ENSAYOS NO DESTRUCTIVOS1. CONOCIMIENTOS GENERALESINTRODUCCINDesde las ltimas dos o tres dcadas, los Ensayos No Destructivos, han pasado de ser una curiosidad de Laboratorio, a una herramienta indispensable de la produccin industrial. Los END son utilizados ptimamente para detectar variadores de estructura, cambios en la terminacin superficial, presencia de grietas u otras discontinuidades, medida de espesores en materiales y recubrimientos y muchas otras caractersticas de los productos industriales.Las preguntas claves como: Cul es el USO especfico de los END? Porqu miles de industrias invierten en END?, sern analizadas en la primera parte de este curso.

Las principales razones para utilizar los END son:- Asegurar la confiabilidad del producto- Prevenir accidentes y salvar vidas humanas- Obtener beneficios al usuarioa) Asegurar la satisfaccin al consumidorb) Ayudar a un mejor diseo del productoc) Controlar procesos de manufacturad) Disminuir costos de manufacturae) Mantener un nivel de calidad uniforme

Se podran clasificar los pasos de un procedimiento para END en:1. Realizar el examen: Los resultados sern las indicaciones de discontinuidades que pueden ser en la pieza, a travs de placas, o en pantallas, obteniendo un mapa de stas.2. Interpretacin: Ya se sabe que algo existe en la pieza y debe ser identificado y localizado.3. Evaluacin: De acuerdo a las normas fijadas como criterios de aceptabilidad para la pieza se realiza una evaluacin de las indicaciones.

1. DEFECTOLOGAAntes de comenzar el anlisis es conveniente sealar, que ste se orientar al estudio de las discontinuidades, en la pieza o el material ensayado, entendiendo por discontinuidad, la falta de homogeneidad fsica.Las discontinuidades se pueden clasificar de la siguiente manera, segn su: Forma, Orientacin y Densidad. Planos (dos dimensiones por ejemplo, falta de penetracin en soldadura)Formas Volumtricas (por ejemplo poros)

Paralelas a la superficie de ensayoOrientacinPerpendicular a la superficie de ensayoAleatoriamente orientadas Agrupadas Densidad Aisladas

Las principales causas de discontinuidades se pueden clasificar en cuatro grupos:Razones metalrgicasCapacidad inadecuadaRazones de diseoCarga excesivaSe analizarn las razones metalrgicas en forma especial por suimportancia en el proceso de soldadura, fundicin y forja.

Disminucin en la solubilidad de gases (H2)En el caso de los aceros y, especficamente en el proceso de soldadura, la presencia de hidrgeno en la solucin puede tener efectos catastrficos en la unin.Si existe hidrgeno en la atmsfera sobre el bao lquido, puede ser disuelto e ingresar a la solucin. El hidrgeno es mucho menos soluble en estado slido que en estado lquido, por lo que en este ltimo caso se encuentra sub saturado con respecto al hidrgeno cuando el metal es fundido, pero sobre saturado cuando la soldadura se solidifica.

2. SOLDABILIDAD.La soldabilidad es una propiedad muy importante del metal, e implica el obtener una ptima soldadura en un metal base dado, cuando se utiliza una combinacin determinada de proceso de soldadura, material de aporte, etc., entendindose por ptima soldadura principalmente la ausencia de discontinuidades en el cordn y el material base.

En general, todos los metales pueden ser soldados pero existirn mayores o menores dificultades para su realizacin dependiendo de la soldabilidad del metal.Otra de las variables importantes en el proceso de la soldadura, es el tipo de unin, siendo las principales las indicadas en la figura 1.2.1 Discontinuidades en soldaduraDiscontinuidades de formaDependern fundamentalmente de la habilidad del soldador y la tcnica aplicada. Se pueden destacar.a) Falta de FusinCorresponde a la falta de fusin en el material base, dejando una zona de contacto entre metal de aporte y ste.

Fig .3 Falta de Fusin

b) Falta de PenetracinEn este caso el cordn de raz no alcanza a cruzar completamente la seccin por lo que se reduce el rea resistente del cordn.

