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UNIDAD III

Ensayo de Materiales

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ndiceUnidad III: Ensayo de Materiales

1. OBJETIVO DEL ENSAYO DE MATERIALES ................................................................... 12. ENSAYOS DE DUREZA ............................................................................................... 1

2.1. ENSAYOS DE DUREZA POR PENETRACIN......................................................... 13. ENSAYO DE TRACCIN ............................................................................................. 74. ENSAYOS DE TRACCIN EN EL CAMPO ELSTICO ...................................................... 9

4.1. LMITE DE ELASTICIDAD.................................................................................. 95. ENSAYOS DE TRACCIN EN EL CAMPO PLSTICO ...................................................... 9

5.1. ALARGAMIENTO..............................................................................................105.2. ESTRICCIN ...................................................................................................115.3. RESISTENCIA A LA ROTURA ............................................................................115.4. ENSAYO DE IMPACTO......................................................................................11

6. ENSAYOS NO DESTRUCTIVOS ..................................................................................126.1. INTRODUCCIN..............................................................................................126.2. IMPORTANCIA.................................................................................................126.3. CLASIFICACIN ..............................................................................................136.4. DETECCIN DE FALLAS POR MEDIO DE ENSAYOS NO DESTRUCTIVOS ..............13

7. ENSAYOS NO DESTRUCTIVOS ..................................................................................147.1. GENERALIDADES.............................................................................................147.2. ENSAYOS POR TINTES PENETRANTES..............................................................147.3. PRINCIPIOS DE INSPECCION CON LIQUIDOS PENETRANTES.............................157.4. SISTEMA PENETRANTE NO SOLVENTE REMOVIBLE...........................................167.5. LOS MATERIALES DE LOS LIQUIDOS PENETRANTES .........................................19

8. ENSAYOS MAGNETICOS ...........................................................................................208.1. PRINCIPIO BASICOS DEL EXAMEN DE PARTICULAS MAGNETICAS .....................218.2. MATERIALES...................................................................................................228.3. REALIZACION DEL ENSAYO .............................................................................23

8.3.1. METODO SECO.....................................................................................238.3.2. METODO HUMEDO ...............................................................................24

9. ENSAYOS POR ULTRASONIDO ..................................................................................259.1. TIPOS DE ONDAS ULTRASONICAS ...................................................................25

9.1.1. ONDAS LONGITUDINALES O DE COMPRENSION ....................................259.1.2. ONDAS TRANSVERSALES O DE CORTE ..................................................26

9.2. PROPIEDADES DE LAS ONDAS .........................................................................279.3. TRANSDUCTORES ...........................................................................................289.4. MEDIOS DE ACOPLAMIENTO............................................................................289.5. APLICACIONES DE LAS TECNICAS DEL ULTRASONIDO......................................299.6. VENTAJAS DE LAS PRUEBAS ULTRASONICAS....................................................299.7. LIMITACIONES DE LAS PRUEBAS ULTRASONICAS.............................................309.8. COMPARACION ENTRE RAYOS X Y RAYOS GAMA ..............................................32

10. PRUEBA DE FISURAS (TINTES PENETRANTES) ..........................................................3211. PRUEBAS CON RAYOS ROENTGEN ............................................................................3412. ENSAYOS MAGNTICOS ...........................................................................................3413. PRUEBA DE ULTRASONIDO ......................................................................................3514. Ondas snicas..........................................................................................................3515. ENSAYO POR ONDAS SUPERSNICAS .......................................................................3516. RESUMEN................................................................................................................35

Tecsup Virtu@l Tecnologa de los Materiales

Pag. 1 Unidad III

UNIDAD III

ENSAYO DE MATERIALES

1. OBJETIVO DEL ENSAYO DE MATERIALES

Con el ensayo de materiales deben determinarse los valores de resistencia, verificarse laspropiedades y determinarse el comportamiento de aquellos bajo la accin de influenciasexternas.En los ensayos tecnolgicos se investiga el comportamiento del material durante sumecanizado (corte, conformado).En los ensayos mecnicos se investiga especialmente la resistencia del material a ladeformacin y a la rotura. De acuerdo con la accin de la fuerza que acta se distingue lasolicitacin a traccin, compresin, flexin y cortadura. Los valores de la resistencia sondistintos segn que la solicitacin aumente en forma continua o bruscamente.

Es importante mencionar que los ensayos se clasifican en destructivos y no destructivos, loscuales involucra la decisin de daar el material o no, adems nos permiten alcanzar unaserie de aplicaciones industriales.

En el caso de ensayos en el taller, estos no dan resultados numricos sino que indicansolamente el comportamiento del material durante su mecanizacin o una comparacinentre dos o ms materiales, como para determinar quin es ms duro mediante el rayadoentre ellos.

2. ENSAYOS DE DUREZA

CONCEPTOSA. Resistencia a la abrasin.

1. Frotamiento o rodadura.B. Resistencia al rayado.

2. Ms utilizado en mineraloga.3. Escala MOHS: MENOS DURO = TALCO; ms DURO = DIAMANTE.

C. Resistencia al REBOTE.1. Escleroscopio SHORE.2. Martinete con diamante en la punta.

D. Resistencia a la penetracin.1. Material indentado o penetrado por otro.2. Posibilita estimar la resistencia a la traccin.

2.1. ENSAYOS DE DUREZA POR PENETRACIN

PENETRADORFUERZA (P) HUELLA NDICE DE DUREZA f(P,f d)TIEMPO (t) Dimetro huella

Profundidad huella


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MTODO BRINELL

Respecto a las cargas, tienen que ser proporcionales al cuadrado del dimetro, paraque las huellas obtenidas sean semejantes y los resultados, comparables.

Es decir P = K x D2

El coeficiente K empleado depende de la clase de material, siendo mayor para losmateriales duros y menor para los materiales blandos.

Para esto, los coeficientes elegidos han sido:

Hierro y aceros..........................................K = 30Cobre, bronces y latones........................... K = 10Aleaciones ligeras......................................K = 5Estao y plomo..........................................K = 2,5

Tambin se emplean aunque menos los coeficientes 1,25 y 0,5 para materiales muyblandos.

CUADRO N1DIMETRO DE LAS BOLAS Y PRESIONES EMPLEADAS EN EL ENSAYO BRINELL

CONSTANTES DE ENSAYO K

ESPESOR DE LA Dim. de la bolamm 30 10 5 2,5 1,25

CARGAS EN kg

30D2 10D2 5D2 2,5D2 1,25D2

Superior a 6 mm 10 3000 1000 500 250 125De 6 a 3 mm 5 750 250 125 62,5 31,2

Menor de 3 mm 2,5 187,5 62,5 31,2 15,6 7,81,25 46,9 15,6 7,81 3,91 1,99

0,625 11,7 3,91 1,953 0,977 0,488

Ensayo de dureza Brinell


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MATERIAL TIEMPO

HIERRO Y ACERO 10 a 30 segCOBRE, BRONCES Y LATONES 30 segALEACIONES LIGERAS 60 a 120 segESTAO Y PLOMO 120 segMATERIALES MUY BLANDOS 120 seg

Como orientacin damos la dureza Brinell de algunos materiales:

Acero de herramientas templado..........500Acero duro (0,8% de Carbono)............210Acero dulce (0,1% de Carbono)...........110Bronce...............................................100Latn...................................................50Aluminio.............................................25 a 30

CUADRO N2FACTORES PARA EL CLCULO DE LA RESISTENCIA ALA TRACCIN PARTIENDO DE LA DUREZA BRINELLAcero al carbono 0,36Acero aleado 0,34Cobre y latn 0,40Bronce 0,23

MTODO ROCKWELL

Se basa tambin en la resistencia que oponen los materiales a ser penetrados, enfuncin de la profundidad de la huella.La mquina Rockwell aparece en 1924.Los penetradores pueden ser billas o diamantes aplicadas con diferentes cargas segnel material y su espesor.En total existen 21 escalas para 21 combinaciones de penetradores y cargas que sedan segn el cuadro 3.


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CUADRO N 3ESCALAS DE DUREZA ROCKWELL (AFRAIZ)

Cargamenor

Cargamayor

Escala delcomparadorEscala

Desig.Tipo deprueba

Tipo ytamao delpenetrador kg kg Color Colocac. Aplicaciones

A Normal Cono dediamante 10 60 negro fuera

Aceros nitrurados, flejesestirados en fro, hojas deafeitar. Carburos metlicos(90 a 98).

B Bola de1/16 100 rojo dentroAceros al Carbono recocidosde bajo contenido decarbono.

C Cono dediamante 150 negro fueraAceros duros. Durezasuperior a 100 HRb o 20HRc.

D Cono dediamante 100 negro fuera Aceros cementados.

E Bola de1/8 100 rojo dentroMateriales blandos, comoantifriccin y piezasfundidas.

F Bola de1/16 60 dentro Bronce recocido.

G Bola de1/16 150 dentroBronce fosforoso y otrosmetales.

H Bola de1/8 60 dentroMetales blandos, con pocahomogeneidad, fundicin dehierro.

K Bola de1/8 150 dentroMetales duros, con pocahomogeneidad, fundicin dehierro.

L Bola de1/4 60 dentro

M Bola de1/4 100 dentro

P Bola de1/4 150 dentro

R Bola de1/2 60 dentro Metales muy blandos.

S Bola de1/2 100 dentro

V Bola de1/2 150 dentro

15-N Superf. Cono dediamante 3 15 dentro

Aceros nitrurados,cementados y deherramientas de grandureza.

