CORRIENTES INDUCIDAS
Fundamentos del
ensayo por Corrientes Inducidas
Bobina sobre una superficie metálica
Cuando
una corriente alterna circula por una bobina que se encuentra en las cercanías
de una superficie metálica el campo magnético de la bobina inducirá corrientes
que circulan en esa superficie. La magnitud y la fase de las corrientes
inducidas afectarán la carga en la bobina y, en consecuencia, su impedancia.
Por ejemplo, supongamos la existencia de una fisura profunda
en la superficie debajo de la bobina. Esta interrumpirá o reducira el flujo de
las corrientes inducidas, haciendo reducir la carga en la bobina e
incrementando su impedancia efectiva.
Esta es la base del ensayo por corrientes inducidas,
midiendo las tensiones en la bobina en una disposición de ese tipo podremos
detectar cambios en el material de interés.
Debe notarse que las fisuras deben interrumpir la circulación superficial de las corrientes para
ser detectados. Las fisuras paralelas al flujo de las corrientes no causan una perturbación
significativa y pueden ser no detectadas.
Factores que afectan la respuesta de
las corrientes inducidas
Variados factores, además de los defectos, afectarán la
respuesta de las sondas a las corrientes inducidas. La detección adecuada de
los defectos, o de cualquiera de los otros factores, está basada en mantener
constantes los otros, o de alguna manera eliminar sus efectos de los
resultados. La tarea de eliminar o filtrar las respuestas no deseadas es el
fundamento de casi toda la tecnología de la inspección por corrientes
inducidas. Los factores principales son:
La conductividad
del material
La conductividad del material tiene un efecto directo sobre
la circulación de las corrientes inducidas: a mayor conductividad del material
mayor es el flujo de las corrientes inducidas en al superficie. La
conductividad se mide frecuentemente con una técnica basada en las corrientes
inducidas , y se puede discriminar entre los diferentes factores que la
afectan, tales como la composición, tratamientos térmicos, trabajado, etc.
Permeabilidad
Puede ser descripta como la facilidad con la cual un
material puede ser magnetizado. Para metales no ferrosos como el cobre, el
bronce, el aluminio, etc., y para aceros inoxidables austeníticos la
permeabilidad es la misma que la del "espacio libre", es decir, la
permeabilidad relativa (mr) es uno. Para metales ferrosos el valor de mr
puede ser varios órdenes de magnitud mayor y ésto tiene significativa
influencia en la respuesta de las corrientes inducidas, además no es raro que
la permeabilidad varíe mucho dentro de un metal debido a tensiones localizadas,
efectos de calentamiento, etc.
Frecuencia
Como veremos, la respuesta a las corrientes inducidas se ve
afectada por la frecuencia de ensayo utilizada, afortunadamente es una variable
bajo nuestro control.
Geometría
En una pieza real, que no sea plana o de tamaño infinito,
las propiedades geométricas tales como la curvatura, bordes, etc. existen y
afectan la respuesta a las corrientes inducidas. Las técnicas de ensayo deben
tener en cuenta ésto, por ejemplo cuando se ensaya un borde en búsqueda de
fisuras nos moveremos paralelamente al mismo de manera de detectar fácilmente
los cambios. Allí donde el espesor del material sea menor que la profundidad de
penetración efectiva (ver abajo) se verá afectada la respuesta de las
corrientes inducidas.
Proximidad /
Lift-off
Cuanto mas cerca esté la sonda de la superficie a ensayar
mayor será el efecto sobre la bobina. Tiene dos efectos principales:
La señal de
"lift-off" aparece cuando la sonda se acerca o se aleja de la
superficie.
Una reducción en la sensibilidad a medida que la separación
entre la sonda y la superficie se incrementa.
Profundidad de penetración
La densidad de las corrientes inducidas, y consecuentemente
la intensidad de la respuesta a una falla, es mayor en la superficie del metal
bajo ensayo y disminuye con la profundidad. Es conveniente definir la "profundidad standard de
penetración" a la profundidad donde las corrientes tienen 1/e (37%) de
su valor en la superficie.
La profundidad standard de penetración en mm está dada por
la fórmula:
donde r es la resistividad en mW.cm y f es la frecuencia en Hz
de aquí puede verse que la profundidad de penetración:
Decrece con un incremento de la frecuencia
Decrece con un incremento de la conductividad
Decrece con un incremento de la permeabilidad - Esto es muy
importante - la penetración en materiales ferrosos a frecuencias prácticas es
muy pequeña.
El gráfico de arriba muestra el efecto de la frecuencia en
la profundidad standard de penetración.
Es común hablar de la "profundidad de penetración
efectiva" definida como el triple de la penetración standard , donde la
densidad de las corrientes inducidas cae a cerca del 3% de su valor en la
superficie. Esta es la profundidad a la que se considera que no hay campos de
corrientes inducidas.
Configuraciones de bobinas
La selección apropiada de bobinas es una parte importante en
la resolución de un determinado problema, los instrumentos de poco ayudan si no
reciben las señales apropiadas de la sonda.
Se pueden distinguir tres tipos generales de sondas:
Sondas
superficiales utilizadas
fundamentalmente con su eje normal a la superficie, además de la clásica sonda
tipo panqueque, este tipo de sondas incluye a los tipo lápiz y superficiales
para propósitos especiales, como las utilizadas para inspeccionar interiores de
roscas. Sondas envolventes son
utilizadas normalmente para la inspección "en
línea" de productos cilíndricos, el producto que se ensaya se inserta
en una sonda circular. Sondas internas
que son utilizadas normalmente en la inspección en servicio de intercambiadores
de calor. La sonda se introduce en el tubo. Normalmente estas sondas son
construidas de manera que su eje coincida con el del tubo. Esta clasificación
no es exhaustiva y existen superposiciones, por ejemplo entre sondas internas
no circunferenciales y sondas superficiales internas.
Hasta ahora sólo hemos hablado de sondas únicas, son
utilizadas en muchas aplicaciones y se las conoce como sondas absolutas porque
dan un valor absoluto de la
condición del punto de ensayo.
Las sondas absolutas son muy buenas en la clasificación de
materiales y en la detección de fisuras en muchas situaciones, sin embargo son
muy sensibles a las variaciones del material, variaciones de temperatura, etc.
Otro tipo de sonda utilizado habitualmente es la de tipo
diferencial. Tiene dos bobinas sensoras ubicadas en diferentes zonas del;
material a ensayar. El instrumento responde a la diferencia entre las
condiciones de las corrientes inducidas en los dos puntos.
Las sondas diferenciales son particularmente buenas para la
detección de pequeños defectos, y son relativamente poco sensibles al "
lift-off" (aunque la sensibilidad se ve reducida por la misma razón), a
cambios de temperatura y (suponiendo que la circuitería del instrumento esté en
su configuración de balance) a interferencias externas.
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