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Calidad en la Soldadura: Inspección y Detección con Ensayos No DestructivosPaola Andrea Ruiz RojasPeriodista Metal Actual

Foto: www.inetgiant.in

El costo de soldaduras sin inspeccionar puede ser incalculable.

Existen varios procesos para inspeccionar las uniones y piezas soldadas, muchos de ellos hacen parte del grupo conocido como “ensayos no destructivos”, métodos que, sin dañar la pieza evaluada, posibilitan la detección de discontinuidades y aportan información precisa sobre el estado y la calidad de los cordones de soldadura.

Los END (ensayos no destructivos) conocidos también como NDT (Non Destructive Testing) –por sus siglas en inglés–, son pruebas que se practican, entre otros, para detectar las discontinuidades en las soldaduras, con el fin de conocer información relevante sobre su estado y calidad.

Este tipo de ensayos, que se realizan mediante la apli-cación de pruebas físicas tales como ondas electro-magnéticas, acústicas y elásticas, emisión de partículas subatómicas y capilaridad, entre otras, se consideran no destructivos, porque su práctica no representa ningún riesgo real para el objeto en estudio, ni altera de forma permanente sus propiedades físicas, químicas, mecánicas ni dimensionales.

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MAQUINARIA

Los END pueden aplicarse en cual-quier etapa del proceso, bien sea para controlar la calidad de la ma-teria prima, durante los procesos de producción y fabricación, como me-dio de control de calidad en las sali-das de producción, o como método de inspección durante esquemas y servicios de mantenimiento.

Este tipo de ensayos, pueden aplicar-se en uniones soldadas, materiales, productos y objetos de áreas indus-triales tan diversas como la petroquí-mica, naval, automotriz, aeronáuti-ca, construcción o la térmica, en fin, en cualquier pieza o componente soldado.

Detectar a tiempo las discontinui-dades, defectos e imperfecciones de los cordones de soldadura puede marcar la diferencia entre uniones seguras, y aquellas potencialmente riesgosas o susceptibles de siniestra-lidad. Es por ello, que la realización de ensayos no destructivos para ve-rificar el estado de la soldadura y de las piezas a las que pertenece, se ha convertido en una de las prácticas más utilizadas actualmente.

Los ensayos no destructivos son de gran importancia a la hora de exa-minar las uniones y piezas soldadas, ya que este tipo de pruebas permi-ten no sólo determinar la calidad y características de la soldadura, sino que además pueden alertar sobre la presencia de discontinuidades en la misma, y ofrecer datos tan relevan-tes como el tamaño, la forma y la situación de dichos errores.

Según Eduardo Pulido, Presidente de la Junta Directiva de ACOSEND –Asociación Colombiana de Soldadu-ra y Ensayos No Destructivos–, todas las técnicas no destructivas existen-tes, desde la más básica hasta aque-llas que revisten gran complejidad, pueden utilizarse para inspeccionar soldaduras; sin embargo, la determi-nación o elección de una sobre otra, depende, entre otros aspectos, del área que se requiere examinar.

En este punto es preciso aclarar que las pruebas no destructivas se

clasifican en tres grandes grupos, que las reúnen de acuerdo al área o superficie que pueden inspeccionar y al alcance en cuanto a la detec-ción de fallas. El grupo denominado “pruebas no destructivas superficia-les”, está conformado por los en-sayos de inspección visual, líquidos penetrantes y partículas magnéticas o electromagnetismo, sólo brindan información sobre la superficie de la soldadura; el llamado “pruebas no destructivas volumétricas”, integrado por las técnicas de radiografía indus-trial, ultrasonido industrial y emisión acústica, detecta las discontinuidades internas y sub superficiales; y el grupo conocido como “pruebas no destruc-tivas de hermeticidad”, compuesto por pruebas de fuga, cambio de pre-sión (neumática o hidrostática), bur-buja, espectro de masas y fugas con rastreadores de hidrógeno, ofrece información acerca del grado en que pueden ser contenidos los fluidos en recipientes sin que escapen a la at-mósfera o queden fuera de control.

Los END más ComunesEntre los ensayos no destructivos que se utilizan con mayor frecuen-cia para inspeccionar soldadura se encuentran:

• Ensayo Visual (VT): como su nom-bre lo indica, es un ensayo que se realiza mediante un proceso de inspección visual y brinda informa-ción inmediata del área evaluada.

Aunque su práctica es sencilla, re-quiere de personal calificado, ca-paz de comparar los datos obteni-dos en la superficie del cordón de soldadura, con los estándares na-cionales e internacionales que de-terminan la aceptabilidad y calidad de una unión soldada. Es por esta razón, que algunos organismos que vigilan y regulan las buenas prác-ticas de soldeo como la American Welding Society –Sociedad Ameri-cana de Soldadura–, recomiendan que este tipo de ensayo sea practi-cado por inspectores capacitados y certificados que se ciñan a la nor-matividad preestablecida.

