Detección de defectos mediante END

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Ensayos No Destructivos – END
NDT – Non Destructive Testing (Examination)

Los códigos que regulan la realización de los Ensayos No Destructivos para la American Welding Society:

  • Certificación de Inspectores de END: ASNT (American Society for NDT) No. SNT-TC-1A
  • AWS B1.10: Guide for the Nondestructive Examination of Welds
  • AWS B1.11: Guide forthe Visual Inspection of Welds
  • AWS QC15 + B5.15 – Radiographic Interpreter
  • ASME, Section V: boiler & Pressure Vessel, Non Destructive Examination

La finalidad de los END es la de encontrar o detectar Discontinuidades.

Una vez encontradas, su interpretación se dará por el experto que pueda deducir su importancia, descartar o asegurar otros fenómenos o síntomas asociados y los problemas que puedan suponer.

Discontinuidad = cualquier interrupción en la uniformidad de un objeto.

Defecto = discontinuidad que no cumple los requerimientos.

Los criterios de aceptación de tipo, tamaño y distribución dependen de los códigos y requerimientos aplicables a cada proyecto, y, dentro de ellos, de la aplicación del componente soldado.

Coste y Efectividad de los diferentes END:

El uso de END ayuda a la Inspección, no la sustituye.

Hay métodos END de dos tipos:

  • Los métodos para inspección de discontinuidades superficiales y subsuperficiales son los más sencillos y económicos, pero no detectan discontinuidades internas.
  • Los métodos para inspección de discontinuidades internas resultan más costosos ya que necesitan equipamiento más avanzado y costoso.

Todos los métodos de ensayo requieren de personal cualificado para realizar las inspecciones (Niveles I, II, III, definidos por ASNT)

En cualquier caso, debe prescribirse un procedimiento de inspección que recoja la frecuencia, carácter y método, así como la realización de los informes correspondientes y el marcaje de las discontinuidades observadas.

NIVEL DE CUALIFICACIÓN DE INSPECTORES DE END:

Es preciso definir las funciones de cada uno de los tipos y niveles de inspectores:

  • Un INSPECTOR DE SOLDADURA (CWI) es una persona cualificada y certificada para poder asegurar la calidad de un producto soldado. Sus conocimientos, funciones y responsabilidades, según su nivel (CAWI, CWI ó SCWI) están definidos por AWS en sus código y estándar AWS QC1 y AWS B5.1.

El inspector de soldadura necesita realizar diferentes pruebas o ensayos para poder asegurar que la calidad del producto es aceptable. Un CWI ha recibido la formación y superado un exigente examen para la realización de la inspección visual y el aseguramiento de que todos los procedimientos y personal asignado a una soldadura cumplen con los requisitos.

El inspector de soldadura, en cumplimiento de requisitos del proyecto o por iniciativa propia para asumir la responsabilidad de la calidad del proyecto, requiere realizar pruebas o ensayos. Estos ensayos pueden ser destructivos (como se verán en el Tema Ensayos Mecánicos) o No destructivos.

El personal cualificado y si es necesario, certificado para la realización de cada uno de los ensayos que se precisen, debe tener la formación y el nivel adecuados.

 

En el caso de INSPECTORES DE ENSAYOS NO DESTRUCTIVOS, la ASNT define los siguientes niveles de Inspector, y a cada uno de ellos le otorga estas diferentes capacidades:

  • Nivel I: cualificado para calibrar, ensayar técnicas específicas y evaluar con supervisión de un Inspector Nivel II ó III.
  • Nivel II: cualificado para calibrar, ensayar, interpretar y evaluar resultados con respecto a los estándares, códigos o especificaciones. Entrena y supervisa a Nivel I.
  • Nivel III: establecer técnicas y procedimientos de ensayos no destructivos, interpretar códigos, diseñar métodos , técnicas y procedimientos. Es responsable de las operaciones de END, interpretar y evaluar resultados. Establecer el criterio de aceptación. Debe estar familiarizado con END disponibles. Entrena y examina a Nivel I y II.

