inspección por partículas magnéticas

La inspección por partículas magnéticas ( IPM ) es un proceso de ensayo no destructivo que utiliza un campo magnético para detectar discontinuidades superficiales y subsuperficiales en materiales ferromagnéticos . Ejemplos de materiales ferromagnéticos incluyen hierro , níquel , cobalto y algunas de sus aleaciones . El proceso introduce un campo magnético en la pieza. La pieza puede magnetizarse mediante magnetización directa o indirecta. La magnetización directa se produce cuando se hace pasar una corriente eléctrica a través del objeto de ensayo y se forma un campo magnético en el material. Las líneas de fuerza magnéticas son perpendiculares a la dirección de la corriente eléctrica, que puede ser corriente alterna (CA) o corriente continua (CC) (CA rectificada). La magnetización indirecta se produce cuando no se hace pasar una corriente eléctrica a través del objeto de ensayo, sino que se aplica un campo magnético desde una fuente externa.

La presencia de una discontinuidad superficial o subsuperficial en el material permite que el flujo magnético se filtre, ya que el aire no puede soportar tanto campo magnético por unidad de volumen como los metales.

Para detectar una fuga, se aplican partículas ferrosas, secas o en suspensión húmeda, a la pieza afectada. Estas partículas son atraídas hacia la zona de fuga de fundente y forman lo que se conoce como una señal, la cual se evalúa para determinar su naturaleza, causa y las medidas a tomar, si las hubiera.

En la inspección por partículas magnéticas se utilizan varios tipos de corrientes eléctricas. Para seleccionar la corriente adecuada, es necesario considerar la geometría de la pieza, el material, el tipo de discontinuidad que se busca y la profundidad de penetración del campo magnético en la pieza.

• La corriente alterna (CA) se utiliza comúnmente para detectar discontinuidades superficiales. Sin embargo, su uso para detectar discontinuidades subsuperficiales se ve limitado por el efecto pelicular , en el que la corriente fluye a lo largo de la superficie de la pieza. Dado que la corriente alterna su polaridad a una frecuencia de 50 a 60 ciclos por segundo, su penetración en el objeto de prueba es mínima. Esto significa que los dominios magnéticos solo se alinearán en una distancia igual a la penetración de la corriente alterna en la pieza. La frecuencia de la corriente alterna determina la profundidad de dicha penetración.
• La corriente continua de onda completa (FWDC) se utiliza para detectar discontinuidades subsuperficiales donde la corriente alterna (CA) no puede penetrar lo suficiente como para magnetizar la pieza a la profundidad requerida. La cantidad de penetración magnética depende de la cantidad de corriente que atraviesa la pieza. ^{[ 1 ]} La corriente continua también tiene limitaciones en piezas de sección transversal muy grande en cuanto a la eficacia con la que magnetizará la pieza.
• La corriente continua de media onda (HWDC, corriente continua pulsante ) funciona de forma similar a la corriente continua de onda completa, pero permite la detección de indicios de rotura superficial y tiene mayor penetración magnética en la pieza que la corriente continua de onda completa (FWDC). La HWDC es ventajosa para el proceso de inspección, ya que ayuda a mover las partículas magnéticas durante el baño del objeto de prueba. Esta ayuda en la movilidad de las partículas se debe a la forma de onda de corriente pulsante de media onda. En un pulso magnético típico de 0,5 segundos, se generan 15 pulsos de corriente con HWDC. Esto le da a la partícula más oportunidades de entrar en contacto con áreas de fuga de flujo magnético .

El electroimán de corriente alterna (CA) es el método preferido para detectar indicios de rotura superficial. Sin embargo, su uso para detectar indicios subsuperficiales resulta complejo. Un electroimán de CA es más eficaz para detectar indicios superficiales que un imán permanente, un imán de corriente continua (CC) o un imán permanente, mientras que algún tipo de CC es más adecuado para detectar defectos subsuperficiales.

Una máquina MPI horizontal húmeda con una bobina de 36  pulgadas (910 mm). 

Utilizando una máquina similar, un técnico de la Marina estadounidense rocía partículas magnéticas sobre una pieza de prueba bajo luz ultravioleta.

La máquina de inspección por partículas magnéticas (MPI) horizontal húmeda es la más utilizada en la producción en masa. Consta de un cabezal y un contrapunto donde se coloca la pieza para magnetizarla. Entre el cabezal y el contrapunto suele haber una bobina de inducción , que se utiliza para desviar el campo magnético 90° con respecto al cabezal. La mayoría de estos equipos se fabrican para una aplicación específica.

Las baterías portátiles son fuentes de alimentación magnetizantes fabricadas a medida que se utilizan en aplicaciones de bobinado de cables.

