El ABC del examen de soldaduras no destructivas
Reimpreso por cortesía de la revista Welding Journal

La comprensión de los beneficios y las desventajas de cada forma de examen no destructivo puede ayudarlo a elegir el mejor método para su aplicación.

La filosofía que a menudo guía la fabricación de conjuntos y estructuras soldados es "asegurar la calidad de la soldadura". Sin embargo, el término "calidad de la soldadura" es relativo. La aplicación determina qué es bueno o malo. En general, cualquier soldadura es de buena calidad si cumple con los requisitos de apariencia y continuará indefinidamente haciendo el trabajo para el que fue diseñada. El primer paso para asegurar la calidad de la soldadura es determinar el grado requerido por la aplicación. Debe establecerse un estándar basado en los requisitos del servicio.

Los estándares diseñados para impartir la calidad de la soldadura pueden diferir de un trabajo a otro, pero el uso de técnicas de soldadura apropiadas puede proporcionar la seguridad de que se cumplen los estándares aplicables. Cualquiera que sea el estándar de calidad, todas las soldaduras deben inspeccionarse, incluso si la inspección implica nada más que el soldador cuidando su propio trabajo después de cada pasada de soldadura. Muchas veces, una buena apariencia de la superficie de soldadura se considera indicativa de una alta calidad de soldadura. Sin embargo, la apariencia de la superficie por sí sola no asegura una buena mano de obra o calidad interna.

Los métodos de inspección de examen no destructivo (NDE) permiten verificar el cumplimiento de las normas de forma continua mediante el examen de la superficie y el subsuelo de la soldadura y el material base circundante. Se utilizan comúnmente cinco métodos básicos para examinar las soldaduras acabadas: visual, líquido penetrante, partículas magnéticas, ultrasónico y radiográfico (rayos X). El uso creciente de la informatización con algunos métodos proporciona una mejora adicional de la imagen y permite la visualización en tiempo real o casi en tiempo real, inspecciones comparativas y capacidades de archivo. Una revisión de cada método ayudará a decidir qué proceso o combinación de procesos utilizar para un trabajo específico y para realizar el examen de manera más eficaz.

Inspección visual (VT)
La inspección visual suele ser el método más rentable, pero debe realizarse antes, durante y después de la soldadura. Muchas normas requieren su uso antes que otros métodos, porque no tiene sentido someter una soldadura obviamente mala a técnicas de inspección sofisticadas. El ANSI / AWS D1.1, Código de soldadura estructural - Acero, establece, "Las soldaduras sujetas a examen no destructivo se considerarán aceptables mediante inspección visual". La inspección visual requiere poco equipo. Aparte de una buena vista y suficiente luz, todo lo que se necesita es una regla de bolsillo, un medidor de tamaño de soldadura, una lupa y posiblemente una regla y un cuadrado para verificar la rectitud, alineación y perpendicularidad.

Antes de iniciar el primer arco de soldadura, se deben examinar los materiales para ver si cumplen con las especificaciones de calidad, tipo, tamaño, limpieza y ausencia de defectos. Debe eliminarse la grasa, la pintura, el aceite, la película de óxido o las incrustaciones. Las piezas a unir deben verificarse para verificar su planitud, rectitud y precisión dimensional. Asimismo, se debe examinar la alineación, el ajuste y la preparación de la articulación. Por último, se deben verificar las variables de proceso y procedimiento, incluido el tamaño y tipo de electrodo, la configuración del equipo y las disposiciones para precalentamiento o postcalentamiento. Todas estas precauciones se aplican independientemente del método de inspección que se utilice.

Durante la fabricación, el examen visual de un cordón de soldadura y el cráter del extremo puede revelar problemas como grietas, penetración inadecuada e inclusiones de gas o escoria. Entre los defectos de soldadura que se pueden reconocer visualmente se encuentran el agrietamiento, las inclusiones de escoria superficial, la porosidad de la superficie y el socavado.

