Partículas Magnéticas

1. Objetivo de las aplicación de partículas magnéticas
2. Descripción de las Partículas Magnéticas
3. ¿Qué es el Campo Magnético?
4. Inducción de campos magnéticos
5. Curva de histéresis magnética
6. Métodos de inspección con Partículas Magnéticas en Pruebas No Destructivas
7. Técnicas de Magnetización. Inducción Directa
8. Pinzas o Mordazas
9. Inducción Indirecta

Objetivo de las aplicación de partículas magnéticas

Aplicar la técnica de partículas magnéticas, para la detección de posibles discontinuidades en la inspección de materiales ferromagnéticos.

La técnica de partículas magnéticas es una técnica no destructiva relativamente sencilla, basada en la propiedad de ciertos materiales de convertirse en un imán.

Descripción de las Partículas Magnéticas

Es un método que utiliza principalmente corriente eléctrica para crear un flujo magnético en una pieza y al aplicarse un polvo ferromagnético produce la indicación donde exista distorsión en las líneas de flujo (fuga de campo).

Propiedad física en la que se basa. (Permeabilidad)

• Propiedad de algunos materiales de poder ser magnetizados.
• La característica que tienen las líneas de flujo de alterar su trayectoria cuando son interceptadas por un cambio de permeabilidad.

Los materiales se clasifican en :

• Diamagnéticos: Son levemente repelidos por un campo magnético, se magnetizan pobremente.
• Paramagnéticos: Son levemente atraídos por un campo magnético, No se magnetizan.
• Ferromagnéticos: Son fácilmente atraídos por un campo magnético, se magnetizan fácilmente.

Tipos de discontinuidades:

• Superficiales
• Subsuperficiales (muy cercanas a la superficie)

Poros, grietas, rechupes, traslapes, costuras, laminaciones, etc.

Materiales:

Materiales ferromagnéticos (aceros, fundiciones, soldaduras, níquel, cobalto y sus aleaciones

Aplicaciones:

Se utilizan para la detección de discontinuidades superficiales y subsuperficiales (hasta 1/4" de profundidad aproximadamente, para situaciones prácticas) en materiales ferromagnéticos.

Esta método se aplica a materiales ferromagnéticos, tales como:

• Piezas de fundición, forjadas, roladas.
• Cordones de soldadura.
• Inspección en servicio de algunas partes de avión, ferrocarril, recipientes sujetos a presión,
• Ganchos y engranes de grúa, estructuras de plataforma, etc.

Es sensible para la detección de discontinuidades de tipo lineal, tales como;

• Grietas de fabricación o por fatiga.
• Desgarres en caliente.
• Traslapes.
• Costuras, faltas de fusión.
• Laminaciones, etc.

Ventajas:

• Se puede inspeccionar las piezas en serie obteniéndose durante el proceso, resultados seguros e inmediatos.
• La inspección es más rápida que los líquidos penetrantes y más económica.
• Equipo relativamente simple, provisto de controles para ajustar la corriente, y un amperímetro visible, conectores para HWDC, FWDC y AC.
• Portabilidad y adaptabilidad a muestras pequeñas o grandes.
• Requiere menor limpieza que Líquidos Penetrantes.
• Detecta tanto discontinuidades superficiales y subsuperficiales.
• Las indicaciones son producidas directamente en la superficie de la pieza, indicando la longitud, localización, tamaño y forma de las discontinuidades.
• El equipo no requiere de un mantenimiento extensivo.
• Mejor examinación de las discontinuidades que se encuentran llenas de carbón, escorias u otros contaminantes y que no pueden ser detectadas con una inspección por Líquidos Penetrantes.

Desventajas:

• Es aplicable solamente a materiales ferromagnéticos; en soldadura, el metal depositado debe ser también ferromagnético.
• Requiere de una fuente de poder.
• Utiliza partículas de fierro con criba de 100 mallas (0.00008 in)
• No detectará discontinuidades que se encuentren en profundidades mayores de 1/4".
• La detección de una discontinuidad dependerá de muchas variables, tales como la permeabilidad del material, tipo, localización y orientación de la discontinuidad, cantidad y tipo de corriente magnetizante empleada, tipo de partículas, etc.
• La aplicación del método en el campo es de mayor costo.
• La rugosidad superficial puede distorsionar las líneas de flujo.
• Se requieren dos o más inspecciones secuenciales con diferentes magnetizaciones.
• Generalmente después de la inspección se requiere de una desmagnetización.
• Debe tenerse cuidado en evitar quemadas por arco eléctrico en la superficie de la pieza con la técnica de puntas de contacto.
• Aunque las indicaciones formadas con partículas magnéticas son fácilmente observables, la experiencia en el significado de su interpretación es muchas veces necesario.

¿Qué es el Campo Magnético?