El yugo magnético es un dispositivo portátil que induce un campo magnético entre dos polos. Sus aplicaciones comunes incluyen uso en exteriores, ubicaciones remotas e inspección de soldaduras . La desventaja de los yugos magnéticos es que solo inducen un campo magnético entre los polos, por lo que las inspecciones a gran escala con este dispositivo pueden ser lentas. Para una inspección adecuada, el yugo debe girarse 90 grados en cada área de inspección para detectar discontinuidades horizontales y verticales. La detección subsuperficial mediante un yugo es limitada. Estos sistemas utilizan polvos magnéticos secos, polvos húmedos o aerosoles.

Una vez magnetizada la pieza, es necesario desmagnetizarla. Esto requiere un equipo especial que funcione en sentido contrario al del equipo de magnetización. La magnetización se realiza normalmente con un pulso de alta corriente que alcanza un pico muy rápidamente y se interrumpe instantáneamente, dejando la pieza magnetizada. Para desmagnetizar una pieza, la corriente o el campo magnético necesarios deben ser iguales o superiores a los utilizados para magnetizarla. A continuación, la corriente o el campo magnético se reducen lentamente hasta cero, dejando la pieza desmagnetizada. Un método común para registrar el magnetismo residual es mediante un medidor de Gauss. ^{[ 2 ]}

• Desmagnetización por corriente alterna
  • Bobinas desmagnetizantes de CA de arrastre: como se muestra en la figura de la derecha, son dispositivos alimentados por corriente alterna que generan un campo magnético intenso. La pieza se arrastra lentamente a través de la bobina, ya sea manualmente o mediante una cinta transportadora. Al arrastrar la pieza a través del campo magnético de la bobina, se reduce gradualmente el campo magnético en la pieza. Cabe destacar que muchas bobinas desmagnetizantes de CA tienen ciclos de alimentación de varios segundos, por lo que la pieza debe pasar a través de la bobina y estar a varios metros de distancia antes de que finalice el ciclo de desmagnetización; de lo contrario, la pieza presentará magnetización residual.
  • Desmagnetización por decaimiento de CA: esta función está integrada en la mayoría de los equipos MPI monofásicos. Durante el proceso, la pieza se somete a una corriente alterna igual o superior, tras lo cual la corriente se reduce gradualmente durante un periodo de tiempo fijo (normalmente 18 segundos) hasta que la corriente de salida es cero. Dado que la CA alterna entre polaridad positiva y negativa, esto provoca una aleatorización de los dominios magnéticos de la pieza.
  • La desmagnetización por corriente alterna presenta limitaciones significativas en su capacidad para desmagnetizar una pieza, dependiendo de la geometría y las aleaciones utilizadas.
• Desmagnetización de CC de onda completa reversible: este método de desmagnetización debe integrarse en la máquina durante la fabricación. Es similar a la desmagnetización de CA, excepto que la corriente continua se interrumpe a intervalos de medio segundo, durante los cuales se reduce y se invierte su dirección. Luego, la corriente vuelve a circular por la pieza. El proceso de interrupción, reducción e inversión de la corriente genera dominios magnéticos aleatorios. Este proceso se repite hasta que la corriente se interrumpe por completo. El ciclo normal de desmagnetización de CC reversible en equipos modernos debe ser de 18 segundos o más. Este método se desarrolló para superar las limitaciones del método de desmagnetización de CA, donde la geometría de la pieza y ciertas aleaciones impedían su funcionamiento.
• Desmagnetización de CC de media onda (HWDC): este proceso es idéntico a la desmagnetización de CC de onda completa, excepto que la forma de onda es de media onda. Este método de desmagnetización es nuevo en la industria y solo está disponible a través de un único fabricante. Se desarrolló como un método rentable para desmagnetizar sin necesidad de una fuente de alimentación de puente de CC de onda completa. Este método solo se encuentra en fuentes de alimentación monofásicas de CA/HWDC. La desmagnetización HWDC es tan efectiva como la de CC de onda completa, sin el costo adicional ni la complejidad añadida. Por supuesto, existen otras limitaciones debido a las pérdidas inductivas al usar la forma de onda HWDC en piezas de gran diámetro. Además, la efectividad de HWDC se limita a diámetros superiores a 410 mm (16 pulgadas) con una fuente de alimentación de 12 voltios.

Una partícula común que se utiliza para detectar grietas es el óxido de hierro , tanto en sistemas secos como húmedos.

• Las partículas para sistemas húmedos varían en tamaño desde menos de 0,5 micrómetros hasta 10 micrómetros para su uso con agua o aceite como fluidos portadores. Estas partículas llevan pigmentos que fluorescen a 365 nm ( ultravioleta A), requiriendo 1000  μW/cm² ⁽ 10 W/m² ⁾ en la superficie de la pieza para una inspección adecuada. Si las partículas no reciben la luz correcta en un cuarto oscuro , no se pueden detectar ni ver. Es práctica común en la industria usar gafas o lentes UV para filtrar la luz ultravioleta y amplificar el espectro de luz visible (normalmente verde y amarillo) generado por las partículas fluorescentes. Se eligió la fluorescencia verde y amarilla porque el ojo humano reacciona mejor a estos colores.