30-N Cono dediamante 30 dentro

45-N Cono dediamante 45 dentro

15-T Bola de 15 dentro Bronce, latn y acero


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1/16 blando.

30-T Bola de1/16 30 dentro

45-T Bola de1/16 45 dentro

Existen 2 clases de mquinas:Para materiales gruesos................escalas A, B, C, D, E, F, G, H, K, L, M, P, R, S y V.Para materiales finos.....................escalas 15-N, 30-N, 45-N, 15T, 30-T, 45-T.

Ambas mquinas llevan una escala con nmeros negros para las mediciones conpunta de diamante y otra escala con nmeros rojos para las mediciones realizadascon bolas.

Las cargas se aplican en dos tiempos. En la mquina normal primero se aplica unacarga de 10 kg. Poniendo a continuacin el indicador que mide la penetracin a cero.Despus se completa la carga hasta llegar al total del ensayo. Si, por ejemplo, estacarga es 100 kg, se deber poner 90 kg ms. Se quita despus la carga adicional osea, 90 kg del ejemplo y la profundidad restante del cuerpo penetrante es la que setoma para calcular la dureza.

El nmero de dureza se determina deduciendo de 100, si se ensaya con diamante y e130, si se ensaya con bola, las unidades de penetracin permanente medidas en 0,2mm.No es necesario hacer ningn calculo puesto que se lee directamente en la esfera delaparato.

0,2

0

100

10 5010 10

1

2

3

78

9

0,2

0

1006

7

8 (e)

Superficie de la pieza a ensayar

Pto. de partida de la medicion

9 (HRc)


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ESQUEMA DE LOS ENSAYOS ROCWELL A Y C

N ROCKWELL A ROCKWELL C

1 ngulo de la punta del diamante =120 ngulo de la punta del diamante = 120

2 Radio de redondeo de la punta delcono = 0,2 mmRadio de redondeo de la punta del cono =0,2 mm

3 Po Carga previa = 10 kg. Carga previa = 10 kg.

4 P1 Carga adicional = 50 kg. Carga adicional = 140 kg.

5 P Carga total = 60 kg. (P = Po + P1) Carga total = 150 kg. (P = Po + P1)

6 Penetracin de la carga previa (puntode partida de la medicin)Penetracin de la carga previa (punto departida de la medicin)

7 Penetracin total actuando la cargaadicionalPenetracin total actuando la cargaadicional

8 e Penetracin permanente despus dequitar la carga adicionalPenetracin permanente despus de quitarla carga adicional

9 HR Dureza rockwell A = 100 - e (HRa) Dureza rockwell C= 100 - e (HRc)

MTODO VICKERS

Se deriva directamente del mtodo Brinell, fue introducido en 1925 y se empleamucho, sobretodo, para piezas delgadas y templadas, con espesores mnimos hasta de 0,2 mm.

Si P es la carga aplicada y S la superficie de la huella, la dureza Vickers ser.

HV = P / S

Obtenindose finalmente.

HV = 1,854 P/d2

3. ENSAYO DE TRACCIN

Este ensayo nos permite determinar la curva esfuerzo - deformacin de cada material dondepodremos determinar sus caractersticas plsticas, elsticas y de tensin que pueda soportarel material.El ensayo de traccin se realiza sobre una barra confeccionada con el material que se deseaensayar. Con el objeto que en cada ensayo se obtengan resultados comparables, lasdimensiones de las probetas han sido normalizadas.La relacin entre la longitud de medicin y el dimetro es de:

L/D = 5:1L/D = 10:1


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En el caso de probetas rectangulares, para que exista la misma relacin entre la longitud demedida y la superficie de la seccin transversal, las probetas deben ser proporcionales.La curva del ejemplo, nos muestra nos muestra el comportamiento de un acero de mediocarbono que es cargado lentamente en traccin.

Al empezar el ensayo, las cargas aumentan proporcionalmente con el alargamiento, hasta elpunto P, el cual es llamado lmite de proporcionalidad.Desde aqu, al aumentar la carga, el alargamiento se hace ms rpidamente hasta el puntoE llamado lmite elstico, donde el acero recobra su longitud primitiva, si se suprime lacarga. Pasado este punto el material exhibe deformacin plstica cuya naturaleza inicialvara con los materiales. El paso del intervalo plstico al elstico puede ser discontinuo(como en el acero de construccin) o continuo (como en el Fe fundido, acero aleado ymetales no frricos). En el lmite de alargamiento o de fluencia (s) el material fluye, esdecir se alarga sin elevacin de carga hasta que la estructura se halla consolidado.

Si se aumenta la carga por encima de este lmite de fluencia, se produce un alargamientoque progresa rpidamente hasta el lmite de traccin (B). Este lmite nos da el mximovalor de tensin hasta el cual se puede cargar al material y se denomina Resistencia a latraccin del material.El lmite elstico y la resistencia a la traccin constituyen los fundamentos de la mayora delos clculos de resistencia.Despus de sobrepasar el lmite de traccin (B), la tensin referida a la seccin rectaprimitiva disminuye. En el sitio por donde rompe la barra se produce un estrechamiento conlo que su seccin transversal disminuye fuertemente. La barra se sigue alargando sinaumento de carga hasta que finalmente rompe en el punto Z llamado lmite de rotura.El punto Z, proyectado sobre el eje de las abcsisas del diagrama nos da el alargamientode rotura () en porcentaje de la longitud primitiva de medicin (Lo).

Para los materiales que no poseen un lmite de alargamiento (s) claramente definido (comoen el acero duro, el cobre, el zinc) es decir, su curva mantiene una marcha continua sininflexin alguna, se considera como el lmite 0,2 como el lmite de alargamiento. Este es elpunto para el que se produce un alargamiento permanente del 0,2% respecto a su longitudinicial Lo. Se determina mediante una paralela al trazo recto de la curva en su parte inicial.En las probetas se hacen dos marcas entre las cuales se mide la longitud que se denominacalibrada.

Para que los resultados de los ensayos sean comparables, las probetas deben sergeomtricamente semejantes, slo as, bajo las mismas cargas se obtendrn deformacionesproporcionales.Es decir, si L es la longitud de la parte calibrada y S la seccin constante, se deber cumplir:

L = K S

La probeta normal DIN tiene un dimetro de 20 mm, una seccin de 314 mm2 y unalongitud entre puntos de 200 mm, o sea: L = 10d.El coef. K ser igual a:

K = 200 = 10,3 314

Los ensayos de traccin, compresin y flexin se realizan con una mquina universal Amslero similar, cuyo mbolo movido hidrulicamente produce tracciones, compresiones y


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flexiones aplicando cargas deseadas a la probeta colocada y sujeta en la mquina por mediode mordazas adecuadas.

4. ENSAYOS DE TRACCIN EN EL CAMPO ELSTICO

Cuando una barra se somete a un esfuerzo de traccin, sufre un alargamiento cuya relacinde proporcionalidad queda definido por el mdulo de Young o mdulo de elasticidad.

E = P / S = l / l

Ejemplo: una probeta de seccin de 150 mm2 y de longitud entre puntos de 100 mm, essometida a un esfuerzo de traccin lento y progresivo que le produce una deformacinelstica de 0,1 mm cuando el esfuerzo de traccin total es de 3 000 kg. El mdulo elsticoser:

E = 3 000: 150 = 20 000 0,1: 100

El mdulo de Young es aproximadamente 20 000 para todos los aceros, cualquiera que seasu composicin y estructura, no siendo las variaciones superiores a 10% y se siguenincrementando las tensiones a la probeta, llega un momento en que los alargamientos dejande ser proporcionales a la carga aplicada. Hay un punto en el que pareciera que haydesconexin molecular y con incrementos de carga ms pequeos se producenalargamientos mayores.

4.1. LMITE DE ELASTICIDAD

En la prctica es muy difcil determinar este lmite, as es que se acepta como lmiteelstico el valor de carga que rebasa ligeramente la elasticidad, produciendo unadeformacin perfectamente medible. En general se emplea el lmite elstico 0,2; quese expresa como E0,2 y es la tensin que produce una deformacin permanente el0,2% de la longitud inicial. El lmite elstico tiene una gran importancia en losproyectos mecnicos, no slo para el clculo de muelles, que son los elementoselsticos por excelencia, sino para el clculo de toda clase de elementos, aparatosmquinas y estructuras, pues se ha de tener en cuenta que las piezas se dimensionanbajo el lmite de elasticidad, ya que no interesa que adquieran deformacionespermanentes.

5. ENSAYOS DE TRACCIN EN EL CAMPO PLSTICO

A partir del punto fs, que es lmite superior de fluencia, los alargamientos aumentan sinnecesidad de aumentar la carga hasta un punto fi denominado lmite inferior de fluencia. Apartir de este punto vuelve a ser necesario aumentar la carga durante un periodo que seconoce por el nombre de periodo de fortalecimiento, hasta alcanzar un valor mximo detensin R, que se denomina tensin de rotura, aunque la rotura no se produzca en estepunto sino despus de un periodo durante el cual la probeta se estira rpidamente,reducindose sensiblemente su seccin hasta que se produce la rotura bajo un esfuerzomenor que la tensin antes citada.


