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Universidad Tecnolgica NacionalFacultad Regional Buenos Aires

Carrera de Ingeniera Civil

Tecnologa de los MaterialesCurso Prof. Esp. Ing. Fernando J. Arrayago

Presentacin UT 3.2

Caracterizacin y Evaluacin de los Materiales

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Ensayos - Clasificacin segn Ciencia

Ensayos Qumicos

Ensayos Fsicos

Ensayos Fisicoqumicos

Ensayos de Estructura Interna

Ensayos Mecnicos

Se denomina ensayo de materiales a toda

prueba cuyo fin es determinar las

propiedades de un material.

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Ensayos - Clasificacin segn Objetivo

Ensayos de Rutina o Control

Ensayos Investigacin Tecnolgica

Ensayos Investigacin Cientfica

Ensayos de Recepcin

Ensayos Tecnolgicos

Se denomina ensayo de materiales a toda

prueba cuyo fin es determinar las

propiedades de un material segn un objetivo

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Mecnicos - Objetivos

Determinar las propiedades y

caractersticas mecnicas de resistencia,

ductilidad, rigidez, tenacidad y dureza de

los materiales

Conocer la aptitud para desempearse

satisfactoriamente en determinadas

circunstancias de utilizacin tecnolgica.

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Mecnicos - Clasificacin por Velocidad Deformacin

Ensayos Estticos (V= 10-2/s)

Ensayos Dinmicos (V=102/s a 103/s)

Ensayos de Larga Duracin

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Mecnicos - Estticos - Definicin

Son aquellos ensayos en que las

deformaciones se imponen en forma

lenta hasta alcanzar un valor

determinado hasta la rotura y/o falla

del material.

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Mecnicos - Estticos - Tipos

Ensayos de Traccin

Ensayo de Compresin

Ensayo de Flexin

Ensayo de Torsin

Ensayo de Corte

Ensayos de Flexo-compresin, Flexo-torsin, etc.

Ensayos Tecnolgicos

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Mecnicos - Dinmicos - Definicin

Son aquellos ensayos de impacto

en que las deformaciones crecen

bruscamente hasta alcanzar la

rotura del material.

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Mecnicos - Dinmicos - Tipos

Ensayos de Charpy

Ensayo de Izod

Ensayo de Traccin Dinmica

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Mecnicos - Larga Duracin - Definicin

Son aquellos ensayos en que el tiempo

es un parmetro fundamental.

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Mecnicos - Larga Duracin - Tipos

Ensayos de Fatiga

(Cargas varan en el tiempo)

Ensayos de Creep

(Tensin o carga cte. en el tiempo)

Ensayos de Relajacin

(Deformacin cte. en el tiempo)

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Elementos - Tipos

Probetas

Mquinas de ensayo

Dispositivos dinamomtricos

Instrumentos de medicin

Normas de ensayo

Accesorios especiales

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Elementos - Probetas

Muestra o elemento para ser sometido a

ensayo, puede ser un trozo mecanizado o

no, una pieza o estructura completa, un

modelo a escala de la pieza o estructura.

Tipos de probetas de traccin para diferentes materiales

Tipos de probeta industrial de barra de acero

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Elementos - Maquinas

Equipos que reproducen casos simples

de solicitacin sobre probetas ya sea

esttica o dinmicamente, con el objeto

de determinar ciertas propiedades

mecnicas.

Poseen dos dispositivos uno de

accionamiento (genera la solicitacin) y

otro dinamomtrico (permite la medicin)

Mquina Universal de Ensayos Estticos Marca Lloyd LR150KPlus 150 KN

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Elementos Mquinas - Aplicaciones

Mquina Universal Ensayo Marca Zwick Roell 330 KN

Ensayo de Traccin de Barra Acero

Ensayo de Flexin de Barra Acero

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Elementos - Dispositivos Dinamomtricos

Dispositivos que sirven para medir e

indicar las fuerzas durante el ensayo,

como respuesta a las deformaciones

impuestas por los dispositivos de

accionamiento.

