Revista Ciencias Holguín

Ciencias Holguín / Revista trimestral / Volumen 21, abril-junio 2015

Sustitución de las sustancias limpiadora y reveladora para realizar la inspección con líquidos penetrantes / Replacing the cleaning and revealing substances in inspections with penetrating liquids

Pavel Michel Almaguer-Zaldivar.

Contactos del Autor

Correo:pavel@facing.uho.edu.cu

Institución: Universidad de Holguín “Oscar Lucero Moya”.

País: Cuba


RESUMEN 
La presencia de las uniones soldadas en muchas estructuras hace que las inspecciones que se le realicen sean muy importantes. En este trabajo se realizó la inspección mediante un líquido penetrante a un grupo de estas uniones. Fue necesario sustituir el limpiador y el revelador pues no se contaba con estas sustancias. La sustitución realizada con nafta y polvo de tiza respectivamente fue posible, debido a que los resultados obtenidos concuerdan con los que plantean la bibliografía y con comparaciones realizadas con uniones que tenían defectos conocidos. 

PALABRAS CLAVES: DEFECTOS; INSPECCIÓN; LÍQUIDOS PENETRANTES; UNIÓN SOLDADA.

ABSTRACT
 Welded joints are common in many structures. This is why regular inspections are of a paramount importance. In this paper, a penetrating liquid examination to some joints is realized. Due to the lack of the corresponding cleaning and revealing substances, alternatives had to be used. Substitution with naphtha and chalk powder was possible because results are in accordance with the bibliography data and with comparisons made to joints with known flaws. 

KEY WORDS:FLAWS; INSPECTION; PENETRATING LIQUIDS; WELDED JOINT

INTRODUCCIÓN
Las uniones soldadas se encuentran presentes en prácticamente todas las estructuras construidas por el hombre después del descubrimiento del arco eléctrico. Debido a las condiciones propias del proceso de soldadura, donde debido a la aportación de calor se definen zonas bien delimitadas; cada una con sus propias características, el estudio de las uniones soldadas es un tema de estudio nunca acabado. De esta manera es posible identificar la zona fundida (ZF), la zona de afectación térmica (ZAT) y el material base (MB).
El ciclo térmico de soldeo determina en cada punto de la zona de afectación térmica un tratamiento térmico distinto, definidos cada uno de ellos por la máxima temperatura alcanzada y la velocidad de enfriamiento, por lo tanto las transformaciones que ocurren en esta zona dependen principalmente de estos dos factores. [1] A su vez, la ZAT se subdivide entonces en tres zonas que son (Figura. 1): zona de sobrecalentamiento, zona de recocido y zona de la primera transformación.
Después de la isoterma de 700 ºC, se encuentra el metal base calentado sin sufrir afectaciones térmicas.



Figura1
. Zonas en que se divide la ZAT. [1]

Como es obvio, cada una de las zonas que aparecen en la unión soldada posee un comportamiento mecánico diferente, por lo que resulta complejo predecir el comportamiento global de la unión frente a las diferentes solicitaciones a las que puede estar sometida.
Son numerosos los investigadores que han estudiado este fenómeno, tal es el caso de Reina [2] que define la ZAT como una entalla metalúrgica.
A las diferencias metalúrgicas que aparecen en la unión soldada se suman los posibles defectos que pueden aparecen por las características propias del proceso o debido a errores de los operarios encargados de fabricar la unión. Estos defectos pueden ser varios. Numerosos autores han propuesto clasificaciones y explican las causas que propician la aparición de ellos [1, 2, 3]. Estos defectos pueden ser los causantes del inicio de grietas de fatiga cuando sobre la unión actúen cargas variables en el tiempo. En el caso de recipientes sometidos a altas presiones la sanidad de las costuras soldadas es un factor de vital importancia.
Es prácticamente imposible encontrar una unión soldada libre de defectos. Entonces el problema consiste en minimizar la presencia de ellos. También es importante la identificación, para prestarle atención a su desarrollo y de ser necesario planificar las tareas de mantenimiento y recuperación de la unión.
Existen numerosos métodos para la identificación de los defectos de soldadura. Así es posible citar el empleo de los rayos X [1, 2, 4], las partículas magnéticas [2, 4] y los líquidos penetrantes [1, 2, 4].
El objetivo de este trabajo es evaluar la nafta y el polvo de tiza como sustitutos del limpiador TURCO DY-CHEK REMOVEDOR y del revelador TURCO DY-CHEK REVELADOR para realizar la inspección mediante líquido penetrante realizada a un grupo de probetas para ensayos a fatiga. Para realizar la inspección se contaba con un pote en aerosol de líquido penetrante de la marca TURCO DY – CHECK, pero se carecía de las sustancias limpiadora y reveladora. En este sentido se propuso su sustitución. Para la sustitución de la primera se utilizó nafta, mientras que para la segunda el polvo de tiza. Esto obedece a las características de estas sustancias. La nafta tiene propiedades solventes, mientras que el polvo de tiza es capaz de absorber las sustancias líquidas.