En soldaduras simples, puede ser adecuado inspeccionar al comienzo de cada operación y periódicamente a medida que avanza el trabajo. Sin embargo, cuando se está depositando más de una capa de relleno metálico, puede ser conveniente inspeccionar cada capa antes de depositar la siguiente. El paso de raíz de un paso múltiple es más crítico para la solidez de la soldadura. Es especialmente susceptible a agrietarse y debido a que se solidifica rápidamente, puede atrapar gas y escoria. En pasadas posteriores, las condiciones causadas por la forma del cordón de soldadura o los cambios en la configuración de la junta pueden causar más grietas, así como cortes y atrapamiento de escoria. Los costos de reparación se pueden minimizar si la inspección visual detecta estos defectos antes de que avance la soldadura.

La inspección visual en una etapa temprana de producción también puede prevenir la soldadura insuficiente y excesiva. No se pueden tolerar soldaduras más pequeñas que las requeridas en las especificaciones. Las perlas que son demasiado grandes aumentan los costos innecesariamente y pueden causar distorsión debido a la tensión de contracción adicional.

Después de soldar, la inspección visual puede detectar una variedad de fallas en la superficie, incluidas grietas, porosidad y cráteres sin relleno, independientemente de los procedimientos de inspección posteriores. Se pueden evaluar variaciones dimensionales, deformaciones y defectos de apariencia, así como las características del tamaño de la soldadura.

Antes de comprobar si hay defectos en la superficie, las soldaduras deben limpiarse de escoria. El granallado no debe realizarse antes del examen, porque la acción de granallado puede sellar las grietas finas y hacerlas invisibles. El Código de soldadura estructural AWS D1.1, por ejemplo, no permite el granallado "en la raíz o la capa superficial de la soldadura o el metal base en los bordes de la soldadura".

La inspección visual solo puede localizar defectos en la superficie de la soldadura. Las especificaciones o los códigos aplicables pueden requerir que también se examinen la parte interna de la soldadura y las zonas metálicas adyacentes. Se pueden utilizar exámenes no destructivos para determinar la presencia de una falla, pero no pueden medir su influencia en la capacidad de servicio del producto a menos que estén basados en una correlación entre la falla y alguna característica que afecte el servicio. De lo contrario, las pruebas destructivas son la única forma segura de determinar la capacidad de servicio de la soldadura.


Inspección radiográfica
La radiografía (rayos X) es uno de los métodos de examen no destructivo más importantes, versátiles y ampliamente aceptados - Fig. 1. Los rayos X se utilizan para determinar la solidez interna de las soldaduras. El término "calidad de los rayos X", ampliamente utilizado para indicar una alta calidad en las soldaduras, surge de este método de inspección.

La radiografía se basa en la capacidad de los rayos X y los rayos gamma de atravesar el metal y otros materiales opacos a la luz ordinaria y producir registros fotográficos de la energía radiante transmitida. Todos los materiales absorberán cantidades conocidas de esta energía radiante y, por lo tanto, los rayos X y los rayos gamma se pueden usar para mostrar discontinuidades e inclusiones dentro del material opaco. El registro de película permanente de las condiciones internas mostrará la información básica mediante la cual se determinará la solidez de la soldadura.

Los rayos X son producidos por generadores de alto voltaje. A medida que aumenta el alto voltaje aplicado a un tubo de rayos X, la longitud de onda de los rayos X emitidos se acorta, proporcionando más poder de penetración. Los rayos gamma son producidos por la desintegración atómica de radioisótopos. Los isótopos radiactivos más utilizados en la radiografía industrial son el cobalto 60 y el iridio 192. Los rayos gamma emitidos por estos isótopos son similares a los rayos X, excepto que sus longitudes de onda suelen ser más cortas. Esto les permite penetrar a mayores profundidades que los rayos X de la misma potencia, sin embargo, los tiempos de exposición son considerablemente más largos debido a la mayor intensidad.

Cuando los rayos X o los rayos gamma se dirigen a una sección de la soldadura, no todos los pases de radiación atraviesan el metal. Diferentes materiales, dependiendo de su densidad, grosor y número atómico, absorberán diferentes longitudes de onda de energía radiante.