Fig. 4 Falta de Penetracin

c) Socavado (Undercutting)

Se presenta a los costados de la soldadura y corresponde a una disminucin de espesor por prdida de material base.

d) ConcavidadSe presenta en la base del cordn y es producto de la contraccin del metal lquido al Soldificar.

e) Exceso de Penetracin

Corresponde al caso inverso a la concavidad y es producto de excesivo material de aporte llegando al goteo o descuelgue del material por el lado de la raz del cordn.

Fig. 7 : Exceso de penetracin

f) Ruptura- Grietas en CalienteEstas se presentan durante la solidificacin de la soldadura y se producen debido a la presencia de Carbono, Fsforo y Azufre en el material base, los que debido a su bajo Punto de Fusin son segregados generando tensiones residuales. Es por esto que para los aceros solubles se establecen valores mximos de estos componentes. En el caso de estar cerca de estos valores lmites se recomienda, usar un mtodo que contemple mnima fusin de material base y electrodo de alta ductibilidad.

Fig. 8: Grietas en caliente

- Grietas en Fras Se presentan generalmente en los costados del cordn y provienen del fenmeno combinado, de presencia de hidrgeno en la atmsfera sobre la soldadura, endurecimiento de la zona trmicamente afectada y tensiones residuales.

Fig. 9: Grietas Fras

g) Inclusiones a) GaseosasSon cavidades que pueden ser efecto de gases atrapados o producidas por contracciones del metal fundidos y posterior difusin de gases dentro de ella.El trmino porosidad gaseosa, en soldadura, est reservado a poros esfricos originados de alguna reaccin fsica o qumica durante el proceso, y su distribucin est relacionada con la distribucin del origen del gas.

Fig. 11: Inclusiones gaseosas

Si se da el caso de alta velocidad de soldadura combinado con uniones determinadas se producirn los llamadas Worm hole o burbujas alargadas como se aprecian en la figura 11.En el caso de cavidades producidas por contracciones del metal stas tomarn forma dendrtica irregular segn se observa en la figura anterior.a) No metlicasLas principales inclusiones no metlicas se presentan en soldadura son, escoria, xidos y fundente.Generalmente estos sern producto de una inadecuada preparacin o limpieza de cordones primarios antes de realizar los secundarios o recomenzar un cordn interrumpido.

en cadenaalargadasredondas

Fig.12: Inclusiones no metlicas

a) MetlicasLas ms comunes son las inclusiones de Tungsteno, proveniente del electrodo, utilizado en el proceso TIG que algunas veces se rompe y pasa al bao lquido quedando atrapado.

Fig.13: Inclusiones metlicas

El otro tipo de inclusin metlica que se encuentra en los cordones de soldadura es el cobre que proviene de las pinzas para tomar los electrodos en el sistema SMAW (Arco Manual).3. Fundicin3.1 Discontinuidades por contraccina) Cavidades por contraccinSe producen por la diferencia de volumen entre lquido y slido, por lo que al pasar el material de estado lquido a slido sufre una contraccin de su volumen, creando de esta manera cavidades que se pueden clasificar de la siguiente forma:

a.1 Macro contracciones (Rechupe)Corresponde al caso tpico de rechupe abierto al exterior y se debe a que la solidificacin comienza por las paredes del molde, hincndose en esta misma parte la contraccin del material que es absorbida por el metal an lquido, pero al solidificar la ltima parte lquida se produce una gran cavidad. Idealmente la fundicin debe ser diseada de tal forma que, esta cavidad se produzca en una zona fuera de la pieza.

Fig.13: Rechupe

a.2 .- Contracciones en la lnea centralDonde quiera que la solidificacin no pueda ser correctamente controlada y no sea direccional, puede producirse una forma basta de grietas por contraccin. Estas grietas pueden ser extensas, ramificadas, dentrticas e interconectadas. Tericamente estas grietas deben ocurrir en la lnea central de la pieza, pero, dependiendo del gradiente de temperatura durante la solidificacin, stas pueden extenderse hasta la superficie.

Figura 14: Contracciones en la lnea central

b) Hot tearsEstas son grietas discontinuas y generalmente de forma rasgada. Resultan del desarrollo de tensiones cerca de la temperatura de solidificacin cuando el metal es poco resistente. Ocurren cerca de los cambios de seccin y en puntos calientes, son discontinuos y generalmente se presentan en grupos. Bajo ciertas condiciones de enfriamiento restringido y gradientes de temperatura, estas grietas se pueden producir a nivel interno sin llegar a la superficie.