MATERIALES Y MÉTODOS
Mediante la inspección por líquidos penetrantes es posible localizar defectos en las uniones soldadas. Este es un método que tiene gran aceptación debido a su efectividad [1, 2, 4], confiabilidad y facilidad de aplicación.
Como parte de una investigación desarrollada por el autor para caracterizar uniones soldadas, donde se utiliza el electrodo E6013 de fabricación cubana [5, 6, 7, 8, 9]; se construyeron un grupo de 32 probetas con el propósito de realizarle ensayos destructivos. Sin embargo, antes de realizarle los ensayos destructivos (como el ensayo a fatiga, donde es necesario conocer la posición y dimensiones de defectos para evaluar el crecimiento de grietas) había que evaluar la presencia de defectos. El material base fue acero AISI 1015 y como material de aporte el electrodo E6013 de fabricación cubana. Se hizo un cordón por una cara, luego se giraba la probeta 180º respecto a su eje longitudinal y se realizaba otro cordón por la otra cara. De esta manera se identifican como A y B la primera y segunda cara respectivamente.
A las probetas elaboradas mediante el proceso de soldadura manual por arco eléctrico (MMA) para la realización de esta investigación se les realizó una inspección con líquidos penetrantes con el objetivo de detectar posibles grietas, porosidades u algún otro defecto que pudiera ser el iniciador de posibles grietas de fatiga. Como se explicó en la introducción, en las condiciones de trabajo no se contaba con todas las sustancias necesarias para la realización de la inspección, por lo que se buscaron soluciones alternativas al proceso, que dieron un buen resultado. En próximos párrafos se explican estas soluciones, así como la manera en que fue validado el proceso.
Inspección mediante líquidos penetrantes.
La manera en que se efectúa la inspección mediante estos líquidos aparece descrita en la bibliografía. Este método consiste en aplicar una sustancia que penetra (líquido penetrante) en los defectos que existen en la superficie de las piezas, se deja actuar un tiempo prudencial. A continuación se remueve el exceso de penetrante mediante una sustancia limpiadora y por último se aplica la sustancia reveladora, que es la encargada de extraer el penetrante que ha quedado en los defectos encontrados [10, 11, 12]. Para ejecutar la inspección se siguieron los pasos descritos en [12]. El procedimiento descrito se realizó primero para una cara de las probetas y luego para la otra.
Preparación de la superficie
La superficie a ensayar debe encontrarse seca y libre de cualquier elemento que pueda considerarse contaminante, o sea, que no pueden haber grasas, óxidos, polvos, pinturas, ya que esto puede dificultar la entrada del líquido en la discontinuidad o alterar el resultado. La limpieza de las superficies se realizó primero con un cepillo de acero para remover los restos de óxido y otros sólidos presentes. A continuación se aplicó nafta que permitió disolver las sustancias que pudieran quedar. Después de realizar la limpieza de la superficie de las probetas se verificó mediante la inspección visual de que no quedaran en la superficie de las probetas ningún resto de alguna sustancia que afectará los resultados. Se comprobó que no habían restos de escorias, óxidos, e incluso de la nafta y el fieltro utilizado para la limpieza de las probetas.
Aplicación del penetrante
Con la superficie de las probetas listas para la aplicación del penetrante TURCO DY – CHECK, se procedió entonces a atomizar el mismo sobre la ZF y la ZAT de las juntas, observando que la distribución de la capa de penetrante sobre toda la zona a inspeccionar fuera homogénea y cubriera toda la parte que es de interés para la inspección. En las Figura 2 a) y b) se exponen las probetas con el penetrante aplicado en una y otra cara respectivamente.
Siguiendo las recomendaciones del fabricante [13] se mantuvo aplicado el penetrante durante 10 minutos sobre las superficies. Se revisó que durante todo ese tiempo existiera líquido sobre las superficies objeto de inspección, garantizando la penetración del líquido en los defectos que existieran en la junta.

Figura 2. Aplicación del líquido penetrante a las dos caras de las probetas.

Remoción del exceso de penetrante
El penetrante excedente se retiró después de cumplido el tiempo de aplicación. Para ello, se utilizó un fieltro, humedecido con nafta. Después de retirarlo se observó que no había penetrante sobre la junta.
Aplicación del revelador
En las Figura 3 a) y b) se ve la apariencia de las probetas después de aplicado el revelador, para lo que se utilizó polvo de tiza, que fue rociado sobre las superficies donde había sido aplicada la sustancia penetrante.


Figura 3. Aplicación del polvo de tiza como sustancia reveladora.

Inspección
Se realizó después de cumplidos los 30 minutos de acción de la sustancia reveladora. Este tiempo se escogió de forma empírica, observando cada 5 minutos la apariencia de las probetas.
Al realizar la sexta observación se apreció la similitud de defectos presentes en algunas probetas con los defectos descritos en [13] y que se muestran en la Figura 6, lo que permitió decidir sobre pasar a la inspección.