El grado en que los diferentes materiales absorben estos rayos determina la intensidad de los rayos que penetran a través del material. Cuando se registran variaciones de estos rayos, se dispone de un medio para ver el interior del material. La imagen de una película revelada fotosensibilizada se conoce como radiografía. Las áreas más gruesas de la muestra o material de mayor densidad (inclusión de tungsteno) absorberán más radiación y sus áreas correspondientes en la radiografía serán más claras - Fig 2.

Ya sea en el taller o en el campo, la confiabilidad y el valor interpretativo de las imágenes radiográficas son una función de su nitidez y contraste. La capacidad de un observador para detectar un defecto depende de la nitidez de su imagen y su contraste con el fondo. Para asegurarse de que una exposición radiográfica produzca resultados aceptables, se coloca un medidor conocido como indicador de calidad de imagen (IQI) en la pieza para que su imagen se produzca en la radiografía.

Los IQI que se utilizan para determinar la calidad radiográfica también se denominan penetrametros. Un penetrametro de tipo agujero estándar es una pieza rectangular de metal con tres agujeros perforados de diámetros establecidos. El espesor de la pieza de metal es un porcentaje del espesor de la muestra que se está radiografiando. El diámetro de cada orificio es diferente y es un múltiplo dado del espesor del penetrómetro. Los penetraómetros de tipo alambre también se utilizan ampliamente, especialmente fuera de los Estados Unidos. Consisten en varios trozos de alambre, cada uno de diferente diámetro. La sensibilidad está determinada por el diámetro más pequeño de alambre que se puede ver claramente en la radiografía.

Un penetrametro no es un indicador o calibre para medir el tamaño de una discontinuidad o el tamaño mínimo de falla detectable. Es un indicador de la calidad de la técnica radiográfica.

Las imágenes radiográficas no siempre son fáciles de interpretar. Las marcas y rayas de manipulación de la película, la niebla y las manchas causadas por errores de desarrollo pueden dificultar la identificación de defectos. Tales artefactos de película pueden enmascarar discontinuidades de soldadura.

Los defectos superficiales aparecerán en la película y deben reconocerse. Debido a que el ángulo de exposición también influirá en la radiografía, es difícil o imposible analizar las soldaduras de filete mediante este método. Debido a que una radiografía comprime todos los defectos que ocurren a lo largo del espesor de la soldadura en un solo plano, tiende a dar una impresión exagerada de defectos de tipo disperso como porosidad o inclusiones.

Se puede ver una imagen de rayos X del interior de la soldadura en una pantalla fluorescente, así como en una película revelada. Esto hace que sea posible inspeccionar las piezas más rápido y a un costo menor, pero la definición de la imagen es más pobre. La informatización ha hecho posible superar muchas de las deficiencias de las imágenes radiográficas al vincular la pantalla fluorescente con una cámara de vídeo. En lugar de esperar a que se revele la película, las imágenes se pueden ver en tiempo real. Esto puede mejorar la calidad y reducir los costos en aplicaciones de producción como la soldadura de tuberías, donde un problema se puede identificar y corregir rápidamente.

Al digitalizar la imagen y cargarla en una computadora, la imagen se puede mejorar y analizar en un grado nunca antes posible. Se pueden superponer varias imágenes. Los valores de píxeles se pueden ajustar para cambiar el sombreado y el contraste, destacando pequeños defectos y discontinuidades que no aparecerían en la película. Los colores se pueden asignar a los distintos tonos de gris para mejorar aún más la imagen y hacer que los defectos se destaquen mejor. El proceso de digitalización de una imagen tomada de la pantalla fluorescente (hacer que la computadora de imagen se mejore y se transfiera a un monitor de visualización) toma solo unos segundos. Sin embargo, debido a que hay un retraso de tiempo, ya no podemos considerar este "tiempo real". Se llama "imágenes de radioscopia".