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5.1. ALARGAMIENTO

El ensayo de traccin para la determinacin del alargamiento se realiza aumentandoaproximadamente la tensin en 1 kg/mm2 por segundo, de manera que se produzcanalargamientos mximos de 0,3% por minuto en el periodo elstico. En el periodoplstico, la velocidad de aumento de carga no ser superior a la que produzca unadeformacin por minuto igual al 25% de la distancia entre puntos. Si no interesahallar el lmite de elasticidad, puede mantenerse esta misma velocidad durante todo elensayo.Una vez rota la probeta, se unen las dos partes y se mide la distancia entre marcas. Elalargamiento es:

A = L1 - L0 x 100 L0

siendo L0 la longitud inicial o distancia entre marcas de la probeta y L1, su longitudfinal.

El alargamiento ser tanto menor cuanto ms cerca se halle de los extremos, es poresto que la frmula anterior slo es aplicable cuando la rotura se produzca en el terciocentral de la probeta.Pueden, sin embargo, utilizarse todos los ensayos de alargamiento, aunque serompan fuera del tercio central segn:

A = l + l + l - L0 x 100 L0

donde:l = A la distancia de la seccin de rotura a la ultima marca ms cercana.l= A la distancia de la seccin de rotura a la marca nmero 10, hacia el extremoopuesto de la marca anterior.l= A la longitud de un nmero de marcas igual a las que halla e la 10 al final de laprobeta, pero medidas en sentido contrario.

21 3 4 5 6 7 8 9 101 023 1 2 3 4

l'''

l''l'

l = l' + l'' + l''' - Lo


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5.2. ESTRICCIN

Es la disminucin de la seccin en la fractura de una probeta rota por alargamiento.Se expresa en % de seccin inicial o sea:

= S0 - S1 x 100 S0

siendo S0 la seccin inicial y S1 la seccin de rotura.Cuando los materiales son poco dctiles o cuando sus estructuras estn bajo tensin,la rotura se produce bruscamente despus de la deformacin elstica sin deformacinaparente de la seccin.Si el material es dctil, la probeta disminuye sensiblemente en las proximidades de laseccin de rotura.La frmula de estriccion queda definida tambin por:

= S0 - S1 x 100 = D02 - D12 x 100 S0 D02

Siendo D0 el dimetro inicial y D1 el dimetro de la seccin rota.

5.3. RESISTENCIA A LA ROTURA

La resistencia a la rotura no es una propiedad, sino el resultado de un ensayo que dala tensin o carga necesaria por unidad de seccin para producir la rotura del metalensayado. Se valora en kg/cm2 o en kg/mm2.La rotura de un material puede producirse por traccin, compresin, torsin ocizallamiento, habr una resistencia a la rotura por traccin, compresin, torsin ycizallamiento. Si denominamos R a la resistencia a la rotura del material tenemos que:

R = E + P

donde E es el lmite elstico del material y y P la carga que es preciso suplementar enla zona plstica a E para producir la rotura del materia.A veces conviene que los metales tengan una zona plstica de reserva, cuya carga Ppueda absorber sobrecargas accidentales que deformaran al metal, pero que nollegarn a romperlo si no rebasan la carga P.Los parachoques de los automviles son, en general, de acero y los pequeos golpeslos encajan sin deformarse permanentemente, porque no rebasan su lmite elstico.Pero si un automvil choca violentamente contra un rbol, el parachoques sedeforma, pero en general, no se rompe, porque absorbe en su zona plstica lasobrecarga accidental.

5.4. ENSAYO DE IMPACTO

Este ensayo consiste en romper de un solo golpe, con la ayuda de una mquinaespecial cuyo martillo se mueve en trayectoria pendular, una probeta de dimensionesdeterminadas con una entalladura para facilitar la rotura.A la energa consumida en la rotura de la probeta se le denomina resiliencia y sedesigna con las letras o K y se calcula de la siguiente forma:


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Siendo:S = la seccin de la probeta.l = Longitud del pndulo.P = Peso del martillo.

6. ENSAYOS NO DESTRUCTIVOS

6.1. INTRODUCCIN

El aprovechamiento cada vez mayor de los materiales y por ende, de los elementoselaborados con los mismos, convierte en obligatorio el control de toda la produccin yno slo de los especmenes ensayados de acuerdo con el muestreo estadstico. Dichoensayo, por su propia ndole, puede resultar totalmente satisfactorio, a pesar deexistir un gran porcentaje de piezas falladas, debido a que por los mtodos avanzadosde clculos y los coeficientes de seguridad ms bajos, dichas piezas con lasimperfecciones internas, no poseen el margen de seguridad necesario para hacerfrente, con xito, a cualquier contingencia.

6.2. IMPORTANCIA

En todo proceso industrial existen varias fases que hacen necesaria la intervencin dealgn tipo de ensayo no destructivo. Cada proceso de elaboracin de un ciertoproducto impone realizar el control de fabricacin mediante el cual se pueden detectaraquellos elementos que presentan fallas.Dicho proceso de fabricacin se puede efectuar: Durante la fase de elaboracin, por el fabricante, quien de ese modo se cie a las

normas de elaboracin ya sean generales o particulares, que tienen en cuenta lascondiciones que impone el mercado.

= T/ST = P x (h - h) = P x l (cos - cos)

40

55

R2

16

30

3 2

5


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Durante la fase de recepcin, por el usuario, quien realiza una inspeccin delproducto, de acuerdo a las normas generales o las clusulas particularesconvenidas de antemano por l y el fabricante.Los dos controles citados permiten la deteccin inmediata de las piezas falladas,de modo tal que estas puedan ser retiradas antes de ponerlas en servicio para sermejoradas o destruirlas.

6.3. CLASIFICACIN

Los ensayos no destructivos se pueden clasificar en ensayos no destructivos de cortaduracin y en ensayos no destructivos de larga duracin.Los primeros realizan determinaciones en un momento especifico, de duracinreducida. Pueden o no repetirse de acuerdo con las necesidades o la ndole delmaterial o la estructura.Los ensayos no destructivos de larga duracin son aquellos que se prolongan en eltiempo y sirven de elemento de control y vigilancia permanentes del funcionamientode mquinas y de estructuras.

6.4. DETECCIN DE FALLAS POR MEDIO DE ENSAYOS NO DESTRUCTIVOS

Los principales ensayos no destructivos tienen por finalidad descubrir y ubicardefectos o fallas que se originan en el interior de los materiales y las piezas fabricadascon dichos materiales.Las fallas principales que suelen presentarse en los productos metlicos son: Costuras, es decir, grietas longitudinales originadas durante el laminado de barras,

chapas, etc. Grietas de temple, que son aquellas que se originan en los procesos de

tratamiento trmico, por ejemplo, en zonas de cambio de tensin. Fallas superficiales, que son las que aparecen en la superficie, aunque suelen ser

invisibles a simple vista. Fallas superficiales, que son las que se presentan en forma de porosidades e

inclusiones por debajo de la superficie de los elementos. Grietas por fragilizacin y fatiga, que se originan por accin qumica y

envejecimiento mecnico por solicitaciones dinmicas reiteradas con o sin procesode corrosin.

Los ensayos con los que se cuenta para la deteccin de fallas se pueden agrupardel modo siguiente: Ensayos macroscpicos. Ensayos magnticos. Ensayos magneto-acsticos. Ensayos electromagnticos. Ensayos sonidos. Ensayos ultrasnicos. Ensayos por medio de rayos X (exografa). Ensayos por medio de rayos gamma (gammagrafa).

Si se toma como base la profundidad de penetracin de cada uno de estosprocedimientos de ensayos en los metales Fe, Cu y Al, se puede establecer lasiguiente comparacin en lo que respecta al alcance de cada uno de ellos.

> 1,5 mm< 10 000 um Fe-Al-C< 300 mm < 200 mm Fe Cu


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20 - 100 mm Fe20 - 100 mm 50 - 300 mm Fe Al< 30 mm < 50 mm Fe Al8 - 20 mm Fe10 - 100 mm 5 - 50 mm Fe Cu1 - 5 mm Fe1 - 50 mm Fe50 - 500 mm Fe

7. ENSAYOS NO DESTRUCTIVOS

7.1. GENERALIDADES

Los ensayos de defectos tienen por objeto descubrir y localizar defectos en lasuperficie o en el interior de los materiales. En general, se aplican estos ensayos apiezas terminadas y, por tanto, no deben daar ni dejar ninguna huella. Estos ensayosson muy tiles y se aplican extensa y sistemticamente no slo para el examen de laspiezas o productos terminados, sino tambin en gran escala para revisarperidicamente piezas que estn en servicio.

Los principales ensayos de defectos son los siguientes:

Ensayos por tintes penetrantes. Ensayos magnticos. Ensayos ultrasnicos. Examen por rayos X. Examen por rayos gamma.

7.2. ENSAYOS POR TINTES PENETRANTES

La inspeccin con lquidos penetrantes es un mtodo de deteccin e indicacin dediscontinuidades en la superficie de materiales relativamente no-porosos. Lapermanencia del penetrante en la discontinuidad luego que este ha sido removido dela superficie, nos proporciona una indicacin por el contraste con el fondo parejo. Elobjetivo del mtodo de inspeccin con el lquido penetrante es el de detectar ladiscontinuidad (grietas, porosidades, hendiduras, pliegues o la evidencia deimperfecciones en la superficie) rpida y econmicamente con un alto grado deprecisin. Los mtodos comunes de inspeccin con lquidos penetrantes incluyen tantola observacin visual directa como los sistemas fluorescentes en los que la indicacines su propio recurso de visualizacin.

