Inspección por Líquidos Penetrantes
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Inspección por líquidos penetrantes (Liquid Penetrant Inspection)

Método de inspección no destructivo para la detección y exposición de defectos superficiales de metales y no metales. Se basa en la capilaridad de los líquidos (propiedad que permite a un líquido ascender o descender a través de un tubo muy estrecho y de diámetro pequeño), que permite su penetración y retención en las fisuras, porosidades y grietas en la superficie de la pieza, permitiendo visualizar estos defectos por medio de su coloración.

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1. Inspección por Líquidos Penetrantes.

Es un procedimiento de inspección no destructiva (no altera de forma permanente las propiedades físicas, químicas, mecánicas ni dimensionales del material) diseñado para detectar y exponer defectos superficiales en materiales sólidos no porosos metálicos y no metálicos.

Se basa en el principio de capilaridad de los líquidos (capacidad de los líquidos para ascender o descender a través de tubos capilares, “pequeña sección circular y muy estrecho”), que permite su penetración y retención en las aberturas estrechas para la detección de defectos abiertos en la superficie.

Se reconoce como el método de inspección más favorable debido a que es una operación económica, fácil de emplear, no requiere de equipos complejos ni costosos, permite inspeccionar la totalidad de la superficie de la pieza de trabajo sin importar su geometría ni tamaño. Facilita la determinación de la longitud de las discontinuidades en la superficie con gran exactitud, pero no así su profundidad.

Se emplea en la inspección de materiales metálicos (acero al carbono, acero inoxidable, aluminio, cobre, bronce, latón, etc.), que vienen de un proceso de fabricación (fusión, soldadura, tratamiento térmico) o en los que se va a evaluar su usabilidad (fatiga, corrosión, erosión, etc.); y no metálicos (plásticos, vidrio). Es uno de los métodos no destructivos más usado para la inspección de soldadura y sus acabados.

Dentro de las limitaciones de aplicación de éste método tenemos que no se puede usar en materiales que sean porosos, ni en superficies o piezas pintadas o con algún tipo de recubrimiento protector, debido a que hay riesgo de afectar el material o el recubrimiento con los líquidos utilizados.

2. Procedimiento básico

2.1 Preparación de la superficie.

  • Limpieza. El éxito de cualquier método con líquidos penetrantes depende en gran parte de que la superficie se encuentre libre de cualquier contaminante que interfiera con el proceso. Todas las partes deben estar limpias y secas antes de aplicar el penetrante, por lo tanto, deben recibir una preparación previa adecuada.

Esta preparación incluye la remoción de óxidos, capas de pintura, escoria u otras cubiertas, y la realización de una limpieza profunda que no deje contaminantes.

Para la eliminación de óxidos, escamas, etc., se pueden aplicar métodos mecánicos, tales como el granallado o cepillado con cepillo de alambre blando. No se recomienda el arenado, tela de esmeril, cepillos de acero, ya que existe el peligro de que la deformación superficial por estos métodos cierren las fisuras u otros defectos.

Independientemente del método aplicado mecánico o químico en la preparación de la superficie, siempre es necesario realizar la limpieza profunda de la misma. Esta limpieza debe remover todo vestigio de grasa, aceites, suciedades, polvos, etc.

Fig. Preparación de la superficie.

Las normas ASTM E-165 y ASME Sección V mencionan distintos métodos de limpieza: con detergentes, solvente removedor, vapor desengrasante, limpieza ultrasónica, soplado abrasivo (siempre y cuando no aplaste los bordes de los defectos, cerrándolos).

  • Secado posterior a la limpieza. Es esencial que las partes sean enérgicamente secadas, con el fin de que no quede agua ni solvente retenido en los defectos, ya que estos impedirían la entrada del penetrante. El secado se realiza con lámparas infrarrojas, estufas o simplemente con aire caliente.

