Cómo se inspeccionan las barras y los tochos de acero para detectar defectos

Cuatro métodos cubren una barra

Casi toda la inspección de barras de acero, más allá de una simple revisión visual, se realiza mediante uno de cuatro métodos o una combinación de ellos. Son la inspección por partículas magnéticas, por líquidos penetrantes, por ultrasonidos y electromagnética. Cada uno parte de una propiedad física diferente, por lo que cada uno es ciego a algo que los otros ven, y la elección en un pedido dado sigue el defecto que el pedido debe excluir.

Los cuatro métodos utilizados en barras de acero, con lo que detecta cada uno y el límite indicado para él en el artículo fuente, reproducido de Nondestructive Inspection of Steel Bar, Wire and Billets en ASM Handbook, Volume 17. La industria también señala una razón adicional para inspeccionar la barra en la etapa de barra, que es eliminar el material inaceptable antes de gastar tiempo y energía en mecanizar una pieza que fallaría después.

Partículas magnéticas en barra

La inspección por partículas magnéticas introduce un campo magnético en la barra y deja que un defecto fugue flujo en la superficie, donde el polvo fino de hierro se asienta sobre la fuga y delinea el defecto. Detecta fisuras, grietas y traslapes, y alcanza una corta distancia bajo la superficie. Por regla general, el método no puede detectar defectos a más de 2,5 mm (0,1 in.) bajo la superficie, y la fuga disminuye rápidamente con la profundidad, por lo que una indicación subsuperficial es siempre más débil que una superficial del mismo tamaño.

El campo debe correr transversalmente al defecto en lugar de a lo largo de él. Una bobina envolvente o un solenoide establece un campo longitudinal y detecta defectos transversales a la barra, y una corriente que pasa directamente por la barra establece un campo circunferencial y detecta defectos longitudinales. Las almohadillas de contacto protegen la barra de quemaduras por arco donde entra la corriente. La corriente alterna viaja cerca de la superficie y no es la elección para defectos subsuperficiales, mientras que la corriente continua llega más lejos. Como la mayoría de las barras retienen poco magnetismo residual, el campo se mantiene durante la inspección, y las barras terminadas se desmagnetizan después para que las virutas no se adhieran durante el mecanizado posterior.

El método es una herramienta de taller de fabricación más que una herramienta de acería. Se considera demasiado lento y demasiado costoso para la inspección en producción en masa, por lo que en barra se utiliza para una pequeña cantidad, o para un grupo sospechoso, en lugar de para toda la producción de una línea de laminación.

Inspección por ultrasonidos de barra trefilada y alambre

La inspección por ultrasonidos envía sonido a 1 a 25 MHz dentro de la barra y lee el eco que regresa de un defecto. Detecta defectos internos que ningún método superficial puede ver, y se utiliza en barras de gran diámetro y dondequiera que se especifique alta integridad. Sus dos debilidades en barra son un acoplante que debe mantenerse, y una velocidad de línea más lenta que un método electromagnético. En barra normalmente se ejecuta junto a un método superficial en lugar de en lugar de uno.

La técnica convencional de haz normal deja una zona no ensayada justo bajo la superficie, que es exactamente donde una barra trefilada en frío lleva sus peores defectos. La técnica de haz angular llena esa zona, y ejecutar ambas juntas cubre toda la sección transversal. En los sistemas de producción publicados, la barra se alimenta en línea recta mientras las sondas giran a su alrededor a velocidad, y los manguitos guía y los rodillos sujetan la barra para que el ángulo de incidencia no se desvíe con la vibración o la flexión. Para defectos inmediatamente bajo la superficie, el registro de haz angular detecta defectos tan pequeños como 0,2 a 0,3 mm, y ecos así de pequeños están fuera del alcance de la técnica de haz normal.

Especificaciones de tres sistemas publicados de detección de defectos por ultrasonido de tipo rotativo para barra redonda trefilada en frío, barra hexagonal trefilada en frío y alambre trefilado en frío, reproducidas de las Tablas 1, 2 y 3 de Nondestructive Inspection of Steel Bar, Wire and Billets en ASM Handbook, Volume 17. Not stated marca un parámetro que la fuente no proporciona para ese sistema. En la línea hexagonal los seis palpadores de haz normal y los seis de haz angular se sitúan alrededor de la circunferencia de modo que toda la sección quede cubierta, y el medio de acoplamiento es un aceite especial elegido para evitar que la barra se oxide.

