Antecedentes históricos

En 1868 un ingeniero inglés publicó un reporte, en el cual se mencionaba la localización de discontinuidades presentes en el cañón de una pistola utilizando un compás magnético, en el que se registro un cierto flujo.

En el siglo xx, en 1922, el físico ingles William e. Hoke observó que partículas metálicas que se encontraban sobre piezas de acero endurecido conectadas a tierra, sobre un mandril magnético, formaban patrones sobre la cara de la pieza, estos frecuentemente correspondían a sitios en donde se localizaban grietas en la superficie esta observación marcó el nacimiento de la inspección por partículas magnéticas.

introducción.-

El principio físico en el que se basa el método de inspección por partículas magnéticas es el “Magnetismo”. El principio se basa en el comportamiento de los imanes.

Magnetismo es: “La fuerza invisible que tiene la habilidad de desarrollar trabajo mecánico de atracción y repulsión de materiales magnetizables”.

La inspección por partículas magnéticas es un ensayo no destructivo que se emplea para detectar discontinuidades superficiales y subsuperficiales, en muestras que pueden ser magnetizadas.

Consta de tres operaciones básicas:A) Establecer un flujo magnético adecuado.B) Aplicación de las partículas magnéticas.C) Interpretación y evaluación de los resultados.

PArticuLAs MAGneticAs.

-El método de partículas magnéticas es posiblemente uno de los mas simples y de fácil aplicación de los métodos de ensayo que puede ser aplicado a piezas terminadas, provenientes de distintos procesos de fabricación.

-El método de partículas magnéticas cosiste en la magnetización de la pieza, la aplicación de un medio magnético y la interpretación de lo que resulta de la aplicación del medio magnético.

- El método de partículas magnéticas se basa en que toda partícula ferrosa susceptible de ser magnetizada al entrar en contacto con un imán se orienta de acuerdo con su respectiva polaridad y sigue las líneas de fuerza del campo magnético.

cArActerÍsticAs de LAs PArtÍcuLAs MAGnÉticAs. Las partículas magnéticas son fabricadas de materiales ferromagnéticos, con propiedades físicas

y magnéticas que afectan su funcionalidad como medio para formar indicaciones. Propiedades f ísicas;Las propiedades físicas principales de las partículas magnéticas son el tamaño, forma, densidad y

color.Tamaño de las partículas magnéticas Éstas partículas son mucho más pequeñas que las limaduras de hierro, por lo que, cuando están

secas parecen polvo. Sus dimensiones varían dentro de un rango, para permitir que las fugas de flujo con diferentes fuerzas puedan atraer las partículas de diferentes masas.

El rango de dimensiones de las partículas comercialmente disponibles es de entre 0.125 a 60 micras (0.000005 a 0.0025 pulgadas). Las partículas muy finas no tienden a moverse como unidades separadas, se aglomeran para formar grandes acumulaciones.

Forma de las partículas magnéticas La forma de la partícula es importante. En la actualidad, las partículas magnéticas son una mezcla de

formas esféricas y alargadas, unas proporcionan movilidad adecuada y la otra polarización magnética. Juntas se enlazan para formar cadenas o puentes pequeños para los campos de fuga, con lo que se forman las indicaciones visibles.

Densidad de las partículas magnéticas Es una propiedad que afecta la movilidad de las partículas. Por ejemplo, los polvos de tipo metálico y

óxido son más densos que el agua, por lo que las partículas húmedas, preparadas en agua o aceite, tienden a asentarse cuando no son agitadas.

Color de las partículas magnéticas Las partículas son coloreadas para proporcionar un color contrastante con la superficie de la pieza

inspeccionada, para resaltar la visibilidad de indicaciones pequeñas. La presentación de las partículas es en diferentes colores, con el objeto de proporcionar un contraste adecuado.

Propiedades magnéticas;Las partículas magnéticas deben ser muy sensibles al magnetismo, por lo que

deben tener características magnéticas similares a los materiales ferromagnéticos.

Las características de las partículas magnéticas son, esencialmente, una alta permeabilidad y una baja retentividad.