2.2 Aplicación del penetrante.

La forma de aplicación del penetrante no depende del tipo de proceso utilizado sino, fundamentalmente de las condiciones en que se debe operar, y de la forma, tamaño y cantidad de piezas a examinar.

  • Inmersión. Consiste en sumergir las piezas de pequeño tamaño en un tanque lleno de líquido penetrante. Para facilitar la operación, las piezas se colocan en cestas de alambre.

  • Pulverización. Consiste en pulverizar el líquido penetrante por medio de un chorro de aire a baja presión, equivalente a la aspersión.

  • Pintado. Se emplea cuando no se requiere cubrir con líquido penetrante una superficie mayor que la que se va a examinar. Reduciendo el consumo de penetrante y el tiempo de limpieza en comparación con la técnica de pulverización.

La aplicación por medio de pulverización se realiza generalmente en piezas grandes que no pueden ser sumergidas en un tanque, o en casos donde se va a revisar una zona localizada (cordones de soldadura, estructuras).

Fig. Aplicación del penetrante.

Una vez que se ha asegurado el completo mojado de la superficie a examinar, se debe dejar transcurrir el tiempo necesario para la penetración de la tinta. Estos tiempos están normalizados para distintos procesos, pero se recomienda que no sea menor a 5 minutos y no mayor a lo especificado por el fabricante.

2.3 Remoción del penetrante.

En esta etapa se asegura la mejor sensibilidad del método. Una vez que se ha conseguido que el líquido penetrante entre en el defecto, es imperativo que la mayor parte posible quede retenido en él. Hasta la etapa de revelado.

La remoción del exceso de penetrante debe realizarse con la mínima extracción del líquido retenido en los defectos. La forma de efectuar ésta operación depende del tipo de penetrante.

  • Penetrantes lavables con agua. Consiste en proyectar agua mediante una boquilla, para que incida sobre la pieza de trabajo son un ángulo de inclinación de 45°, a una presión inferior de 280 kPa y una temperatura entre 10 y 38 °C

  • Penetrantes post-emulsionables. Consiste en aplicar un emulsionante (sustancia que ayuda a mezclar dos sustancias poco miscibles, “difíciles de mezclar como la grasa y agua”), esperar un tiempo de emusilficación y finalmente se elimina con agua la emulsión penetrante-emulsionante.

  • Penetrante removible con disolvente. Consiste en frotar la superficie con trapos o papeles absorbentes, repitiendo la operación hasta que se haya eliminado la mayor parte del penetrante. Las trazas de penetrante que queden se eliminan frotando con suavidad utilizando trapos o papeles ligeramente humedecidos en disolvente.

Fig. Remoción del penetrante.

2.4 Revelado.

Esta etapa consiste en la aplicación de una capa delgada de polvo muy fino (sólido finamente pulverizado) sobre la superficie a examinar.

El polvo absorbe el líquido penetrante retenido en los defectos, funcionando como un tubo capilar (pequeña sección circular y muy estrecho) y lo concentra en la superficie, permitiendo su visualización. En el caso de los líquidos coloreados, el revelador permite aumentar el contraste.

Aplicación de penetrante Remoción de excedente Acción del revelador

Fig. Revelado (acción capilar).

El revelador puede ser polvo en suspensión acuosa (sólido no soluble suspendido en agua), o polvo en suspensión no acuosa (sólido no soluble suspendido en un líquido de fácil evaporación, como alcohol isopropílico, acetona, etc.), éste último puede ser utilizado en todos los tipos de penetrantes y procesos.

Este revelador es el que da la más alta sensibilidad. Antes de su aplicación, el revelador debe se agitado y pulverizado sobre la superficie.

Fig. Aplicación del revelador

2.5 Observación y evaluación de las indicaciones.

La observación de las indicaciones debe iniciarse inmediatamente después del secado del revelador, y debe repetirse, por lo menos una vez después de transcurridos 10 minutos aproximadamente.

