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Foto: domson.ca

Revelado de Discontinuidades Superficiales Jose Luis Ordóñez Jiménez Periodista Metal Actual

Líquidos penetrantes, la técnica más usada después de la inspección visual.

Para una detección temprana de defectos superficiales en materiales no porosos, sin importar su tamaño, se deben adelantar procedimientos de diagnóstico como los ensayos no destructivos, acorde a las normas internacionales, y desarrollado por personal certificado que avale tanto el procedimiento, como los resultados obtenidos.

Con el propósito de identificar grietas superficiales en ruedas y ejes de ferrocarril, a mediados del año 1868, se implementó una técnica que permitía verificar si una pieza presentaba algún tipo de defecto superficial; esta práctica consistía en sumergir en aceite la parte a inspeccionar para que el fluido se alojara en las posibles discontinuidades que pudiera tener el componente, posteriormente, se limpiaban los excesos del fluido en la pieza, y se esparcía sobre la superficie una mezcla de yeso o cal con alcoholes, que se humedecía debido al contacto con el aceite alojado en las discontinuidades de la pieza, lo que indicaba el lugar exacto de la falla. Esta técnica de inspección visual, que permitía comprobar la integridad superficial de un material determinado, evolucionó en pruebas con mayores grados de precisión, como las tintas penetrantes, partículas magnéticas, o electromagnetismo, entre otras, conocidas hoy en día como END, –Ensayos No Destructivos–, o NDT, por su nombre en inglés –Nondestructive Testing–.

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Los END se diseñaron con el propósito de analizar un material o componente determinado, sin alterar sus propiedades físicas, químicas, mecánicas o dimensionales, y poder adelantar efectivamente controles de calidad en piezas que estén en proceso de ensamble, o servicio. Bajo este principio, la inspección visual, es el primero de los ensayos no destructivos que se deben adelantar, para determinar el estado de una pieza. Si los resultados así lo requieren, se debe pasar a un END, que brinde información más detallada sobre las características de los defectos que puede presentar una pieza, ya sea por medio de ensayos de líquidos o tintas penetrantes, o exámenes más profundos cómo los volumétricos o herméticos.

Foto: pwt.gmbh.de

Dentro de los diferentes tipos de END existentes en la actualidad, (ver cuadro 1), en este artículo se analizará el procedimiento para las pruebas no destructivas superficiales de Inspección Visual y Líquidos Penetrantes, gracias a que son los métodos más confiable, al momento de requerir de un ensayo rápido en una superficie.

Cuadro 1. Clasificación de los Ensayos No Destructivos

Superficiales

Inspección Visual (VT. Visual Testing) Líquidos o Tintas Penetrantes (PT o LPI. Liquid Penetrant Testing) Partículas Magnéticas (MT o MPI. Magnetic Particle Inspection) Electromagnetismo (ET. Electromagnetic testing )

Volumétricas

Radiografía Ultrasonido Emisión Acústica

Hermeticidad

Pruebas de Fuga Pruebas por Cambio de Presión (Neumática o hidrostática). Pruebas de Burbuja Pruebas por Espectrómetro de Masas Pruebas de Fuga con Rastreadores de Halógeno

Control de Calidad Visual El procedimiento para la verificación de superficie, conocido como inspección visual, es el END más utilizado, gracias a que su buen desarrollo, permite detectar de manera rápida discontinuidades, características especificas de acabados, contaminación o corrosión y requisitos geométricos entre otras condiciones, en productos soldados, forjados, fundidos, y herramientas, entre otros, que podrían afectar la funcionalidad de la pieza, material o componente y causar daños permanentes, si no son detectadas a tiempo. Por esta razón, la inspección visual debe ser el primer paso en el momento de hacer un control de calidad, para determinar de manera precisa, que tipo de prueba se deberá realizar posteriormente.

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Los END permiten localizar desperfectos, sin alterar las propiedades físicas, químicas, mecánicas o dimensionales de una pieza.

Si bien este ensayo permite determinar la ubicación, orientación, forma, tamaño y tipo de discontinuidad que pueda tener la zona abierta de una pieza, con profundidades menores de 3 mm, para la detección de estos defectos, se requiere que el profesional que adelante este procedimiento, se someta y apruebe exámenes de agudeza visual, –para determinar el nivel de sensibilidad–, discriminación cromática, –con el fin de comprobar que el inspector pueda detectar variaciones de color o tonos cromático–, y tener gran experiencia en entrenamiento y actualización de normas, que le permita establecer el tipo de discontinuidades que pueden detectarse visualmente basándose en información como proceso de fabricación, tipo de material, condiciones de uso, ente otras. Además de la preparación, experiencia y conocimientos en el tema, y debido a la amplia variedad de defectos que se pueden detectar en una inspección visual, los encargados de adelantar el ensayo, deben tener la destreza necesaria para el manejo de herramientas como, lentes de aumento, lupas, endoscopios o boroscopios, instrumentos de medición y galgas o plantillas de verificación, para determinar con mayor precisión y exactitud las características de las discontinuidades, que la observación directa no pueda detectar o requieren de ser evaluadas en tremimos de tamaño u otro parámetro, para determinar la aceptación del material, pieza o componente inspeccionado.