Tipos de Discontinuidades

relacionadas con soldadura, según AWS

Ensayos No Destructivos (END)

Los ensayos más habituales para determinación de discontinuidades, y sus siglas según AWS son los siguientes:

  • Inspección Visual (VT)
  • Inspección Radiográfica (RT)
  • Inspección Ultrasónica (UT)
  • Partículas Magnéticas (MT)
  • Líquidos Penetrantes (PT)
  • Corrientes Inducidas (ET)
  • Emisión Acústica (AET)
  • Prueba de Fugas (Leak Testing)
  • Prueba de Ensayo de Servicio (Proof Testing)
  • Contenido de Ferrita
  • Otros con los que se puedan detectar la presencia de problemas o discontinuidades que puedan afectar la integridad del material examinado

Inspección Visual

Es la inspección más importante, pues no es necesario aplicar otros métodos de inspección si la Visual ya nos da información de que lo que observamos no es correcto.

Debemos distinguir dos tipos de Inspección Visual de una soldadura:

  • La que realiza un técnico Nivel I con supervisión o Nivel II con la formación o/y certificación por la ASNT. En este caso, la inspección se realiza tras finalizar la soldadura y el inspector, con formación demostrada especializada en inspección de soldadura, informa que las soldaduras cumplen con los requerimientos.

 

  • La que realiza un Inspector de Soldadura CWI (en Europa, un Coordinador de Soldadura), el cual realiza una inspección completa durante todo el proceso de soldadura. Para ello,  el Inspector de Soldadura deberá inspeccionar los siguientes aspectos. Es recomendable realizar una Lista de Comprobación (check-list) para asegurarse de que todos los aspectos han sido revisados y están correctos y perfectamente documentados: 
    • Antes de comenzar a soldar
      • Que se cumplen las medidas de seguridad y protección de los soldadores y quienes les rodean:
      • Protégete a ti mismo y a otros
      • Los humos y gases pueden ser peligrosos (vigile especialmente en espacios confinados – usar una persona de apoyo (standby))
      • Hay que poner atención en el manejo de gases a presión
      • Cuidar los alrededores de fuego y explosiones
      • Los rayos del arco eléctrico pueden dañar los ojos y quemar
      • Utilice la protección de ojos y piel adecuada
      • Una descarga eléctrica puede ser mortal
      • Antes de usar, lee las instrucciones del fabricante y las Fichas de Seguridad de los productos
      • El ruido continuo a alto nivel puede dañar severamente la audición
      • Los soldadores y otros operarios usan radiales y equipos mecánicos que requieren protección.
      • Si se trabaja en altura se deben tomar las precauciones adecuadas
      • Ver la normativa de seguridad correspondiente
        • Tener en cuenta la normativa: American Standard Z49.1: Safety in Welding, Cutting and Allied Processes (AWS), y OSHA Safety and Health Standards (U.S. Goverment)
      • Revisar la documentación que se aplica Galga de gap de soldadura
      • Comprobar los procedimientos de soldadura
      • Comprobar las homologaciones/certificaciones de los individuos
      • Establecer Puntos de Comprobación (Hold Points)
      • Desarrollar el plan para recoger los resultados de las inspecciones y mantener los informes
      • Desarrollar el sistema de identificación de los rechazos
      • Comprobar la condición de los equipos y accesorios de soldadura
      • Comprobar las preparaciones de los materiales a soldar
      • Comprobar la preparación de las juntas
      • Comprobar que los elementos de alineación de juntas son adecuados
      • Comprobar la limpieza de las juntas
      • Comprobar los equipos de precalentamiento y la temperatura antes de empezar a soldar.

 

 

 

 

 

 

 

Durante la soldadura:

            • Comprobar las variables de soldadura para que se cumplan según los procedimientos aprobados
        • Comprobar la calidad de cada pasada individualmente
        • Comprobar la limpieza entre pasadas
        • Comprobar la temperatura entre pasadas
        • Comprobar la colocación y secuencia de cada pasada de soldadura
        • Comprobar las superficies saneadas (con arco-aire, …)
        • Monitorizar el proceso de END (NDT) que se use, si es requerido

 

 

    • Tras la terminación de cada soldadura (la cual debe quedar perfectamente accesible para su inspección):
      • Comprobar el aspecto de las soldaduras terminadasGalga Soldadura Universal
      • Comprobar discontinuidades y su aceptabilidad
      • Comprobar el tamaño de las soldaduras
      • Comprobar la longitud de las soldaduras
      • Comprobar la precisión dimensional de las soldaduras
      • Monitorizar los END que se requieran
      • Monitorizar el tratamiento post-soldadura (PWHT), si se requiere
      • Preparar los informes de inspección
      • Mantener la documentación disponible y actualizada

Radiografía (RT)

Fundamentos físicos:

