Variables Esenciales que Afectan la Eficacia de las Pruebas por Corrientes Inducidas

Lo que las corrientes inducidas pueden detectar vs. lo que no

En un artículo anterior, abordamos algunos aspectos interesantes del procedimiento de pruebas por corrientes inducidas (ECT, por sus siglas en inglés). En esta ocasión, examinaremos más de cerca las variables que influyen en las pruebas por corrientes inducidas, qué defectos pueden detectarse y cuáles no.

No todos los defectos se detectan por igual

El tipo de defectos presentes en un material determina la eficacia del procedimiento de pruebas por corrientes inducidas. Por ejemplo, las discontinuidades y defectos paralelos al flujo de la corriente inducida —como grietas radiales o puntuales— no serán detectados por la mayoría de los equipos de ECT, que funcionan mejor para defectos que se producen a lo largo de la pieza. Para hallar una única grieta puntual usando una bobina radial se requiere una configuración especializada, con múltiples sondas que giran alrededor de la circunferencia de la pieza. Además, la morfología de una grieta es tanto un defecto superficial como interno; esto significa que el procedimiento de ECT necesita filtrar múltiples lecturas.

Los defectos internos que existen exclusivamente en el interior de piezas metálicas son más difíciles o incluso imposibles de detectar, especialmente con materiales más gruesos, debido al efecto piel —la tendencia de los defectos internos a producir una señal de corriente inducida exponencialmente más débil que los defectos externos. El término técnico para la intensidad de la señal en la profundidad de una pieza más gruesa es profundidad de penetración. En Metal Cutting Corporation, nuestro sistema de ECT tiene una profundidad de penetración de aproximadamente 0,050" (1,27 mm) para molibdeno y tungsteno.

Procedimiento de pruebas por corrientes inducidas para defectos no radiales

En Metal Cutting, nuestro enfoque se centra en las líneas de estirado y las estructuras de grano alargado. Las líneas de estirado son más comunes y pueden ocurrir en muchos tipos de materiales metálicos. Pueden ser oclusiones en el metal que se arrastraron a través de la matriz o defectos de la matriz que rayan y dañan el metal durante el estirado. En nuestro mundo de metales refractarios, como el molibdeno y el tungsteno, los materiales se forman mediante metalurgia de polvos y se sinterizan y luego se forjan y estiran; por tanto, estos metales nunca están en estado fundido, y sus estructuras de grano alargado están entrelazadas. Sin embargo, existe potencial en los límites de grano para huecos en dirección longitudinal.

Convenientemente, el procedimiento de pruebas por corrientes inducidas, que implica pasar una pieza larga a través de una bobina redonda y hueca, es ideal para detectar este tipo de defectos. Lo que la ECT tiene dificultad para detectar son las grietas radiales, que son altamente transitorias —aparecen y desaparecen rápidamente. La sección transversal donde está la grieta puede ser tan pequeña que la corriente inducida no pueda detectarla. Por ejemplo, incluso si se tiene un alambre con una grieta radial del 90%, sería difícil detectarla a menos que se cuente con equipos de ECT especializados con multi-bobinas giratorias.

Percepción de profundidad, pero no medición de profundidad

Incluso cuando se puede detectar una grieta interna, la profundidad real de la grieta no puede medirse con precisión usando el procedimiento de pruebas por corrientes inducidas. El osciloscopio del probador de corrientes inducidas mostrará una representación gráfica de la característica de la grieta, análoga a un gráfico polar; al igual que con un gráfico polar, se puede hacer zoom en la representación gráfica. Sin embargo, la representación gráfica o numérica no se correlaciona con las dimensiones de la grieta.

Aunque la profundidad de una grieta interna no puede medirse con el procedimiento de ECT, en Metal Cutting a menudo recibimos planos que especifican, por ejemplo, que una grieta no puede ser mayor al 10% del diámetro o que el cliente no aceptará un defecto mayor a 0,001" (0,0254 mm). El desafío es: ¿cómo se operacionalizan esos requisitos? Ambos son difíciles sin tener parámetros descritos. El porcentaje de diámetro generalmente se refiere a la profundidad, pero "un defecto no mayor que" a menudo no se define como profundidad, anchura o incluso longitud. Si bien tras una investigación adicional casi siempre se descubre que no se refiere a la longitud, la anchura y la profundidad son variables muy importantes en el procedimiento de ECT, y encontrar defectos tan pequeños como 0,001" en cualquier dimensión es muy desafiante.

