Ensayos no destructivos

Los ensayos no destructivos ( END ) son un amplio grupo de técnicas de análisis utilizadas en la industria científica y tecnológica para evaluar las propiedades de un material, componente o sistema sin causar daños. ^{[ 1 ]} Los términos examen no destructivo ( END ), inspección no destructiva ( IND ) y evaluación no destructiva ( END ) también se utilizan comúnmente para describir esta tecnología. ^{[ 2 ]} Debido a que los END no alteran permanentemente el artículo que se inspecciona, son una técnica muy valiosa que puede ahorrar tanto dinero como tiempo en la evaluación de productos, la resolución de problemas y la investigación. Los seis métodos de END más utilizados son las corrientes de Foucault , las partículas magnéticas , los líquidos penetrantes , la radiografía , los ultrasonidos y las pruebas visuales . ^{[ 3 ]} Los END se utilizan comúnmente en ingeniería forense , ingeniería mecánica , ingeniería petrolera , ingeniería eléctrica , ingeniería civil , ingeniería de sistemas , ingeniería aeronáutica , medicina y arte . ^{[ 1 ]} Las innovaciones en el campo de los ensayos no destructivos han tenido un profundo impacto en las imágenes médicas , incluyendo la ecocardiografía , la ultrasonografía médica y la radiografía digital .

Las técnicas o metodologías de ensayos no destructivos (END) permiten al investigador realizar exámenes sin comprometer la integridad de la muestra de ingeniería bajo observación, a la vez que proporcionan una visión detallada de las discontinuidades y obstrucciones superficiales y estructurales. El personal que realiza estas metodologías requiere capacitación especializada en END, ya que implica el manejo de equipos delicados y la interpretación subjetiva de los resultados de la inspección/ensayo END.

Los métodos de END se basan en el uso de radiación electromagnética , sonido y otras conversiones de señales para examinar una amplia variedad de artículos (metálicos y no metálicos, productos alimenticios, artefactos y antigüedades, infraestructura) para determinar su integridad, composición o estado sin alterar el artículo examinado. La inspección visual (IV), el método de END más comúnmente aplicado, se mejora frecuentemente con el uso de aumentos, boroscopios, cámaras u otros dispositivos ópticos para la visualización directa o remota. La estructura interna de una muestra se puede examinar mediante una inspección volumétrica con radiación penetrante (RT), como rayos X , neutrones o radiación gamma. Las ondas sonoras se utilizan en el caso de las pruebas ultrasónicas (UT), otro método de END volumétrico: la señal mecánica (sonido) se refleja en las condiciones del artículo de prueba y se evalúa en cuanto a amplitud y distancia desde la unidad de búsqueda (transductor). Otro método de END comúnmente utilizado en materiales ferrosos implica la aplicación de partículas finas de hierro (ya sea suspendidas en líquido o en polvo seco, fluorescente o coloreado) que se aplican a una pieza mientras está magnetizada, ya sea de forma continua o residual. Las partículas serán atraídas por los campos magnéticos de fuga presentes en el objeto de prueba, formando indicaciones (acumulaciones de partículas) en su superficie, las cuales se evalúan visualmente. El contraste y la probabilidad de detección mediante inspección visual a simple vista suelen mejorarse utilizando líquidos que penetran la superficie del objeto, lo que permite visualizar defectos u otras condiciones superficiales. Este método ( ensayo de penetración de líquidos ) (PT) consiste en el uso de colorantes, fluorescentes o de color (generalmente rojo), suspendidos en fluidos, y se utiliza para materiales no magnéticos, generalmente metales.

El análisis y la documentación de un modo de falla no destructivo también se pueden realizar utilizando una cámara de alta velocidad que graba continuamente (en bucle) hasta que se detecta la falla. La detección de la falla se puede lograr mediante un detector de sonido o un medidor de tensión que produce una señal para activar la cámara de alta velocidad. Estas cámaras de alta velocidad cuentan con modos de grabación avanzados para capturar algunas fallas no destructivas. ^{[ 4 ]} Después de la falla, la cámara de alta velocidad deja de grabar. Las imágenes capturadas se pueden reproducir en cámara lenta, mostrando con precisión lo que sucedió antes, durante y después del evento no destructivo, imagen por imagen.

