Cómo elegir un método de ensayo no destructivo para el acero

Partir del defecto, no del instrumento

La evaluación no destructiva es una familia de actividades más que un único ensayo. La guía publicada la divide en nueve áreas, de las cuales siete son útiles en el acero. Son la detección de defectos, la detección de fugas, la metrología dimensional, la localización de un componente dentro de un conjunto, la caracterización de la microestructura, la estimación de propiedades mecánicas y físicas, y la medición de tensiones o deformaciones. Las dos restantes, el análisis de firmas y la composición química, se abordan con otros métodos y quedan fuera de este volumen.

Casi todas las preguntas que llegan a un proveedor de acero para herramientas corresponden a la detección de defectos, y el consejo publicado para elegir un método es fijar seis cosas antes de escoger cualquier instrumento. Son el motivo del ensayo, el tipo de defecto, el tamaño y la orientación del defecto que se rechazará, dónde se espera que se sitúe el defecto, el tamaño y la forma de la pieza, y las características del material.

El motivo se encuadra en tres casos. La inspección en proceso verifica una pieza tras una etapa de fabricación, la inspección final la autoriza para su uso, y la inspección en servicio decide si una pieza ya en servicio puede continuar. Una vez fijado el motivo, hay que definir el defecto rechazable, y normalmente lo define un código o una especificación de compra y no el taller. Ese defecto rechazable determina entonces todo lo demás.

Defectos volumétricos y los métodos que los detectan

Un defecto volumétrico es aquel que puede describirse mediante tres dimensiones o mediante un volumen. La porosidad, las inclusiones, la escoria, la contracción y la corrosión pertenecen a esta clase, y modifican la densidad o la sección transversal del acero de un modo que un método de espesor completo puede detectar. Las dos columnas siguientes son listas independientes y no pares emparejados. La primera nombra los defectos volumétricos, y la segunda nombra todos los métodos del volumen que se han empleado para detectarlos.

Clasificación de defectos volumétricos y los métodos de detección aplicados a ellos, reproducida de la Guide to Nondestructive Evaluation Techniques del ASM Handbook, Volumen 17. Los métodos de entrada marcados como superficie reaccionan solo ante un defecto que alcanza la superficie, y el resto se indica frente a la profundidad que pueden alcanzar cuando la fuente la proporciona.

Los defectos planares requieren un conjunto distinto de métodos

Un defecto planar es delgado en una dimensión y mayor en las otras dos, por lo que apenas aporta volumen para cambiar la densidad del acero. Una costura, una laminación y una grieta son planares, y los métodos que los detectan son en gran medida distintos de los que detectan un hueco. Por eso un único ensayo rara vez cierra la cuestión, y por eso la misma barra puede pasar un método y fallar otro ante un defecto diferente.

Clasificación de defectos planares y los métodos de detección aplicados a ellos, reproducido de la Guide to Nondestructive Evaluation Techniques en ASM Handbook, Volume 17. Las grietas por tratamiento térmico, las grietas por rectificado y las grietas por fatiga de esta lista son las que un usuario de acero para herramientas encuentra con mayor frecuencia.

Defectos superficiales y defectos internos

La siguiente división es la posición. Un defecto que rompe la superficie es accesible a un método químico o magnético, mientras que un defecto que se encuentra dentro del acero necesita una onda que lo atraviese. Las dos columnas siguientes contienen de nuevo listas independientes, una para los métodos que alcanzan un defecto superficial y otra para los métodos que alcanzan un defecto interno. Una lista corta aparece en ambas, porque funciona en ambos casos.

Métodos de NDE para la detección de defectos superficiales e internos, reproducido de la Guide to Nondestructive Evaluation Techniques en ASM Handbook, Volume 17. Las partículas magnéticas se marcan como de uso limitado para defectos internos porque su profundidad útil es pequeña, y las entradas marcadas como posibles son las limítrofes en la fuente.

Qué grosor tiene la pieza y qué complejidad

El poder de penetración fija un límite superior al tamaño de pieza que cada método puede manejar, y la guía publicada da límites aproximados. Las cifras de espesor son aproximadas porque el valor exacto depende de las propiedades físicas del material examinado, y cualquier método que sirva para un objeto grueso también puede usarse en uno delgado. La radiografía de neutrones es la única excepción, ya que no es útil en la mayoría de los objetos delgados.

Comparación de métodos de END por tamaño del objeto a evaluar, reproducida de la Guide to Nondestructive Evaluation Techniques en ASM Handbook, Volume 17. Un método adecuado para un objeto grueso también puede usarse en uno delgado, excepto la radiografía de neutrones.

La forma es la segunda restricción, y va en dirección opuesta al tamaño. Los métodos que alcanzan mayor profundidad y detectan las fallas más pequeñas necesitan la forma más simple, y los métodos que toleran una forma compleja solo funcionan en la superficie. La lista siguiente va de la forma más simple arriba a la más compleja abajo.

Comparación de técnicas de END por forma del objeto a evaluar, reproducida de la Guide to Nondestructive Evaluation Techniques en ASM Handbook, Volume 17.

Lo que el propio material permite

Cada método se basa en una propiedad física del acero, y si esa propiedad no está presente, el método no puede utilizarse por buena que sea la definición del defecto. Los líquidos penetrantes necesitan que el defecto aflore a la superficie, Partículas magnéticas necesita que el acero sea magnético, las corrientes de Foucault necesitan que sea conductor o magnético, y la radiografía necesita una diferencia de espesor, densidad o composición para proyectar una sombra. Un grado de acero inoxidable no magnético, o uno austenítico, elimina la partícula magnética de la lista antes de considerar cualquier otra cosa.

Métodos de END y la característica del material de la que depende cada uno, reproducido de la Guide to Nondestructive Evaluation Techniques en ASM Handbook, Volume 17.

Como cada método tiene su propio punto ciego, la guía recomienda combinar métodos con alcance complementario. La inspección por ultrasonido y la radiografía son la pareja estándar, ya que el ultrasonido responde con fuerza a una grieta planar que la radiografía puede dejar pasar y la radiografía responde con fuerza a un vacío que el ultrasonido puede omitir. Lo que se obtiene del ensayo es tan bueno como la definición de la falla rechazable que se escribió primero.

Grados y existencias

Los tipos de falla en estas listas son los que un usuario de acero para herramientas encuentra en el trabajo real con barras y matrices, y se describen uno por uno en la página de defectos de barras de acero, que cubre tubos, costuras, traslapes y chevrones con una ilustración de cada uno.

Un ensayo no destructivo se suma a las verificaciones químicas y metalográficas en lugar de reemplazarlas, y las dos mitades juntas son lo que reporta un certificado de acería. El lado químico se expone en la página sobre cómo se analiza la química del acero, y el lado metalográfico en la página de inclusiones y tamaño de grano.

Cuando una pieza ya ha fallado, las marcas superficiales que deja una grieta suelen ser más informativas que un ensayo nuevo de una pieza sana, y están catalogadas en la tabla de características de superficies de fractura. Los defectos que dejan la rectificabilidad y el tratamiento térmico se recopilan en la página de descarburización y remoción de material.

Fuente: ASM Handbook, Volume 17, Nondestructive Evaluation and Quality Control, ASM International, 1989.