Fig.15: Hot Tears

4. Forja.En el proceso de fabricacin de piezas forjadas, se pueden producir defectos en las cuatro operaciones principales, por lo cual es importante por una parte, decidir los mtodos de inspeccin de cada etapa y determinar las causas de estos, con el fin de evitar que piezas daadas continen el resto del proceso.Las cuatro operaciones y sus tpicos defectos son:i) Produccin del lingote.Los defectos clsicos en esta etapa corresponden a los analizados en el punto anterior, pues el lingote proviene de la solidificacin del metal lquido (fig. 16)

Sin embargo, el ms comn de los defectos son, las cavidades por contraccin durante la solidificacin (rechupe), pudindose, adems, presentar segregaciones, inclusiones gaseosas y/o salidas y grietas.

Fig.16: defectos de lingotes 1 rechupe primario2 rechupe secundario3 poros4 grietas

ForjadoSe realiza a una temperatura ta, que el acero se encuentra en estado de austenizacin completa, de tal manera de dar suficiente plasticidad y tratar de mantener un tamao de grano pequeo.Los defectos tpicos de esta etapa son:- Burts (Explosiones)Es absolutamente posible al forjar un lingote de acero, que se produzca una gruesa cavidad en direccin axial por el uso de una tcnica incorrecta.

Los Burts pueden ocurrir como el resultado de un tiempo insuficiente de ablandamiento o una temperatura insuficiente antes de forjar. Esto significa que el eje del lingote o del producto semi terminado es deformado cuando tiene baja ductibilidad y es incapaz de resistir las tensiones que, parecen por la deformacin y por lo tanto explota (fig. 17).Este defecto tambin puede producirse cuando las herramientas de forja son de tal forma que se maximizan los esfuerzo en el centro de la pieza, o cuando una gran reduccin de tamao se intenta en una sola operacin.

Fig.17: Forging Burst Fig.18: Laos

LAPSSon pliegues producidos por el material que se desliza sobre la superficie, el que al ser forjado queda como una arruga (fig. 18).Durante el proceso de forja es muy posible, que se produzca este tipo de defecto, y su deteccin puede ser fcilmente realizada por un observador entrenado. Sin embargo, si estos no son observados en esta etapa se detectan fcilmente en el maquinado, pues aparecen en la superficie maquinada excesivamente oxidadas.

Tratamientos trmicosLos defectos tpicos en esta etapa son los siguientes. a) Grietas de hidrgeno (flecos de hidrgeno) Estas grietas ocurren en el cuerpo de la forja y estn generalmente localizados en la regin axial de la zona segregada. La asociacin de estos defectos con la presencia de hidrgeno ha sido ampliamente demostrada y es la razn principal por la cual se ha introducido el desgasificado por vaco, de tal manera de reducir el contenido de hidrgeno al mnimo.El hidrgeno no es la nica causa de estos defectos, pues las tensiones por transformacin y contracciones, tambin contribuyen a su formacin.Una importante caracterstica de estos defectos, es que se presentan despus de un tiempo considerable desde que ha sido realizada la operacin que lo ha iniciado. Su periodo de incubacin es del orden de 14 das, por lo que es importante considerar este tiempo al planificar el procedimiento de inspeccin.

a) Grietas fras (Clinks)Esfuerzos de transformacin que ocurren como el resultado de calentamiento o enfriamiento, pueden ser muy altos en grandes masas. Cuando la relacin de cambio de temperatura, y de esta forma la transformacin, es particularmente alta, es posible, debido al desarrollo de tensiones, la ruptura del acero.- MaquinadoEn esta etapa los defectos comunes son las grietas por efecto de calentamiento localizados durante el maquinado y se localizan en la superficie de la pieza.

5. En Servicio.Al hablar de En Servicio, se refiera fundamentalmente a las discontinuidades o defectos que se presentan durante el servicio de las partes o piezas de una estructura o mecanismo.Los principales defectos que es posible encontrar durante el periodo de vida til del material son:a) Grietas por fatigaFatiga implica el proceso gradual de una grieta a travs de una pieza bajo la accin de una carga alternamente o fluctuante, segn la grieta avanza la seccin resistente disminuye hasta que finalmente es insuficiente, la pieza se fractura y ocurre la falla.La grieta generalmente, comienza desde la superficie y avanza hacia el interior de la pieza, prefiriendo los puntos de concentracin de esfuerzos como rebajes, cambios de seccin, perforaciones, etc.

