Fallos
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ANALISIS Y PREVENCION DE FALLOSINTRODUCCIN
En la industria es importante la eleccin del material mas adecuado para su aplicacin, sabiendo: Caractersticas y propiedades del material.
Anlisis de fallos: Estudio sistemtico de la naturaleza de los distintos modos de fallos.
Prevencin de fallos:Aplicar conocimientos proporcionados por el anlisis para evitar desastres.
La informacin de los materiales es suministrada mediante los ensayos realizados sobre probetas.
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Clasificacin de ensayos:
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CLCULO DE LA ENERGA DE IMPACTOEnsayos de resiliencia
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Los ensayos de resiliencia
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Resiliencia
Tenacidad
Ductilidad
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Resiliencia:
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Existen dos variantes bsicas del ensayo de resiliencia desarrolladas ambas a principios del siglo XX.
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Ensayo Charpy
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Ensayo Izod
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Ejemplos de pndulos comerciales:Pndulo de uso didctico
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Pndulo de uso industrial
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Pndulos de baja energa
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ProbetasNorma UNE 7290-72
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Algunas probetas comunes son:
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Brochadora para realizar la entalla de una probeta
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Ensayo Charpy
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- Conocidas las alturas inicial y final del martilloEnerga inicial: Energa final: Energa absorbida: Resiliencia:
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Conocidos los ngulos inicial, , y final, , y la longitud L del brazo del martilloAltura inicial: Altura final: Resiliencia:
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Datos del ensayo de impacto Charpy para algunas aleaciones
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Datos del ensayo de impacto Izod para distintos polmetros
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Comparacin entre latn rojo(Cu 23000-061) y una aleacin hcp frgil (Mg AM100A)
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Variacin de la T de transicin dctil-frgil con la composicin del acero
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Energa de impacto Charpy frente a T para aleaciones Fe-Mn-0,05C
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TENACIDAD DE FRACTURA
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Tenacidad: Capacidad de un material para absorber energa antes de la fractura.
Tenacidad de fractura: La resistencia a la fractura de un material cuando existe una grieta. Resistencia a ser roto cuando existe una fisura.
Los materiales muy frgiles tienen valores bajos de tenacidad de fractura (KIC ) al contrario que los ms resistentes.
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TENACIDAD DE FRACTURA: KIC
I Carga modo I (uniaxial)
C Crtico
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Y factor geomtrico de orden la unidad
tensin total aplicada en el momento de la rotura
longitud de una grieta superficial
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Valores tpicos de tenacidad de fractura (KIC) para distintos materiales
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Mecanismos para aumentar la tenacidad de fractura de los cermicos frenando el avance de la grieta
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FATIGA DE MATERIALESENSAYO DE FATIGA
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Definicin de Fatiga y ejemplosFenmeno por el cual la rotura de los materiales bajo cargas dinmicas cclicas se produce ms fcilmente que con cargas estticas.Forma de rotura que aparece en estructuras que estn sometidas a fuerzas cclicas (puentes, aviones o componentes de mquinas)Es de una gran importanciaImplica una deformacin elstica del materialSu estudio data de mediados del s. XIX
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Clasificacin ensayos de Fatiga y conceptos importantesAmplitud constante: Ensayos de bajo nmero de ciclos (104-105 ciclos) Amplitud variable: Ensayos de alto nmero de ciclos.
Vida a la fatiga: n de ciclos hasta rotura.Resistencia a la fatiga: Mxima tensin bajo la cual el material no se rompe.