  • Los átomos están excitados cuando los electrones ocupan niveles más exteriores de los habituales debido a un exceso de energía.
  • Un átomo excitado tiende a regresar al estado fundamental volviendo los electrones a sus niveles normales liberando esa energía en exceso.
  • Esta energía se libera en forma de radiación electromagnética. Se emite un fotón.
  • El número Atómico (Z) es el nº de protones del núcleo.
  • El número másico (N) es la suma del nº de protones + neutrones.
  • Cuando la relación N/Z es demasiado alta o baja, se dice que el elemento es radiactivo.
  • La Actividad es el nº de desintegraciones que se producen en la unidad de tiempo en una muestra de material radiactivo. Depende de la cantidad de isótopo restante.
  • La fracción de átomos radiactivos que se desintegra es constante en el tiempo. Constante de desintegración, λ (lambda).
  • El periodo de desintegración (T, T1/2, t1/2) es el tiempo necesario para que la actividad de la muestra se reduzca a la mitad. Es característico de cada isótopo radiactivo y puede ir desde fracciones de segundo a millones de años.
  • La vida media (t) es el valor medio de la vida de los átomos de la muestra.
Los diferentes factores que se deben considerar son:
  • Fuente de Radiación: Ej: Co60 / Cs137 / Se35 / Ir192 – Vida Media, Actividad, Portabilidad, Coste, Calidad de Radiación e Imagen, Intensidad de Emisión, Energía.
  • Objeto a radiografiar: Número Atómico, Densidad, Diferencial de Absorción, Espesor, Contraste, Geometría del Defecto, Dirección de Emisión.
  • Película: Diferentes niveles de radiación y grados de exposición según los materiales a evaluar.
  • Persona entrenada en radiografía y/o en interpretación

La radiografía es especialmente útil para:

  • Detección de defectos internos del metal
  • Es la mejor técnica para detectar defectos con plano paralelo al rayo de radiación.

 

La radiografía No es recomendable:

  • Para detección de defectos de laminación en chapa
  • Para detección de fisuras orientadas de forma paralela a la superficie que se examina.
Negatoscopio
La ejecución de la radiografía tiene lugar situando una película sobre el material que se quiere examinar, la cual se expone a la fuente que emite la energía (RX, gammagrafía,…).
Esta operación se debe realizar siguiendo el adecuado y requerido protocolo de seguridad, y, por supuesto, por un técnico capacitado y certificado para llevarla a cabo.
Una vez revelada la radiografía, su examen se realiza utilizando un negatoscopio, que pone de relieve, con la iluminación de la placa y de la sala de evaluación adecuada, las indicaciones, si las hubiera, de discontinuidades, o bien la completa continuidad del cordón de soldadura.
PATRONES:
Como en muchos métodos de ensayo, se utilizan patrones, de forma que si podemos observar en la radiografía de forma nítida un patrón se puede deducir mejor la presencia o ausencia de defectos con tamaño similar al observado en el patrón.
AWS recomienda el uso de patrones tipo IQI, de hilo o agujero, del material que se examina y que siguen el principio de construcción que se indica en la imagen.
En la imagen se ven algunos ejemplos de discontinuidades observadas en placas radiográficas.

Inspección por Ultrasonidos (UT)

Se basa en el principio piezoeléctrico:

El emisor o palpador tiene la capacidad de transformar la energía de rozamiento en energía acústica.

El sonido se transmite a través del metal inspeccionado, detectándose la reflexión de dicho sonido en un Detector o Receptor. Si el material es continuo se espera la reflexión tras un período concreto. Cualquier reflexión que se reciba antes informará de discontinuidades en las que el sonido tiene una reflexión más temprana.

  • Las ondas de sonido de alta frecuencia viajan desde el emisor al receptor y rebotan en las discontinuidades.
  • Se utiliza un “acoplante” – medio que minimiza atenuación de la onda en el aire.
  • Se produce refracción entre medios de diferentes características de propagación del sonido y difracción en los bordes de discontinuidades.
  • Se puede usar un palpador normal o de un ángulo determinado (shear beam).
  • Los palpadores más habituales están entre 2 a 6 Mz de frecuencia, con ángulos  de 0, 45, 60 y 70º con la normal (90º).
  • La técnica de inspección con palpador normal se suele usar para examinar espesores de materiales.
  • La técnica con palpador angular es la que más se usa para evaluar discontinuidades de soldadura. Además, para evaluar discontinuidades se utilizan varias técnicas en zig-zag que varían el ángulo de incidencia del sonido sobre el defecto que se pretende observar, lo cual va proporcionando durante el barrido un análisis volumétrico de la discontinuidad (tamaño y volumen) así como a la profundidad a la que se encuentra.