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Elementos - Dispositivos Dinamomtricos

Por deformacin elstica

Anillos dinamomtricos y celdas de carga

Por aplicacin del principio de la palanca

A pesas y palancas fijas o mviles, a pndulo

Por medicin de la presin de fluido

A capsula hidrulica

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Elementos - Dispositivos Anillos y Celdas

Anillos Dinamomtricos de CompresinRango de Fuerza 0.5 a 100 KN

Celda de Carga de Traccin Rango de Fuerza 1 a 200 KN

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Elementos - Instrumentos de Medicin

Instrumentos que sirven para determinar

las medidas de las probetas y las

deformaciones en el ensayo

Calibre

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Elementos - Instrumentos de Medicin - Tipos

Probeta

Reglas milimetradas. Calibres. Micrmetros. Lupas de medicin. (>20x)

Deformaciones

en Ensayo

Extensmetros mecnicos. Extensmetros elctricos. Extensmetros pticos.

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Elementos - Instrumentos de Medicin

Calibre Digital Marca Mitutoyo Micrmetro Digital Marca Mitutoyo

Lupa Medicin Marca Mitutoyo

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Elementos - Instrumentos Extensmetros

Extensmetro Mecnico Extensmetro Elctrico Extensmetro Laser

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Elementos Normas de Ensayo

Sirven para comparar los resultados obtenidos en los ensayos realizados en

distintos laboratorios, con diferentes equipos y por diversos operadores.

Permiten fijar las condiciones de ensayo como:

Geomtricas:

Forma, medida y terminacin superficial de las probetas

Lugar (centrada o excntrica) y forma (concentrada o distribuida)de aplicacin de carga

Mecnicas:

Velocidades de deformacin

Fsicas:

Temperatura y medio

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Elementos - Accesorios Especiales

Sirven para obtener condiciones

especiales en los ensayos mecnicos de

acuerdo a lo establecido en la norma.

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Elementos - Accesorios Especiales

Cmaras fras

Para ensayos a bajas temperaturas

Cmaras para corrosin

Para algunos ensayos de fatiga

Cmaras climticas

Para ensayar a temperatura y humedad

establecida

Cmara Climtica para Ensayos de Traccin

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Mecnicos - Tipos

Ensayos Estticos

Ensayos Dinmicos

Ensayos Fatiga

Ensayos Tecnolgicos

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Mecnicos - Estticos - Objetivo

Determinar las propiedades y

caractersticas mecnicas de resistencia,

ductilidad, rigidez, tenacidad y dureza de

los materiales.

Son estticos porque las deformaciones

se imponen lentamente hasta alcanzar un

valor determinado hasta la rotura o falla

del material. (Velocidad 10-2/s)

Mquina Universal de Ensayos Estticos Marca Lloyd LR150KPlus 150 KN

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Mecnicos - Estticos - Tipos

Ensayos a la Traccin

Ensayos a la Compresin

Ensayos a la Flexin

Ensayos al Corte

Ensayos de Dureza

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Estticos - Traccin - Grfica F- L

Grfica genrica completa del ensayo a la traccin de un metal dctil

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Estticos - Traccin - Grfica -

Grfica - convencional genrica del ensayo a la traccin

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Estticos - Traccin - Grafica -

Grfica - convencional genrica del ensayo a la traccin

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Estticos - Traccin - Grafica -

Zonas de fluencia: a) A carga constante. b) A carga oscilanteGrfica de traccin de un acero que muestra zona de fluencia

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Estticos - Traccin - Grafica -

Determinacin de la carga en el limite 0,5 bajo cargaDeterminacin de la carga en el lmite convencional de fluencia de un metal

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Estticos - Traccin - Grafica -

Determinacin de la carga en el limite 0,5 bajo cargaDeterminacin de la carga en el lmite convencional de fluencia de un metal

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Estticos - Traccin - Resistencia

La resistencia a la traccin R se calcular como cociente entre la carga mxima

alcanzada durante el ensayo Fmax y el rea de la seccin transversal inicial So, por lo

que se trata de un valor absolutamente convencional

0

=S

FR

mx

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Estticos - Traccin - Ductilidad

Se denomina Ductilidad a la capacidad que presentan los metales de deformarse

plsticamente antes de alcanzar la rotura. Esta propiedad esta medida por dos

parmetros: el alargamiento de rotura A y la estriccin z.