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Los códigos de procedimiento para END, resaltan la necesidad de tener un plan de trabajo escrito y calificado, apegado a todos los requisitos de norma, y que el personal destinado para la aplicación y evaluación del ensayo, esté calificado y certificado según el código ASNT, en nivel II o III, para adelantar dicha evaluación.

Finalmente, se recomienda que cada empresa tenga un procedimiento de inspección escrito y calificado, que cumpla con todos los requisitos de norma, para tener claridad en cuanto a la secuencia de actividades a seguir para hacer la inspección y establecer los requisitos y/o condiciones especificas, para que en conjunto permitan obtener resultados confiables y acertados.

Tintas Penetrantes Otro de los ensayos no destructivos para verificar superficies, conocido como LPI –Liquid Penetrant Testing– o tintas penetrantes, permite la detección de discontinuidades abiertas a la superficie, gracias al principio físico de la capilaridad, según el cual los fluidos se pueden desplazar desde y hacia el interior de conductos o cavidades muy finas, lo que permite la detección de posibles defectos en piezas y uniones metálicas soldadas, estructuras metálicas, elementos estructurales, instalaciones industriales, tanques y recipientes, según las normas ASME sección V artículo 6, ASME sección VIII, ASME B31.3, AWS D1.1/2000 y API 650, entre otros. Para este método se hace necesario el uso de tintas penetrantes color visible –rojo, azul–, solvente y un revelador base liquida no acuosa, cuya composición está determinada por cada fabricante, según los estándares determinados por los códigos ASME, AWS y API; por esta razón es recomendable, al adquirir

los productos, que estos sean de una misma marca, con el propósito de garantizar tanto la funcionalidad de los líquidos como los resultados, y no combinar productos y marcas en un mismo procedimiento. El tipo de material sobre el cual se adelantará la prueba de tintas penetrantes, es el primer aspecto que se debe tener en cuenta, puesto que si la pieza presenta una superficie porosa, como las cerámicas, el ensayo de tintas carecerá de exactitud, lo que producirá indicaciones falsas que son propias de la superficie del material, más no una discontinuidad como tal.

Además, es muy importante definir el tipo de penetrante a utilizar, ya sean tipo I –penetrantes fluorescentes que se caracterizan por tener una mayor sensibilidad, aunque debido a que no son visibles a simple vista, es necesario acompañar el proceso de inspección con lámparas de luz ultravioleta o luz negra, y realizar la prueba en laboratorios o cuartos oscuros–, o tipo II –visibles a simple vista los cuales son generalmente rojos–. Para el ingeniero Hector Adolfo Castellano, técnico de TCAS Ingeniería, “dentro de las variantes que existen en el método de líquidos penetrantes, el más usado o conocido en el país, es la técnica de líquidos penetrantes visibles removibles con solvente, denominada método II-C”, (ver cuadro 2).

Procedimiento de Tintas Penetrantes

Al inicio de esta prueba, la superficie a inspeccionar deberá estar completamente limpia de pinturas, óxidos o cualquier impureza que pueda interrumpir la circulación de la tinta. Por esta razón, la limpieza que se efectué por medios mecánicos, químicos, de ultrasonido, o solventes, sobre la pieza, no debe alterar su superficie, puesto que realizar un mal procedimiento de limpieza, puede llegar a cerrar superficialmente una discontinuidad, lo que puede llegar a evitar que sea visible, luego del procedimiento de tintas penetrantes.

Foto: blog.utp.edu.co

Por su parte, el inspector debe estar en capacidad de leer y poder interpretar planos y dibujos técnicos, además, estar certificado como mínimo en el primer nivel, aunque no puede firmar el reporte 1.

La inspección visual, como ensayo superficial, es uno de los más empleados y debe ser complementado con otros END que determinen la calidad de la pieza examinada.

Foto: ge-mcs.com

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Una pieza libre de impurezas, es ideal para el buen desarrollo del ensayo por tintas penetrantes.