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Mquinas de ensayo para el estudio del fenmenoWohler (1819-1914)Mquina de Moore (ensayo de flexin rotativa)
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Curvas S-N o de WohlerCurva S-N con lmite de fatiga:Curva S-N sin lmite de fatiga:
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Proceso de roturaINICIO:Deformacin plstica local en la superficie del metalDiscontinuidades acusadas superficialesFormacin de la grieta
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PROPAGACIN:ETAPA I:Propagacin de la grieta de forma lenta
ETAPA II:Aumento de la velocidad de propagacinFormacin de marcas de playa y estras
ROTURA:Aumento de la grieta en anchuraRotura final
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Factores que intervienen en la rotura por fatiga DISEO:Gran influenciaLas Discontinuidad geomtricas Concentradoras de tensinDiscontinuidad, concentracin de tensionesSoluciones: Modificar el diseo
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TRATAMIENTOS SUPERFICIALES:Rayas y surcos Limitan la vida a la fatigaSoluciones: Mejora del acabado superficial (Procesos de Granallado o Perdigonado)
ENDURECIMIENTO SUPERFICIAL:Aumento de dureza superficial y vida a la fatiga (Proceso de Carburacin y Nitruracin)
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Influencia del medioFATIGA TRMICA:A Temperaturas Sin aplicacin de tensin mecnicaDilatacin y contraccin
FATIGA CON CORROSIN:Tensin y ataque qumicoReduccin del espesorAparicin de fisuras o picadurasCorrosin del interior Disminucin de la vida a la fatiga
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ENSAYOS NO DESTRUCTIVOS-Definen la calidad intrnseca de un producto sin deteriorarlo.-Permiten la inspeccin del 100% de la produccin, y la obtencin de datos de todo el volumen de un producto o pieza.-Contribuyen a mantener un nivel de calidad uniforme en el producto y en la produccin.
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Qu es la uniformidad?-Es una comprobacin de la calidad de lo fabricado. -Prestigio a la industria, seguridad al proyectista y confianza al usuario.-Es un ndice de calidad de las propiedades fsico-qumicas y tecnolgicas de la pieza.Qu otorga la uniformidad?
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ENSAYOS POR LIQUIDOS PENETRANTES-Sirven para detectar grietas en la superficie de slidos no porosos.-Se utiliza un lquido que por capilaridad penetra en las posibles grietas de la pieza.-Aplicable a materiales no magnticos: aluminio, magnesio, acero inoxidable, cobres, bronces, latones y otras aleaciones y metales. Tambin cermicas vitrificadas, vidrio y plsticos.
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Etapas bsicas del ensayo1. Limpieza y preparacin previas de la superficie.2. Penetracin del lquido.3. Eliminacin del exceso de lquido penetrante.4. Aplicacin del Revelador.5. Observacin.
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Qu propiedades afectarn a la penetrabilidad de los lquidos?Viscosidad se recomiendan valores medios.Tensin superficial y poder humectante estn ligadas del tal forma que contra ms baja sea la primera ms alta ser la segunda.Volatilidad debe ser pequea.Inercia qumica Inerte y resistente a la corrosin con respecto a los materiales a inspeccionar.Toxicidad, olor, irritacin de la piel se prefiere que sean inocuos sacrificando algunas caractersticas.
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Tipos de lquidos penetrantes-Penetrantes fluorescentes: incorporan en su composicin un pigmento fluorescente. Autoemulsionables: se eliminan con agua. Postemulsionables: se aplica un emulsificador.En medio acuoso: se usan en caso de riesgo de incendio.-Penetrantes coloreados: son disoluciones de pigmentos coloreados. Tienen la ventaja de que no se necesita una fuente luminosa especial para observarlos (luz visible).
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PROCEDIMIENTO DE LIQUIDOS PENETRANTES
Limpieza de la zona a inspeccionar, con cepillo metlico o trapo hmedo en limpiador. Aplicacin del penetrante, mediante brocha o spray (bao para piezas grandes) Espera de unos 15-20 min. para que se produzca la penetracin.
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Eliminacin del penetrante, mediante trapos hmedos en eliminador. Aplicacin del revelado.Espera de unos 15 min. hasta que el revelador haga efecto.Evaluacin del ensayo.
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ENSAYOS POR PARTCULAS MAGNTICAS-Permiten detectar discontinuidades superficiales y subsuperficiales en materiales ferromagnticos. -Las distorsiones atraen a unos polvos procedentes de una suspensin vertida previamente, mostrando por acumulacin y de manera visual las grietas del material.