1000

0

=

LLL

A f 1000

0

=

SSfS

Z

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Estticos - Compresin - Objetivo

Evaluar la resistencia a la compresin

de los materiales.

Materiales frgiles Rotura

(Fundiciones Grises, Hormigones,

Duroplastos, Cermicos y Maderas)

Materiales dctiles Aplastamiento

(Aceros, Aluminios, etc.)

Prensa para Ensayo de Compresin en Hormigones

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Estticos - Compresin - Aplastamiento

En los materiales dctiles no se

alcanza la rotura se produce un

aplastamiento.

Grficas de compresin de un material frgil y de uno dctil

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Estticos - Compresin - Condiciones

A los efectos de evitar los efectos

de la falta de paralelismo entre las

caras extremas de la probeta y

efectuar una deformacin axil uno

de los platos de la mquina de

ensayo debe poseer una calota

esfricaEsquema de ensayo a la compresin entre los platos de una prensa

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Estticos - Flexin - Objetivo

Solicitar una probeta, apoyada

simplemente sobre dos rodillos

distanciados de una luz L y aplicar

la carga en un punto (a) o en dos

puntos (b).

Se miden simultneamente a la

carga el mximo corrimiento

vertical del plano neutro de la

probeta en el centro de la luz, cuyo

valor f se denomina flecha.Ensayos a la flexin con carga en un punto y en dos puntos

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Estticos - Flexin - Resultados

Grafico de ensayo carga flecha

Tensin mxima

Mdulo de Elasticidad

E = mdulo de elasticidad L = longitud f = flecha J = momento de inercia

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Estticos - Flexin - Acero

Probetas de acero SAE 1015 /45 al suspender el ensayo

Ensayo de probetas de acero a flexin con carga en un punto

Diagrama carga flecha de aceros SAE 1015 / 1045

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Estticos - Flexin - Madera

Ensayo de probeta de madera a flexin con carga en dos puntos

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Estticos - Corte Simple - Objetivo

El ensayo consiste en solicitar por

traccin una probeta como la de

figura para reproducir el corte

simple en metales.

Probeta metlica de corte simple

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Estticos - Corte Doble - Objetivo

El ensayo se realiza colocndolo

entre los platos de compresin de

una prensa, y si se utiliza como

probeta un perno roscado se debe

tomar la precaucin de que las

cuchillas de corte no acten sobre

la zona roscada sino sobre el

vstago.

Dispositivo de corte doble sobre probetas cilndricas

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Estticos - Dureza - Mtodos

Rayado

Rebote

Penetracin

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Estticos - Dureza - Rayado - Escala Mohs

Dureza Mineral Composicin qumica

1 Talco (se puede rayar fcilmente con la ua) Mg3Si4O10(OH)2

2 Yeso (se puede rayar con la ua con ms dificultad) CaSO42H2O

3 Calcita (se puede rayar con una moneda de cobre) CaCO3

4 Fluorita (se puede rayar con un cuchillo) CaF2

5 Apatita (se puede rayar difcilmente con un cuchillo) Ca5(PO4)3(OH-,Cl-,F-)

6 Feldespato (se puede rayar con una cuchilla de acero) KAlSi3O8

7 Cuarzo (raya el vidrio) SiO2

8 Topacio Al2SiO4(OH-,F-)2

9 Corindn (slo se raya mediante diamante) Al2O3

10 Diamante (el mineral natural ms duro) C

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Estticos - Dureza - Penetracin

Los diferentes mtodos utilizan

penetradores que adoptan diferentes

formas: esferas, conos o pirmides de

acero endurecido, carburo de

tungsteno o diamante.