Las películas existentes se pueden digitalizar para lograr los mismos resultados y mejorar el proceso de análisis. Otra ventaja es la capacidad de archivar imágenes en discos ópticos láser, que ocupan mucho menos espacio que las bóvedas de películas antiguas y son mucho más fáciles de recuperar cuando se necesitan.

La radiografía industrial, entonces, es un método de inspección que utiliza rayos X y rayos gamma como medio de penetración, y película densificada como medio de grabación, para obtener un registro fotográfico de calidad interna. Generalmente, los defectos en las soldaduras consisten en un vacío en el metal de soldadura o una inclusión que difiere en densidad del metal de soldadura circundante.

El equipo radiográfico produce radiación que puede ser dañina para el tejido corporal en cantidades excesivas, por lo que se deben seguir de cerca todas las precauciones de seguridad. Todas las instrucciones deben seguirse cuidadosamente para lograr resultados satisfactorios. Solo se debe permitir realizar pruebas radiográficas al personal capacitado en seguridad radiológica y calificado como radiógrafo industrial.

Inspección de partículas magnéticas (MT)
La inspección por partículas magnéticas es un método para localizar y definir discontinuidades en materiales magnéticos. Es excelente para detectar defectos superficiales en soldaduras, incluidas las discontinuidades que son demasiado pequeñas para ser vistas a simple vista y las que están ligeramente bajo la superficie.

Este método se puede utilizar para inspeccionar los bordes de la placa antes de soldar, en la inspección del proceso de cada pasada o capa de soldadura, evaluación posterior a la soldadura y para inspeccionar
reparaciones - Fig.3.

Es un buen método para detectar grietas superficiales de todos los tamaños tanto en la soldadura como en el metal base adyacente, grietas en el subsuelo, fusión incompleta, socavación y penetración inadecuada en la soldadura, así como defectos en los bordes reparados del metal base. Aunque las pruebas con partículas magnéticas no deben sustituir la radiografía o los ultrasonidos para las evaluaciones del subsuelo, pueden presentar una ventaja sobre sus métodos para detectar grietas estrechas y discontinuidades superficiales.

Con este método, las sondas generalmente se colocan a cada lado del área a inspeccionar y se pasa un alto amperaje a través del lugar de trabajo entre ellas. Se produce un flujo magnético en ángulo recto con el flujo de corriente - Fig. 3. Cuando estas líneas de fuerza encuentran una discontinuidad, como una grieta longitudinal, se desvían y se filtran a través de la superficie, creando polos magnéticos o puntos de atracción. Un polvo magnético espolvoreado sobre la superficie se adherirá al área de la fuga con más tenacidad que en cualquier otro lugar, formando una indicación de la discontinuidad.

Para que se desarrolle esta indicación, la discontinuidad debe estar en ángulo contra las líneas magnéticas de fuerza. Así, cuando la corriente pasa longitudinalmente a través de una pieza de trabajo, solo se mostrarán los defectos longitudinales. Colocar la pieza de trabajo dentro de una bobina de solenoide creará líneas de fuerza longitudinales (Fig. 3) que harán que las grietas transversales y angulares se hagan visibles cuando se aplica el polvo magnético.

Aunque es mucho más sencillo de utilizar que la inspección radiográfica, el método de partículas magnéticas se limita a utilizar con materiales ferromagnéticos y no se puede utilizar con aceros austeníticos. Una unión entre un metal base y una soldadura de diferentes características magnéticas creará discontinuidades magnéticas que pueden interpretarse falsamente como incorrectas. Por otro lado, un verdadero defecto puede ser oscurecido por el polvo que se adhiere sobre la discontinuidad magnética inofensiva. La sensibilidad disminuye con el tamaño del defecto y también es menor con grietas redondas como bolsas de gas. Es mejor con formas alargadas, como grietas, y se limita a defectos superficiales y algunos defectos subsuperficiales, principalmente en materiales más delgados.