La inspeccin con lquidos penetrantes es el mejor mtodo para encontrar lasdiscontinuidades expuestas en la superficie de materiales no-magnticos. El adecuadopre-acondicionamiento de la superficie permitir la deteccin de casi todas las


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indicaciones menos de las extremadamente estrechas o excesivamente superficiales.Algunas de las ventajas de este sistema son:

Extremadamente sensibles a las indicaciones de la superficie. Poco costo del material y equipo. Proceso relativamente sencillo y excento de dificultades. La geometra de la pieza no es un problema particular.

Algunas de las desventajas son:

Las discontinuidades deben estar abiertas a la superficie. La inspeccin es bastante confusa. El costo de la inspeccin es relativamente alto debido al tiempo de procesamiento. No es un mtodo fcil para producir el registro permanente.

7.3. PRINCIPIOS DE INSPECCIN CON LQUIDOS PENETRANTES

La inspeccin con lquidos penetrantes es un proceso para encontrar lasdiscontinuidades abiertas a la superficie en un slido esencialmente no-poroso. Estaes aplicable a todos los materiales homogneos excepto aquellos que tienen unanaturaleza excesivamente porosa donde el penetrante flotara y rebalsara de toda lasuperficie. Su uso en dichos materiales resultara en un color total que cubrira todaslas discontinuidades individuales. La prueba de lquidos penetrantes es, entonces, msadaptable para la inspeccin de todo tipo de grietas, porosidades, laminaciones, faltade ligaduras en los bordes expuestos de los materiales soldados en la superficie ypara filtraciones en las tuberias, soldaduras de tanques y cosas parecidas. Esta hasido usada con excelentes resultados en materiales ferrosos y no ferrosos, cermica,productos de polvo metlico y vidrio, as como en algunos materiales plsticos. Elprincipio de inspeccin es bastante sencillo. Consiste en tres pasos bsicos:

La aplicacin del penetrante en la superficie a inspeccionar. La remocin del exceso del penetrante. La aplicacin del revelador, sin importar el tipo de penetrante (fluorescente o

visible) o el procedimiento especfico usado para la remocin del exceso depenetrante (frotacin manual, remocin con solvente, lavado con agua).

Desafortunadamente, algunos refinamientos de estos pasos bsicos son necesariospara asegurar que el proceso sea confiable, reproducible y suficientemente sensiblepara el propsito buscado. Para lograr esto, el simple proceso de tres pasos esampliado como sigue:

Pre-limpieza y secado de la superficie a inspeccionar. Una superficie contaminadano nos dar indicaciones del penetrante reproducible.

Aplicar el penetrante, permitiendo un suficiente tiempo de permanencia para queel penetrante se introduzca a las superficies por medio de la accin capilar.


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7.4. SISTEMA PENETRANTE NO SOLVENTE REMOVIBLE

Remover el exceso de penetrante con uno de los siguientes modos:

El lavado con agua, si el penetrante es auto-emulsionable o lavable con agua. La aplicacin de un emulsor, otorgndole un tiempo de permanencia, seguido de

un lavado. Se requiere del emulsor para hacer del penetrante un aceite tan solubleen agua de manera parecida a la reaccin de detergente de cocina con la grasa.

La remocin del exceso de penetrante por frotacin manual, seguida si esnecesario, una frotacin final con pao humedecido con un removedor solvente.

1. Secar la superficie profundamente. En caso que se haya usado el lavado conagua para remover el exceso de penetrante, puede ser secado en un horno

a. El penetrante estando en la superficiese escurre dentro de la rayadura

b. El agua rociada remueve elpenetrante emulsificado

c. El revelador acta como un secadorpara sacar el penetrante de larajadura

d. La luz negra hace que el penetrantefosforezca en la oscuridad. Elpenetrante visible inspeccionadobajo la luz blanca.


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para reducir el tiempo. En este caso es necesario cuidarse de una excesivaexposicin a temperaturas altas que destien los tintes en el penetrante.

2. Aplicar el revelador, seco, hmedo, no-acuoso u otros como se prefiera, paraabsorber o extraer el penetrante atrapado en las discontinuidades hacia lasuperficie aumentando as, la visibilidad de las imperfecciones. Para algunospropsitos, el paso del revelador puede ser eliminado. Se ha encontrado quepara un mximo de sensibilidad en la deteccin de discontinuidades muy finas,el revelador definitivamente contribuye a la sensibilidad de los resultados.

3. Deteccin de las indicaciones. La interpretacin de las indicaciones y ladeterminacin de estas para saber si constituyen una causa de rechazo o derevisin, debe ser considerado como un paso esencial en el proceso. En cadauno de estos pasos bsicos, el juicio del elemento humano interfiere hastacierto grado, pero posiblemente tenga mayor peso en la evaluacin.

Los mismos pasos bsicos son empleados sin considerar el tipo de penetrante;ya sea fluorescente o visual.


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a. El Penetrante estando en lasuperficie se escurre dentro dela rajadura.

b. Emulsificador aplicado al penetrante.

c. El penetrante en la superficie yel emulsificador sonmezclados.

d. El agua rociada remueve el penetrante emulsificado.

e. El revelador acta como unsecador para sacar elpenetrante de la rajadura

f. La luz negra hace que el penetrantefosforezca en la oscuridad.El penetrante visible inspeccionado bajo laluz blanca

Sistema Penetrante Rost Emulsificable


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7.5. LOS MATERIALES DE LOS LQUIDOS PENETRANTES

Hablando de una manera amplia, existen dos clases de penetrantes: la clase de losvisibles y la de los fluorescentes. La clase visible puede ser examinada con luz blancaordinaria, mientras que la clase fluorescente puede ser excitada por la radiacinultravioleta y observada bajo la luz tenue.Aunque la sensibilidad de penetrantes visibles es cuestionada, estos han demostradotener una sensibilidad adecuada para muchas aplicaciones. La preferencia primariapor la indicacin fluorescente se sostiene en su relativo contraste con el fondo. Lospenetrantes visibles proporcionan una indicacin roja en el revelador de fondo blanco,mientras que los penetrantes fluorescentes proporcionan una fluorescencia amarillo-verdosa sobre un fondo oscuro. En cualquier caso, el operador tiene que estarentrenado para buscar indicaciones muy pequeas si estas son de inters. l puedenotar que en el caso de grietas diminutas o agujeros, puede distinguirse msfcilmente indicaciones fluorescentes que indicaciones de un color relativamente claro(rosado). En cualquier caso, la tcnica de aplicacin juega un papel importante en elresultado de la sensibilidad. Debe recordarse que en el anlisis final gran parte de lasensibilidad recae en el cuidado con el cual se ha conducido la prueba y la habilidaddel operador para detectar y evaluar las indicaciones resultantes. En resumen, unbuen penetrante debe tener las siguientes cualidades:

Penetrar prontamente las aberturas muy estrechas.

a. Ser capaz de mantenerse en las aberturas relativamente gruesas.b. No evaporarse o secarse muy rpidamente.c. Ser removido fcilmente de la superficie a la cual es aplicado.d. Aflorar de las discontinuidades cuando el revelador sea aplicado.e. Tener la habilidad de expandirse en capas muy delgadas como del borde de una

abertura muy estrecha.f. Tener gran brillantez de color o fluorescente, an cuando es esparcido en capas

muy delgadas.g. Tener permanencia de color al ser expuesto al calor, la luz solar o luz negra.h. Ser inactivo con respecto a los recipientes y a los materiales que estn siendo

probados.i. Ser inodoro.j. No ser inflamable.k. Ser estable en condiciones de almacenaje y uso.l. No txico.m. De bajo costo.

Los reveladores a base de solventes generalmente son usados en conexin a lospenetrantes de tintes visibles, pero tambin pueden ser usados con penetrantesfluorescentes. Normalmente este tipo de revelador es aplicado a la pieza luego que elpenetrante ha sido removido y la superficie secado y tiende ha mejorar la sensibilidaddel penetrante de manera bastante marcada. Su accin de secado rpido elimina lanecesidad de secar en horno despus de la aplicacin.


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Un buen revelador debe tener las siguientes caractersticas:

Elevada absorcin para asegurar un mximo de accin secante. De fcil dispersin para exponer la discontinuidad con una pequea cantidad de

penetrante que cubra una zona amplia de la superficie. Esto proporciona unafuerte indicacin con una definicin clara.

Proporciona un fondo constante para las indicaciones, particularmente en lospenetrantes de tintes visibles.

De aplicacin fcil, uniforme y rpida. Fcil de mojar para permitir que el penetrante se esparza sobre las partculas de la

superficie. No ser fluorescente si es usado con penetrante fluorescente. De fcil eliminacin luego que se complete la inspeccin. Ser inerte en relacin a los materiales que estn siendo inspeccionados o al equipo

usado. No txico. De bajo costo.

8. ENSAYOS MAGNTICOS

A fin de entender el magnetismo, es necesario un conocimiento bsico de la teoramolecular. Una pieza es magnetizada cuando algunas o todas sus molculas en el interior dela pieza estn alineadas.