En cuanto a las cargas utilizadas van

desde 1 gf hasta 3000 kgf, segn el

mtodo.

Durmetros

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Estticos - Dureza - Penetracin - Mtodos

Dureza Brinell

Dureza Rockwell

Dureza Vickers

Dureza Knoop

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Estticos - Dureza - Penetracin - Brinell

Durmetro Brinell Punta Durmetro Brinell

Mtodo de penetracin de lectura indirecta

Penetrador: Bola Acero ( =10/12mm)

Fuerza: 3 kgf.

Valor medido: Dimetro del casquete en la

superficie del material.

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Estticos - Dureza - Penetracin - Rockwell

Mtodo de penetracin de lectura directa

Penetrador: Bola Acero/ Cnico de Diamante

Fuerza: Precarga 10 kg, Carga 60 a 150 Kg (15s)

Valor medido: Con durmetro.

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Estticos - Dureza - Penetracin - Rockwell

Escala Penetrador Carga mayor (kg) Aplicaciones

A Diamante 60Aceros tratados y sin tratar. Materiales muy duros.

Chapas duras y delgadas.

B Esfera de 1/16 pulgada 100 Aceros recocidos y normalizados.

C Diamante 150 Aceros tratados trmicamente.

D Diamante 100 Aceros cementados

E Esfera de 1/8 pulgada 100 Metales blandos y antifriccin.

F Esfera de 1/16 pulgada 60 Bronce recocido.

G Esfera de 1/16 pulgada 150 Bronce fosforoso y otros materiales.

H Esfera de 1/8 pulgada 60Metales blandos con poca homogeneidad,

fundiciones con base hierro.

K Esfera de 1/8 pulgada 150 Aplicaciones anlogas al tipo anterior.

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Estticos - Dureza - Vickers

Durmetro Vickers Punta Durmetro Vickers

Mtodo de penetracin de lectura indirecta

Penetrador: Pirmide de diamante de 136.

Fuerza: 5 a 125 kgf (15s)

Valor medido:

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Estticos - Dureza - Knoop

Es un mtodo de dureza por

penetracin para la determinacin de

dureza de los distintos componentes

de micro estructuras, o la realizacin

de perfiles de dureza para medir

profundidades de capas duras

superficiales muy delgadas.Durmetro Knoop Punta Durmetro Knoop

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Dinmicos - Dureza - Rebote - Mtodo Shore

Es un mtodo de dureza por rebote.

Se aplica una energa potencial prefijada

y se mide la altura del rebote.

Es adimensional.

A mayor rebote mayor dureza

Durmetro Shore

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Dinmicos - Impacto - Objetivo

Evaluar la capacidad de los metales para

resistir cargas instantneas,

determinando su tendencia a la rotura

frgil mediante la medicin de la energa

necesaria para romper una probeta en

condiciones prefijadas.

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Tecnologa de los Materiales

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Dinmicos - Impacto - Tipos

Ensayos de Impacto

de Charpy

Ensayos de Impacto

de Izod

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Dinmicos - Impacto - Charpy

Esquema del ensayo de impacto Charpy con el martillo pndulo

La energa absorbida por la probeta en el

impacto es igual a la perdida por el pndulo.

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Dinmicos - Impacto - Charpy

Disposicin de la probeta en el ensayo de impacto Charpy

La probeta se encuentra apoyada en sus

extremos y se golpea en el centro en la cara

opuesta de la entalla utilizando el martillo a

pndulo.

Se mide la energa absorbida por la rotura de

la probeta al impacto.

Las entalladuras concentran las tensiones y

las deformaciones plsticas

Entalladuras de las probetas Charpy: en V, en ojo de cerradura y en U

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Dinmicos - Impacto - Martillo a Pndulo

Cuanta mayor sea la fragilidad del material y

menor su tenacidad ms fcilmente romper el

pndulo la probeta y mayor altura alcanzar tras el

impacto.

