Los defectos vienen en diferentes formas y tamaños

La detección de fallos es un tema muy amplio. Al escribir sobre esto en el artículo de calidad de junio de 2022, Detección de defectos 101, me concentré en definir qué es un defecto y luego hablé de muchos de los métodos de pruebas no destructivas (NDT) comunes que se utilizan para detectar defectos. La definición que utilicé anteriormente fue "una indicación que se determina que es una discontinuidad, pero que no excede los límites de rechazo". Esta definición se puede interpretar fácilmente dentro de los límites de un programa de END que tenga tolerancias y límites de aceptación definidos. Pero también podría interpretarse de manera diferente cuando las inspecciones utilizadas no intentan detectar tipos de defectos comunes como grietas, contracción, porosidad y otros.

Los defectos pueden tener muchas formas, orientaciones y tamaños diferentes. Pueden ser diferencias menores de material, imperfecciones de la superficie o cualquier cosa que no deba estar sobre o dentro de un componente. El origen de un defecto también puede provenir de muchas fuentes diferentes y pueden estar en cualquier lugar dentro de una pieza. Debido a esto, se han desarrollado muchas inspecciones diferentes para encontrar fallas. Dado que la detección de fallas puede ser muy difícil, a menudo puede requerir una combinación de varias inspecciones o inspecciones muy específicas para brindar una cobertura total de la pieza.

En algunos casos, donde se sabe que ocurren tipos de fallas específicas, se emplean varios tipos de métodos de inspección prescritos no tan comunes. Este tipo de inspecciones son el tema central de este artículo. La radiografía de neutrones (rayos N), por ejemplo, se utiliza para detectar tanto núcleos cerámicos residuales en componentes de turbinas como la distribución y densidad adecuadas de materiales explosivos internos en proyectiles de artillería. Otro método es la difracción de rayos X (DRX). XRD se utiliza para medir la orientación cristalográfica de los componentes y los niveles de tensión inherente y residual en piezas fabricadas y reparadas. Estos tipos de fallas específicas deben inspeccionarse utilizando estos métodos, ya que actualmente no existe otra forma estandarizada y validada de detectarlas.

La radiografía de neutrones comparte muchos de los atributos básicos del método estándar de END de rayos X, pero en lugar de utilizar rayos X para interactuar con los componentes, utiliza neutrones de alta energía. Los neutrones interactúan con los materiales de manera muy diferente a los rayos X y esta diferencia permite la detección de defectos que los rayos X no pueden identificar. En pocas palabras, muchos materiales más densos y gruesos pueden detener y absorber los rayos X, pero los rayos N pueden penetrar fácilmente a través de estos materiales. Por otro lado, los rayos X pueden penetrar fácilmente los plásticos, pero los rayos N no. Estas diferencias en la absorción se pueden utilizar ventajosamente.

El núcleo cerámico residual dentro de un componente de la turbina puede causar daños catastróficos a un motor. El núcleo cerámico es lo que define las dimensiones internas de muchos componentes de la turbina y después de que se funde la aleación de metal para formar la pieza, el núcleo cerámico permanece en el interior. Luego, el núcleo se elimina mediante un proceso químico, pero es necesario confirmar la eliminación completa. Los rayos N pueden proporcionar esta confirmación. Para ello, las piezas se lavan a fondo por fuera y por dentro con una solución que contiene un material llamado gadolinio. Se utiliza gadolinio porque puede absorber neutrones casi por completo. El lavado de gadolinio cubre e impregna completamente cualquier núcleo cerámico residual que pueda estar presente. Luego, las piezas se secan y se colocan frente al haz de neutrones y una película o un detector digital captura la radiografía de neutrones o la imagen digital. Cualquier material residual del núcleo se puede identificar fácilmente en la imagen de rayos N. Si se encuentra algún material de núcleo cerámico en una radiografía, ese número de serie se puede reprocesar. La Figura 1 muestra el material del núcleo cerámico dentro de las cavidades internas de una pieza de turbina.

Otro defecto único que depende de los rayos N para la detección es la distribución y densidad adecuadas de los materiales explosivos internos en los proyectiles de artillería/municiones. Para esta inspección, la munición se presenta simplemente colocándola en el haz de neutrones y se obtienen imágenes. Los neutrones interactúan con los distintos elementos del componente y luego pueden interpretarse e identificarse en la imagen de rayos N.

La difracción de rayos X (DRX) es otro método que se utiliza para defectos específicos. Uno de estos defectos es la orientación no deseada de los ángulos primario y secundario en los componentes de las turbinas monocristalinas. Este defecto es nuevamente uno que, si no se detecta, podría provocar un fallo. La orientación de la estructura de la red cristalina está diseñada para proporcionar la máxima durabilidad del componente. Si la orientación no es óptima, esto puede provocar una reducción de las propiedades mecánicas y un eslabón débil.

XRD es una técnica especializada dentro del método de rayos X digitales. Con XRD para la orientación del cristal primario, el haz de rayos X se enfoca en la muestra en un ángulo incidente en lugar de en un área de interés específica más grande. Este enfoque en la muestra es asistido por herramientas que colocan la muestra en la orientación primaria conocida y deseada. Los rayos X se activan y al entrar en contacto con la muestra penetran ligeramente e interactúan con la estructura atómica del material. La muestra absorbe una parte de los rayos X, pero otra parte de los rayos X se difractará o dispersará de la muestra en el mismo ángulo incidente en el que se enfocaron. Estos rayos X difractados proporcionarán un patrón de la estructura reticular del átomo que luego se compara con el patrón deseado. Si el patrón está dentro de las tolerancias aceptables, entonces se pasa y se permite continuar con el procesamiento, si no es aceptable, se descarta la muestra. La Figura 2 muestra una imagen de una estructura de red cristalina única.

XRD también se utiliza ampliamente para medir la tensión. En esta aplicación, el método vuelve a medir la red cristalina, pero en lugar de inspeccionar la orientación atómica, se centra en la tensión a nivel atómico. Los rayos X todavía se enfocan en áreas específicas y la muestra absorbe una parte de ellas, pero son los rayos X difractados los que se utilizan para la evaluación. Para las mediciones de tensión, los datos de rayos X difractados se utilizan para medir la cantidad de cambio de espacio entre los átomos. Este espaciado, al igual que los patrones de orientación, tiene valores conocidos y deseados y las mediciones reales se pueden utilizar para evaluar si los niveles de tensión son aceptables o no.

Los rayos N y XRD son solo dos ejemplos de métodos de END que se utilizan para encontrar fallas que no se discuten abiertamente ni son bien conocidas. Hay muchas de estas inspecciones, no tan comunes, para diversas industrias y algunas que son muy específicas de los materiales/componentes fabricados.

Recuerde siempre que los defectos pueden tener muchas formas, orientaciones y tamaños diferentes y que pueden ser diferencias menores de material, imperfecciones de la superficie o cualquier cosa que no se supone que esté sobre o dentro de un componente.

Greg Weaver es presidente de Weaver NDT y ASNT LEVEL III RT #149144. Para obtener más información, llame al (505) 340-5680, envíe un correo electrónico a [email protected] o visite WeaverNDT.com.