Es el espacio ocupado por las líneas de flujo o de fuerza magnética dentro y alrededor de un imán ó un conductor que es recorrido por una corriente eléctrica donde una fuerza magnética es ejercida

IMÁN. Es un material que tiene orientados total o parcialmente sus dominios magnéticos, su habilidad para atraer o repeler se concentra en los extremos llamados polos; existen imanes naturales y artificiales.

Cada imán tiene al menos dos polos opuestos que son atraídos por los polos magnéticos de la tierra, conocidos como Polo Norte y Sur respectivamente.

Si dos polos magnéticos iguales son colocados uno cerca del otro, ambos se repelen.

Si dos polos magnéticos diferentes son colocados uno cerca del otro, ambos serán atraídos.

Inducción de campos magnéticos

El físico danés Hans Christian Oersted descubrió en 1820 que cuando una corriente eléctrica fluye a través de un conductor, se forma un flujo magnético alrededor del conductor

La dirección de las líneas de flujo magnético es siempre a 90° con respecto a la dirección del flujo de la corriente eléctrica.

Cuando un conductor tiene una forma uniforme, la densidad de flujo o número de líneas de fuerza por unidad de área es uniforme a lo largo de la longitud del conductor y decrece uniformemente al incrementar la distancia desde el conductor.

Amper demostró que El efecto magnético de la corriente en un alambre se puede intensificar enrollándolo en forma de una bobina

1. La intensidad del flujo magnético es proporcional al número de vueltas.

• Al introducir en la bobina un núcleo de hierro, se obtiene un poderoso electroimán

Reluctancia:

Resistencia que opone un material a la creación de un flujo magnético en él.

Fuerza Cohercitiva:

Es la fuerza magnetizante inversa necesaria para remover el magnetismo residual.

Retentividad:

Propiedad de los materiales para retener una cierta cantidad de magnetismo residual.

Magnetismo Residual:

Cantidad de magnetismo que existe en un material aún después de suspender la fuerza magnetizante.

Permeabilidad Magnética:

Es la facilidad con la que un material puede ser magnetizado. Mas específicamente es la relación entre la densidad de flujo y la fuerza del campo magnetizante (B/H).

Un material tiene más de un valor de permeabilidad ( pendiente de la curva B vs. H).

Sus unidades pueden ser Henry/m ó Gauss/Oersted.

B Densidad de Flujo ó inducción magnética.

(en Gauss, Tesla ó Weber/m2).

1 Wb108 líneas de flujo.

1 Gauss 10-4 Wb/m2.

1 Wb/m2 = 1 Tesla.

H Fuerza magnetizante ó intensidad (fuerza) del campo magnético (Oersted, Amper/m ó Amper/cm)

DENSIDAD DE FLUJO O INDUCCION MAGNETICA

Es el número de líneas de fuerza por unidad de área. ó

f Flujo magnético.

A Área ( m2 )

m Permeabilidad (Gauss/Oersted ó Henry/m).

H Fuerza magnetizante.

FUERZA MAGNETIZANTE

Es la fuerza magnetizante necesaria para crear un flujo magnético en un material.

B Densidad de flujo (G, T ó Wb/m2)

m Permeabilidad (G/Oe ó Henry/m)

En el aire, 1G = 1Oe; 1 Oe = 79.58 A/m

Curva de histéresis magnética

Es el retraso del efecto magnético cuando se cambia la fuerza magnetizante que actúa sobre un material ferromagnético.

También se le conoce como ciclo de histéresis

Material Blando

Alta permeabilidad.

Magnetismo residual bajo.

Baja reluctancia.

Fuerza coercitiva baja.

Baja retentividad.

Material Duro

Baja permeabilidad.

Alto magnetismo residual.

Alta reluctancia.

Alta fuerza cohercitiva.

Alta retentividad.

Métodos de inspección con Partículas Magnéticas en Pruebas No Destructivas

Se deben considerar cuatro propiedades

• Magnéticas.
• Geométricas.
• Movilidad.
• Visibilidad

El éxito de la prueba depende de la selección del medio y del método utilizado para el desarrollo.

Medio: Material a través del cual las dispersiones en el campo magnético se hacen visibles y que pueden aplicarse sobre la pieza en forma seca o húmeda. ( Puede existir medio seco o medio húmedo).

a) Partículas Secas (polvo magnético seco).

b) Partículas magnéticas en suspensión.

En un vehículo: agua y destilado del petróleo.

Para untarse (con brocha).

Base polímeros.

Características del medio.

1. Deben tener alta permeabilidad para ser fáciles de magnetizar, tener baja retentividad para no ser atraídas unas a otras y evitar su aglomeración.
2. Control de tamaño y forma: redondas y alargadas.
3. No deben ser tóxicas.
4. Deben estar libres de moho, grasa, pintura, suciedad y otros materiales extraños.
5. Deben tener buena visibilidad; visibles y fluorescentes.