Si la pieza de la figura tuviera que ser sometida a una inspeccin de partculas magnticas,sta tendra que ser magnetizada artificialmente - es decir, tendra que usarse una fuerzamagnetizadora externa a fin de alinear las molculas en el interior de la pieza. Una vezque las molculas estn alineadas, la pieza estar fuertemente magnetizada. ste fenmenoes causado por los electrones que se mueven a grandes velocidades, creando un campoelctrico que produce magnetismo. Por tanto, cuando los tomos constituyen molculas ylas molculas son alineadas se forma un fuerte campo magntico. Los materiales ferro-magnticos tienen la tendencia a captar este magnetismo fcilmente y a retenerlo en gradonotable.

a) Orientacin al azar de las molculas desmagnetizadas

b) Molculas alineadas y magnetizadas


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La habilidad de un material ferro-magntico de atraer otros materiales ferromagnticos sellama magnetismo. Las piezas de materiales ferromagnticos con esta habilidad se llamanmagnetos. Los magnetos se clasifican en: permanentes y temporales. Los materiales seclasifican en tres categoras:

Diamagnticos:Aquellos materiales que no pueden ser magnetizados.

Paramagnticos:Aquellos materiales que aceptan el magnetismo, pero solo levemente.

Ferromagnticos:Aquellos materiales que pueden ser fuertemente magnetizados y son apropiados para lainspeccin a travs de partculas magnticas.

La forma ms simple de un magneto permanente es la barra de magneto, que consiste enuna barra o varilla de material ferromagnico que contiene un polo Norte y un polo Sur. Elcampo magntico consiste en lneas de fuerza magntica. Estas lneas de fuerza tienen lassiguientes caractersticas:

1. Forman curvas cerradas.2. Se asemejan a bandas de caucho que se estiran y cambian de forma bajo la influencia

de cualquier campo magntico presente.3. Vuelven sobre s mismos y forman trayectorias cerradas.4. Nunca se cruzan.5. Buscan la trayectoria de menor resistencia.6. Estn cargados ms densamente en los polos.7. Fluyen de norte a sur fuera del magneto y de sur a norte dentro del magneto.

8.1. PRINCIPIO BSICOS DEL EXAMEN DE PARTCULAS MAGNTICAS

Cuando una barra de magneto que contiene un polo norte y un polo sur se parte orompe, se forman dos nuevos polos, como se muestra en la figura:

Cuando un medio magntico (partcula seca o suspensin lquida) es aplicado a lapieza y ocurre una distorsin de las lneas de fuerza, hay campos de dispersin y elmedio es atrado a esas reas en forma de armado. En el examen de partculasmagnticas ocurren dos fenmenos:Los cambios bruscos de permeabilidad distorsionan las lneas de fuerza de los camposen los polos.Cualquier material de examen ferromagntico ser atrado a esas reas y delinear elcampo de dispersin.

N S N S


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8.2. MATERIALES

Existen dos tipos de partculas disponibles para el uso con este mtodo de inspeccin,de acuerdo al vehculo o agente transmisor. El mtodo hmedo se usa un vehculolquido, mientras que en el mtodo seco las partculas son transportadas por aire.Estas partculas estn hechas de materiales magnticos. Son coloreadas para dar unbuen contraste de color con la superficie inspeccionada.Las partculas mojadas son mejor adaptadas para la deteccin de grietas finas de lasuperficie tales como grietas de fatiga. Usualmente son usadas en equipo estacionariodonde el bao puede usarse una y otra vez hasta que se contamine. Es posible usarlas partculas mojadas en operaciones de campo con un equipo porttil, pero engeneral esto no es aconsejable ya que debe tenerse mucho cuidado para agitarconstantemente el bao, lo que es muy difcil con un equipo porttil, pero en generalesto no es aconsejable ya que debe tenerse mucho cuidado para agitarconstantemente el bao, ya que es difcil con el equipo porttil. Las partculas secasson las ms sensibles para detectar defectos debajo de la superficie y usualmente sonusados con equipo de tipo porttil. No se recomienda reformar y usar nuevamente laspartculas secas.

Las partculas usadas en el mtodo seco estn en forma de polvo seco. Estndisponibles en los colores: rojo, negro y gris. Las propiedades magnticas y la medidade las partculas son similares en todos los colores, que hace a las partculas


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igualmente eficientes. La eleccin se hace entonces slo por el polvo que muestre odenuncie el mejor contraste sobre la pieza que se inspecciona.

Ya que las partculas secas dependen del aire para ser transportadas a la superficie dela pieza, se debe tener cuidado de aplicarlas correctamente. Las partculas debenafluir a la superficie para ser inspeccionadas tan suavemente como sea posible. Ellasno deben ser arrojadas forzadamente contra sta. Mientras ellas se muevan sobre lasuperficie magnetizada estarn libres para ser influenciadas por los campos dedispersin magntica y para formar indicaciones. Cuando el polvo es conducidoforzadamente a la superficie de la pieza, este no estar libre para ser atrado a loscampos de dispersin.

No se recomienda hacer rodar las piezas magnetizadas en polvo de la pieza. Cuandose usan partculas secas es importante observar el rea magnetizada mientras laspartculas son aplicadas a esta. Usualmente el operador puede ver formarse a lasindicaciones. Cuando se usa el mtodo del polvo seco, se debe recordar que unadistribucin irregular liviana del polvo magntico es el mejor tipo de revestimiento,una aplicacin pesada impedir el movimiento de las partculas hacia el campo dedispersin.

8.3. REALIZACIN DEL ENSAYO

8.3.1. MTODO SECO

Al aplicar el mtodo seco, las superficies de la pieza deben estarrazonablemente limpias de moho y escama. Igualmente deben estar secas ylibres de aceite y grasa, de otra manera las partculas de polvo no podrnmoverse sobre la superficie y alinearse segn las lneas de fuerza de loscampos magnticos aplicados.

Cuando la pieza se ha magnetizado, mediante cualquier mtodo, se sopla elpolvo seco. Esto se puede realizar con un aplicador de spray o depreferencia, con una pistola de polvo accionada por aire. El polvo sereorienta formando indicaciones a los ojos del inspector.

Cuando se usan yugos o ncleos magnticos es el campo y no la corriente elque fluye entre los puntos de contacto. Los polos del yugo son colocadosentonces a lo largo de la soldadura para localizar as las grietastransversales. Se encuentran los defectos longitudinales situando los polosdel yugo en lados opuestos de la costura de soldadura. Para el "picado" seusa casi universalmente la corriente rectificada de onda media. En cambio,con yugos se usa generalmente corriente alterna (AC), pero para algunasaplicaciones especiales se usa tambin corriente directa (DC).

En la prueba de una gran variedad de piezas fundidas se usa algunas vecesla unidad tipo banco, que viene provista para la magnetizacin mediantebobina o por pase directo de la corriente a travs de la pieza. Las grandesfundiciones son a menudo colocadas sobre soportes y la bobina esconformada arrollando un cable flexible a la pieza para magnetizacinlongitudinal o "picado" mediante contactos para magnetizacin circular.


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Comnmente se usa AC si la prueba por realizar es para localizar grietas defatiga en piezas que han estado siempre en la superficie, salvo casos muyraros y el efecto skin de AC es ventajoso.

Tanto la corriente rectificada de onda media como la AC, causan un vaivnde las partculas en la superficie, ayudando este movimiento en los camposmagnticos a conformar indicaciones para el inspector.

8.3.2. MTODO HMEDO

En el mtodo hmedo el bao est constituido por partculas magnticas ensuspensin, sea en petrleo ligero y destilado o en agua especialmenteacondicionada. Esta suspensin es rociada sobre la superficie de la piezamientras sta se magnetiza o despus de la magnetizacin, si es que se usael mtodo residual. En el ltimo caso, la pieza magnetizada puede sersumergida dentro del bao. La superficie debe estar limpia, seca yrazonablemente libre de aceite y grasa. Inmediatamente se puede realizar lainspeccin bajo luz blanca adecuada o bajo luz negra, cuando se usanpartculas fluorescentes.

Si se escoge el agua como vehculo de suspensin, se disea el equipo demodo que evite la corrosin elctrica excesiva, as como el peligro dedescarga elctrica para el operador.

Cuando se examinan muchas piezas endurecidas (por ejemplo, para localizargrietas de pulverizacin o tratamiento trmico) el mtodo residual es el msadecuado. Se pueden magnetizar rpidamente las piezas, con preferencia enun equipo automtico o semi-automtico y colocarlas en una bandeja ocanasta para su inmersin en el bao. No se deben dejar que las piezas setoquen unas a otras, debiendo con este fin, separarlas con sujetadores demadera o con otro material no magntico. Las piezas magnetizadas queestn en contacto unas con otras crean manchas locales de magnetismo,que retendrn parte de las partculas y causarn confusin en la inspeccin.

Muchas de las aplicaciones del mtodo hmedo se dan en piezas quepueden ser manipuladas en unidades de tipo banco, equipadas paramagnetizacin longitudinal y circular. El bao est contenido en un tanquedebajo de la mesa de trabajo y es agitado por una bomba. La bombatambin alimenta a toberas que rocan el bao sobre la pieza.


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9. ENSAYOS POR ULTRASONIDO

El sonido es producido por un cuerpo en vibracin, siendo el mismo resultado de la vibracinmecnica de partculas en posicin de equilibrio. Estas partculas no atraviesan, cuandosalen de la fuente de sonido, el material sometido a prueba. Es la energa producida, la cualhace vibrar las partculas y que se mueve progresivamente a travs del medio. Despus queun tambor ha sido golpeado, las vibraciones son transferidas o impartidas al aire que loenvuelve o rodea. El aire lleva consigo energa que puede ser escuchada. La capacidadauditiva humana tiene un rango de frecuencia desde 20 Hz hasta aproximadamente 20 KHz.

