Introducción al método de partículas magnéticas
En este capítulo estudiaremos como podemos sacarle provecho al campo magnético para poder detectar discontinuidades en los componentes evaluados mediante el método de partículas magnéticas.
Lo primero que nos interesa entender es como mediante el campo magnético podemos detectar discontinuidades y para ello la mejor manera de entender este fenómeno es de manera visual. En la siguiente figura podemos ver dicho fenómeno.
Aquí podemos observar cómo las líneas de flujo magnético en un componente sin discontinuidades tienen un recorrido lineal a lo largo de dicho bloque y al comparar las mismas líneas de flujo con un bloque con una discontinuidad vemos como estas líneas escapan a la superficie.
Ahora bien, ¿que motiva a las líneas de flujo a escapar de esta manera? En la siguiente figura podemos observar el fenómeno paso a paso.
Pensemos en un imán, este tiene sus polos norte y sur. Ahora que sucede si este imán se fractura completamente. Se generarán dos imanes, tal y como se aprecia en la siguiente figura.
Tal y como se aprecia en la figura anterior en la parte A observamos una imagen en perfectas condiciones. En la parte B apreciamos un imán fracturado que genera dos imanes independientes, cada uno con sus polos magnéticos. Por último, tenemos la imagen C que señala como las líneas de flujo provenientes del polo norte de uno de los imanes terminan en el polo sur del otro imán.
Ahora bien, si en vez de fracturar el imán en su totalidad consideramos solamente una grieta presente en la superficie. Para ello observemos la siguiente figura.
Si observamos la figura anterior, la imagen A hace un acercamiento al extremo de los dos imanes independientes. Si esto lo pensamos de una manera macro podemos asumir que es una grieta. De una manera más grafica se ilustra en la imagen B como el flujo magnético se escapa del componente debido a la presencia de la discontinuidad.
Sabiendo que el flujo escapa debido a la presencia de una discontinuidad podemos implementar alguna herramienta para detectar estas líneas de flujo que escapan del bloque por transitividad estaríamos detectando la discontinuidad en el bloque. Y aquí se puede utilizar el método no destructivo de partículas magnéticas como mecanismo para detectar las líneas de flujo. En la siguiente figura podemos apreciar de manera general este método:
Se observa cómo se aplican las partículas sobre la superficie del material magnetizado. Luego se remueve el exceso de partículas y en caso de que haya líneas de flujo que escapen la superficie del material evaluado solamente se irán aquellas que no estén bajo la influencia de este campo. Esto revelaría la ubicación de la discontinuidad que genera el escape del flujo magnético.
1. Interacción entre discontinuidades y campo magnético
Podemos distinguir dos tipos de discontinuidades las cuales pueden ser detectadas por el método de partículas magnéticas siempre y cuando las condiciones de interacción entre estas y el campo magnético lo permitan. Estas son:
- Discontinuidades Superficiales.
- Discontinuidades Subsuperficiales.
La forma e intensidad de la indicación generada dependerá de algunos factores además del tipo de discontinuidad. Algunos de estos factores son la proximidad de la discontinuidad con la superficie, el tamaño, la orientación, la intensidad y distribución del flujo magnético.
Cada una de las variables mencionadas anteriormente debe ser tomada en cuenta. Un ejemplo claro seria si la discontinuidad es muy profunda y la magnetización del componente no llega hasta dicha profundidad entonces dicha discontinuidad pasara desapercibida.
La interacción entre la discontinuidad y las líneas de flujo magnético es crucial para tener buenos resultados en la inspección mediante partículas magnéticas. La mejor manera de entender esto es con un ejemplo visual, para ello evaluemos la siguiente figura:
En ambos bloques tenemos la misma magnetización con una discontinuidad del mismo tamaño, pero la única diferencia es la orientación de la discontinuidad en función de las líneas de flujo.
En el primer caso la discontinuidad se encuentra perpendicular a las líneas de flujo y esto genera que las líneas de flujo escapen del cuerpo del componente evaluado y sean fácilmente detectables por el método de partículas magnéticas.
En el segundo caso la discontinuidad se encuentra paralela a las líneas de flujo y se observa que la discontinuidad prácticamente no ejerce ninguna incidencia sobre el recorrido de las líneas de flujo y en consecuencia genera que la discontinuidad sea imperceptible por parte del método de partículas magnéticas.