Debido a que el campo debe distorsionarse lo suficiente para crear la fuga externa requerida para identificar fallas, las discontinuidades finas y alargadas, como grietas finas, costuras o inclusiones que son paralelas al campo magnético, no aparecerán. Se pueden desarrollar cambiando la dirección del campo, y es aconsejable aplicar el campo desde dos direcciones, preferiblemente en ángulo recto entre sí.

Los polvos magnéticos pueden aplicarse secos o húmedos. El método de polvo seco es popular para inspeccionar soldaduras pesadas, mientras que el método húmedo se usa a menudo para inspeccionar componentes de aeronaves. El polvo seco se espolvorea uniformemente sobre el trabajo con una pistola rociadora, una bolsa para polvo o un atomizador. Las partículas magnéticas finamente divididas están recubiertas para aumentar su movilidad y están disponibles en colores gris, negro y rojo para mejorar la visibilidad. En el método húmedo, se suspenden partículas rojas o negras muy finas en agua o destilado de petróleo ligero. Esto se puede hacer fluir o rociar, o la pieza se puede sumergir en el líquido. El método húmedo es más sensible que el método seco, porque permite el uso de partículas más finas que pueden detectar defectos excesivamente finos. Se pueden usar polvos fluorescentes para una mayor sensibilidad y son especialmente útiles para localizar discontinuidades en esquinas, ranuras, ranuras y agujeros profundos.

Inspección de líquidos penetrantes (PT)
Las grietas en la superficie y los poros que no son visibles a simple vista pueden localizarse mediante la inspección de líquidos penetrantes. Se usa ampliamente para localizar fugas en soldaduras y se puede aplicar con aceros austenicos y materiales no ferrosos donde la inspección por partículas magnéticas sería inútil.

La inspección de líquidos penetrantes a menudo se conoce como una extensión del método de inspección visual. Muchos estándares, como AWS D.1. Código, dice que "las soldaduras sujetas a pruebas de líquidos penetrantes se evaluarán sobre la base de los requisitos de inspección visual".

Se utilizan dos tipos de líquidos penetrantes: colorante fluorescente y visible. Con la inspección con penetrante fluorescente, se aplica un líquido altamente fluorescente con buenas cualidades de penetración a la superficie de la pieza a examinar. La acción capilar atrae el líquido hacia las aberturas de la superficie y luego se elimina el exceso. Se utiliza un "revelador" para atraer el penetrante a la superficie, y la indicación resultante se ve con luz ultravioleta (negra). El alto contraste entre el material fluorescente y el objeto permite detectar rastros diminutos de penetrante que indican defectos superficiales.

La inspección con tintes penetrantes es similar, excepto que se utilizan tintes de colores vivos visibles bajo luz ordinaria - Fig. 4. Normalmente, se utiliza un revelador blanco con los penetrantes de tinte que crea un fondo de fuerte contraste con el color vivo del tinte. Esto permite una mayor portabilidad al eliminar la necesidad de luz ultravioleta.

La pieza a inspeccionar debe estar limpia y seca, ya que cualquier materia extraña podría cerrar las grietas o picaduras y excluir el penetrante. Los penetrantes se pueden aplicar por inmersión, pulverización o cepillado, pero se debe dejar tiempo suficiente para que el líquido se absorba completamente en las discontinuidades. Esto puede llevar una hora o más en un trabajo muy exigente.

La inspección de líquidos penetrantes se utiliza ampliamente para la detección de fugas. Un procedimiento común es aplicar material fluorescente a un lado de una articulación, esperar un tiempo adecuado para que se produzca la acción capilar y luego observar el otro lado con luz ultravioleta. En recipientes de paredes delgadas, esta técnica identificará fugas que normalmente no se localizarían mediante la prueba de aire habitual con presiones de 5 a 20 lb / pulg.2 Sin embargo, cuando el espesor de la pared excede las � pulgada, la sensibilidad de la prueba de fugas disminuye.