• Los polvos de partículas secas tienen un tamaño que oscila entre 5 y 170 micrómetros y están diseñados para ser visibles bajo luz blanca. Estas partículas no están diseñadas para su uso en ambientes húmedos. Los polvos secos se aplican normalmente con aplicadores neumáticos manuales.
• Las partículas aplicadas en aerosol son similares a las de los sistemas húmedos y se venden en latas de aerosol premezcladas, similares a las de laca para el cabello.

Organización Internacional de Normalización (ISO)

• ISO 3059, Ensayos no destructivos - Ensayos por líquidos penetrantes y ensayos por partículas magnéticas - Condiciones de visualización
• ISO 9934-1, Ensayos no destructivos - Ensayo por partículas magnéticas - Parte 1: Principios generales
• ISO 9934-2, Ensayos no destructivos - Ensayo por partículas magnéticas - Parte 2: Medios de detección
• ISO 9934-3, Ensayos no destructivos - Ensayo por partículas magnéticas - Parte 3: Equipos
• ISO 10893-5, Ensayos no destructivos de tubos de acero. Inspección por partículas magnéticas de tubos de acero ferromagnéticos sin costura y soldados para la detección de imperfecciones superficiales.
• ISO 17638, Ensayos no destructivos de soldaduras - Ensayo de partículas magnéticas
• ISO 23278, Ensayos no destructivos de soldaduras - Ensayo de partículas magnéticas de soldaduras - Niveles de aceptación

Comité Europeo de Normalización (CEN)

• EN 1330-7, Ensayos no destructivos - Terminología - Parte 7: Términos utilizados en los ensayos de partículas magnéticas
• EN 1369, Fundición - Inspección por partículas magnéticas
• EN 10228-1, Ensayos no destructivos de forjas de acero - Parte 1: Inspección por partículas magnéticas

Sociedad Estadounidense de Pruebas y Materiales (ASTM)

• Guía ASTM E709 para el examen mediante ensayo de partículas magnéticas (norma principal)
• Norma ASTM E1444/E1444M Práctica estándar para ensayos de partículas magnéticas en la industria aeroespacial.
• Método de ensayo ASTM A275/A275M para el examen por partículas magnéticas de forjas de acero
• Especificación ASTM A456 para la inspección por partículas magnéticas de forjas de cigüeñales de gran tamaño.
• Norma ASTM E543: Especificación de práctica para la evaluación de agencias que realizan ensayos no destructivos.
• Terminología ASTM E1316 para ensayos no destructivos
• Guía estándar ASTM E2297 para el uso de fuentes y medidores de luz UV-A y visible utilizados en los métodos de líquidos penetrantes y partículas magnéticas.

Asociación Canadiense de Normas (CSA)

• CSA W59

Sociedad de Ingenieros Automotrices (SAE)

• Vehículo de inspección por partículas magnéticas AMS 2641
• AMS 3040 Partículas magnéticas, no fluorescentes, método seco
• Partículas magnéticas AMS 3041, no fluorescentes, método húmedo, vehículo de aceite, listas para usar.
• Partículas magnéticas AMS 3042, no fluorescentes, método húmedo, polvo seco
• AMS 3043 Partículas magnéticas, no fluorescentes, método húmedo, vehículo de aceite, envasado en aerosol
• Partículas magnéticas fluorescentes, método húmedo, polvo seco, AMS 3044
• Partículas magnéticas fluorescentes AMS 3045, método húmedo, vehículo de aceite, listas para usar.
• AMS 3046 Partículas magnéticas fluorescentes, método húmedo, vehículo de aceite, envasado en aerosol5
• Acero AMS 5062, barras, forjas, tubos, chapa, fleje y placa de bajo contenido de carbono, 0,25 % de carbono, máximo
• Fundición de precisión AMS 5355
• Proceso de inspección AMS I-83387, caucho magnético
• AMS-STD-2175 Fundiciones, clasificación e inspección de AS 4792 Agentes acondicionadores de agua para inspección por partículas magnéticas acuosas AS 5282 Norma de anillos de acero para herramientas para inspección por partículas magnéticas AS5371 Normas de referencia Calces con muescas para inspección por partículas magnéticas

Estándar militar de los Estados Unidos

• AA-59230 Fluido, Inspección por Partículas Magnéticas, Suspensión

• Vídeo sobre inspección por partículas magnéticas , Universidad de Ciencias Aplicadas de Karlsruhe