Para el caso de líquido penetrante coloreado, la observación debe hacerse con luz natural o luz artificial. Las indicaciones (defectos) se verán generalmente de un rojo intenso, que contrasta con un fondo blanco producido por la capa del revelador.

La intensidad del color y la velocidad con que se extiende, están relacionadas con la profundidad del defecto. Es decir, inicialmente aparecerán las indicaciones de las fisuras, y el posterior ensanchamiento en determinadas zonas, será una media de la profundidad de las fisuras, es decir, el penetrante se extenderá sobre la superficie.

Dentro de los tipos de defectos superficiales tenemos: poros muy finos, indicados por puntos distribuidos al azar o agrupados en áreas localizadas; fisuras muy estrechas o parcialmente cerradas indicadas por una línea de trazos; y grietas indicadas como aberturas estrechas y alargadas.

Fig. Tipos de defectos superficiales.

Tipos de indicaciones de acuerdo a las normativas:

  1. Indicaciones relevantes, son aquellas con una dimensión mayor a 1.5 mm.
  2. Indicaciones lineales, es aquellas que tiene una longitud mayor a 3 veces su ancho.
  3. Indicaciones redondeadas, es aquellas de forma circular o elíptica con una longitud igual o menor a 3 veces su ancho.
  • Norma ASME B31.3:

Tabla 341.3.2: Criterios de aceptación (límites para imperfecciones) para soldadura. Para los puntos correspondientes a grietas y superficies porosas, aplica:

Criterio A – Extensión de la imperfección: Cero (imperfecciones no evidentes).

  • Norma API 650, 6.4.4:

Toda superficie a ser examinada debe estar libre de:

  1. Indicaciones lineales relevantes
  2. Indicaciones redondeadas relevantes mayores de 5 mm
  3. Cuatro o más indicaciones redondeadas relevantes alineadas y separadas 1.5 mm o menos.
  • Norma API 1104, 9.5.2:

Deben ser consideradas defectos si existe alguna de la siguientes condiciones:

Indicaciones relevantes.

  1. Indicaciones lineales caracterizadas como fisuras cráter o fisuras estrella que exceden 4 mm de longitud.
  2. Indicaciones lineales caracterizadas como fisuras u otras que no sean fisuras cráter o estrella.
  3. Indicaciones lineales que excedan 25.4 mm de longitud total en 300 mm de longitud de soldadura o el 8% de la longitud de soldadura.

Indicaciones redondeadas.

  1. El tamaño de un poro individual excede 3 mm.
  2. El tamaño de un poro individual excede el 25% del espesor del elemento más delgado de la unión.
  3. El diámetro de una agrupación de poros excede 13 mm.
  4. La longitud acumuladas de agrupaciones de poros excede 13 mm en 300 mm de longitud de soldadura.

2.6 Limpieza final.

Es la eliminación de los restos del líquido penetrante y del revelador utilizados para prevenir posibles ataques posteriores y recuperar el estado inicial de la superficie.

3. Clasificación de los líquidos penetrantes

El líquido penetrante utilizado determina las variantes en la aplicación del método. Las normas aplicables son ASME SE-165, ASME V y MIL-1-6866, las cuales coinciden en las definiciones de los distintos tipos de penetrantes y su clasificación.

De estos métodos, el tipo B3 (tinta coloreada removible con solvente) es el más difundido en cuanto a su uso y aplicación.

Clasificación de líquidos penetrantes
Técnica Tipo A Tipo B
1. Lavable con agua Tintas Fluorescentes Tintas Coloreadas
2. Post-emulsificantes
3. Removible con solvente

El rango de temperatura ambiental óptima para la inspección por líquidos penetrantes es de 15 – 45 °C.

Las uniones soldadas de una construcción nueva deben ser sometidas a inspección por líquidos penetrantes antes de que se aplique cualquier tratamiento superficial (pintura, galvanizado, pavonado, etc.) que pueda tapar o disimular los defectos.