Inspección ultrasónica (UT)
La inspección ultrasónica es un método para detectar discontinuidades dirigiendo un haz de sonido de alta frecuencia a través de la placa base y soldando en una trayectoria predecible. Cuando la trayectoria de la placa del haz de sonido golpea una interrupción en la continuidad del material, parte del sonido se refleja. El sonido es recolectado por el instrumento, amplificado y mostrado como un trance vertical en una pantalla de video - Fig.5.

Tanto las detecciones superficiales como subterráneas en metales pueden detectarse, ubicarse y medirse mediante inspección ultrasónica, incluidas las fallas demasiado pequeñas para ser detectadas por otros métodos.

La unidad ultrasónica contiene un cristal de cuarzo u otro material piezoeléctrico encapsulado en un transductor o sonda. Cuando se aplica un voltaje, el cristal vibra rápidamente. Cuando un transductor ultrasónico se sostiene contra el metal que se va a inspeccionar, imparte vibraciones mecánicas de la misma frecuencia que el cristal a través de un material de acoplamiento en el metal base y se suelda. Estas ondas vibratorias se propagan a través del material hasta que alcanzan una discontinuidad o un cambio de densidad. En estos puntos, parte de la energía vibratoria se refleja. A medida que la corriente que causa la vibración se apaga y enciende a 60-1000 veces por segundo, el cristal de cuarzo actúa intermitentemente como un receptor para captar las vibraciones reflejadas. Estos ejercen presión sobre el cristal y generan una corriente eléctrica. Alimentada a una pantalla de video, esta corriente produce deflexiones verticales en la línea de base horizontal. El patrón resultante en la cara del tubo representa la señal reflejada y la discontinuidad. El equipo ultrasónico portátil compacto está disponible para inspección de campo y se usa comúnmente en puentes y trabajos estructurales.

Las pruebas ultrasónicas son menos adecuadas que otros métodos NDE para determinar la porosidad en soldaduras, porque los poros de gas redondos responden a las pruebas ultrasónicas como una serie de reflectores de un solo punto. Esto da como resultado respuestas de baja amplitud que se confunden fácilmente con el "ruido de línea base" inherente a los parámetros de prueba. Sin embargo, es el método de prueba preferido para detectar discontinuidades y laminaciones de tipo liso.

El equipo ultrasónico portátil está disponible con operación digital y controles de microprocesador. Estos instrumentos pueden tener memoria incorporada y pueden proporcionar impresiones en papel o monitoreo y grabación de video. Pueden conectarse con computadoras, lo que permite un mayor análisis, documentación y archivo, al igual que con datos radiográficos. El examen ultrasónico requiere una interpretación experta por parte de personal altamente capacitado y ampliamente capacitado.


Opciones de control de calidad
Un buen programa de inspección de ECM debe reconocer las limitaciones inherentes de cada proceso. Por ejemplo, tanto la radiografía como la ecografía tienen distintos factores de orientación que pueden guiar la elección de qué proceso utilizar para un trabajo en particular. Sus fortalezas y debilidades tienden a complementarse entre sí. Si bien la radiografía no puede detectar de manera confiable defectos similares a la laminación, el ultrasonido es mucho mejor en eso. Por otro lado, el ultrasonido no es adecuado para detectar la porosidad dispersa, mientras que la radiografía es muy buena.

Independientemente de las técnicas de inspección que se utilicen, prestar atención a las "Cinco P" de la calidad de la soldadura ayudará a reducir la inspección posterior a una actividad de verificación de rutina. Luego, el uso adecuado de los métodos NDE servirá como un control para mantener las variables en línea y la calidad de la soldadura dentro de los estándares.

Las cinco P son:
1. Selección del proceso: el proceso debe ser el adecuado para el trabajo.
2. Preparación: la configuración de la junta debe ser correcta y compatible con el proceso de soldadura.
3. Procedimientos: los procedimientos deben ser detallados y seguidos religiosamente durante la soldadura.
4. Pruebas previas: se deben utilizar maquetas a gran escala o muestras simuladas para demostrar que el proceso y los procedimientos proporcionan el estándar de calidad deseado.
5. Personal: se deben asignar personas calificadas al trabajo.