El alambre recurre a la misma idea con tres modos de palpador en lugar de dos. Un modo de onda superficial detecta defectos superficiales, un modo de haz angular detecta defectos cercanos a la superficie y un modo de haz normal detecta defectos en el interior del alambre. Los resultados publicados para ese sistema dan una profundidad mínima de defecto de 0.1 mm en la superficie y un tamaño mínimo de defecto interno de 0.2 mm, lo que permite inspeccionar toda la sección transversal de un alambre trefilado en frío en una sola pasada.

Corrientes de Foucault y el palpador rotativo

La inspección por corrientes de Foucault es el método que lleva la inspección de barras en producción. Una corriente alterna en una bobina induce corrientes en la barra, y un defecto, un cambio de grado o un cambio de dureza perturban esas corrientes de una manera que el instrumento reporta. Una bobina envolvente por sí sola es débil ante un defecto lineal, porque un defecto que corre a lo largo de la barra permanece bajo la misma parte de la bobina durante toda su longitud. En cambio, girar el palpador alrededor de la barra describe una espiral sobre la superficie, y un defecto lineal entonces cruza el palpador como cualquier otro defecto.

Especificaciones de dos sistemas publicados de corrientes de Foucault con palpador rotativo para barra trefilada en frío, en la Tabla 4, y de un sistema para una cabeza de perno cizallada de alta tensión forjada en frío, en la Tabla 5, reproducidas de Nondestructive Inspection of Steel Bar, Wire and Billets en ASM Handbook, Volume 17. En los sistemas para barra trefilada, la profundidad mínima de defecto detectable es 0.1 mm, y con un avance de 60 m/min se cubre toda la superficie con una longitud mínima de defecto detectable igual a la longitud de la bobina del palpador. La cabeza del perno tiene una superficie más rugosa, por lo que su profundidad mínima detectable es 0.3 mm.

Qué tan pequeña es la grieta de laminación que encontrará un sistema de permeabilidad

La familia electromagnética también incluye sistemas basados en la permeabilidad magnética en lugar de la conductividad, y estos son los sistemas que tanto detectan defectos como clasifican material. Un sistema de permeabilidad lee el cambio que un defecto o un cambio de condición produce en el estado magnético de la barra, por lo que su alcance queda determinado por la cantidad de tensión residual uniforme que lleva la barra. La mejor detección proviene de una barra que ha sido tratada térmicamente, templada, trefilada y enderezada a máquina, y la detección disminuye por escalones a través de material trefilado en frío y enderezado a máquina, material trefilado en frío y recocido, material laminado en caliente que ha sido rectificado sin centros y, finalmente, material laminado en caliente simple.

La cifra práctica en barra redonda trefilada en frío y enderezada a máquina es una profundidad mínima de grieta de laminación detectable de aproximadamente 0.025 mm por cada 1.6 mm de diámetro de barra, y el mismo material en sección hexagonal o cuadrada es aún más sensible debido a la forma en que lo trabaja la enderezadora. Después del enderezado, las barras se envejecen durante 24 a 48 horas a temperatura ambiente para obtener la mejor sensibilidad, y puede usarse en su lugar un alivio de tensiones a baja temperatura de hasta 260 C para acortar la espera.

Profundidad mínima de grieta de laminación detectada por un sistema de permeabilidad magnética en barra trefilada en frío y enderezada a máquina, reproducida de Nondestructive Inspection of Steel Bar, Wire and Billets en ASM Handbook, Volume 17. Bajo la superficie el alcance depende del contenido de carbono, y la fuente da aproximadamente 6.4 mm para acero de bajo carbono, 7.9 mm para acero de medio carbono y hasta 13 mm para muchos aceros aleados.

Dos propiedades adicionales de esa clase de sistema importan en una orden de compra. Una mayor reducción de trefilado eleva la señal del defecto, por lo que una barra trefilada con una reducción de 1.6 mm da una señal aproximadamente 50 por ciento mayor que una trefilada con la reducción normal de 0.8 mm, y una reducción de 3.2 mm da aproximadamente 90 por ciento más. El material de barra inspeccionado por estos sistemas va de 4.8 a 140 mm de diámetro, y la bobina secundaria debe dimensionarse de modo que su diámetro interior sea 3.2 a 6.4 mm mayor que la barra.