RESULTADOS DEL TRABAJO
La observación de las diferentes probetas permitió identificar un grupo de defectos presentes en ellas. Las probetas que revelaron defectos se detallan en la Tabla 1.
Tabla 1. Defectos encontrados mediante la inspección visual.


Probeta

Cara

Defecto

Figura

8

A

Poro

4.5 a

15

B

. Poros, . Grieta

4.5 b

28

A

. Socavadura, . Salpicadura

4.5 c

29

A

Poros

4.5 d

Figura 4. Resultados de la inspección con líquidos penetrantes. a) Poro en la zona de transición en la probeta 8, cara A. b) Poros en la zona de transición (detalle I) y grieta en la zona de afectación térmica (detalle II) en la probeta 15 cara B. c) Socavadura en la zona de transición (detalle I) y salpicaduras en la zona de afectación térmica (detalle II) en la probeta 28 cara A. d) Poros en la zona de transición probeta 29 cara A.
Limpieza final
En este paso se retiró de las probetas la sustancia reveladora y el penetrante que extrajo esta de los defectos.
Validación de la variante propuesta para sustituir el ensayo de líquidos penetrantes.
Atendiendo a que el ensayo por líquidos penetrantes se efectuó sustituyendo el solvente y el revelador por la nafta y el polvo de tiza respectivamente, se hizo necesario buscar una forma de validar los resultados obtenidos.
En primer lugar se contrastaron las observaciones realizadas con los resultados que ofrece la bibliografía sobre el líquido penetrante utilizado [13], existiendo similitudes entre ambos resultados. La nafta permitió eliminar todo el exceso de penetrante. Se apreció que en las uniones no quedaba penetrante. Con el polvo de tiza se extrajo el penetrante que se había introducido en los defectos, lo que permitió revelarlos.
La segunda acción realizada para validar estos resultados fue inspeccionar uniones soldadas con defectos conocidos, empleando esta metodología. Los resultados se exponen a continuación.
Las uniones ensayadas que tenían defectos conocidos forman parte de la estructura de acero de una reja construida mediante soldadura manual por arco eléctrico. En la figura 5 a) se muestra una unión que se encontraba fisurada, mientras que en la figura 5 b), en la zona fundida de la unión es posible apreciar un poro.

Figura 5. Uniones soldadas con defectos conocidos. Aplicación y resultados del método de los líquidos penetrantes.
A estas uniones soldadas se les aplicó el mismo procedimiento utilizado antes para aplicar el ensayo de líquidos penetrantes, o sea, se limpiaron para eliminar la presencia de otra sustancia que pudiera influir en los resultados. Luego se aplicó el líquido penetrante TURCO DY – CHECK PENETRANTE durante 10 minutos, en un tercer paso se removió el exceso de penetrante, posteriormente se pasó a aplicar el polvo de tiza para extraer el líquido penetrante que quedó en los defectos. Por último se realizó la inspección de la junta y su limpieza.
Con la aplicación de la inspección mediante líquidos penetrantes se identificaron defectos en 4 probetas, lo que representa el 12,5 %. El tipo de defecto más encontrado fue poros. En la documentación propuesta por el fabricante del penetrante [7] estos se revelan como un círculo rojo después de ser aplicada la sustancia reveladora.
En la Figura 6 se exponen la apariencia que pueden tener los defectos estudiados con el penetrante utilizado [7].


Figura 6. Apariencia de los defectos después de revelados [13].

En el caso de la unión utilizada con el propósito de validar los experimentos, los resultados de la inspección se esperaban que fueran para el caso del defecto mostrado en la figura 5 a) una línea de color rojo que circundara la junta en los lugares donde se veía la fisura longitudinal, y para el poro que se enseña en la figura 5 b) un círculo de color rojo en la zona donde está el defecto. Como se aprecia en las imágenes de la Figura 7 a) y b) los resultados concuerdan con los esperados.


Figura 7. Resultados de la aplicación de líquidos penetrantes en una unión con defectos conocidos.

CONCLUSIONES
Después de analizados los defectos que aparecieron en las distintas probetas y los descritos según la bibliografía es posible plantear que:

    • Existen semejanzas en la forma de los defectos identificados en este trabajo y otros que aparecen en la bibliografía [13], que fueron revelados con la sustancia TURCO DY – CHECK PENETRANTE.
    • De la conclusión anterior se desprende que es posible sustituir las sustancias limpiadora TURCO DY-CHEK REMOVEDOR y reveladora TURCO DY-CHEK REVELADOR recomendada por el fabricante por nafta y polvo de tiza respectivamente.

     

  • Lenin, Vladimir Ilich. Obras completas, tomo 38. Moscú: Progreso, 1981. 368 p.


BIBLIOGRAFÍA

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Fecha de Recepción: 13 de abril 2015 Fecha de Aprobación: 21 de mayo 2015 Fecha de Publicación: 29 de mayo 2015

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