Alta permeabil idad La alta permeabilidad de las partículas permite que puedan ser rápidamente

magnetizadas, para que sean fácilmente atraídas y retenidas por campos de fuga débiles.

Baja retentividad Se requieren partículas de baja retentividad, esto significa que no retendrán

prácticamente ningún magnetismo residual, para que no se queden sobre la pieza cuando no son retenidas por un campo de fuga, lo que permite que sean fácilmente removidas de la superficie de la pieza inspeccionada.

teoriA de Los cAMPos MAGneticos

Campo magnético de la Tierra Si consideramos a la tierra como un imán gigante, ya que tiene un polo norte y un polo sur, la

aguja de una brújula normal, la cual es simplemente una manecilla de acero magnetizada y suspendida en un eje libre para girar, es atraída por el campo magnético de la tierra, siempre indicando la misma dirección.

Imantación de un material ferromagnético Los materiales ferromagnéticos están constituidos por grupos de átomos en regiones

microscópicas llamados “Dominios magnéticos”. Estos dominios en sí son pequeños imanes dentro de la pieza, tienen una polaridad positiva y una negativa en sus extremos opuestos.

Si el material no está magnetizado, tales dominios están orientados al azar, normalmente paralelos con los ejes de los cristales del material, y la componente magnética es nula, como se ilustra en la figura

Polos magnéticosUn imán tiene la propiedad de atraer materiales ferromagnéticos. Esta habilidad

de atraer o repeler no es uniforme sobre toda la superficie del imán, se localiza únicamente en las áreas conocidas como “polos”. Consideremos la presencia de las líneas de fuerza en los imanes. El flujo magnético, o las líneas de fuerza, entran o abandonan el imán por los polos magnéticos.

Por lo que, un imán podrá atraer materiales ferromagnéticos, solamente donde las líneas de fuerza salen o entren al imán, es decir, donde se encuentren localizados los polos magnéticos. La figura ilustra un imán de la forma más común, el imán de herradura, y sus polos magnéticos.

Ley del magnetismo Dos imanes que se colocan de tal manera que el polo sur de uno se

orienta hacia el polo norte del otro, entonces son atraídos entre sí, como se observa en la figura.

Entonces, las leyes del magnetismo de atracción y repulsión para imanes, son las siguientes:Polos magnéticos diferentes se atraen (N> <S / S> <N) Polos magnéticos semejantes se repelen (N< >N / S< >S)

tiPos de iMAnesImanes t ipo barra.

Si enderezamos un imán de herradura, tendríamos como resultado un imán tipo barra, como se ilustra en la figura. El imán de barra tiene las mismas características que el imán de herradura.

Imanes t ipo anil lo.Si al imán de herradura lo doblamos y sus extremos los cerramos, formando casi un

círculo cerrado, este se comporta de manera idéntica al imán de herradura. Los polos magnéticos aún existen y las líneas de fuerza salen y entran por los polos, como se observa en la figura.

ProPiedades del Flujo Magnético.

1.Tienen una dirección definida, salen por el polo norte, entran por el polo sur y continúan así su camino a través del imán, desde el polo sur al polo norte,

2.Son continuas y siempre forman una curva o circuito cerrado, 3.Las líneas de fuerza magnética, son individuales y jamás se cruzan

ni unen entre ellas, 4.Su densidad disminuye con el aumento de distancia desde los polos 5.Siguen caminos de menor resistencia magnética. El espacio dentro y alrededor de un imán, en el cual actúan las líneas

de fuerza, se conoce como “Campo Magnético”.

clasiFicación de los Materiales de acuerdo al MagnetisMo.

Ferromagnéticos.-El hierro, cobalto, níquel, etc. y algunos óxidos de estos, son substancias ferromagnéticas. La principal característica es que pueden mostrar una magnetización permanente y sus efectos son mucho más intensos que en el resto de los materiales.

Diamagnéticos.- Los materiales diamagnéticos son débilmente repelidos por las zonas de campo magnético elevado. Cuando se someten a un campo, los dipolos se orientan produciendo campos magnéticos negativos, contrarios al campo aplicado.