Para la práctica de este ensayo, además de agudeza y destreza vi-sual, el inspector requiere elemen-tos como lupas, linternas, espejos, e instrumentos de medición como flexómetros y reglas.

Mediante este método se puede examinar sobre todo, aspectos re-lacionados con la dimensión del cordón, su longitud y todas aque-llas imperfecciones superficiales que pueden, a futuro, causar fallas de resistencia y fatiga del material o de las uniones soldadas.

Según la American Welding So-ciety (AWS), este tipo de ensayo –aunque confiable–, sólo permite reconocer discontinuidades que se presentan en la superficie del cordón, por lo tanto y la mayoría de las veces, éste debe ir acompa-ñado o complementarse con otro tipo de inspecciones o ensayos no destructivos.

La utilización de pruebas no destructivas se ha incorporado a procesos de mantenimiento de industrias como la petroquímica.

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PROCESOS

• Líquidos Penetrantes (PT): este pro-cedimiento se utiliza básicamente para detectar discontinuidades en materiales sólidos no porosos como el acero inoxidable, aluminio y sus aleaciones, cobre, bronce y latón; además, es uno de los métodos no destructivos más usados en la inspec-ción de soldadura y sus acabados.

Este ensayo se basa en el principio físico conocido como capilaridad 1, y se realiza, básicamente, mediante la aplicación sobre la superficie a ins-peccionar –por inmersión, brocha, pincel o pulverización–, de líquidos de baja tensión superficial que pe-netran los poros y son retenidos en las discontinuidades y fisuras.

Se reconoce como uno de los en-sayos no destructivos más favora-bles, porque es económico, fácil de emplear, no requiere de equipos complejos ni costosos, permite ins-peccionar la totalidad de la super-ficie de la pieza –sin importar su geometría ni tamaño–, y revela de manera inmediata los defectos.

Sin embargo, también presenta limi-taciones, ya que no puede usarse en materiales porosos, ni en superficies o piezas pintadas o con algún tipo de recubrimiento protector, pues hay riesgo de afectar el material o el recubrimiento con los líquidos.

Es una prueba que se puede reali-zar de forma automatizada o ma-nual y que requiere de examinado-res o inspectores con experiencia extensa y certificada.

• Partículas Magnéticas (MT): me-diante este método se puede de-tectar las discontinuidades que se encuentran sobre o justamente de-bajo de la superficie. Es una prue-ba que se puede llevar a cabo en piezas de tamaño y forma variable, superficies con acabados soldados y en todo tipo de metales ferrosos.

Para realizar esta prueba es preciso someter el cordón de soldadura a una magnetización o flujo magné-tico y espolvorear sobre él, partícu-las finas de material ferro magné-tico o polvo de hierro. Si en algún lugar de la superficie examinada se forma un campo de fuga que atrae hacia éste, el polvo de hierro, es porque presenta una imperfección o discontinuidad.

Este ensayo es de gran utilidad a la hora de detectar imperfecciones

superficiales y sub superficiales; sin embargo, tiene algunas limitan-tes asociadas con la dirección de las discontinuidades, ya que sólo detecta las ubicadas perpendicu-larmente al campo, además sólo puede aplicarse a materiales ferro magnéticos, y tiene una capacidad de penetración limitada.

• Radiografía o Rayos X (RT): los ra-yos Gamma, conocidos también como rayos “X”, tienen la propie-dad de atravesar los materiales opacos sin reflejarse ni refractar-se, para producir una impresión fotográfica.

Esta cualidad de los rayos gam-ma, permite inspeccionar interna-mente los cordones de soldadura y detectar defectos como grietas, bolsas e inclusiones, entre otros, ya que dichas discontinuidades ab-sorben las radiaciones en diferente proporción del material base y ge-neran un tipo de contrastes “claro–oscuro”, que permite identificarlas fácilmente en las radiografías.

De acuerdo a la disposición de los equipos que intervienen en la emi-sión de los rayos “X”, existen las si-guientes técnicas de ensayo:

• Técnica de pared simple: Se lla-ma de esta forma porque reali-za la interpretación de la pared que está más próxima o cercana a la película fotográfica. Es la técnica que se utiliza con más frecuencia por ser la de más fá-cil interpretación.

Si la inspección visual arroja resultados que deban investigarse a fondo, lo más aconsejable es utilizar otro tipo de ensayos destructivos.

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El ensayo de partículas magnéticas no indica la profundidad de la imperfección.

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• Técnica de pared doble vista simple: aunque el rayo atraviesa dos paredes de la pieza, sólo se proyecta sobre la película radiográfica más cercana a la pieza.

