se puede remover gran parte del exceso del Penetrante y posteriormente con el mismo tipo de paño pero ahora humedecido con un solvente, se remueve el resto del exceso. Este tipo de Penetrante se torna bastante sensible cuando se aplica en superficies planas.

4. Revelación

La etapa de la revelación es la etapa en que se forman las indicaciones sobre la superficie en inspección. La función del Revelador es exactamente la de absorber hacia la superficie el resto del Liquido Penetrante que quedo contenido dentro de la discontinuidad (fisura) después de la etapa de remoción del exceso.

Los Reveladores se presentan en tres formas básicas: a. Reveladores Acuosos

b. Reveladores No Acuosos c. Reveladores Secos

Siendo que el mas sensible de ellos es el revelador No Acuoso por propiciar una camada de revelador mucho mas uniforme y que por ser diluido en un solvente especifico posee un tiempo de secado adecuado a la mejor definición de las indicaciones que se formen.

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14 Cuando el Penetrante utilizado es del tipo rojo, se utiliza un Revelador que forme

una película bien blanca y mas espesa, pues así el color rojo de la indicación revelada forma un excelente contraste con la película blanca del revelador.

Por otro lado cuando el Penetrante utilizado es del tipo fluorescente, el revelador utilizado (seco o acuoso) forma una película menos espesa, pero es altamente absorbente, pues el contraste visual en el momento de la inspección ( en este caso realizado bajo luz ultravioleta y en cámara oscura) se deberá dar entre la superficie en ensayo ( que aparece levemente azulada) y el color bajo luz ultravioleta del Penetrante que formo la indicación.

5. Inspección Final

La inspección visual que se realiza después de la preparación de la superficie por las etapas anteriormente explicadas puede ser realizada bajo luz blanca o visible cuando el Líquido Penetrante utilizado es del tipo rojo. En este caso la incidencia de la luz visible en el punto de la inspección debe tener una intensidad luminosa de no menos 1000 lux, según la recomendación de la Norma ASTM E 1417.

En el caso del uso de Liquido Penetrante Fluorescente

la inspección final deberá ser realizada bajo luz ultravioleta (Negra) y también en una cabina oscura exenta de luz visible (luz común). Para este caso la

intensidad de luz ultravioleta mínima exigida por la Norma ASTM E 1417 es de 1000 uW/ cm2.

La inspección final todavía esta totalmente ligada al Criterio de Aceptación utilizado para la aprobación o no de una pieza o área inspeccionada. En un ámbito general se utiliza normalmente como referencia la aplicación final de la pieza o informaciones que son transmitidas por el propio departamento de ingeniería responsable del proyecto. (OSHMA, 2000)

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Diagrama general de la aplicación de líquidos penetrantes

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INFORME DEL ENSAYO

Las Normas sobre ensayo no destructivo indican que el resultado obtenido en el ensayo, así como toda la información relacionada, se tiene que presentar en el documento que se conoce como “Informe del ensayo”.

El informe del ensayo debe contener la información siguiente: a) Empresas que intervienen:

• Nombre de la entidad que realiza el ensayo. • Nombre del cliente, dirección.

b) Datos de identificación del trabajo:

• Nº informe, fecha, referencia del trabajo, nº de pedido, plano.

c) Información sobre la pieza ensayada: • Denominación, dimensiones.

• Material (acero inoxidable, aluminio...), nº de colada... • Tratamiento térmico (temple, normalizado...).

• Estado superficial (forjado, laminado, mecanizado...).

• Extensión del ensayo: 100%, muestreo, por zonas (indicar).

d) Condiciones del ensayo:

• Familia de productos: por ejemplo, penetrante coloreado visible eliminable con disolvente

y revelador húmedo no acuoso.

• Referencia de los productos, nº de lote y fabricante de los mismos. • Limpieza previa (con disolvente, vapor...).

• Tiempos de penetración, secado, revelado. • Temperatura de ensayo, temperatura de secado.

• Modo de iluminación: luz blanca y nivel (Iux), luz negra y nivel (W/m2)

e) Resultados de ensayo:

• Puede resultar práctico presentarlos en forma de tabla, numerando las indicaciones, tipo de indicación (lineal, redondeada, agrupadas ), situarlas con referencia a un origen y dimensionarlas (longitud, anchura)...

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17 f) Croquis:

Se incluye la siguiente información: • Croquis de la pieza.

• Zona ensayada.

• Situación de indicaciones • Observaciones.

g) Normas (de ensayo, aceptación/rechazo), procedimiento de ensayo de la empresa.

h) Lugar de ensayo, fecha de ensayo, nombre del operador y nivel

j) Si se ha acordado con el cliente, inspector del cliente, fecha y firma. (Fernandez, 1998)

Ficha del Ensayo

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Tabla de contenido

Definición de Líquidos Penetrantes (LP) ... 2

Características de los Líquidos Penetrantes... 3

Principios Físicos de Ensayo (LP) ... 3

a) Fuerza de cohesión y adherencia... 3

b) Capilaridad. ... 4

c) Tensión superficial ... 6

d) Viscosidad ... 6

e) Volatilidad ... 6

Clasificación de los líquidos penetrantes ... 7

Líquidos penetrantes coloreados visibles ... 8

Líquidos penetrantes fluorescentes ... 8

Ventajas y Limitaciones de los Líquidos Penetrantes ... 9

Líquidos penetrantes lavables con agua ... 9

Líquidos penetrantes post –emulsionables ... 10

Líquidos penetrantes eliminables con disolventes ... 11

Método de Aplicación de los Líquidos Penetrantes (LP) ... 11

1. Limpieza Previa ... 11

2. Aplicación de Líquido Penetrante ... 12

3. Remoción de Líquido Penetrante ... 12

4. Revelación ... 13

5. Inspección Final ... 14

Diagrama general de la aplicación de líquidos penetrantes ... 15

INFORME DEL ENSAYO ... 16

Ficha del Ensayo ... 17

Tabla de Ilustraciones ... 19

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ENSAYOS NO DESTRUCTIVOS.

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Tabla de Ilustraciones

Fig. 1 Relación Adherencia ... 4

Fig. 2 Metals Handbook, Vol. 11, ASM ... 4

Fig. 3 Metals Handbook, Vol. 11, ASM ... 5

Fig. 4Tipos de Líquidos Penetrantes. ... 7

Fig. 6 L.P (Fluorescentes) ... 8

Fig. 5 L.P(coloreados) ... 8

Fig. 7 Procesos con Líq.Penetrantes ... 10

Fig. 8 Limpieza Aplicación L.P ... 11

Fig. 9 Aplicación L.P ... 12

Fig. 10 Remoción L.P ... 12

Fig. 11 Revelación L.P ... 13

Fig. 12 Inspección L.P ... 14

Fig. 13 Proceso Utilización L.P ... 15

Fig. 14 Ficha del Ensayo ... 17

Bibliografía

A Moot. Metal Handbook [Libro]. - 1996. - Vol. 11.

Echevarria Ing.Ricardo E.D.D Generalidades [Libro]. - [s.l.] : COMAHUE, 2001. - Vol. 1.

Fernandez Alfonso Ensayos No Destructivos por Líquidos Penetrantes y Partículas Magnéticas [Libro]. - España : Instituto de Fomento regional, 1998. - Vol. 2.

OSHMA Suministros y Servicios para la Industria [Publicación periódica]. - México : [s.n.], 2000. www.magnaflux.com