Paramagnéticos.- los materiales paramagnéticos son débilmente atraído por las zonas de campo magnético intenso. Se observa frecuentemente en gases. Los momentos dipolares se orientan en dirección al campo, y tiene permeabilidades próximas a la unidad y su susceptibilidad es pequeña pero positiva. Este efecto desaparece al dejar de aplicar el campo magnético.

Aplicación de las Partículas Magnéticas.-La inspección por partículas magnéticas es un ensayo no destructivo

que se emplea para detectar discontinuidades superficiales y subsuperficiales, en muestras que pueden ser magnetizadas.

-Consta de tres operaciones básicas: a) Establecer un flujo magnético adecuado,

b) Aplicación de las partículas magnéticas, yc) Interpretación y evaluación de los resultados.

Aplicación.El método de inspección por partículas magnéticas es utilizado en diferentes ramas de la industria, como: metalmecánica, aeronáutica, naval, construcción, etc.Se aplica en:

Inspección de materia prima; Inspección en proceso; Inspección de producto terminado; Mantenimiento de equipo y maquinaria.

Se utiliza para inspección de materiales soldados, fundidos, forjados, rolados, etc.

Ventajas.Las principales ventajas del método de inspección por partículas magnéticas son:

Inspección relativamente rápida y de bajo costo, Equipo relativamente simple, provisto de controles utilizados

para ajustar la corriente y un amperímetro visible para verificar la fuerza de magnetización que ha sido creada para la inspección,

Equipo portátil y adaptable a muestras pequeñas o grandes, Se requiere menor limpieza que en líquidos penetrantes, Se pueden detectar discontinuidades subsuperficiales, Las indicaciones se forman directamente en la superficie de la

muestra, No se requiere de lecturas electrónicas de calibración o

mantenimiento excesivo, Se obtienen mejores resultados en la detección de

discontinuidades llenas de algún contaminante (como carbón, escoria, etc.) y que no pueden ser detectadas en una inspección por líquidos penetrantes.

liMitaciones.Las limitaciones del método de inspección por partículas magnéticas son:

Es aplicable solamente en materiales ferromagnéticos, Se requiere un suministro de corriente eléctrica, No se pueden detectar discontinuidades localizadas a grandes

profundidades, La detección de una discontinuidad depende de varios factores, Su aplicación en el campo es de mayor costo, ya que se necesita

suministro de energía eléctrica, La rugosidad superficial puede distorsionar el campo, Se requiere de dos o más magnetizaciones, Generalmente, es necesario desmagnetizar después de la inspección, Se pueden generar quemadas en la superficie, al aplicar la técnica de

puntas de contacto. Aunque las indicaciones son fácilmente observables, la experiencia

para su interpretación y evaluación es necesaria, Capas de pintura o de algún otro recubrimiento no magnético afectan la

sensibilidad del método

tiPos de discontinuidades.Discontinuidades superficiales.Supongamos que el imán tipo anillo completo tiene una grieta en la

superficie externa, creándose inmediatamente un polo norte y un polo sur en los bordes de la discontinuidad. Ésta grieta interrumpe el flujo uniforme de las líneas de fuerza dentro del imán, por lo que algunas de ellas se verán forzadas a salir del imán. Las líneas de fuerza que se ven forzadas a salir del imán, ver figura , como resultado de la grieta, se conocen como “fugas de flujo”. El campo magnético creado por las fugas de flujo es llamado “campo de fuga”.

discontinuidades subsuPerFiciales.

Supongamos ahora que tenemos otro imán, que contiene una grieta subsuperficial. Con ésta grieta subsuperficial algunas de las líneas de fuerza pasan por encima y por debajo de ella. Algunas pasan a través de la grieta y, si la discontinuidad esta cerca de la superficie, algunas son forzadas a salir a la superficie, provocando fugas de flujo, como ilustra la figura. Si espolvoreamos partículas magnéticas, se producirá una acumulación de partículas donde se encuentran las fugas de flujo.

Fuerza de un caMPo de Fuga.