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Tecnologa de los Materiales

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Dinmicos - Impacto - Izod

Disposicin de la probeta en el ensayo de impacto Izod

La probeta se encuentra empotrada por una

de sus mitades y se golpea en el extremo del

voladizo por la cara de la entalla utilizando el

martillo a pndulo.

Se mide la energa absorbida por la rotura de

la probeta al impacto.

Las entalladuras concentran las tensiones y

las deformaciones plsticas

Entalladuras de las probetas Izod en V,

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Tecnologa de los Materiales

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Tecnolgicos - Objetivo

Evaluar la aptitud de un material en ciertas

condiciones especiales de solicitacin,

generalmente adaptadas al uso, donde el

resultado obtenido consiste, en la mayora de

los casos, en una aprobacin o rechazo del

material o producto.

Ensayo de plegado de barra de acero

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Tecnologa de los Materiales

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Tecnolgicos - Tipos

Ensayos de Doblado

Ensayos de Abocardado

Ensayo de Conformabilidad

Ensayo de Aplastamiento

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Tecnolgicos - Doblado

Consiste en deformar plsticamente una

probeta de seccin maciza rectangular,

mediante una solicitacin esttica de flexin

en el dispositivo, por medio de un mandril de

forma y medidas normalizadas, hasta

alcanzar un ngulo de doblado de 180,

Se verifica la presencia o no de fisuras,

grietas o desprendimientos en la cara

traccionada.Dispositivo de doblado a utilizar en maquina universal de ensayos

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Tecnolgicos - Conformabilidad

Consiste en presionar estticamente un

punzn de forma esfrica, de 20mm de

dimetro, sobre la chapa a ensayar apoyada

sobre una matriz abierta de forma cnica del

dispositivo hasta lograr que la probeta se

rompa o se fisure.

Se detiene el avance del cabezal y se mide la

altura de la copa resultante, que expresada en

mm da el ndice de Erichsen (IE).

Dispositivo para el ensayo Erichsen de chapas metlicas

Morfologa una chapa de aluminio e=7mm en Ensayo Erichsen

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Tecnolgicos - Aplastamiento de Tubos

Consiste en aplastar gradualmente entre

platos de compresin, la probeta extrada del

cao o tubo, en forma perpendicular al eje

longitudinal, hasta que la distancia H entre

platos o h entre las caras internas de la

muestra alcance bajo carga, el valor

especificado en las normas particulares del

producto.

Ensayo de aplastamiento de tubos

Ensayo de aplastamiento de tubera plstica corrugada de PP

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Tecnolgicos - Abocardado de Tubos

Consiste en aplicar una carga mediante un

mandril de 60 en la direccin longitudinal del

tubo hasta la rotura del mismo.

Ensayo de abocardado de tubos metlicos

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No Destructivos - Objetivo

Detectar las discontinuidades en el

material en estudio, sin cambiar las

caractersticas de los mismos.

Ensayo de radiologa industrial para tuberas metlicas

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No Destructivos - Tipos

Inspeccin visual

Inspeccin por lquidos penetrantes

Inspeccin por termografa

Inspeccin por emisin acstica

Inspeccin por ensayo de fuga

Inspeccin por corrientes inducidas

Inspeccin por partculas magntica

Inspeccin por radiografa

Inspeccin por ultrasonido

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No Destructivos - Inspeccin Visual

Se aplica cuando los defectos son

superficiales y pueden ser detectados con

una cuidadosa inspeccin visual en forma

directa.

Accesorios para inspeccin visual

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No Destructivos - Inspeccin Visual

Accesorios para inspeccin visual

Para la inspeccin visual se pueden utilizar:

Lupas

Microscopios

Cmaras fotogrficas

Cmaras de televisin

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No Destructivos - Inspeccin por Lquidos Penetrantes

Es una tcnica para la deteccin de defectos

superficiales por lquidos penetrantes.