Las frecuencias sobre este rango se denominan como ultrasnicas. Desde que el odohumano no puede detectar esta frecuencia de energa, esta es transformadaelectrnicamente y observada con un aparato electrnico, usualmente una pantalla.

9.1. TIPOS DE ONDAS ULTRASNICAS

Hay cuatro formas de vibracin. Son las ondas longitudinales, transversales,superficiales y tipo placa.

Las dos ltimas son usualmente consideradas como variaciones de la misma forma deonda.

9.1.1. ONDAS LONGITUDINALES O DE COMPRESIN

El tipo de sonido que es odo, tal como el producido por el tambor es unaonda longitudinal. Consiste de "zonas" alternadas de compresin yrarefaccin a lo largo de la direccin de propagacin.

En esta forma de onda, las partculas que transmiten la onda, vibran enforma paralela a la direccin de la propagacin. La propagacin de estaforma de sonido es causada por la ligazn elstica entre las partculas, endonde cada partcula conforme se mueve desde su posicin de equilibrio,empuja o jala a las partculas adyacentes, las cuales a su turno transmitenesta energa a prximas adyacentes y as sucesivamente.

Esta forma de transmisin es una de las ms frecuentemente usadas enpruebas de ultrasonido. Esta onda es la ms fcilmente generada ydetectada. Casi todas las energas de sonido utilizadas en pruebas deultrasonido originan el sonido longitudinal y recin pueden ser convertidas aotras formas para pruebas de aplicaciones especiales.


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Esta forma de onda puede propagarse en slidos, lquidos y gases.

9.1.2. ONDAS TRANSVERSALES O DE CORTE

La otra forma de onda en importancia, en lo que concierne a pruebas ymedidas, es la onda de corte, llamada as porque el movimiento de lapartcula es transversal o a un ngulo determinado respecto a la direccin dela propagacin. Puede ser recordada ms fcilmente si es visualizado elhecho que el movimiento de las partculas corta o atraviesa la direccin de lapropagacin a un ngulo recto (90).Para que esta onda viaje a travs del material es necesario que cadapartcula posea suficiente atraccin sobre las partculas adyacentes de modoque cuando una partcula se mueva, jale a su vecina. En este tipo de ondahay un retraso inherente en el tiempo tal, que una onda de corte se propagaa casi la mitad de la velocidad con la que se propaga una onda longitudinalen el mismo material. Debido a sus velocidades ms lentas, las ondas decorte tienen longitudes de onda ms cortas que la misma frecuencia deondas longitudinales. Esta longitud de onda ms corta, hace que estas ondassean ms sensitivas a reflejos pequeos y consecuentemente son msfcilmente dispersados dentro del material.

Estas ondas existen, para todos los propsitos prcticos, solamente enslidos, porque la distancia entre las molculas, el medio de trayectoria libre,es tan grande en lquidos y gases, que la atraccin entre las partculas no essuficiente para permitir a una partcula mover a otra mas que una fraccinde su propio movimiento, entonces la onda es rpidamente atenuada.

La transmisin de esta onda a travs de un material es ms fcilmenteilustrada por el movimiento de una soga cuando sta es sacudida. Cadapartcula de la soga se mueve hacia arriba y hacia abajo, no obstante que laonda se mueve a lo largo de la soga desde el punto de excitacin.


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9.2. PROPIEDADES DE LAS ONDAS

Para discutir de una manera ms fcil las ondas ultrasnicas es necesario definirciertos trminos que las caracterizan:

La frecuencia (f), se define como el nmero de veces que un evento repetitivo (ciclo)ocurre en una unidad de tiempo.Longitud de onda () es la distancia ocupada por una onda completa o es igual a ladistancia a travs de la cual se mueve la onda por perodo o ciclo.Velocidad (v) es la razn a la cual la energa snica es transmitida a travs del medio(material), en la direccin de la propagacin.Estos tres parmetros son relacionados como se muestra en la siguiente ecuacin:

En una aplicacin particular ultrasnica (excepto en las aplicaciones con ondas tipoLamb), la velocidad permanecer constante, puesto que est determinada por ladensidad y por las constantes elsticas del material bajo prueba. Se debe entoncesnotar que la frecuencia cambia en forma inversamente proporcional a la longitud deonda.

La longitud de onda es de suma importancia en la pruebas de ultrasonido por lasiguiente razn:

= v / f

Procedimiento de exploracin para la prueba de soldaduracon haz sonido angular


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La sensibilidad o la habilidad de un sistema ultrasnico para detectar defectospequeos es funcin de la longitud de onda. Esto puede ser ilustrado si consideramosun lago con grandes olas movindose en toda su superficie. Si un tabln de maderaestuvo en ese instante sobresaliendo en la superficie, su efecto sobre las ondas quepasan sera imperceptible. Casi ninguna reflexin podra ocurrir. Sin embargo, si lasondas chocan con un costado de un gran barco, la reflexin se produce. Esimportante darse cuenta que la energa que regresa desde un reflector esproporcional a su rea. Esto es verdadero si el reflector es ms grande que treslongitudes de onda. Obviamente, cuanto ms corta la longitud de onda, ms pequeaes la discontinuidad que se pueda detectar.

9.3. TRANSDUCTORES

El alma de cualquier equipo de prueba de ultrasonido es el transductor. Es porintermedio del transductor que la energa elctrica es convertida en ondasultrasnicas y viceversa. Los transductores ultrasnicos utilizados en la prueba delmaterial operan por medio de un efecto piezoelctrico. Aunque la piezoelectricidad fueprimero descubierta por los Curie en los aos 1880, fua hasta los aos de 1940 unasimple curiosidad; cuando la instrumentacin electrnica fue suficientementedesarrollada para hacer prctica la prueba ultrasnica de los materiales. El efectopiezoelctrico es un fenmeno por el que ciertos cristales, cuando son sometidos aesfuerzos, se hacen elctricamente polarizados y de ese modo desarrollan un voltajeelctrico entre superficies opuestas. El fenmeno es reversible en el sentido que unvoltaje elctrico aplicado a travs de las caras del cristal causa una deformacingenerada en el cristal. Esto es, la forma del cristal es cambiada por la aplicacin de unvoltaje.

La mayora de los transductores ultrasnicos utilizados en las pruebas no destructivasson del tipo ferro-elctrico y son generalmente conocidos como "cermicos" debido aque sus propiedades fsicas y mecnicas se parecen a aquellas de los materialescermicos. Los materiales cermicos son utilizados debido a sus propiedadespiezoelctricas superiores, especialmente su buena eficiencia para convertir la energaelctrica en energa ultrasnica.

La mayora de los cermicos y materiales cristalinos pierden sus propiedadespiezoelctricos encima de ciertas temperaturas, llamada temperatura Curie.

9.4. MEDIOS DE ACOPLAMIENTO

El objeto de un medio de acoplamiento en la prueba ultrasnica es dar una trayectoriade baja resistencia para las ondas de sonido entre la unidad de investigacin y eltrabajo. El aire es un transmisor muy pobre de energa ultrasnica a frecuencias enMHz. Adems, su impedancia acstica es tan diferente de aquella de los slidos quesolamente una capa muy delgada impide que se pueda hacer la transmisin entre dosslidos. Entonces, un lquido o grasa es utilizado para acoplar la energa ultrasnicaentre la unidad de investigacin y el trabajo. En la prueba de inmersin. El agua (oposiblemente algn otro lquido) en el tanque de inmersin acta como un medio deacoplamiento. Para la prueba de contacto, casi cualquier lquido, grasa o pasta puedeser utilizado. El medio de acoplamiento llena las irregularidades entre las superficiesde la unidad de investigacin y el trabajo proveyendo ms rea de contacto para unamejor transmisin.


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Su impedancia es ms cercana a aquel de los slidos los cuales tambin permiten yllevan a una mejor transmisin total.

Algunos de los materiales ms comunes de acoplamiento son: el agua, los aceites devarios tipos, glicerina, grasas de petrleo, grasas de silicona, pasta para papel deparedes y varias otras sustancias tipo pasta vendidos bajo nombres comerciales porlos fabricantes de los instrumentos. Muchos tipos de jebe suave, los cuales transmitenel ultrasonido, son a veces considerados como medios de acoplamientos "secos"porque un adecuado acoplamiento puede ser llevado a cabo utilizando estosmateriales entre la unidad de investigacin y el trabajo cuando el jebe es presionadoentre ellos con la mano. Realmente, la transmisin ideal cercana entre dos slidoscualquiera puede ser realizada ejerciendo suficiente transmisin entre piezas de aceroy la condicin de la superficie tiene un pequeo efecto.

El medio de acoplamiento para ser utilizado debe ser escogido teniendo enconsideracin los siguientes puntos:

1. Costo.2. Disponibilidad.3. Viscosidad y adhesin a la superficie requerida.4. Posible reaccin qumica con el trabajo.5. Requerimiento de aseo general despus de la prueba.

El agua es ms barato y rpido medio disponible de acoplamiento en muchos de loscasos. Tiene tambin una baja viscosidad y no puede ser utilizado donde podrfugarse fcilmente o puede en el camino o en su recorrido tocar algn alambreelctrico u otros procesos y el agua reacciona desfavorablemente con muchosmetales. Los aceites y las grasas fluyen menos fcilmente. Ellos son, sin embargo,difciles de limpiar y duros para removerlos; sus viscosidades cambian drsticamentecon mucha frecuencia con la temperatura y algunos son inflamables. La atenuacin delas grasas, especialmente las grasas siliconas, es demasiado alta para su uso efectivocomo medios de acoplamiento ultrasnico.