La distorsión o fuerza de un campo de fuga, producido por una discontinuidad, depende de varios factores indicados a continuación:

1.- El número de las líneas de fuerza; éste factor es afectado por varias características de la propia discontinuidad:

a) El ancho de la discontinuidad (la distancia entre sus polos);b) La longitud de la discontinuidad;c) La profundidad de la discontinuidad;d) La forma de la discontinuidad;e) La orientación de la discontinuidad. La discontinuidad debe estar orientada a 90°, y hasta 45°, con respecto a la dirección del flujo magnético.

2.- La condición de la superficie.3.- La fuerza del flujo magnético generado, el cual es controlado por el

amperaje utilizado para generar el campo magnético.La fuerza del campo de fuga determina directamente el número de

partículas magnéticas que pueden ser atraídas para formar una indicación.

ForMación de indicaciones.

Cuando las partículas magnéticas son atraídas al sitio donde se localiza una fuga de flujo, ellas producen una indicación que es visible para el ojo humano, bajo condiciones de iluminación adecuada. La formación de las indicaciones depende de las características de las líneas de fuerza.

Cuando las partículas son atraídas hacia las fugas de flujo y se acercan a los polos magnéticos, más líneas de flujo fluyen hacia ellas. Esto concentra las líneas de flujo a través de los caminos de baja reluctancia que forman las partículas de material ferromagnético. Esta es la acción principal que provoca que las partículas sean recolectadas por las fugas de flujo y subsecuentemente formen indicaciones de discontinuidades.

Ya que las partículas magnéticas son solamente atraídas y se mantienen donde las líneas de fuerza salen y entran de la superficie de la pieza inspeccionada, no se producen indicaciones verdaderas a menos que las líneas de fuerza crucen una discontinuidad

Clasificación de los Métodos Magnéticos.-Método Residual.- Este método aprovecha el magnetismo

remanente con que quedan algunos materiales.-Método Continuo.- Este método se caracteriza por la aplicación

del medio detector al mismo tiempo en que se produce la magnetización del material.

-Magnetización Circular.- Por el paso de la corriente eléctrica en un material se induce un campo magnético circular que puede ser por:

• Por inducción directa, que se conoce como magnetización entre cabezales, • Inducción directa por medio de electrodos, • Inducción indirecta, conocida como magnetización con conductor central.

-Magnetización Longitudinal.-Esta se obtiene por la generación de un campo de una bobina o solenoide en el cual se coloca la pieza.

Características de la Corriente de Magnetización.a) Corriente alterna.- La corriente alterna (CA) es el tipo más conveniente

de corriente eléctrica debido a que es utilizada para casi todos los servicios. Su rango de voltaje comercialmente disponible es de 110 a 440 voltios.

b) Corriente directa recti f icada de media onda .- Cuando se rectifica una fase de CA, la corriente resultante es conocida como corriente directa rectificada de media onda .

c)  Corriente directa.- La corriente directa es un flujo continuo de corriente en una sola dirección. Una fuente común de CD es la batería o la pila normal.

Factores determinantes en la detección de una discontinuidad.

-Dirección del plano que contiene a la discontinuidad.-Tamaño de la pieza o de la sección a inspeccionar. -Forma de la pieza.-Material ferromagnético de la pieza.-Características magnéticas de la pieza.

-Tipo de falla que se quiere determinar.-El área de la sección de la pieza debe ser menor de 1/10 que el área de

la sección de la bobina.-Las piezas no deben ser mayores que 46 cm.-La pieza debe ser soportada en la pared interna de la bobina.-Las piezas deben tener una relación l/D entre 2 y 15.-Las piezas deben ser colocadas en el interior de la bobina con sus ejes

mayores paralelos a las líneas del campo magnético (eje de la bobina).

Medios y su preparación.

-El éxito del ensayo de partículas magnéticas depende fundamentalmente de la elección apropiada del medio y del método usado en la ejecución del ensayo.

-Se define como medio al elemento mediante el cual las fuerzas actúan instrumentalmente es decir mediante el cual el campo el campo de fuga causado por una discontinuidad se revela o es detectada.

clasificación de las partículas Magnéticas

-Las partículas magnéticas pueden ser clasificadas en:1. Métodos, por la forma de ser transportadas a)Partículas secas (aire) b)Partículas vía húmeda (agua o petróleo ligero) 2. Tipos, por el contraste con la superficie a)Partículas visibles, no-fluorescentes, contrastantes o coloreadas b)Partículas fluorescentes Es importante utilizar el método y tipo adecuado de partículas magnéticas para

asegurar que las indicaciones de discontinuidades prevalezcan en cualquier caso dado.