De estos dos ejemplos se puede deducir que la dirección del flujo magnético en función de la orientación de la discontinuidad siendo evaluada es sumamente importante. Esto definirá el éxito o el fracaso de este método de inspección.
Por lo tanto, como inspectores tenemos que entender la gran influencia que tiene la correcta magnetización del componente para que el resultado de nuestra inspección sea deseable.
Como regla general siempre tenemos que buscar que las líneas de flujo y las discontinuidades sean perpendiculares para maximizar la interacción u la detectabilidad por parte del método.
1.1 Discontinuidades Superficiales
Las discontinuidades superficiales son aquellas que son abiertas a la superficie, tal como una grieta.
Este tipo de discontinuidades forman indicaciones angostas y bien definidas.
La orientación entre la discontinuidad y el flujo del campo magnético afecta la intensidad de la fuga y por lo tanto de la magnetización de las partículas magnéticas. Debido a que las discontinuidades no tienen una forma definida, para esto podemos pensar en una grieta, es recomendable magnetizar el componente en distintas direcciones para garantizar la correcta detección de la discontinuidad.
1.2 Discontinuidades Subsuperficiales
Las grietas subsuperficiales se encuentran dentro del volumen de la pieza inspeccionada y no son abiertas a la superficie.
Al igual que las discontinuidades superficiales las subsuperficiales generan un desplazamiento de las líneas de flujo. En el caso de las subsuperficiales existen algunas consideraciones a tomar en cuenta para garantizar que las partículas en la superficie serán capaces de detectar ese efecto.
Las indicaciones generadas por discontinuidades subsuperficiales normalmente son anchas y difusas a diferencia de las generadas por discontinuidades superficiales.
1.3 Fuga de flujo y la generación de la indicación
Si pensamos propiamente en que genera la indicación nos daremos cuenta que no es la indicación sino la fuga del campo magnético (que en parte es producto de la discontinuidad).
La indicación solamente se genera por las partículas magnéticas que son atraídas por esta fuga de flujo. Si esta fuga tiene mucha fuerza de atracción la cantidad de partículas que podrá atraer será mayor y viceversa.
Por lo tanto, es importante pensar en que factores afectan para que la intensidad de esa fuga sea la mayor posible para que tengamos la mejor capacidad de detección. Algunos de estos factores son:
- La densidad de flujo de la fuga.
- La condición de la superficie.
- La fuerza del flujo magnético generado.
Si evaluamos específicamente las variables que afectan la densidad del flujo de la fuga podemos ver las siguientes:
- La longitud de la discontinuidad.
- L profundidad de la discontinuidad.
- La forma de la discontinuidad.
- La orientación con respecto al flujo magnético.
1.4 Formación de la indicación
Como ya hemos observado sabemos que la presencia de una discontinuidad generar un escape de flujo y si aplicamos partículas magnéticas sobre dicha superficie la magnetización atraerá dichas partículas debido a la interacción de los polos magnéticos, concentrando un cumulo de partículas que serán visible para el ojo humano y subsecuentemente podremos catalogar como indicación y evaluarla correspondientemente.
2. Tipos de Magnetización
Como hemos observado la dirección de la magnetización es sumamente importante ya que esto es algo que podemos controlar a diferencia de la orientación de la discontinuidad.
Por lo tanto, podemos hablar de dos tipos de campos magnéticos que pueden ser generados en el componente a evaluar, estos son:
- Magnetización Circular
- Magnetización Lineal
Para generar estos tipos de magnetización se deben implementar técnicas de magnetización para inducir el campo magnético en el componente evaluado. Podemos mencionar tres maneras en las cuales podemos generar el campo magnético en el componente:
- Implementando un imán permanente o un electroimán que entre en contacto con el componente.
- Pasando un flujo eléctrico a través del componente evaluado.
- Pasando un flujo eléctrico a través de una bobina o un cable enrollado alrededor de la pieza evaluada.
Ahora bien, estas tres maneras de magnetizar el componente las podemos agrupar en dos grupos:
- Inducción Directa
- Inducción Indirecta
2.1 Inducción Directa
La inducción directa es aquella que genera el campo magnético a raíz del flujo eléctrico que fluye a través del componente y en consecuencia genera la magnetización del mismo.
2.2 Inducción Indirecta
La inducción indirecta es aquella que genera el campo magnético sin introducir una corriente eléctrica en el componente evaluado, sino que se genera debido a la interacción con un componente externo. Es decir, el componente evaluado se aproxima a un campo magnético fuerte y este induce una magnetización en el componente.