La buena noticia es que la profundidad de una grieta interna puede estimarse utilizando la fase de la señal de ECT y otros trucos que en Metal Cutting hemos aprendido tras años de experiencia trabajando con el procedimiento de pruebas por corrientes inducidas. Nuestro sistema utiliza sondas estacionarias —algo que tenemos en cuenta al usar muestras de referencia para encontrar los ajustes óptimos de frecuencia, amplitud, fase, sensibilidad, filtrado y otras variables que forman parte de la receta para el procedimiento de ECT— y también contamos con una configuración de dos bobinas para poder usar sondas absolutas y diferenciales al mismo tiempo.

Otros factores que influyen en el procedimiento de pruebas por corrientes inducidas

Existen varias otras variables que impactan en el procedimiento de pruebas por corrientes inducidas y en los resultados que produce.

Propiedades del material de prueba

Las propiedades del material que se prueba pueden afectar el flujo de las corrientes inducidas. Por ejemplo, el procedimiento de ECT puede tener dificultades con materiales no puros que son combinaciones de metales con propiedades eléctricas disímiles. Los metales en una aleación generalmente no tienen una distribución perfectamente homogénea a lo largo de toda la longitud del material, por lo que puede ser difícil establecer una línea base para las corrientes inducidas. Además, incluso los metales de elemento puro contendrán elementos traza, como residuos no volátiles (NVRs) de mucho menos del 1%, que aparecerán como defectos. Este tipo de variaciones en el material crean ruido que nos obliga a reducir la sensibilidad real que podemos utilizar, independientemente de la sensibilidad teórica del procedimiento de ECT.

Acabado superficial del material

Aunque a la gente le gusta pensar en las pruebas por corrientes inducidas como si fueran una radiografía, la realidad es que no lo son. A diferencia de los rayos X, la totalidad del material que se prueba tiene un efecto en las propiedades eléctricas del procedimiento de ECT, y el acabado superficial puede alterar los resultados.

Debido a que un acabado superficial más rugoso produce ruido, crea la necesidad de ajustar la configuración del equipo de ECT para compensar, de modo que el ruido del acabado superficial no se confunda con un defecto del material. Así, por ejemplo, si se nos pide identificar defectos mayores a 0,001" (0,0254 mm), se convierte en un problema de umbral importante. Un defecto que es 10 veces mayor que el área circundante literalmente destacará. Pero, ¿qué pasa si un defecto de 0,001" está rodeado por un acabado superficial rugoso que consiste en ranuras de 0,0009" (0,0229 mm) de profundidad? Distinguir esa variación de 0,0001" (0,00254 mm) será realmente desafiante para la ECT.

Factor de llenado de la bobina

A simple vista, el factor de llenado de la bobina parece una relación entre el diámetro exterior del material y el diámetro interior de la bobina. Sin embargo, más precisamente, el factor de llenado es la relación entre el área de la bobina y el área del material. Determinar la relación correcta entre la bobina y el material ayuda a garantizar que la muestra de prueba pueda moverse libremente durante el escaneo y que la bobina genere las corrientes inducidas necesarias.

Posición del material en la bobina

Idealmente, la pieza a probar se situará en el centro real de la bobina, pero realistamente rara vez puede hacerlo. Simples variaciones en el diámetro del material, incluso dentro de tolerancia, afectan la capacidad de colocar la pieza en el centro real. Además, los utillajes —tanto en su diseño original como tras el desgaste por la operación— pueden hacer que el centro real sea más teórico que real.

Vibración

La vibración de la propia máquina de pruebas por corrientes inducidas, así como la vibración del dispositivo de alimentación que coloca la pieza dentro de la bobina, causan ruido que puede interferir con el flujo de las corrientes inducidas o crear señales falsas que se confundirán con defectos en el material de prueba.

Conclusión sobre la ECT

Ninguna de estas variables invalida el procedimiento de pruebas por corrientes inducidas, pero significan que no puede usarse para medición dimensional. Si bien el procedimiento puede usarse para estimar dimensiones, obviamente no produce el tipo de precisión que se obtendría realizando una verdadera muestra metalográfica y estudiando el espécimen. Aun así, las pruebas por corrientes inducidas son una herramienta valiosa que Metal Cutting Corporation utiliza eficazmente para inspeccionar materiales en busca de fallas y es una parte importante de nuestros estándares de SGC —lo que nos permite entregar piezas metálicas de precisión de alta calidad que cumplen con las estrictas especificaciones del cliente.