Los ensayos no destructivos (END) se utilizan en diversos entornos que abarcan una amplia gama de actividades industriales, y continuamente se desarrollan nuevos métodos y aplicaciones. Estos métodos se aplican de forma rutinaria en industrias donde la falla de un componente podría causar un riesgo significativo o pérdidas económicas, como en el transporte, los recipientes a presión, las estructuras de edificios, las tuberías y los equipos de elevación.

Verificación de soldadura

En la fabricación, las soldaduras se utilizan comúnmente para unir dos o más piezas metálicas. Debido a que estas uniones pueden estar sometidas a cargas y fatiga durante la vida útil del producto , existe la posibilidad de que fallen si no se realizan según las especificaciones adecuadas . Por ejemplo, el metal base debe alcanzar una temperatura determinada durante el proceso de soldadura, debe enfriarse a una velocidad específica y debe soldarse con materiales compatibles; de lo contrario, la unión podría no ser lo suficientemente resistente para mantener las piezas unidas, o podrían formarse grietas en la soldadura, provocando su fallo. Los defectos típicos de soldadura (falta de fusión de la soldadura con el metal base, grietas o porosidad en el interior de la soldadura y variaciones en la densidad de la soldadura) podrían provocar la rotura de una estructura o la ruptura de una tubería.

Las soldaduras pueden someterse a pruebas mediante técnicas de ensayos no destructivos (END), como radiografía industrial o tomografía computarizada industrial con rayos X o rayos gamma , ultrasonidos , líquidos penetrantes , inspección por partículas magnéticas o corrientes inducidas . En una soldadura correcta, estas pruebas indicarían la ausencia de grietas en la radiografía, mostrarían un paso de sonido claro a través de la soldadura y viceversa, o una superficie limpia sin que el penetrante quede atrapado en las grietas.

Las técnicas de soldadura también pueden monitorearse activamente con técnicas de emisión acústica antes de la producción para diseñar el mejor conjunto de parámetros para unir correctamente dos materiales. ^{[ 5 ]} En el caso de soldaduras de alta tensión o críticas para la seguridad, se empleará el monitoreo de soldadura para confirmar que los parámetros de soldadura especificados (corriente de arco, voltaje de arco, velocidad de avance, aporte térmico, etc.) se cumplen según lo establecido en el procedimiento de soldadura. Esto verifica que la soldadura se ajusta al procedimiento antes de la evaluación no destructiva y las pruebas metalúrgicas.

Relación con los procedimientos médicos

Varios métodos de ensayos no destructivos (END) están relacionados con procedimientos clínicos, como la radiografía, las pruebas ultrasónicas y la inspección visual. Las mejoras tecnológicas en estos métodos de END se han incorporado gracias a los avances en equipos médicos, como la radiografía digital (DR), las pruebas ultrasónicas de haz cónico (PAUT) y la endoscopia (con endoscopio o mediante inspección visual asistida).