La otra propiedad es que un sistema de permeabilidad no puede inspeccionar los extremos de una barra. A medida que los extremos delantero y trasero entran y salen del campo magnético, el campo se distorsiona, y la longitud perdida en cada extremo aumenta con el diámetro de la barra. A la velocidad de línea promedio de 37 a 46 m/min, las cifras publicadas son las siguientes.

Longitud no inspeccionada en cada extremo de una barra en un sistema de permeabilidad, reproducido de Nondestructive Inspection of Steel Bar, Wire and Billets en ASM Handbook, Volume 17. Este efecto de extremo es la razón por la que un informe de detección de defectos en barras normalmente se cita para el cuerpo de la barra en lugar de para la longitud total.

Por qué el palanquilla es más difícil de inspeccionar que la barra

Un palanquilla es menos uniforme en sección y rectitud que una barra y su superficie es más rugosa, lo que dificulta tanto el montaje como la lectura. La superficie generalmente se prepara primero, mediante decapado en ácido caliente o granallado, aunque la cascarilla fuertemente adherida no interfiere hasta que es lo suficientemente gruesa como para embotar el método. La inspección por partículas magnéticas de palanquilla generalmente se realiza en húmedo y fluorescente, y el campo de fuga no es uniforme en una cara plana, ya que es más fuerte en el centro de la cara y casi ausente en las esquinas.

El nivel de magnetización para un palanquilla sigue una regla general que vale la pena conocer cuando se cita un informe según una especificación. Aproximadamente 1000 Adc por 25 mm de diámetro del material es satisfactorio para la mayoría de las inspecciones críticas, lo que corresponde a un campo superficial equivalente de aproximadamente 1,2 veces 10 a la cuarta A por m, o 157 Oe. La mayoría de las inspecciones prácticas de palanquillas grandes se ejecutan a menos de la mitad de eso. El tamaño de partícula se elige en función del defecto que importa, y para palanquilla laminada, donde las grietas de más de aproximadamente 0,64 mm son las significativas, se utilizan partículas de aproximadamente 10 a 50 micrómetros para que las indicaciones grandes destaquen y las muy menores se ignoren.

En el producto de colada continua los defectos cambian de carácter. Las bolsas de escoria son inclusiones cercanas a la superficie, que generalmente se encuentran dentro de una capa de 2,5 mm de profundidad bajo la superficie, y van desde menos de 0,8 mm hasta 3,2 a 6,4 mm de diámetro. Las grietas en el producto de colada continua son profundas y cerradas y pueden correr con las marcas de oscilación o a través de ellas. Debido a que los defectos son más subsuperficiales y más anchos que una grieta de laminación, el nivel de magnetización generalmente tiene que ser más alto que para palanquilla laminada.

La inspección por corrientes de Foucault de palanquilla tiene una clara ventaja sobre las partículas magnéticas, que es que no depende del juicio de un operador, y alcanza las esquinas de la sección tan exhaustivamente como las caras planas. No puede usar una bobina envolvente, porque un palanquilla cuadrado no puede pasar a través de una, por lo que utiliza una unidad de sonda rotativa montada en un tambor y sostenida contra la cara por un patín de desgaste y rodillos de resorte. La velocidad de la sonda sobre la superficie debe mantenerse dentro de una banda de trabajo, y el óptimo publicado para esa prueba es de 25 a 43 m/min, ya que por debajo de la banda la lectura de profundidad del defecto se vuelve inconsistente y por encima de ella la electrónica produce ruido objetable.

Grados y existencias

Los tipos de defectos que estos métodos buscan se describen uno por uno, con una ilustración de cada uno, en la página de defectos de barras de acero. El examen de baja magnificación que muchos talleres realizan junto con la detección de defectos se expone en la página de macroataque y segregación de carburos, y la forma en que se entrega una barra y cuál debe ser su condición superficial está en la página de condición de entrega de barras.

Un informe de detección de defectos es un documento dentro del paquete, y los límites de aceptación escritos en el pedido son contra los que se mide. El conjunto de verificación más amplio, incluido el propio informe de ensayo, se recopila en la página de verificación de calidad del acero para herramientas. Cuando el defecto debe dimensionarse una vez encontrado, el lado de medición está en la página de inclusiones y tamaño de grano.

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