El Ultrasonidos es especialmente útil para:

  • Detección de defectos internos del metal
  • Es la mejor técnica para detectar defectos orientados en cualquier dirección en la que el haz ultrasónico resulte esencialmente perpendicular a su eje mayor.

El Ultrasonidos No es recomendable:

  • Para detección de defectos de laminación en chapa
  • Para detección de fisuras orientadas de forma perpendicular a la superficie que se examina.

Métodos variantes de la Inspección por Ultrasonidos:

Inspección con Partículas Magnéticas

La inspección con partículas magnéticas se basa en el magnetismo del material que se desea examinar.

Con este método se pueden detectar discontinuidades sub-superficiales, siempre que el campo magnético generado alcance la profundidad bajo la superficie en la que se encuentren.

Las partículas magnéticas se orientarán según el campo magnético generado de manera uniforme si no existe ninguna discontinuidad. Si, a una profundidad pequeña se encuentra una discontinuidad, las partículas magnéticas se orientarán en su entorno, indicando la geometría de la misma.

Para realizar el ensayo, se debe magnetizar la zona a inspeccionar. Para ello existen dos métodos:

  • Con un yugo (Yoke) se magnetiza únicamente la zona a examinar, moviéndose el yugo en diferentes direcciones y en soldadura a lo largo de la junta para descartar o revelar la presencia de discontinuidades
  • Con el método “Prod” se magnetiza todo el componente a examinar, lo cual suele hacerse para examinar series de componentes.

Se pueden usar partículas:

  • Sobre fondo de contraste
  • Con revelado fluorescente

 

Magnetic Flux Leake (MFL)

Es una variación de la inspección con Partículas Magnéticas.

Inspección con Líquidos Penetrantes (PT)

Las discontinuidades deben aflorar a la superficie.

Por capilaridad, el líquido penetra en las cavidades, rellenándolas.

Si no existe ninguna cavidad o discontinuidad (o ésta no aflora a la superficie), una vez limpia la superficie del líquido penetrante, cuando se pulveriza el revelador, no se observará presencia del líquido penetrante.

Si existe una discontinuidad abierta a  la superficie, una vez eliminado el líquido penetrante, el revelador lo succiona, mostrando, por contraste o fluorescencia, el volumen de líquido que la cavidad había alojado.

Inspección calidad soldadura, visual, líquidos y partículas

Corrientes Inducidas (ET)

También se denominan Corrientes de Eddy o Ensayo Eddy

Su ventaja es que, además de discontinuidades, pueden detectar cambios de material o de fases, aprovechando que las conductividades eléctricas de cada uno es diferente y pueden ser detectadas en este ensayo.

Su aplicación es útil en algunas aplicaciones en las que RT ó UT encuentran limitación, por ejemplo, en las uniones de tubo a placa de un intercambiador de calor como el que muestra la imagen, o para detección de fases en uniones heterogéneas o cuando se encuentran diferentes fases metalúrgicas.

Ensayo de Emisión Acústica

Se basa en conservar y comparar emisiones acústicas de componentes, los cuales mostrarán una emisión de sonido diferente a medida que aparecen y crecen discontinuidades debidas a su vida de servicio, fatiga, etc.

Proof Testing

Se trata de ensayar componentes sometiéndoles a pruebas en el límite de sus condiciones de servicio, observando y evaluando la posible aparición o crecimiento de discontinuidades durante el ensayo o bien pudiendo garantizar el buen comportamiento del componente en esa situación.

Varias de estas pruebas serían:

  • Prueba hidráulica de un componente a presión
  • Prueba a alta temperatura
  • Prueba de carga de un puente o edificio

Contenido de Ferrita

Se puede realizar mediante END, usando un Ferritoscopio, que mide el magnetismo asociado a un cierto porcentaje de ferrita en una estructura austenítica.

Se utiliza para medición de esta fase, de presencia esencial en algunas soldaduras de aceros inoxidables austeníticos, dúplex, super-dúplex o hiper-dúplex.

También se utilizan técnicas para la predicción de la ferrita que se puede encontrar en un metal soldado mediante fórmulas (WRC-Delong-Shaeffler) en las que se introduce la composición química de los aceros que se desean analizar o sus combinaciones.

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