Técnicas de Magnetización

Inducción Directa

Se consigue haciendo pasar una corriente eléctrica a través de la pieza. La pieza es montada horizontalmente, sujetada por dos cabezales por los que circula la corriente. Otro método directo de inducir un campo magnético circular es por el uso de puntas de contacto, su aplicación mas común es en placas y soldaduras. En este caso se utiliza medio seco.

Directa. La corriente magnetizante fluye directamente a través de la pieza, creando un flujo magnético circular en ella

Puntas de contacto, entre cabezales, pinzas o mordazas y electrodos imantados.

La magnetización se efectúa por conducción de la corriente.

Puntas de contacto

Se utilizan electrodos de cobre, bronce o aluminio; al hacer pasar la corriente a través de ellos, esto produce un campo magnético circular en la pieza, alrededor y entre cada electrodo suficiente para una examinación local.

Pinzas o Mordazas

La corriente magnetizante se aplica a la pieza a través de las pinzas o mordazas, produciéndose un flujo magnético circular en la pieza.

Entre Cabezales

La pieza es colocada entre dos cabezales y se aplica la corriente directamente a través de ella, esto produce un campo magnético circular aproximadamente perpendicular a la dirección del flujo de la corriente.

Inducción Indirecta

La corriente eléctrica de magnetización se hace pasar por un conductor central, generalmente de cobre, que pasa a través de la pieza que se esta probando. Los defectos que se encuentran son perpendiculares a la dirección del campo inducido.

La corriente no fluye a través de la pieza, sino en un conductor secundario; el flujo magnético es inducido en la pieza, la cual puede crear un flujo circular/toroidal, longitudinal o multidireccional.

Bobina.

Cable enrollado.

Yugo electromagnético.

Conductor central.

Bobina o cable enrrollado

La magnetización se efectúa pasando corriente a través de una bobina fija de vueltas múltiples o cable enrollado alrededor de la pieza o en una sección de ella.

Esto produce un flujo magnético longitudinal, paralelo al eje de la bobina.

Método Residual:

El medio se aplica después que la pieza ha sido magnetizada y suspendida, la fuerza magnetizante depende totalmente de la cantidad de magnetismo residual en la pieza, no es usado en aleaciones pobres de acero, que tienen poca retentividad. En este método se plica un medio húmedo ya sea por baño o inmersión.

Método continuo:

La aplicación del medio es simultanea con la operación de magnetización de la pieza. Se utiliza el baño húmedo de preferencia y puede ser con partículas teñidas con tintas fluorescentes

Magnetización circular:

Se induce un campo magnético circular dentro de la pieza de prueba por magnetización directa e indirecta. Una regla aceptable es utilizar de 800 a 1000 Amper por pulgada de diámetro de sección transversal cuando se aplique crm (corriente rectificada de media onda) y de 500 a 600 Amper cuando se usa corriente alterna.

Magnetización longitudinal:

Se basa en la inducción de un campo longitudinal dentro de la pieza, creado por una bobina. La magnetización longitudinal localiza discontinuidades transversales . la cantidad de corriente necesaria para magnetización longitudinal con una bobina es determinada por la formula:

Donde:

L = longitud de la pieza en pulgadas

D = Diámetro en pulgadas

T = Numero de vueltas en la bobina NOM B – 124 – 1987

Desmagnetización de la pieza.

Elevando la temperatura en los materiales a su punto curie, que para muchos metales es de entre 649 a 871° C (1200 a 1600° F).

La desmagnetización de una pieza solamente se logra si cumple lo siguiente:

"Aplicar un campo magnético con un valor pico mayor al usado durante la inspección, enseguida decrecerlo gradualmente e invirtiendo alternadamente su dirección; repitiendo este proceso hasta obtener un valor mínimo aceptable de magnetismo residual"

Para lograr una desmagnetización adecuada es necesario observar lo siguiente:

Se requieren de 10 a 30 pasos alternos de reducción e inversión de la corriente eléctrica.

Usar el mismo tipo de corriente empleada durante la inspección.

El flujo magnético producido debe ser cercanamente igual en la misma dirección que el empleado durante la inspección.

Preferentemente orientar la pieza de este a oeste.

Otras Publicaciones del Autor

La siguiente tabla muestra los trabajos publicados por el Ingenierio Ivan Escalona para quien este interesado en consultar los diversos temas y bajar los trabajos, comentarios al correo: ,

Bibliografía

"Apuntes para el Laboratorio de Pruebas No Destructivas". UPIICSA-IPN, Academia de Laboratorio de Control de Calidad, México D.F., 2002.

Autor

Ing. Iván Escalona

Consultor Logística,

Ingeniero Industrial

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– Estudios Universitarios: Unidad Profesional Interdisciplinaria de Ingeniería y Ciencias Sociales y Administrativas (U.P.I.I.C.S.A.) del Instituto Politécnico Nacional (I.P.N.)

– Centro Escolar Patoyac, (Incorporado a la UNAM)

Origen: México