Fig. 19: Factura por Fatiga

a) CorrosinEs la destruccin parcial o total de un metal mediante la accin qumica. Se pueden distinguir tres tipos de corrosin ms comunes:- corrosin superficial- corrosin electroltica (galvnica)- corrosin intergranular

1. DEFECTOS DE LOS MATERIALES 1.1 LAS FISURASFisuras interdendrticas y grietasLas fisuras interdendrticas y las grietas son muy similares en apariencia. Como el nombre indica las fisuras interdendrticas o fisuras en caliente se producen durante las etapas iniciales del enfriamiento. Las grietas se consideran normalmente que se producen en las proximidades de la temperatura ambiente. Las composiciones sensibles a la fragilidad en caliente pueden desarrollar las fisuras interdendrticas cuando el metal se halla en estado bruto de fundicin. A menudo, las fisuras interdendrticas tienden a contener xido o cascarilla, mientras que las grietas pueden estar libre de ellos.

Figura 8-9. Seccin transversal de un codo de bronce con brida de 6 (152,4 mm) dimetro sobre el que puede verse un importante pliegue en fro. (Aumento x 4). La estructura de grano fino de la izquierda representa el segundo flujo de metal lquido. En la figura 8-9 (B) vemos una radiografa de la seccin extrada, con la seccin transversal representada en l.

Figura 8-10. Fisuras interdendrticas en la superficie de un acero fundido 5 Cr-1/2 Mo.

Pliegues en froLos pliegues en fro representan una discontinuidad la superficie o el interior de la fundicin como resultado de los flujos de metal lquido que inciden separadamente. Debido a la oxidacin o al excesivamente rpido enfriamiento, los metales no se combinan (como en la soldadura). La figura 8-9 muestra una radiografa que representa la zona en cuestin.

1.1 DISCONTINUIDADES 1.1.1 Discontinuidades por fundicinComo ocurre en el caso de los materiales forjados que se utilizan en los recipientes a presin y tubos, la fundicin perfecta no existe.Los defectos pueden presentar en la fundicin original o pueden producirse en el proceso posterior e incluso en la reparacin de la fundicin.Las roturas pueden provenir de: 1) defectos mecnicos, 2) defectos metalrgicos.

Defectos mecnicosLas segregaciones de metal son muy corrientes en las fundiciones estticas.De hecho, se aplica generalmente una interpretacin ms amplia en la limitacin de los defectos en las radiografas de las fundiciones que en las de los depsitos de soldadura, incluso en el caso en que los elementos fundidos y las soldaduras pertenezcan al mismo recipiente a presin o sistema tubular. Por ejemplo, en los cuerpos de vlvulas fundidas pueden admitirse mayores y ms importantes agrupaciones de oclusiones gaseosas que las que se permiten en los depsitos de soldadura.Los defectos de fundicin conocidos comnmente son:

1. Sopladuras y oclusiones gaseosas.2. Puntos de arena.3. Inclusiones.4. Rechupes.5. Pliegues en fro.6. Fisuras interdendrticas y grietas.7. Soportes no fundidos.8. Enfriamientos internos (defectos internos debidos a la adicin de metales con el fin de procurar un enfriamiento uniforme).

Sopladuras y oclusiones gaseosasLas sopladuras y oclusiones gaseosas en las fundiciones pueden variar desde pequeas porosidades hasta grandes cavidades. Son originadas por los gases disueltos en el metal en funcin, que se desarrollan y quedan atrapados durante la solidificacin. Aunque por lo general adquieren la forma redondeada, las sopladuras pueden ser tambin ovaladas o alargadas, o tener una forma irregular.Las sopladuras y oclusiones gaseosas en el interior de las fundiciones raras veces dan lugar a roturas en servicio. De hecho, no existen antecedentes de roturas producidas por oclusiones gaseosas internas comprendidas dentro de los lmites de aceptacin ms amplio de la especificacin ASTM, E71 (fig. 8-1).