• Técnica de pared doble vista doble: la radiación atra-viesa dos paredes de la pieza y las proyecta sobre la radiografía.

• Técnica de exposición panorámica: en ésta, la fuente de radiación se ubica en un punto equidistante de la superficie y la película radiográfica.

Se dice que este tipo de ensayo es altamente efectivo a la hora de evaluar los cordones de soldadura, ya que posibilita inspeccionar mejor los defectos presentes en el interior de las mismas. Sin embargo, posee una li-mitante, y es que no detecta fácilmente los defectos o discontinuidades de poco espesor que estén dispuestos perpendicularmente a la dirección de las radiaciones, por lo que es necesario examinar la pieza o soldadura en distintas direcciones.

Dentro de las discontinuidades que se detectan median-te este método están las cavidades, porosidades, sopla-duras, inclusiones sólidas de escoria, fisuras, micro grie-tas, falta de penetración, mordeduras, falta de fusión y exceso de penetración.

Es una técnica que está regulada por normas interna-cionales como la UNE 14011, y que se puede llevar a cabo con equipos generadores de rayos “X”, o fuentes isotópicas.

• Ultrasonido (UT): este ensayo utiliza ondas acústicas de alta frecuencia no perceptibles por el oído humano, para detectar imperfecciones en los cordones de soldadura. Es una prueba altamente efectiva, ya que posibilita la detección de discontinuidades superficiales y aquellas que se encuentran ubicadas a gran profundidad.

Se lleva a cabo mediante la utilización de un cristal pie-zoeléctrico inserto dentro de un palpador, y con el cual se transmite una onda ultrasónica que viaja a través de toda la pieza inspeccionada, cuando dicha onda incide con una superficie límite –llámese borde o discontinui-dad– se refleja y es detectada por el cristal piezoeléctri-co que, a su vez, emite una señal eléctrica que es ampli-ficada en forma de eco y que se registra en el equipo de medición, eco que debe ser regulado tanto en ampli-tud como en posición, para que pueda ser interpretado como registro de alguna discontinuidad.

Existen varias técnicas para realizar el ensayo del ultra-sonido, cada una de ellas arroja diferente grado de in-formación sobre las imperfecciones de la soldadura; por ejemplo, el método conocido como de transparencia o de sombra sólo sirve como prueba de control de calidad, ya que no determina ni la dimensión, ni la localización ni la profundidad de las discontinuidades, mientras que la técnica del impulso eco –en el que un único palpador es el responsable de emitir y recibir la onda ultrasónica–, sí puede determinar dicha información, y se considera como una de las más eficaces para inspeccionar soldadura.

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PROCESOS

Gracias a su capacidad de pene-tración posibilita la detección de discontinuidades superficiales, sub superficiales y a gran profundidad del material, ofrecer información relevante sobre el estado, la hete-rogeneidad, la dimensión y la loca-lización de las imperfecciones. De hecho, es uno de los ensayos que se deben aplicar obligatoriamente en algunos procesos de soldadura, como por ejemplo la que se em-plea en la industria automotriz.

Aunque es un ensayo considerado de alta efectividad, sólo logra loca-lizar imperfecciones perpendicula-res al haz del sonido, y se dificulta su uso en piezas soldadas de ma-terial delgado, y en aquellas en las cuales el cordón de soldadura no presente buenos acabados.

Este ensayo debe llevarse a cabo con equipos especializados y de la mano de personal o inspectores ca-pacitados para tal fin.

Saber qué se quiere encontrar es cla-ve para determinar el tipo de ensayo que se debe aplicar. Por ejemplo, si lo

que se necesita es detectar disconti-nuidades en las capas externas de la soldadura, lo más recomendable es realizar la inspección de la pieza me-diante los métodos catalogados como superficiales, si por el contrario lo que se requiere es examinar a gran pro-fundidad, los métodos más efectivos son los denominados volumétricos.

Para Eduardo Pulido, presidente de ACOSEND, independientemente del método seleccionado, lo ideal es que sea sustentado mediante una casuís-tica 2, con el fin de determinar si el porcentaje de discontinuidades que devela es cierto, o si por el contrario se requiere cambiar el método por otro más efectivo.

Una elección errada del método, puede arrojar resultados inapropia-dos y por ende, convertirse en un riesgo a futuro, ya que al no develar la realidad de la calidad de la pieza, no es posible determinar a ciencia cierta su estado ni saber si necesita o no de reparación, mantenimiento o reemplazo.

La no realización de ensayos no des-tructivos genera riesgos para la in-dustria, en sus bienes y activos, sus fi-nanzas, y sobre todo en su personal.