- Se aplica un campo magntico provocar la aparicin de distorsiones cuyo componente vectorial ser perpendicular al campo externo.
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Ferromagnetismo-Este comportamiento de la materia se presenta en el hierro puro, cobalto, nquel y en aleaciones de estos metales entre s. Tambin tiene lugar en el gadolinio y en el disprosio.-Es una propiedad de la materia que surge cuando se aplica un campo magntico externo. Este provocar la alineacin de los dipolos magnticos del material ante ese campo externo (imanacin).-Los dipolos magnticos reciben el nombre de dominios en los materiales ferromagnticos.
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Ilustracin de los dominios ferromagnticos
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Curva de histresisDe 0 a A Imanacin.Cerca de A Pte 0 por la imanacin de saturacin.De A a B Reduccin del campo aplicado hasta un valor 0. (Histresis)Punto B Campo remanente (el sumatorio de los dominio en la pieza ya no es cero en ausencia de campo externo).
-Es a travs de la interpretacin del ciclo de histresis como se detectan tensiones internas, el contenido en carbono, el tratamiento trmico o la dureza para un conjunto de materiales.
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Equipos basados en la distorsin magntica- Aparte de las partculas magnticas (polvos) para detectar las discontinuidades de manera visual, existen elementos automticos capaces de detectarlas tambin. Estos detectores son las sondas Foersted o Hall y la banda magntica (Magnetografa)-
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PROCEDIMIENTO DE PARTICULAS MAGNETICAS
Limpieza de la zona a inspeccionar (eliminacin de grasas y xidos).Eleccin del tipo de partculas:Secas: hay que recogerlas y son mas caras (ensayo mas lento).Hmedas: negras o fluorescentes.Para partculas negras se da una laca de contraste.Magnetizar zona a inspeccionar.
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Aplicar partculas. Inspeccionar con lmpara (negras luz blanca; fluorescentes luz negra).Evaluacin de indicaciones.Limpieza de la zona ensayada.
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ENSAYOS POR CORRIENTES INDUCIDAS-Comprueban la calidad de los materiales en cuanto a la presencia y la magnitud de heterogeneidades y adems ofrecen informacin sobre la caracterizacin de los mismos. La caracterizacin es la comprobacin de su naturaleza, de su composicin y de su estado estructural. -Constituyen una prueba de uniformidad por su gran sensibilidad y por la aplicacin al 100% de la produccin.- Son en esencia una mejora del mtodo de las partculas magnticas por el registro automtico de las indicaciones, la velocidad del mismo y la seleccin rpida de piezas sin grietas.
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Fundamento del ensayo-No existe contacto directo entre el equipo y la pieza objeto de estudio, por lo que no existe posibilidad de daar la pieza.
-El ensayo consta de dos solenoides, el primero de ellos es la bobina exterior (primaria) y el otra la interior (secundaria) que es el receptor de las variaciones de impedancia aparente debido a las caractersticas significativas de la muestra.-En vaco existe una diferencia de fase entre el primario y el secundario. Al explorar la muestra se produce un desplazamiento de la curva correspondiente al secundario y, en el caso de que la muestra presente grietas, se produce un nuevo desplazamiento.
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-Aplicaciones de las corrientes inducidasDiscontinuidades o grietas Deteccin y determinacin de su magnitud.Naturaleza y estado de tratamiento de metales y aleaciones Comprobacin de la pureza de metales no aleados, identificacin y clasificacin de metales y aleaciones, identificacin y comprobacin del estado del tratamiento, de la dureza, determinacin de la profundidad y dureza de chapas.Determinacin de propiedades fsicas conductividad elctrica, permeabilidad magntica.Dimensiones medida de espesores.
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RAYOS XNATURALEZA DE LOS RAYOS X
Radiacin electromagntica penetrante. Producida por la transicin de e- internos entre orbitales, desarrollando una aceleracin brusca de estos e-. 10nm-0,001nm( que la luz visible). energa y poder penetrante.