Métodos de aplicación de partículas Magnéticas.

a)Partículas secasEl requisito básico para las partículas secas es que tengan las propiedades

magnéticas adecuadas, además que sean ligeras y móviles. Las partículas empleadas en el método seco tienen características similares a las del método húmedo, excepto que se utilizan secas, en forma de polvo. Las partículas secas dependen de que el aire las lleve a la superficie de la pieza, por lo que se pueden utilizar pistolas, bulbos o aplicadores rocionadores en forma de pera o tipo salero

Ventajas:-Excelente para detectar discontinuidades subsuperficiales-Fácil de usar en la inspección de objetos grandes con equipo portátil-Adecuado para la inspección de materiales con superficie rugosa-Las partículas tienen una alta resistencia al calor, por lo que pueden usarse a altas

temperaturas, de hasta 315°C.-Fácil de usar en inspecciones en campo con equipo portátil-Buena movilidad cuando es usado con CA.-No es tan “sucio” como el método húmedo-El equipo utilizado es menos costosoDesventajas:-No es tan sensible como el método húmedo para grietas poco profundas y muy finas-No es fácil cubrir toda la superficie adecuadamente, especialmente de piezas con

forma irregular o grandes-Más lento que el método húmedo para la inspección de una gran cantidad de piezas

pequeñas-No es fácil de utilizar para tiempos de inspección cortos, con la técnica de “disparos”

en el método continuo-Difícil de adaptar a sistemas de inspección mecanizados

b)Partículas húmedasLa presentación de estas partículas puede ser en forma de pastas, polvo y

concentrados.PastasEn forma de pasta las partículas magnéticas deben ser disueltas en aceite

para conseguir el tamaño de partícula y la consistencia adecuada. La pasta es difícil de deshacer y no se puede evitar que se formen terrones que puedan mezclarse con la suspensión.

PolvoCon el uso del agua como vehículo, las partículas en forma de pasta son más

difíciles de dispersar, por lo que actualmente las partículas son producidas en forma de un polvo concentrado seco, que puede ser para suspensiones en aceite o en agua.

ConcentradosLas partículas usadas en concentrados son recubiertas con agentes humectantes, un

tipo de detergente, que les permite combinarse fácilmente con el vehículo. Los concentrados de partículas que son diseñados para utilizarse en agua, vienen premezclados con un acondicionador para que puedan ser vertidas directamente en el agua y para mejorar las características de la solución.

Control del baño de suspensiónConforme el baño de suspensión va siendo utilizado para realizar inspecciones sufre

de ciertos cambios, algunos de los cuales son:La pérdida de partículas magnéticas, porque se adhieran mecánica o magnéticamente

a las piezas, lo que tiende a reducir la concentración del bañoLa pérdida del líquido debido a la película que se adhiere sobre la superficie de las

piezasLa pérdida del líquido por evaporación, lo que tiende a incrementar la concentración de

las partículasLa acumulación gradual de polvo, suciedad, óxido, aceite y grasa de piezas sin

limpieza adecuada, y por pelusa que se desprende del trapo usado para limpiar

Ventajas.-Es el método más sensible para grietas superficiales muy finas y muy poco profundas.-Las partículas magnéticas cubren rápida y completamente todas las superficies de

piezas con forma irregular, grandes o pequeñas-Es el método más rápido y completo para la inspección de lotes grandes de piezas

pequeñas-El baño se puede recuperar fácilmente y se puede re-utilizar-Las partículas magnéticas tienen excelente movilidad en el líquido de suspensión-Es fácil medir y controlar la concentración de partículas en el baño, lo que hace más

uniforme y segura la reproducción de resultados-Se adapta a tiempos de inspección cortos, con la técnica de “disparos” de

magnetización para el método continuo-Se adapta fácilmente a la operación en unidades automáticasDesventajas.-Normalmente no es capaz de detectar discontinuidades subsuperficiales-Es sucio para trabajar, especialmente cuando no se recuperan las partículas y en

inspecciones en campo-Cuando se utiliza aceite para el baño y la magnetización circular por contacto directo, se

presenta un riesgo potencial de producirse fuego-Se requiere un sistema de recirculación diseñado adecuadamente para mantener las

partículas en suspensión-En ocasiones, en la limpieza posterior es un problema remover las partículas

magnéticas adheridas a la superficie.

