Inspección por partículas magnéticas del acero para herramientas

Qué encuentra y hasta dónde llega

El método magnetiza la pieza y deja que una discontinuidad fugue flujo en la superficie, donde el polvo de hierro se asienta sobre la fuga y la delinea. El grupo más grande y más importante de discontinuidades es el que está expuesto a la superficie, y las grietas superficiales son las más importantes porque hacen más daño a la vida útil que un defecto enterrado del mismo tamaño. En el acero para herramientas el método localiza costuras, traslapes, grietas de temple y grietas de rectificado, y detecta grietas de fatiga que se abren en servicio.

Una discontinuidad se encuentra más fácilmente cuando el campo corre transversalmente a ella en lugar de a lo largo, cuando su profundidad corre en ángulo recto a la superficie, cuando su abertura en la superficie es estrecha y cuando su longitud es grande respecto a su ancho. Muchas grietas de fatiga incipientes y grietas finas de rectificado tienen menos de 0.025 mm de profundidad con aberturas superficiales de quizás una décima de eso, y esas se encuentran fácilmente por el método húmedo. Como regla general, una discontinuidad superficial cuya profundidad sea al menos cinco veces su abertura en la superficie será detectable, y la ganancia de una grieta más profunda se desvanece más allá de aproximadamente 6.4 mm.

Dos características de las grietas reales juegan en contra del método y vale la pena conocerlas cuando un informe vuelve limpio. Una grieta cuyas caras están presionadas juntas por esfuerzo compresivo deja casi ningún espacio de aire, por lo que fuga casi ningún flujo y puede no producir ninguna indicación, lo cual es común en grietas superficiales dejadas por rectificado o tratamiento térmico. Un traslape de forja o laminación que emerge en ángulo agudo también fuga débilmente, y los traslapes de ese tipo requieren alta sensibilidad, generalmente magnetización con corriente directa con partículas fluorescentes húmedas.

Partículas húmedas para grietas, partículas secas para defectos rugosos y enterrados

Las partículas húmedas son la elección para discontinuidades finas como grietas de fatiga, y las partículas secas son la elección para superficies muy rugosas y para defectos bajo la superficie, donde generalmente se aplican con equipo portátil y se transportan en una corriente de aire. El color es una cuestión práctica más que técnica. El negro resalta en superficies claras, el rojo en superficies brillantes pulidas, y las partículas fluorescentes bajo luz ultravioleta dan el contraste más alto de todos.

La ruta fluorescente tiene sus propios números. El pico de la banda útil de luz negra se sitúa en aproximadamente 365 nm, y la luz en esa longitud de onda no es la ultravioleta de onda corta dañina que perjudica la piel y los ojos. Para inspección fluorescente con calidad aeronáutica, la intensidad mínima en la superficie de la pieza es de 1000 microwatts por centímetro cuadrado, y una bombilla de alta intensidad de 125 W alcanza hasta 5000 microwatts por centímetro cuadrado a 380 mm. La concentración del baño importa tanto como la lámpara, ya que un baño débil puede omitir por completo una indicación fina y uno concentrado la entierra en el fondo, y la prueba de sedimentación sobre 100 mL de baño agitado es la forma habitual de mantenerla estable.

La corriente alterna se detiene en la superficie

La corriente alterna a 50 o 60 Hz queda confinada cerca de la superficie por el efecto pelicular, por lo que detecta discontinuidades que están abiertas a la superficie o solo unas pocas milésimas de pulgada por debajo de ella. A frecuencias más bajas el efecto pelicular se debilita y las líneas de fuerza llegan más profundo. La corriente directa magnetiza toda la sección transversal de manera más uniforme, con un gradiente en línea recta desde un máximo en la superficie hasta cero en el centro bajo magnetización circular. En la práctica la corriente directa se usa en piezas terminadas como ejes maquinados y rectificados, levas y engranajes, mientras que la corriente alterna se usa para grietas finas que realmente rompen la superficie y la corriente directa es mejor para estrías no metálicas muy finas que yacen justo debajo de ella.

Otra consecuencia de la corriente alterna es fácil de pasar por alto al leer un ajuste de corriente. La fuerza de magnetización sigue el pico de la onda senoidal, que es 1.41 veces el valor mostrado en un medidor de corriente alterna, por lo que una lectura de medidor de corriente alterna no es directamente comparable con una de corriente directa.

La prueba de acero para herramientas que fijó el límite de profundidad

La medición publicada más clara de hasta qué profundidad llega el método se hizo sobre el propio acero para herramientas. Se fabricó un anillo de acero para herramientas O1 sin templar con 0.40 por ciento de carbono, de 127 mm de diámetro exterior, 32 mm de diámetro interior y 22 mm de espesor, y se perforaron a través de él doce agujeros de 1.8 mm de diámetro paralelos a la superficie cilíndrica a profundidades crecientes bajo esa superficie. Las profundidades de la línea central de los agujeros iban de 1.8 a 21.3 mm en pasos de 1.8 mm. Se usó un conductor central, partículas secas y magnetización continua, y la corriente se elevó hasta que cada agujero dio una indicación legible.