• 1854 Hartford, Connecticut – Una caldera en la fábrica de vagones Fales and Gray explota, ^{[ 9 ] [ 10 ]} matando a 21 personas e hiriendo gravemente a 50. En el plazo de una década, el estado de Connecticut aprueba una ley que exige la inspección anual (en este caso visual) de las calderas.
• 1880–1920 – El método de detección de grietas "aceite y tiza" ^{[ 11 ]} se utiliza en la industria ferroviaria para encontrar grietas en piezas de acero pesado. (Una pieza se sumerge en aceite diluido y luego se pinta con una capa blanca que se seca formando un polvo. El aceite que se filtra por las grietas hace que el polvo blanco se vuelva marrón, lo que permite detectar las grietas). Este fue el precursor de las modernas pruebas de líquidos penetrantes.
• 1895 – Wilhelm Conrad Röntgen descubre lo que hoy se conoce como rayos X. En su primer artículo, analiza la posibilidad de detectar defectos.
• 1920 – El Dr. HH Lester comienza el desarrollo de la radiografía industrial para metales.
• 1924 – Lester utiliza la radiografía para examinar las piezas fundidas que se instalarán en una central eléctrica de vapor a presión de la Boston Edison Company.
• 1926 – Se pone a disposición el primer instrumento electromagnético de corrientes de Foucault para medir el espesor de los materiales.
• 1927-1928 – El Dr. Elmer Sperry y HC Drake desarrollaron un sistema de inducción magnética para detectar fallas en las vías férreas.
• 1929 – Se desarrollan métodos y equipos pioneros en el campo de las partículas magnéticas (AV DeForest y FB Doane).
• Década de 1930: Robert F. Mehl demuestra la obtención de imágenes radiográficas mediante radiación gamma procedente del radio, que permite examinar componentes más gruesos que las máquinas de rayos X de baja energía disponibles en aquel momento.
• 1935–1940 – Se desarrollaron las pruebas de líquidos penetrantes (Betz, Doane y DeForest).
• Entre 1935 y la década de 1940 se desarrollaron instrumentos de corrientes de Foucault (HC Knerr, C. Farrow, Theo Zuschlag y el padre F. Foerster).
• 1940–1944 – El Dr. Floyd Firestone desarrolló en EE. UU. un método de ensayo ultrasónico. El 27 de mayo de 1940 solicitó una patente estadounidense para dicho método, la cual le fue concedida con el número 2.280.226 el 21 de abril de 1942. Los dos primeros párrafos de esta patente fundamental para un método de ensayo no destructivo describen de forma concisa los fundamentos del ensayo ultrasónico: «Mi invención se refiere a un dispositivo para detectar la presencia de inhomogeneidades de densidad o elasticidad en los materiales. Por ejemplo, si una pieza fundida presenta un orificio o una grieta, mi dispositivo permite detectar la presencia del defecto y localizar su posición, incluso si el defecto se encuentra completamente dentro de la pieza y ninguna parte sobresale de la superficie». Además, «El principio general de mi dispositivo consiste en enviar vibraciones de alta frecuencia a la pieza que se va a inspeccionar y determinar los intervalos de tiempo de llegada de las vibraciones directas y reflejadas a una o más estaciones en la superficie de la pieza». La ecocardiografía médica es una derivación de esta tecnología. ^{[ 12 ]}
• 1946 – Peters realiza las primeras radiografías de neutrones.
• 1950 – Se inventa el martillo Schmidt (también conocido como "martillo suizo"). Este instrumento utiliza el primer método patentado del mundo para ensayos no destructivos en hormigón.
• 1950 – J. Kaiser introduce la emisión acústica como método de ensayos no destructivos (END).

(Fuente básica para lo anterior: Hellier, 2001) Nótese la cantidad de avances realizados durante la época de la Segunda Guerra Mundial, un período en el que el control de calidad industrial estaba adquiriendo cada vez más importancia.