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Cuadro 2. Clasificación de Tintas Penetrantes Tipo I Fluorescente

A

Lavable con agua (ASTM E-1200)

B

Postemulsificable lipofílico (ASTM E-1208)

C

Removibles con solvente (ASTM E-1219)

D

Postemulsificable hidrofílico (ASTM E-1210) Tipo II Coloreados

A

Lavables con agua (ASTM E-1418)

C

Removibles con solvente (ASTM E-1220) Clasificación según norma ASTM: E 165-94

Posterior a la limpieza de la pieza, y elección del tipo de penetrante, se procede a una correcta aplicación que se puede adelantar por medio de aerosol –uno de los métodos más utilizados en el país y el mundo–; o por inmersión, –que no está masificado en la industria nacional–, en el cual la pieza a examinar es sumergida en un tanque que contiene líquido penetrante, para que este cubra de manera pareja la zona a afectada.

Foto: propcare.com.au

Cualquiera de los anteriores procedimientos de aplicación, se define dependiendo de la pieza a tratar, pero en todos los casos se debe garantizar que el líquido se aplique de manera correcta. Los tiempos de penetración son determinados por los códigos, el material o el plan de trabajo que previamente la empresa solicitante del ensayo, haya establecido.

Los penetrantes fluorescentes o tipo I, requieren de un cuarto oscuro para observar las discontinuidades que presente la pieza examinada.

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Luego de esperar el tiempo previamente estipulado para que el líquido penetre (ver cuadro 3), debe ser removido el exceso de tinta de manera cuidadosa, para no afectar los líquidos que están alojados en las discontinuidades. Para ello se debe tener en cuenta las características químicas de las tintas usadas, ya que los métodos para la remoción del exceso de tintas se pueden adelantar de cuatro maneras diferentes: 1. Removibles con agua: estas tintas se caracterizan por su buena penetrabilidad y solubilidad del colorante, y mantiene su estabilidad bajo condiciones variables de temperatura. 2. Post-emulsificables lipofílicos: son tintas que se hacen lavables con agua, luego del contacto con un emulsificador 2 lipofilico, de base oleosa o grasosa. Son usados especialmente con tintas fluorescentes. 3. Removibles con solvente: este tipo de tintas deben ser limpiadas con un paño seco, libre de partículas, limpio y absorbente, que permita posteriormente, limpiar la superficie, con otro paño ligeramente impregnado de solvente.

Cuadro 3. Mínimo de tiempo para penetración – (Código ASME sección V) Material

Tiempos de Tipo de discontinuidad permanencia * Minutos Penetrante Revelador

Forma

Aluminio, magnesio, acero, latón, bronce, titanio y alea- Fundición y soldadura. ciones de altas temperaturas.

Porosidad, falta de fusión, grietas (todas las formas).

5

10

10

10

Falta de fusión, porosidad, grietas.

5

10

Materiales labrados - extruGrietas (todas las formas). siones, forjados, planchas. Herramientas de metal duro

---

Plástico

Todas las formas.

Grietas.

5

10

Vidrio

Todas las formas.

Grietas.

5

10

Cerámica

Todas las formas.

Grietas.

5

10

* Para el rango de temperatura de 50° F a 125° F (10°C a 52°C), para temperaturas de 40°C (5°C) hasta 50° F (10°C), el tiempo mínimo para el penetrante será de dos veces el valor en la lista.

El tiempo de espera para el proceso de revelado debe ser similar al de penetración, con el propósito de que las tintas alojadas en las discontinuidades sean notoriamente visibles y formen una indicación de buena calidad. Las discontinuidades grandes formarán indicaciones casi inmediatamente, pero las más finas, necesitan de un mayor tiempo de espera para generar marcas confiables. En todo caso, es necesario que haya un adecuado contraste entre el color del penetrante (rojo) y el revelador (blanco).

Luego de cumplir con el tiempo establecido para que las indicaciones sean visibles, se procede con la evaluación de cada indicación, para determinar su tamaño, frecuencia, o longitud, basados en las especificaciones del código, el cual hará que la calidad y exactitud de los datos, sumados a la habilidad y experiencia del inspector, generen datos confiables para aceptar o rechazar la pieza examinada.

4. Post-emulsificables hidrofílicos: al igual que el post-emulsicable lipofílico se aplica un emulsificador, en este caso de base acuosa, para facilitar la remoción del exceso de penetrante. Son usados especialmente con tintas fluorescentes.

Una superficie totalmente libre de tinta permite aplicar el revelador, para que el líquido penetrante alojado en las diferentes cavidades, llegue a la superficie y haga visible las diferentes indicaciones. Un buen procedimiento de tintas penetrantes, permite observar discontinuidades abiertas a la superficie.

Foto: Cortesía Tcas Ingeniería

Cabe resaltar que todos los anteriores procedimientos de remoción de tintas, son aplicables tanto a penetrantes fluorescentes, como visibles.

Foto: Cortesía Tcas Ingeniería

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Adelantar de manera correcta cada uno de los pasos para el ensayo con tintas penetrantes, permite identificar indicaciones correctas, para establecer si es rechazada una pieza.