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INTRUMENTAL
Partes del equipo:Tubo de rayos XCarcasa protectoraEnvoltura de cristalCtodoFilamento (mayor o menor)Copa de enfoqueSelectornodo (estacionario o rotativo)Punto focalBlandobaco de exposicinMonitorCables auxiliaresPelculaIndicador de imagen
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Tipos de equipo:Equipo fijo
Equipo porttil
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RAYOS NATURALEZA DE LOS RAYOS GAMMA
Radiacin producida por un ncleo excitado (radioactivo). que rayos X energa y poder penetrante.Emisin de partculas alfa y beta asociada a la radiacin .Poder penetrante: gamma > beta(-) > alfa(+)No poseen carga ni masa no hay cambio estructural.Emisin pura istopos (ismeros nucleares). Ej. Protactinio 234
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INTRUMENTAL Y EQUIPO
Carcasa del equipo de rayos gammaTelemandoSoporte del telemandoGua flexible de salida de fuentePorta fuentesColimadorbaco de exposicinPelculaIndicador de calidad
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PROCEDIMIENTO DE ENSAYO RAYO Y X Tipo de material.Tipo de probeta u zona a ensayar (unin soldada, tubo, chapa ).Espesor de zona a radiografiar.Tamao y calidad de pelcula.Indicadores de calidad de imagen. Distancia entre foco y pieza.Voltaje del equipo.Tiempo de exposicin.Revelado y calificacin de la radiografa.
UTILIZACIN
Fallos internos:Rayos X: espesores menores.Rayos : espesores mayores, zonas de difcil acceso.
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ULTRASONIDOSNATURALEZA DE LOS ULTRASONIDOS
Vibraciones elsticas de frecuencia superior a 20000 Hz.El haz snico (ondas) posee una frecuencia entre 20 KHz a 20 MHz.Requieren un medio con partculas que oscile alrededor de su posicin de equilibrio.Tipos de ondas:Ondas longitudinalesOndas transversalesOndas Rayleigh
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GENERACIN DE ONDAS ULTRASONICASMtodos:Cristales piezoelctricos (cristales entre electrodos metlicos oscilan por resonancia). Ej. CuarzoMateriales cermicos ferro elctricos (varilla ferromagntica sometida a dos campos). Ej. Sulfato de litio
Forma y caractersticas de haz:
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TCNICAS DE ENSAYO
Mtodo por transmisin
Mtodo por reflexin o pulso-eco
Mtodo por resonanciaMtodo por ecos mltiples
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INSTRUMENTAL Y EQUIPO
Equipo de ultrasonidosPalpadorCable de conexinReceptor (si se necesita)
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PROCEDIMIENTO DE ENSAYO Tipo de material.Tipo de probeta u zona a ensayar (unin soldada, tubo, chapa ).Espesor de zona de ensayo.Eleccin del tipo de palpador (normales o angulares) y frecuencia a utilizar.Calibracin de equipo.Limpieza de zona de ensayo.Aplicacin del acoplante (colas, aceites).Realizacin de ensayo.Evaluacin de posibles indicaciones o defectos.
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Modo de fallosMetodologa e identificacin de los diferentes modos de fallos:
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Rotura dctilLos materiales sobrepasan el lmite elstico y se rompen
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Rotura FrgilPropagacin rpida de una grieta sin deformacin plstica.
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Fallo por fatigaTras varios ciclos de aplicacin de una tensin menor que la de rotura
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Fallo por corrosin bajo tensinTensin no cclica en un ambiente corrosivo
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Fallo por erosin lquidaCausado por un lquido produciendo una zona de picaduras
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Fragilizacin por hidrgenoEL hidrgeno se encuentra entre el acero produciendo grietas imperceptibles
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El anlisis de fallos del TitanicLa temperatura de transicin entre dctil y frgil era muchas ms alta que la que se encontraban en los actuales aceros (Ensayo de impacto Charpy)
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El anlisis de fallos del TitanicLa seleccin del material fue un fracaso, pero probablemente era el mejor de la poca
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