Se utiliza para la deteccin de fisuras, grietas,

porosidad en la superficie .

Los lquidos penetrante puede ser

fluorescentes para mejorar la sensibilidad en

la observacin.

Aplicacin del penetrante en el control mediante lquidos penetrantes de soldaduras de estructuras metlicas

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No Destructivos - Lquidos Penetrantes - Procedimiento

1. Corte de un material que presenta una grieta.

2. Se aplica en la superficie el lquido penetrante.

3. Se remueve el exceso de liquido penetrante.

4. Se aplica el revelador para la visibilidad del defecto.

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No Destructivos - Inspeccin por Termografia

Es una tcnica para la obtencin de una

imagen de la distribucin de calor sobre la

superficie de un objeto.

Se utiliza una cmara con para infrarrojos y

un trasmisor de radiacin.

Las emisiones de rayos infrarrojos dependen

de la superficie del material.

La emisin no uniformes de infrarrojos indica

la heterogeneidad interna del material.Equipo para termografia Resultado de termografia

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No Destructivos - Inspeccin por Emisin Acstica

Es una tcnica para la deteccin de defectos

por medio de una emisin acstica.

La emisin se detecta por medio de

transductores fijados a la superficie de la

pieza.

Una red de detectores permite localizar los

crujidos (defectos)

Cambios repentinos en el rango son

indicativos de la formacin de nuevos

defectos.Esquema de funcionamiento de inspeccin por emisin acstica

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No Destructivos - Inspeccin por Ensayos de Fuga

Es una tcnica para la deteccin de defectos

por medicin de fugas.

Ensayo de fuga hidrosttico:

Agua, tintura (visual)

Ensayo de fuga por aire a presin:

Solucin de jabn (visual), sonido

(ultrasonido)

Ensayo de fuga por gas:

Hidrogeno, helio, gas halgeno y gas

radioactivo (detectores)Instrumento para Prueba de Fuga por Cada de Presin

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No Destructivos - Inspeccin por Corrientes Inducidas

Es una tcnica para la deteccin de defectos

por medio de la induccin electromagntica

aplicada a una pieza.

Al circular una corriente elctrica variable a

travs de un conductor, se genera un flujo

magntico que inducir a otro conductor una

corriente que genera un flujo magntico

opuesto al del primer conductor.

La lectura de variacin de la corriente

inducida de Edy (luces, display, audio,

papel, etc.) detecta la presencia de fisuras,

grietas, oquedades, corrosin, erosin y

daos mecnicos.

Equipo de corrientes inducidas

Diagrama de aplicacin de corrientes inducidas

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No Destructivos - Inspeccin por Partculas Magntica

Es una tcnica para la deteccin de defectos

por medio de un campo magntico.

El defecto se detecta por la aplicacin de

polvo magntico sobre la pieza magnetizada.

La ubicacin y extensin de una fisura se

produce por la polarizacin de los bordes.

Se usa en materiales ferromagnticos..

Es un mtodo de inspeccin ms rpido que

los lquidos penetrantes.

Equipo de partculas magnticas

Principios de la inspeccin por partculas magnticas

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No Destructivos - Inspeccin por Radiografa

Es una tcnica para la deteccin de defectos

mediante la emisin de los rayos x y

Las emisiones de rayos generan imgenes

del resultado sobre una placa sensible.

La absorcin de las radiaciones es menor en

huecos, soldaduras o defectos internos.

Equipos de radiografa X

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No Destructivos - Inspeccin por Ultrasonido

Es una tcnica para la deteccin de defectos

por medio de una emisin de ultrasonido.

La emisin transforma las corrientes

alternadas de alta frecuencia en vibraciones.

Un defecto genera una reflexin en el haz

incidente de la onda ultra sonora (>20Khz)

Existen tres mtodos de ensayo (tiempo de

propagacin, intensidad de haz y resonancia)

Se utilizan en materiales slidos y en

soldaduras.

Diagrama de aplicacin de ultrasonido

Equipos de ultrasonido para grietas