• 1955 – Fundación del ICNDT. Organismo mundial que organiza los ensayos no destructivos.
• 1955 – Se celebra en Bruselas la primera Conferencia Mundial de Ensayos No Destructivos (END), organizada por el ICNDT. La Conferencia Mundial de END se celebra cada cuatro años.
• 1963 – La coinvención de la radiografía digital por Frederick G. Weighart ^{[ 13 ]} y James F. McNulty (ingeniero de radio estadounidense) [ ^{14 ] es} una consecuencia del desarrollo de equipos de ensayo no destructivos por parte de ambos en Automation Industries, Inc., entonces ubicada en El Segundo, California. Véase también James F. McNulty en el artículo Ensayos ultrasónicos .
• 1996 – Rolf Diederichs fundó la primera revista de END de acceso abierto en Internet. Hoy en día, la base de datos de END de acceso abierto NDT.net
• 1998 – La Federación Europea de Ensayos No Destructivos (EFNDT, por sus siglas en inglés) se fundó en mayo de 1998 en Copenhague, durante la 7ª Conferencia Europea de Ensayos No Destructivos (ECNDT, por sus siglas en inglés). Veintisiete sociedades nacionales europeas de ensayos no destructivos se unieron a esta poderosa organización.
• En 2008 se creó la Conferencia sobre Ensayos No Destructivos en el Sector Aeroespacial. DGZfP y Fraunhofer IIS organizaron el primer congreso internacional en Baviera, Alemania.
• 2008 – Se funda oficialmente Academia NDT International, con sede en Brescia (Italia) www.academia-ndt.org
• 2012 – Cualificación y certificación ISO del personal de END
• 2020 – Certificación de acreditación de NABCB para la cualificación y certificación de personal de END según la norma ISO 9712:2012.

Estos son los requisitos de la norma ISO 9712 para los principios de cualificación y certificación del personal que realiza ensayos no destructivos (END) industriales. ^{[ 15 ]}

El sistema especificado en esta Norma Internacional también puede aplicarse a otros métodos de END o a nuevas técnicas dentro de un método de END ya establecido, siempre que exista un esquema de certificación integral y el método o la técnica estén cubiertos por normas internacionales, regionales o nacionales, o que se haya demostrado que el nuevo método o técnica de END es eficaz a satisfacción del organismo de certificación.

La certificación abarca la competencia en uno o más de los siguientes métodos: a) ensayo de emisión acústica; b) ensayo de corrientes de Foucault; c) ensayo termográfico infrarrojo; d) ensayo de fugas (se excluyen los ensayos de presión hidráulica); e) ensayo magnético; f) ensayo de líquidos penetrantes; g) ensayo radiográfico; h) ensayo de galgas extensométricas; i) ensayo ultrasónico; j) ensayo visual (se excluyen los ensayos visuales directos sin ayuda y los ensayos visuales realizados durante la aplicación de otro método de END).

Los ensayos no destructivos (END) se dividen en diversos métodos , cada uno basado en un principio científico específico. Estos métodos, a su vez, se subdividen en diversas técnicas . Debido a sus características particulares, los distintos métodos y técnicas pueden resultar especialmente adecuados para ciertas aplicaciones y ser de poca o ninguna utilidad en otras. Por lo tanto, elegir el método y la técnica correctos es fundamental para el éxito de los END.

• Pruebas de emisión acústica (EA o AT)
• Microscopía acústica
• Anodizado azul grabado (BEA)
• Inspección por líquidos penetrantes o ensayo de líquidos penetrantes (PT o LPI)
• Pruebas electromagnéticas (ET) o inspección electromagnética (comúnmente conocida como "EMI")
  • Medición de campo de corriente alterna (ACFM)
  • Medición de la caída de potencial de corriente alterna (ACPD)
  • Prueba de Barkhausen
  • Medición de la caída de potencial de corriente continua (DCPD)
  • Ensayo por corrientes de Foucault (ECT)
  • Pruebas de fugas de flujo magnético (MFL) para tuberías, fondos de tanques y cables de acero.
  • Pruebas de fuga de flujo magnético en acero pretensado
  • Inspección por partículas magnéticas (MT o MPI)
  • Magnetovisión
  • Pruebas de campo remotas (RFT)
• Elipsometría
• Inspección endoscópica
• Ensayo de ondas guiadas (GWT)
• Pruebas de dureza
• Técnica de excitación por impulsos (TEI)
• Imágenes de microondas