9.5. APLICACIONES DE LAS TCNICAS DEL ULTRASONIDO

Debido a que las tcnicas ultrasnicas son bsicamente fenmenos mecnicos ellasson particularmente adaptables a la determinacin de la integridad de los materialesde Ingeniera. Sus principales aplicaciones son:

1. Deteccin de fallas.2. Medicin de espesores.3. Determinacin del mdulo elstico.4. Estudio de las estructuras metalrgicas.5. Evaluacin de la influencia de las variables del procedimiento de los materiales y

los procesos.

9.6. VENTAJAS DE LAS PRUEBAS ULTRASNICAS

Los factores deseables de las pruebas ultrasnicas incluyen:

1. Alta sensibilidad, lo que permite la deteccin de fallas pequesimas.2. Gran potencia de penetracin, permitiendo la examinacin de secciones

extremadamente gruesas.


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3. Seguridad en la medicin de la posicin de la falla y estimacin de su tamao.4. Respuesta rpida, lo que permite una inspeccin rpida y automatizada.5. Necesidad de acceso solamente por un lado del espcimen.

9.7. LIMITACIONES DE LAS PRUEBAS ULTRASNICAS

1. Las condiciones de pruebas que pueden limitar la aplicacin de los mtodosultrasnicos, usualmente se relacionan con los siguientes factores:

2. Geometra desfavorable de la muestra que se quiere inspeccionar; por ejemplo,tamao, contorno, complejidad y orientacin del defecto.

3. Estructura interna indeseable, por ejemplo, tamao del grano, porosidad de laestructura, contenido de las inclusiones o precipitaciones finas o dispersas.

4. Problemas de exploracin y acoplamiento.5. Detectibilidad del defecto.6. Costo del equipo.

A. Examen por rayos X

Los rayos X atraviesan fcilmente espesores considerables de casi todos losmateriales y aunque pierden en la penetracin parte de su energa, conservan losufiente para impresionar pelculas fotogrficas.

Como las fallas de los materiales, como grietas, bolsas, inclusiones, etc., dedistinta densidad, absorben las radiaciones en distinta proporcin que el materialsano, estas diferencias se acusan en forma de zonas ms claras o ms oscurasen la pelcula fotogrfica colocada detrs de la pieza.

La penetracin de los rayos X depende de la longitud de onda, siendo mspenetrantes las radiaciones de longitud de onda corta, denominadas por estoduras, que las radiaciones de onda larga denominadas blandas.

La intensidad de radiacin se expresa en miliamperios y depende de latemperatura del filamento o sea, en cierto modo, de la intensidad de la corrienteque pasa por l, que puede ser regulada por un restato y tambin depende delvoltaje de alta tensin aplicado entre el filamento o nodo y la placa o ctodo. Laintensidad de los equipos ms corrientes empleados en la industria es de 15 a 20mA.

ESPESORES MXIMOS QUE PUEDE PENETRARSE CON RAYOS X

KV Tiempo deexposicinAcero(mm)

Cobre y latn(mm) Bronce (mm)

150 1 hora 50 30 20

300 1 hora 100 65 40

1 000 1 hora 200 150 150

2 000 1 hora 300 250 250


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Las tensiones ms utilizadas, industrialmente, varan de 200 000 a 300 000voltios, aunque existen aparatos de tensiones superiores a 1 000 000 voltios.

Los aparatos de rayos X empleados en la industria son del tipo fijo otransportable. En todos ellos, tanto el tubo como los conductores que los unen alos transformadores de alta tensin, estn perfectamente aislados y protegidospara evitar accidentes a los operadores.

B. Examen por rayos gamma

Los rayos gamma son radiaciones electromagnticas del mismo tipo que los rayosX, pero de una onda ms corta. Los rayos X son de onda media igual a unangstrom, mientras que los rayos gamma son de una longitud de onda media deuna centsima de ngstrom. La principal fuente de rayos gamma la constituyenla fisin de elementos radiactivos como el radio puro y sus compuestos, bromuro,sulfatos, etc. Pero modernamente se emplean ms para los ensayos por rayosgamma los istopos radiactivos, que son producto de fisin del uranio-235 oelementos radiactivos artificiales originados por la exposicin de algunos metalesa una fuerte radiactividad en las denominadas pilas atmicas.

Elementos radiactivos ms usados en ensayos radiogrficos por rayos gamma

Elementos Vida media(aos)Energa de los rayos

gamma (m.e.v.)Actividad especfica mxima

(Curies por cm2)

Radio 1 620 0,24 a 2,20 Variable

Cesio 137 37 0,66 40

Cobalto 60 5,3 1,17 a 1,33 180

Tulio 170 127 das 0,052 a 0,084

Iridio - 192 74 das 0,137 a 0,651 1 100

La intensidad de una fuente radiactiva se mide en miligramos de contenido realde radio, designndose con el nombre de Curie la intensidad de un gramo deradio. Se utiliza como unidad ms practica la milsima parte o sea, el milicurie(mC).

Un dato que se ha de tener en cuenta al valorar un istopo es su vida media quees el tiempo que tiene que transcurrir para reducirse su actividad inicial a lamitad.

Los istopos radiactivos se utilizan cada da ms y actualmente han desplazadocasi por completo a las sales de radio en las radiografas industriales.


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9.8. COMPARACIN ENTRE RAYOS X Y RAYOS GAMMA

El espesor mximo para el que se utilizan los rayos X es de 100 mm. Los rayosgamma pueden utilizarse sin inconveniente para el acero en espesores hasta de 250mm.

La radiacin emitida por el radio equivale en penetracin a la que producira un tubode rayos X de unos 2 000 000 000 V.

Sin embargo, las radiografas con rayos X son ms rpidas, no pasando nunca deminutos los tiempos de exposicin. En cambio para los rayos gamma se necesitanexposiciones de varias horas, para espesores superiores a 25 mm.

Para radiografas de tubos de pequeo dimetro es ms practico el empleo de losrayos gamma, puesto que las sales de radio o los istopos pueden colocarse en elcentro del tubo, obteniendo una radiografa de todo el permetro como se hace en elexamen radiogrfico de las soldaduras.

En cuanto al costo inicial, actualmente el costo de los istopos es mucho mseconmico que la adquisicin de un equipo de rayos X de potencia equivalente.

10. PRUEBA DE FISURAS (TINTES PENETRANTES)

Los ensayos macroscpicos suelen designarse tambin ensayos con tintes penetrantes.Estas sirven para localizar fallas con salida a la superficie o sea fallas cutneas. Suobservacin se hace a ojo desnudo, sin recurrir a dispositivos de ninguna naturaleza, por loque constituye un simple mtodo para detectar las fallas superficiales sin poder definir suabertura ni profundidad.Estos ensayos pueden aplicarse a materiales metlicos o no metlicos.En materiales metlicos pueden detectarse fallas producidas por defectos de forja,laminacin, colado y mecanizacin.Entre las fallas que se pueden detectar tenemos: grietas, costuras, solapes y falta deadhesin en las uniones soldadas.La tcnica que se sigue, en general, para un ensayo macroscpico es el siguiente:

1. Las piezas a examinar deben estar limpias y secas.2. Se pintan o impregnan con un lquido fuertemente coloreado o fluorescente.3. Pasados unos minutos de la operacin anterior, se limpia el excedente del lquido

colorante con lo cual este habr quedado retenido en la grieta o falla.4. Se cubre la superficie examinada con un revelador, generalmente blanco.5. El revelador absorbe el colorante de la grieta, sealndola ntidamente.

Un buen lquido penetrante debe tener la siguientes caractersticas:

a) Penetrar prontamente en las aberturas muy estrechas.b) Ser capaz de mantenerse en las aberturas relativamente gruesas.c) No evaporarse o secarse muy rpidamente.d) Ser removido fcilmente de la superficie a la cual fue aplicado.e) Aflorar las discontinuidades, cuando el revelador es aplicado.f) Tener la habilidad de expandirse en capas muy delgadas como del borde de una

abertura muy estrecha.g) Tener gran brillantez de color o fluorescente, an en capas muy delgadas.h) Tener permanencia de color al ser expuesto al calor, la luz o la luz negra.


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i) Ser inactivo con respecto a los recipientes y a los materiales que estn siendo probados.j) Ser inodoro.k) No ser inflamable.l) Ser estable en condiciones de almacenaje y uso.m) No txico.n) De bajo costo.