2.3 Magnetización Circular
Cuando se aplica una magnetización circular sobre un componente esto quiere decir que el campo magnético generado, en el componente evaluado, sigue un recorrido circular. Tal y como se aprecia en la siguiente figura.
En este caso se aprecia como el campo magnético tiene un recorrido “circular” sobre el componente. Con este tipo de magnetización la técnica de partículas magnéticas será capaz de detectar discontinuidades perpendiculares, en el caso de la figura anterior, aquellas discontinuidades paralelas al eje del componente.
2.4 Magnetización Lineal
Cuando se aplica una magnetización lineal sobre un componente esto quiere decir que el campo magnético generado, en el componente evaluado, sigue un recorrido lineal. Tal y como se aprecia en la siguiente figura.
En este caso se aprecia como el campo magnético tiene un recorrido lineal sobre el componente. Con este tipo de magnetización la técnica de partículas magnéticas será capaz de detectar discontinuidades que sean perpendiculares al campo, en el caso de la figura anterior, aquellas discontinuidades perpendiculares al eje del componente.
2.5 Magnetización Multidireccional
Como ya hemos observado la perpendicularidad entre la discontinuidad y la dirección del campo magnético brinda la mayor interacción y por lo tanto detectabilidad.
Si pensamos en la geometría real de una discontinuidad no podemos pensar que a lo largo de toda su extensión tendrá una sola orientación, en la siguiente figura podemos observar una grieta en un caso real.
Tal y como se observa en la figura anterior el componente tiene una grieta que no tiene una sola dirección. Por lo tanto, para poder detectar toda la extensión de esta grieta se debería magnetizar en dos sentidos, esto se puede apreciar en la siguiente figura.
Cada magnetización permitirá observa aquella región de la grieta que no es posible de observar con la otra magnetización.
Ahora bien, ¿qué sucede si solapamos dos tipos de corriente al mismo tiempo en una pieza?
En una primera instancia debemos decir que dos campos distintos en un solo componente interactuaran para generar un único campo magnético resultante. Algo parecido a lo que podemos observar en la siguiente figura.
Lo que se puede apreciar en la figura es la sumatoria de dos campos magnéticos generados por corriente directa resultan en un campo magnético equivalente a la suma vectorial de la dirección del campo.
Es importante acotar el hecho de que en este ejemplo se implementó corriente directa. Más adelante se estudiara que la corriente directa mantiene una única dirección a un voltaje constante, lo cual no altera en ningún sentido la sumatoria de ambos campos magnéticos.
Aplicar este tipo de campo en la inspección mediante partículas magnéticas no resulta en ningún beneficio, sino que además el campo resultante será difícil de predecir especialmente en componentes con geometrías complejas.
También se podría solapar un campo generado por corriente directa y un campo generado por corriente alterna. La corriente alterna por su parte tiene un comportamiento que varía en función del tiempo, su comportamiento se asemeja mucho al comportamiento de la función seno. A continuación, vemos la gráfica de estos comportamientos.
Al solapar estos dos tipos de magnetización en una sola pieza podemos pensar en una magnetización que ira variando de dirección en función del tiempo a lo largo de un eje específico.
Desde un punto de vista comercial existen sistemas que logran incorporar dos campos magnéticos y alternarlos rápidamente, el beneficio brinda es que la orientación de las discontinuidades no será un impedimento para la detectabilidad. Aunque la dirección óptima para detectar una discontinuidad en particular será momentánea ya que el campo varía en función del tiempo.
No todas las piezas son aptas para ser evaluadas mediante un campo magnético multidireccional es por ello que es importante indagar en los requerimientos para esta técnica además de tener el equipamiento adecuado.
3. Importancia de la dirección del campo magnético
La importancia que acarrea la dirección del campo magnético se sintetiza en que las discontinuidades requieren que las líneas de flujo tengan una orientación con respecto de la discontinuidad de entre 45° y 90°, siendo 90° mucho más deseable ya que obtendrá la máxima respuesta del campo magnético.
Ya que normalmente se desconoce lo orientación de la posible discontinuidad en el componente cada componente se suele magnetizar dos veces, siendo estas dos magnetizaciones perpendiculares entre sí.
Es por ello que es sumamente importante entender las diversas técnicas de magnetización y sacarles el mayor provecho para garantizar una buena detectabilidad en la inspección mediante partículas magnéticas.