Figura 8-1. Radiografas mostrando los lmites admisibles para las clases 1, 2 y 5 de las especificaciones ASTM, E71 que establecen los lmites ms estrechos y ms amplios. (se han perfilado los dimetros de las cavidades para lograr una reproduccin ms clara).

InclusionesLas inclusiones representan cascarillas, xidos o impurezas que quedan atrapados en el interior de las fundiciones durante el proceso de la solidificacin. Tales inclusiones se presentan frecuentemente como una estructura dendrtica tal y como podemos ver en la figura 8-2.Estos defectos, similares a las inclusiones de escoria en las soldaduras, generalmente no se consideran de importancia a no ser que excedan de los lmites establecidos en las especificaciones o se produzcan de un tamao importante en la superficie o en sus proximidades.

Figura 8-2. Inclusiones en un acero fundido Mo de una vlvula de 12 (304,B mm) de dimetro exterior y 1 (25,4 mm) de espesor de pared.

RechupesLos rechupes en el acero fundido constituyen un defecto corriente. Los rechupes grandes son el resultado de una disposicin inadecuada de los bebedores, mazarotas de tamao insuficiente, o de no haber colocado las mazarotas sobre gruesas sesiones o puntos calientes de la fundicin. Los pequeos rechupes pueden ser debidos a un nmero insuficiente de mazarotas y a su situacin, cuya distancia entre ellas puede exceder de la alimentacin normal.Los rechupes tienden generalmente a prevalecer hacia el centro de la fundicin, el cual es el ltimo lugar en solidificar, debido a que el metal en fusin no basta para rellenar el vaco creado por el cambio de volumen al pasar de lquido a slido.En la figura 8-3 podemos ver unos pequeos rechupes en una fundicin de baja aleacin y en la de un acero inoxidable para vlvulas. En la figura 8-4 se muestra una fotomicrografa en la que puede apreciarse la forma que adquieren lo pequeos rechupes.

En la figura 8-5 pueden apreciarse un rechupe de mayor dimensin. Su cavidad tiene unas dimensiones de 1 por 6 por (38, 1 x 152,4 x 6,4 mm).En las figuras 8-6 vemos un rechupe realmente importante. Su tamao, lgicamente, hace la pieza rechazable.

Figura 8-3. Ejemplos de secciones transversales mostrando pequeos rechupes en cuerpos de vlvulas fundidas. (A) Cuerpo de vlvula de acero fundido 1 Cr-1/2 Mo con rechupes y una reparacin soldadura sobre la superficie exterior de 1 (38,1 mm) de espesor. Reduccin x . (B) Cuerpo de vlvula de acero inoxidable tipo 304 de 0,300 (7,62 mm) de espesor.

Figura 8-4. Fotomicrografa sobre la que pueden apreciarse unos pequeos rechupes tpicos en un acero fundido Mo.

Figura 8-5. Rechupe de importancia en una vlvula de acero fundido Mo de aproximadamente 1 3/8 (34,9 mm) de espesor.

Figura 8-6. Seccin transversal y radiografa mostrando un defecto importante de rechupe y una fisura interdendrtica en una fundicin Cr-1/2 Mo suministrada segn la especificacin ASTM a 217.

Resultados de las pruebasLas pruebas de traccin de fundiciones rediogrficamente sanas dan una resistencia de 11400 lb/pulg2 (80,15 Kg/mm2) con una prdida del 4,5%, es decir, 109 000 lb/pulg2 (76,64 Kg/mm2), para elementos de la clase 2, porosidad por contraccin ASTM, E71. con un grado de rechupes de las clases 5 a 6, la resistencia disminuye en un 8%, es decir, 105 000 lb/pulg2 (73,82 Kg/ mm2).Experiencia en servicioLos rechupes han dado un cierto nmero de roturas en servicio. La figura 8-7 muestra una grieta en un cuerpo de vlvula 1 Cr-1/2 Mo perteneciente a un sistema tubular de circulacin de vapor principal a 950F (510C). La grieta se origin debido a los rechupes, como puede observarse en la figura 8-8, en la que se representa la seccin extrada de la vlvula.

8-7: Grietas a travs de la pared de una vlvula fundida de acero aleado 1 Cr-1/2 Mo de 12 8304,8 mm) de dimetro exterior perteneciente a un sistema tubular de circulacin de vapor.