Corrientes umbral a las que los agujeros perforados en un anillo de acero para herramientas O1 dieron indicaciones legibles de partículas magnéticas, con partículas secas, un conductor central y magnetización continua, reproducido de Magnetic Particle Inspection en ASM Handbook, Volume 17. La columna de corriente alterna es la primera que debe leerse, porque muestra el método fallando a una profundidad de 5.33 mm sin importar cuánta corriente se aplique. Con partículas húmedas los niveles son aún más altos, y la fuente da aproximadamente 440 A de corriente directa para el agujero 1 y aproximadamente 910 A para el agujero 3.

El mismo anillo se templó a 63 HRC y la prueba se repitió, y el costo de esa dureza es visible en los niveles de corriente. Elevar la corriente no recupera los agujeros profundos, ya que el límite lo fija el tipo de corriente y no el amperaje.

Corriente necesaria para indicar dos profundidades de taladro en el mismo anillo de acero para herramientas O1 después del temple a 63 HRC, reproducido de Magnetic Particle Inspection en ASM Handbook, Volumen 17. Una pieza dura necesita aún más corriente que una recocida, y en el taladro 3 la cifra de corriente continua directa es de aproximadamente 2700 A.

Cómo se magnetiza la pieza

La corriente debe pasar en una dirección paralela a la discontinuidad, de modo que el campo que genera atraviese la grieta. Una corriente enviada a lo largo de la pieza produce un campo circunferencial que detecta defectos longitudinales, y una bobina o solenoide alrededor de la pieza produce un campo longitudinal que detecta defectos transversales. Cuando no se conoce la dirección del defecto, deben usarse sucesivamente ambas direcciones de magnetización, y los electrodos de contacto o la horquilla se reposicionan a 90 grados entre los dos disparos. Los métodos publicados y sus límites son los siguientes.

Aplicaciones generales, ventajas y limitaciones de las formas en que se magnetiza una pieza para la inspección por partículas magnéticas, condensado de la Tabla 1 de Magnetic Particle Inspection en ASM Handbook, Volumen 17. En una pieza maciza larga como una barra o una palanquilla, el contacto en los extremos magnetiza circularmente toda la longitud a la vez, y en una bobina la pieza debe centrarse para que la longitud magnetizada efectivamente en un disparo sea lo mayor posible.

Corriente y desactivación del magnetismo

Para la magnetización circular, la corriente se establece a partir del diámetro de la pieza. Para la magnetización longitudinal en una bobina, se establece a partir de la cifra de amperios-vuelta, que aumenta con la relación longitud-diámetro porque los polos en los extremos de una pieza corta se oponen al campo aplicado, un efecto considerable por debajo de una relación de 10 a 1 y muy significativo por debajo de 3 a 1. Una bobina alrededor de una pieza magnetiza aproximadamente de 150 a 230 mm a cada lado de sí misma, por lo que una pieza de más de aproximadamente 305 a 460 mm debe desplazarse a través de la bobina o la bobina debe moverse a lo largo de la pieza.

Reglas de corriente para magnetizar una pieza, reproducidas de Magnetic Particle Inspection en ASM Handbook, Volumen 17. El diámetro es la mayor distancia entre dos puntos cualesquiera en la circunferencia exterior de la pieza.

Una pieza terminada debe desmagnetizarse después, o las virutas se adherirán a ella durante el mecanizado posterior. La elección del método de desmagnetización depende del tamaño de la pieza, su dureza y la velocidad a la que debe producirse, y un yugo de corriente alterna puede servir como desmagnetizador en algunos casos. La aplicabilidad publicada es la siguiente, donde A significa aplicable y N significa no aplicable.

Aplicabilidad de los métodos de desmagnetización sobre la base del tamaño de la pieza, la dureza del metal y la velocidad de producción, reproducida de la Tabla 2 de Magnetic Particle Inspection en ASM Handbook, Volumen 17. A es aplicable y N no es aplicable. Donde la entrada indica que un yugo se usa solo para áreas locales, la fuente limita un yugo en una pieza de tamaño mediano a trabajo local.

La pieza se mantiene magnetizada solo mientras se aplican las partículas, que es el método continuo, o se deja con suficiente magnetismo residual para atraer las partículas después, que es el método residual. Solo un metal con suficiente retentividad puede dejarse al método residual, y el campo residual es confiable solo para discontinuidades superficiales. El método continuo funciona en cualquier metal magnetizable y es obligatorio para acero de bajo carbono o hierro con poca retentividad. La máxima sensibilidad en una discontinuidad muy fina proviene de sumergir la pieza en un baño húmedo, pasar la corriente durante un breve tiempo durante la inmersión, y dejar la corriente encendida mientras se retira la pieza y drena el baño.

Grados y existencias

Las partículas magnéticas son un método dentro del conjunto con el que se verifica un pedido de acero para herramientas, y los demás están junto a él en la página sobre cómo elegir un método de ensayo no destructivo. Cómo se aplican los mismos métodos a la barra y al palanquilla, incluida la profundidad de grieta que alcanza un sistema de permeabilidad, se expone en la página de inspección de barra y palanquilla.

Las grietas que busca este método son también el final de una secuencia de falla que comenzó antes, y los cambios que las preceden se describen en la página de descarburización y remoción de material. Donde una pieza ya se ha roto, las marcas que dejó la grieta en la cara de fractura se leen con la ayuda de la tabla de características de superficies de fractura, y la investigación de falla más amplia se expone en la página de análisis de fallas de herramientas y troqueles.

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