• 

  Evaluación no destructiva en terahercios (THz)
• Pruebas infrarrojas y térmicas (IR)
  • Inspección termográfica
  • Microscopía térmica de barrido
• Pruebas láser
  • Interferometría electrónica de patrones de moteado
  • Interferometría holográfica
  • Interferometría láser de automezcla
  • interferometría de baja coherencia
  • Tomografía de coherencia óptica (OCT)
  • Perfilometría
  • Shearografía
• Prueba de fugas (LT) o detección de fugas
  • Prueba hidrostática
  • Prueba de fugas de presión absoluta (cambio de presión)
  • Prueba de burbujas
  • Prueba de fugas de diodos halógenos
  • Prueba de fugas de hidrógeno
  • Prueba de fugas del espectrómetro de masas
  • Método de prueba de fugas con gas trazador para gases de helio, hidrógeno y refrigerantes.
• Inspección automática basada en visión artificial
• Imágenes por resonancia magnética (IRM) y espectroscopia de RMN
• Réplicas metalográficas ^{[ 17 ] [ 18 ]}
• Espectroscopia
  • Espectroscopia de infrarrojo cercano (NIRS)
  • Espectroscopia de infrarrojo medio (MIR)
  • (Infrarrojo lejano =) Espectroscopia de terahercios
  • Espectroscopia Raman
  • espectroscopia de aniquilación de positrones
• microscopía óptica
• Identificación positiva de material (PMI)
• Ensayos radiográficos (RT) (véase también Radiografía industrial y Radiografía )
  • Radiografía computarizada
  • Radiografía digital (en tiempo real)
  • Imágenes de neutrones
  • SCAR (radiografía de área pequeña controlada)
  • Tomografía computarizada (TC) de rayos X
• Inspección por resonancia
  • Método acústico resonante (RAM) ^{[ 19 ]}
• Microscopía electrónica de barrido
• Grabado de temple superficial (grabado con Nital)
• Ensayos ultrasónicos (UT)
  • Tecnología de resonancia acústica (TRA)
  • Prueba de haz angular
  • Transductor acústico electromagnético (EMAT) (sin contacto)
  • Ultrasonidos láser (LUT)
  • Sistema de inspección rotativa interna (IRIS) por ultrasonidos para tubos
  • Ultrasonidos de matriz de fase (PAUT)
  • Medición del espesor
  • Ultrasonidos de difracción por tiempo de vuelo (TOFD)
  • Determinación ultrasónica por tiempo de vuelo (TOF) de constantes elásticas tridimensionales.
• Análisis de vibraciones
• Inspección visual (TV)
  • Inspección de tuberías mediante vídeo
• Pruebas de peso y carga de estructuras
• Corroscan/C-scan
• Tomografía computarizada 3D
  • Tomografía computarizada industrial
• Sistema de evaluación de la vida útil del intercambiador de calor
• Pruebas ultrasónicas especiales para bridas RTJ

La aplicación exitosa y consistente de las técnicas de ensayos no destructivos depende en gran medida de la capacitación, la experiencia y la integridad del personal. El personal involucrado en la aplicación de métodos de END industriales y la interpretación de resultados debe estar certificado, y en algunos sectores industriales la certificación es obligatoria por ley o por los códigos y normas aplicables. ^{[ 20 ]}

Los profesionales y gerentes de END pueden unirse a NDTMA, una organización que agrupa a gerentes y ejecutivos de END y que trabaja para proporcionar un foro para el intercambio abierto de información gerencial, técnica y regulatoria. Su conferencia anual se celebra en el Golden Nugget de Las Vegas.

La terminología estándar de EE. UU. para ensayos no destructivos se define en la norma ASTM E-1316. ^{[ 39 ]} Algunas definiciones pueden ser diferentes en la norma europea EN 1330.

Indicación

La respuesta o evidencia de un examen, como un pico en la pantalla de un instrumento. Las indicaciones se clasifican como verdaderas o falsas . Las indicaciones falsas son aquellas causadas por factores no relacionados con los principios del método de ensayo o por una aplicación incorrecta del método, como daños en la película en radiografía, interferencias eléctricas en ensayos ultrasónicos, etc. Las indicaciones verdaderas se clasifican además en relevantes y no relevantes . Las indicaciones relevantes son aquellas causadas por defectos. Las indicaciones no relevantes son aquellas causadas por características conocidas del objeto ensayado, como huecos, roscas, endurecimiento superficial, etc.