Tipos.a)Partículas visibles, no-fluorescentes, contrastantes o coloreadas-Las indicaciones de partículas visibles son examinadas con luz blanca, que puede ser

natural, proveniente del sol, o artificial, proveniente de lámparas, focos, etc.-Con partículas visibles la selección del color de la partícula a utilizar depende

únicamente de cuál proporcione el mayor contraste con el color de la superficie de la pieza inspeccionada, como en el caso de una hoja blanca, la impresión de color negro es una condición con alto contraste.

b)Partículas fluorescentes-Existen partículas magnéticas cubiertas con un tinte fluorescente, el cual proporciona el máximo contraste para el ojo humano.-En partículas magnéticas, “Fluorescencia” es “la propiedad que tienen ciertas sustancias para emitir luz blanca, dentro del rango de luz visible, cuando son iluminadas o expuestas a la luz ultravioleta”.-La luz visible y la luz ultravioleta pertenecen a una familia de ondas llamadas “Ondas Electromagnéticas”.

MAGNETISMO RESIDUAL.Anteriormente se mencionó que la permeabilidad magnética de un material es la facilidad con la

que puede ser magnetizado. En otras palabras, es la facilidad con la que se producen líneas de fuerza en el interior del material. Los hierros suaves y los hierros de bajo contenido de carbono son sumamente fáciles de magnetizar y son altamente permeables. Estos materiales magnéticos conducen fácilmente las líneas de fuerza.

Los materiales magnéticos que son difíciles de magnetizar tienen baja permeabilidad. Los aceros duros, con alto contenido de carbono son difíciles de magnetizar y tienen baja permeabilidad. Después de haber sido magnetizados, en todos los materiales ferromagnéticos permanece un campo magnético en algún grado.

El campo magnético que retienen los materiales ferromagnéticos se conoce como “magnetismo residual”. La propiedad de un material ferromagnético para retener cierta cantidad de magnetismo residual se conoce como “retentividad”. Aunque los aceros duros tienen baja permeabilidad y son difíciles de magnetizar, conservan algo del magnetismo después que la corriente de magnetización haya sido desconectada.

RAZONES QUE OBLIGAN A LA DESMAGNETIZACIÓNLa intensidad del magnetismo residual depende de la retentividad del material. Sin embargo, una

alta retentividad no significa necesariamente una mayor dificultad en la desmagnetización, ya que esto depende esencialmente de la fuerza necesaria para remover el magnetismo residual. A veces, resulta más difícil desmagnetizar la pieza que magnetizarla.

No siempre es necesario desmagnetizar las piezas después de una inspección, ya que el proceso es costoso y consume tiempo, no hay necesidad de realizarlo al no existir alguna buena razón para hacerlo.

Equipos para el ensayo de partículas magnéticas.1.-Tipo de magnetización: a) Con CA b) Con CC c) Con HWCC d) Con combinación de ambas corrientes. e) Imanes o electroimanes.2.- Localización y naturaleza del ensayo: a) Equipo portátil. b) Equipo estacionario. c) Equipo de línea de producción.3.- Detector utilizado: a) Partículas magnéticas. Técnica seca. b) Partículas magnéticas visibles. Técnica húmeda. c) Partículas magnéticas fluorescentes. Técnica húmeda.

4.- Finalidad del ensayo: a) Sensibilidad máxima para piezas de alta responsabilidad. b) Sensibilidad media en productos industriales que no necesitan mucha

sensibilidad comúnmente usados en la industria. c) Sensibilidad mínima.5.- Área de la pieza a ser examinada: Si es toda o parte de ella.Tipos de equipos:-Equipos estacionarios .-Equipos móviles.-equipos portátiles.

Muchas Gracias