Fig. 8-8: Servicios transversales de una parte extrada de una vlvula que se rompi por agrietamiento, en la que podemos ver los rechupes.

1.1.1 Discontinuidades por laminacin y forjado.Defectos en los productos laminados y forjadosEste captulo trata principalmente de los defectos introducidos por los fabricantes de laminados y forjados de chapas y materiales tubulares. Tales defectos pueden haber sido introducidos en la elaboracin del lingote o pueden haberse desarrollado en el posterior laminado, conformado o reduccin del lingote o palanquilla. Los defectos que dan a lugar a roturas en servicio pueden tambin tener su origen en el curvado final de la chapa, en la elaboracin del tubo en el taller de fabricacin de tubos, en el taller de forja o durante el moldeo de los codos, tubos en T, bridas u otros elementos por un fabricante de accesorios. Algunos de estos defectos son difciles, si no imposible, de detectar durante la fabricacin y posterior inspeccin. Al utilizarlos en condiciones de servicio rigurosas, pueden resultar responsables de la rotura que se produzca en un recipiente a presin o elemento tubular.

DefectosLas roturas por defectos atribuibles al fabricante de origen, normalmente son el resultado de una de las siguientes condiciones: 1.defectos mecnicos 2. defectos metalrgicosLos defectos mecnicos encierran discontinuidades o separaciones reales en material, ya sea a lo largo de la superficie o en el interior.Los defectos metalrgicos corresponden a la diferencia en las prioridades que son de una magnitud suficiente para llegar a convertirse en causas de rotura. Pueden producirse dentro de la propia seccin del metal, donde el tratamiento trmico localizado produce una zona de elevada dureza prxima a una zona de menor dureza. Otros defectos metalrgicos tpicos estn constituidos por las zonas endurecidas por efecto del calor en el interior del material de chapa o tubo o prximas a los depsitos de soldadura.

Dan lugar a diferencias en las propiedades, como puede ocurrir entre un metal base forjado y un depsito de soldadura que en escencia, representa una pieza fundida. Un caso ms evidente de defectos metalrgicos se produce en la unin entre metales diferentes, tal como ocurre en la soldadura entre los aceros dulces y los aceros inoxidables.

Defectos mecnicosLas laminaciones, pliegues, sojas, hendiduras y desgarraduras representan defectos tpicos de separaciones del metal en las chapas de acero y material de tubos. Su causa puede ser una consecuencia de defectos en el lingote o puede provenir del subsiguiente laminado o moldeado del material de la chapa o tubo.Aunque se aplican diferentes trmicos a estos defectos, a menudo se atribuyen de forma inadvertida nicamente a laminaciones o hendiduras.

En la mayora de los casos, estos defectos no se consideran realmente peligrosos. No es probable que afecten a las caractersticas de servicio del acero siempre que dichos defectos se produzcan en sentido paralelo a la superficie del tubo. De hecho, un tubo de chapa soldada con laminaciones paralelas a la superficie puede compararse a un recipiente de capas superpuestas, construccin empleada por algunos fabricantes de recipientes a presinLas laminaciones y hendiduras que se producen perpendicular o diagonalmente a la chapa o superficie del tubo, deben considerarse como defectos realmente peligrosos.

Algunos de estos defectos pueden atravesar totalmente el espesor de la pared.Los defectos que normalmente pueden presentarse son:1. Laminaciones2. Pliegues3. Sojas4. Costras5. Hendiduras6. Capas descarburadas7. Grietas

LaminacionesLas laminaciones se producen normalmente en el interior de los materiales de chapa o tubo y tiende a presentarse paralelamente a la superficie. Normalmente se deben a inclusiones o sopladuras existentes en el lingote. De forma casual, puede producirse una laminacin cuando un ladrillo del revestimiento del molde queda atrapado en el interior del lingote. En el proceso de laminado, estas inclusiones quedan alargadas y aparecen como fibras longitudinales no metlicas. La figura 7-1 nos muestra las secciones de una chapa en que aparecen tales vetas vistas longitudinal y transversalmente. Estas vetas de poca anchura normalmente no se consideran peligrosas o rechazables.

Fig. 7-1: Seccin de una chapa mostrando laminaciones secundarias vistas en sentido longitudinal (A) y transversal (B) en el sentido de laminacin.