Las operaciones citadas se pueden efectuar de diversas maneras. Una de ellas consiste ensumergir la pieza en kerosn o petrleo a una temperatura de 150C, secar la superficie ycubrirla a continuacin con talco, previo golpeteo de la pieza con martillo, lo cual favorece laexudacin del petrleo. Las fallas aparecen en correspondencia con las zonas hmedas deltalco.La eficacia de este procedimiento depende de la geometra de la abertura y del tamao ylimpieza de la superficie. En efecto, el lquido penetrante acta por capilaridad.Si durante su funcionamiento la pieza ha estado sumergida en aceite, las fisuras puedendescubrirse a simple vista secndola previamente. Las fisuras aparecen por efecto de laexudacin que se produce en su correspondencia, luego de la operacin de secado.En algunos casos, las fisuras, presentan en los bordes, manchas rojizas de xidos que sehan formado por frotamiento reiterado de los bordes. Para aumentar la percepcin dedichas manchas puede recurrirse a la luz amarilla. En lugar de petrleo se puede aplicaraceite caliente, donde se sumerge la pieza a examinar durante algunas horas. Luego selimpia con nafta, se seca y se pinta con cal. Las manchas de aceite en la cal indicarn laubicacin de las fisuras.Los procedimientos descritos se aplican a los materiales ferrosos. Pero la deteccin defisuras invisibles, porosidades, costuras y otros defecto con salida a la superficie puedenextenderse tambin a materiales tales como aluminio, magnesio bronce, tungsteno,carburos, plsticos, cermicos vidrios y otros.Comercialmente y a modo de ejemplo presentaremos algunos productos desarrollados por laMagnaflux Corp., cuyos lquidos penetrantes denominados Zyglo y Zyglo-Pentrex hacenbrillar las fallas con fluorescencia bajo luz negra.Esos penetrantes se pueden aplicar por inmersin, pintado con pincel o sopleteando la piezaen estudio. El exceso de penetrante se elimina mediante lavado con agua y luego se dejasecar la pieza. A continuacin se aplica sobre la superficie un polvo seco o una suspensinacuosa que acta como revelador al absorber el penetrante de las fallas. Bajo la luz negrase perciben claramente todas las imperfecciones.La composicin de algunos de los lquidos empleados en la tcnica de los tintes penetrantesson:

1. Penetrante. Colorante inorgnico (soluble en aceite) 2%, hidrocarburo aromtico 58%,plastificante 40%.Revelador. Polvo fino inorgnico 15%, hidrocarburo aromtico 15%, solvente de alcohol70%.Removedor. Mezcla de hidrocarburos aromticos 100%.

2. Penetrante. Colorante inorgnico (soluble en aceite) 2%, bencenos alkidicos 32%, naftade petrleo 56%, polioxietileno-alkil-pentil-eter 10%.Revelador. Polvo fino inorgnico 15%, hidrocarburo aromtico 15%, solvente de alcohol70%.Esta frmula da un producto lavable con agua.


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11. PRUEBAS CON RAYOS ROENTGEN

Los rayos roentgen penetran a travs de la mayora de los materiales. Segn sea laresistencia que encuentren en su camino a travs de la pieza ennegrecen ms o menosintensamente una pelcula dispuesta detrs de aquella o dan sobre una pantalla una imagensombreada que por medio de un amplificador y un dispositivo ptico adecuado puedehacerse bien visible. Las cavidades burbujas gaseosas o grietas se hacen visibles por lamenor densidad del material que suponen, mediante un mayor ennegrecimiento de lapelcula o mediante la presencia de sitios claros sobre la pantalla.

Las escorias ejercen influencia distinta segn sean ms densas que el material base o quesean porosas.. El lmite de penetracin para los rayos roentgen es con el acero de 80 mm,con el cobre de 50 mm y con el metal ligero de 400 mm.Diversos materiales como el Radio y muchos istopos (Cobalto 60 o Iridio 192), emitenrayos invisibles. Una parte de estos rayos son los llamados rayos gamma que se empleanpara el ensayo de materiales si destruccin de la pieza. Estos rayos son de accin msenrgica que los rayos roentgen y atraviesan por ejemplo la fundicin de acero hasta 200mm de espesor. Los aparatos de ensayo con estos rayos son ms sencillos de manejar quelos rayos roentgen.En el manejo de todos estos aparatos es necesario tener una especial precaucin ya que losrayos emitidos pueden producir graves daos a la salud. Como el radio es muy caro seemplean generalmente istopos.

12. ENSAYOS MAGNTICOS

La propiedad que tienen ciertos productos ferrosos de convertirse en imanes al seratravesados en ciertas condiciones por una corriente elctrica, es muy til para la deteccinde fallas, no slo en casos aislados sino como mtodo de inspeccin a ritmo industrial.El mtodo magntico tambin llamado el de las partculas magnticas se basa en que todapartcula ferrosa susceptible de ser magnetizada al entrar en contacto con un imn se segnsu respectiva polaridad y sigue las lneas de fuerza del campo magntico.Dichas lneas se interrumpen tan pronto como en el cuerpo principal se presenta algunadiscontinuidad en forma de grieta, tanto sea esta superficial o cutnea como subsuperficial osubcutnea, en cuyas inmediaciones se producir adems una mayor acumulacin departculas.Las fallas deben formar un cierto ngulo con las lneas de fuerza magntica para originar uncambio en la trayectoria del flujo magntico. Dicho cambio es tanto ms abrupto cuantoms se acerca dicho ngulo a 90.Esa propiedad es la que sirve bsicamente al mtodo de deteccin de fallas mediantepartculas magnticas. Si se trata de fallas superficiales, las partculas siguen en contorno delas grietas, las que resultan perfectamente delineadas. Una falla subsuperficial, en cambio,da origen a una acumulacin desdibujada de las finas partculas en las inmediaciones deldefecto, al que sealan, pero no definen exactamente en cuanto a su configuracin.El ensayo magntico es muy utilizado en las plantas de laminacin de aceros, especialmenteen la deteccin de fallas en planchones y en general en las palanquillas. El objetivo esdescubrir aquellas imperfecciones que durante el laminado se pueden transformar encosturas o solapes, con o sin la presencia de inclusiones que luego aparecen en el productoterminado.

Tambin el templado da lugar a la aparicin de grietas, as como los procesos lentos defragilizacin progresiva y las fallas originadas por la fatiga, con o sin corrosin.Las fallas superficiales son detectables sin ningn requisito. No sucede lo mismo con lasfallas subsuperficiales, cuyo mayor o menor grado de definicin depende de la profundidada que se hallan ubicadas.


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Los resultados del ensayo magntico son tanto ms ntidos cuanto mayor es lapermeabilidad magntica del material en estudio. Las aleaciones ligeramente magnticas nodan imgenes muy satisfactorias. Los aceros austenticos, que no son magnetizables, noadmiten el mtodo de las partculas magnticas.

13. PRUEBA DE ULTRASONIDO

La aplicacin de ultrasonido para la deteccin de fallas, constituye uno de los mtodos deensayo no destructivo ms importantes, tanto por su versatilidad como por su facilidad deaplicacin.El ensayo de ultrasonido constituye un mtodo de control de aquellos materiales que poseenconductividad acstica, tales como metales, cermica, plsticos, etc. Con este mtodo sepueden controlar piezas forjadas y fundidas, material laminado, productos semi o totalmenteelaborados, chapas tubos y caos con sus cordones de soldadura.

14. ONDAS SNICAS

Tambin denominadas ondas acsticas, son ondas elsticas que se caracterizan por suintensidad y frecuencia de vibracin. De esta ltima propiedad depende que sean audibles ono para el odo humano.De este punto de vista se ha establecido la siguiente categora de ondas.a) Ondas infrasnicas. Las que estn ubicadas en la banda de las frecuencias ms bajas,

siendo en general f < 16 Hz. Las vibraciones de esas ondas no son audibles.b) Ondas audibles. Las ondas snicas o audibles tienen un rango de frecuencia entre 16 y

20 Hz.c) Ondas ultrasnicas se consideran as a aquellas con f > 20 Hz. El lmite superior no es

preciso ya que depende de las posibilidades de captacin y emisin de las mismas.

15. ENSAYO POR ONDAS SUPERSNICAS

En el ensayo mediante ultrasonido se proyectan mediante un cabezal ultrasnico,ondulaciones sonoras a travs de la pieza. El nmero de vibraciones es tan grande que nopuede ser percibido (ultrasonido, hasta 10 millones de vibraciones). Las ondas sonreflejadas por la cara opuesta de la pieza o por las superficies de los defectos que puedanexistir y alcanzan nuevamente despus de algunos microsegundos el cabezal emisor el cualtransforma nuevamente los impulsos elctricos en impulsos mecnicos reflejados. Ladiferencia de tiempo entre el eco de la pared posterior y el de la superficie del defecto haceposible determinar con bastante exactitud, la posicin y el permetro del defecto en elmaterial. Esto se hace visible en la pantalla del aparato. La escala de graduaciones delindicador es ajustable, con lo cual se puede ajustar sobre toda la figura de la pantallacualquier longitud de pieza desde 10 cm hasta 10 m.

16. RESUMEN

En este capitulo hemos podido observar diferentes tipos de pruebas de materiales en loscuales en muchos casos la exigencia de los requerimientos para muchas de ellas ha sidomuy exigente dentro de estas pruebas tenemos los

A. ENSAYOS DESTRUCTIVOS

B. ENSAYOS DE DUREZACONCEPTOS- Resistencia a la abrasin.


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Frotamiento o rodadura.- Resistencia al rayado.

Ms utilizado en mineraloga.Escala MOHS: MENOS DURO = TALCO; ms DURO = DIAMANTE.

- Resistencia al REBOTE.Escleroscopio SHORE.Martinete con diamante en la punta.

- Resistencia a la penetracin.Material indentado o penetrado por otro.Posibilita estimar la resistencia a la traccin.

C. LOS ENSAYOS DE TRACCINa) En el campo elsticob) En el campo plstico

D. LOS ENSAYOS DE IMPACTO

E. ENSAYOS NO DESTRUCTIVOS

- Uso de tintes penetrantes- Partculas magnticas- Ultrasonido

Cada uno de ellos con sus tcnicas y sus campos de aplicaciones industriales.

FIN DE LA UNIDAD

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