Interpretación

Determinar si una indicación es del tipo que requiere investigación. Por ejemplo, en las pruebas electromagnéticas, las indicaciones debidas a la pérdida de metal se consideran defectos porque generalmente deben investigarse, pero las indicaciones debidas a variaciones en las propiedades del material pueden ser inofensivas y no relevantes.

Defecto

Un tipo de discontinuidad que debe investigarse para determinar si justifica su rechazo. Por ejemplo, la porosidad en una soldadura o la pérdida de metal.

Evaluación

Determinar si un defecto es motivo de rechazo. Por ejemplo, ¿la porosidad en una soldadura es mayor que la permitida por la normativa ?

Defecto

Un defecto que es rechazable, es decir, que no cumple con los criterios de aceptación. Los defectos generalmente se eliminan o se reparan. ^{[ 39 ]}

Las pruebas de probabilidad de detección (POD) son una forma estándar de evaluar una técnica de ensayo no destructivo en un conjunto determinado de circunstancias, por ejemplo: "¿Cuál es la POD de defectos de falta de fusión en soldaduras de tuberías mediante ensayos ultrasónicos manuales?". La POD generalmente aumenta con el tamaño del defecto. Un error común en las pruebas de POD es asumir que el porcentaje de defectos detectados es la POD, cuando en realidad este porcentaje es solo el primer paso del análisis. Dado que el número de defectos analizados es necesariamente limitado (no infinito), deben utilizarse métodos estadísticos para determinar la POD de todos los defectos posibles, más allá del número limitado analizado. Otro error común en las pruebas de POD es definir las unidades de muestreo estadístico (elementos de prueba) como defectos, cuando una unidad de muestreo real es un elemento que puede o no contener un defecto. ^{[ 40 ] [ 41 ]} Las directrices para la correcta aplicación de métodos estadísticos a las pruebas POD se pueden encontrar en la norma ASTM E2862 Práctica estándar para el análisis de probabilidad de detección para datos de acierto/fallo y en la evaluación de la fiabilidad del sistema de evaluación no destructiva MIL-HDBK-1823A, del manual del Departamento de Defensa de los Estados Unidos.

• Ensayo destructivo : prueba que implica la destrucción de una muestra. 
• Análisis de fallas : proceso de recopilación y análisis de datos para determinar la causa de una falla. 
• Ingeniería forense : investigación de fallos asociados a la intervención legal. 
• Inspección – Examen organizado o ejercicio de evaluación formal 
• Magnetovisión – Técnica de visualización 
• Pruebas de mantenimiento : identifique problemas en los equipos mediante pruebas rutinarias. 
• Ciencia de los materiales – Investigación de los materiales 
• Evaluación no destructiva 4.0 : concepto de ensayos y evaluación industrial para la era digital. 
• Mantenimiento predictivo : método para predecir cuándo se debe realizar mantenimiento a los equipos. 
• Certificación de productos : garantía de rendimiento y calidad. 
• Control de calidad : procesos que mantienen la calidad a un nivel constante. 
• Ingeniería de confiabilidad : Subdisciplina de la ingeniería de sistemas que enfatiza la fiabilidad. 
• Inspección basada en riesgos : proceso de mantenimiento óptimo en plantas industriales. 
• Ensayos no destructivos robóticos : método de inspección mediante herramientas operadas a distancia. 
• Pruebas de estrés : clase de pruebas que van más allá de las condiciones de funcionamiento estándar. 
• Evaluación no destructiva en el rango de terahercios : obtención de imágenes y evaluación mediante el dominio de terahercios de la radiación electromagnética. 
• Imagen acústica térmica : método de ensayo no destructivo 

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