Más Vale Inspeccionar que LamentarDiagnosticar a tiempo y con el en-sayo preciso, puede evitar riesgos y gastos innecesarios a las industrias, en muchos casos se hace necesario la aplicación de más de un método, sin embargo, si lo que se requiere es tener el máximo grado de con-fiabilidad, lo que más se aconseja es realizar, desde un principio, ensayos volumétricos como el ultrasonido o los rayos “X”.

El costo de dejar soldaduras, piezas y/o equipos sin inspeccionar puede ser incalculable, ya que se pueden generar daños irreversibles, a las estructuras a la que pertenece, a la economía de la empresa, y al medio ambiente, entre otros.

Industrias como la automotriz, la ae-ronáutica, la naval y todas aquellas dedicadas a hacer grandes obras de ingeniería o construcciones civiles, están obligadas a aplicar estos ensa-yos con cierta periodicidad para ga-rantizar la calidad en sus procesos, productos y servicios, y evitar erro-res que puedan incluso cobrar vidas humanas.

Los costos de las inspecciones no es-tán estandarizados, éstos varían de acuerdo a la técnica que se emplee, el tipo de equipos que requiera para la inspección, el lugar donde se rea-licen, y a factores asociados a las di-mensiones, volúmenes y geometrías de las piezas objeto de estudio.

Inspecciones Bajo la LupaPor tratarse de ensayos que arrojan información relevante y determinan-te sobre materiales, piezas y equipos que intervienen en los diferentes procesos productivos de las indus-trias, su práctica debe ser vigilada y supervisada por organismos o entes

Existen equipos portátiles para realizar ensayos no destructivos en lugares de difícil acceso.

Pruebas para detectar discontinuidadesTipo de ensayo no

destructivo Discontinuidad que detecta

Inspección Visual Sobremonta, salpicadura, concavidad, socavadura, grietas, porosidad, traslape.Partículas Magnéticas Socavadura, grietas.Líquidos Penetrantes Socavadura, grietas.Rayos “X” Falta de fusión, penetración excesiva, socavaduras, grietas, porosidad, inclusiones.Ultra sonido Falta de fusión, grietas, porosidad, inclusiones, laminación.

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especializados, y debe llevarse a cabo por personal califi-cado y certificado.

Existen normas universales emitidas por organismos internacionales que regulan la aplicación de los ensa-yos no destructivos a nivel mundial; sin embargo, cada país de acuerdo con sus experiencias y desarrollos tec-nológicos en la materia, ha ido estableciendo su propia normatividad.

En Colombia, por ejemplo, la práctica de estos ensayos se reguló bajo las normas establecidas por la Asociación Americana de Ensayos no Destructivos hasta el año 2004, a partir de esa fecha, ACOSEND –Asociación Colombiana de Soldadura y Ensayos no Destructivos–, utiliza un es-quema propio para certificar al personal que realiza este tipo de ensayos; al respecto, es necesario aclarar que, aún se debe recurrir a organismos internacionales para certificar a inspectores en nivel tres, ya que éstos son los encargados de capacitar y certificar a los inspectores de los niveles uno y dos.

Los inspectores certificados en nivel tres, son los encar-gados de diseñar los métodos de inspección, ya que co-nocen y dominan las técnicas, los materiales, los códigos, y poseen nociones de ingeniería.

Usualmente, los inspectores catalogados en el nivel tres, son quienes determinan o eligen los métodos con los que se debe evaluar una pieza, material o equipo; la elección también la puede realizar un inspector certifi-cado en otro nivel, siempre y cuando, su decisión esté avalada por el de categoría tres.

En Colombia, existen profesionales que prestan este ser-vicio, sin embargo, antes de contratarlos, las empresas deben verificar que el inspector cuenta con todas las certificaciones necesarias y expedidas por las asociacio-nes que regulan este tipo de prácticas. La capacitación y certificación en técnicas nuevas, la realizan sólo aquellas empresas que hacen el desarrollo; a medida que surgen nuevos ensayos se generan también nuevos capacitado-res e inspectores.

Citas

1) La capilaridad es una propiedad de los líquidos que depende de su tensión superficial —la cual, a su vez, depende de la cohesión o fuerza intermolecular del líquido— y que le confiere la capacidad de subir o bajar por un tubo capilar.

2) La casuística consiste en recurrir a casos reales o bien elaborados, espe-cialmente para analizar, discutir, debatir y tomar decisiones entre pares.

Fuentes

• Eduardo Pulido. Presidente de la Junta Directiva de ACOSEND -Aso-ciación Colombiana de Soldadura y Ensayos gerencia@isotec.com.co

• Ensayos No Destructivos Para Soldadura, Universidad de Pereira. Presentado por: Andrés Mauricio Rosero Peñafiel, estudiante de metalografía. 2010.

• www.acosend.org - www.isotec.com.co