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El reporte de resultados en cada prueba, que son requisito de código y procedimiento, debe contener o hacer referencia a los criterios o términos de aceptación o rechazo de la pieza examinada, basados en los documentos de referencia o documentos contractuales que rigen la fabricación o uso de la pieza o componente. Esto con el animo de poder establecer de manera inmediata la aceptación o no del producto inspeccionado y dejar registrados los resultados de la evaluación. Además, el informe debe contemplar los datos de quién realizó la inspección, el procedimiento, y referencia del código utilizado, tanto para la aplicación como para la inspección. Es de resaltar, que cada empresa puede presentar sus propios criterios de evaluación, siempre y cuando los rangos para aceptación o rechazo de piezas, no sean menores que los establecidos por las normas internacionales.

Un procedimiento rápido y confiable Además de ser un proceso rápido en cuanto a su aplicación, el ensayo por tintas penetrantes permite que los elementos necesarios para su implementación puedan ser transportados cómodamente, lo que facilita adelantar el procedimiento en lugares de gran altura, a los que no llegan corrientes eléctricas, necesarias para el desarrollo de otro tipo de ensayos.

RECOMENDACIONES PARA UN DESARROLLAR OPTIMO ENSAyO DE TINTAS PENETRANTES.

• Si el material a examinar es acero inoxidable, titanio, aluminio o aleaciones de níquel, los penetrantes deberán tener un alto control de contaminantes, como los derivados del cloro, bromo, flúor, yodo o azufre, debido a que si quedan residuos de estos compuestos, pueden ocasionar fracturas o fragilidad en el material examinado. • Una vez seleccionado el tipo y marca de tinta a utilizar, nunca se deberán mezclar productos entre maracas, como por ejemplo, emplear el revelador del proveedor A con un penetrante del proveedor B, así sean fabricados por el mismo proveedor. • El tiempo de revelado no debe ser menor a la mitad del tiempo de penetración. • Verificar que el personal que está realizando el ensayo, sea competente para dicha tarea, puesto que la responsabilidad de ejecutar el ensayo y dar un juicio sobre los resultados, recae sobre el aceptar o rechazar piezas. • Debido a sus compuestos químicos, el personal que adelante el ensayo, deberá contar con guantes, y máscaras que eviten cualquier tipo de contaminación respiratoria.

En Colombia, el ensayo por tintas penetrantes se puede contratar con empresas especializadas, desde los $600.000 hasta $1.000.000, según el tamaño, cantidad de piezas a examinar, el sector industrial que pida el servicio y las condiciones en las que se desarrolle el ensayo. Según el ingeniero Roosevelth Cifuentes de Sager, distribuidor de una de las marcas más reconocidas a nivel mundial, Magnaflux, y quienes prestan el servicio de asesoramiento técnico y distribución de productos para END de PT y MT, se pueden encontrar en el mercado en presentación aerosol, tintas limpiadoras de $30.000 a $ 39.000; tintas penetrantes de $35.000 a $44.000; y las tintas reveladoras en un rango de $35.000 a $44.000. Una de las limitaciones de este ensayo, es que su aplicación se restringe a superficies y materiales no porosos.

Foto: mcswain-eng.com

Se recomienda utilizar un juego de tintas de la misma marca en un procedimiento, para obtener resultados confiables.

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Además, una selección incorrecta de los componentes, como revelador y penetrante, puede derivar en falsas indicaciones. Así mismo, es necesario que el personal encargado de aplicar dicho ensayo, cuente con la certificación y experiencia necesaria para tal fin. Por esta razón, es recomendable contactarse con empresas especializadas en este tipo de pruebas y ensayos no destructivos, y además, generar un control de calidad previo y detallado, que proporcionen información puntual sobre fallas y deficiencias, para de esta manera, identificar oportunamente el origen de los inconvenientes, y así, determinar su causa y aplicar una medida correctiva y efectiva, que beneficie la integridad de la pieza. Citas 1) Para leer más sobre niveles de inspectores, consulte el artículo Soldadores: Cada vez se necesitan más y mejor capacitados. Publicado en la edición número 15, de Metal Actual, o consulte la página www.metalactual.com/ revista/15/soldadores.pdf 2) Proceso mediante el cual se mezclan dos líquidos que normalmente no son compatibles, lo que permite a la emulsificación de grasas, mezclar sustancias a base de agua.

Fuentes • Ing Cesar Ernesto Forigua. Lider Comercial - Ing Hector Adolfo Castellanos Moreno. Técnico. Tcas Ingeniería. tcasingenieria@ gmail.com • Ing. Roosevelth Cifuentes. Soporte al Producto Sager. [email protected] • ehowenespanol.com - thermoequipos.com. ve - www.sistendca.com Introducción a los Ensayos No Destructivos.

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