Las grietas en los elementos de fijación pueden comprometer la integridad estructural y la seguridad en aplicaciones de ingeniería. Detectarlas a tiempo es crucial. Este artículo profundiza en los métodos de ensayos no destructivos (END) tradicionales y modernos, destacando técnicas como el análisis wavelet y los pulsos electromagnéticos. Los lectores conocerán los últimos avances en tecnologías de detección de grietas y sus aplicaciones prácticas, que garantizan la fiabilidad y durabilidad de los elementos de fijación en diversos sectores.
Este artículo ofrece un resumen del estado actual de las tecnologías de detección de grietas, incluidas sus ventajas y limitaciones, así como temas candentes y futuras direcciones de desarrollo. Se basa en los métodos existentes de detección de grietas en elementos de fijación, con especial atención al análisis wavelet y a los ensayos no destructivos por impulsos electromagnéticos.
Los elementos de fijación se utilizan ampliamente en diversos campos de la ingeniería, como la maquinaria, la construcción, los puentes y la producción de petróleo. Como componente básico de grandes estructuras, los elementos de fijación son susceptibles de sufrir diversos defectos, como grietas, corrosión, picaduras y daños provocados por el hombre durante su funcionamiento.
Los defectos de las grietas suponen una importante amenaza para la seguridad y fiabilidad de estructuras e instituciones, por lo que la detección de grietas es un aspecto esencial de la evaluación estructural. La detección de grietas consiste en identificar y evaluar grietas en estructuras mecánicas para determinar su ubicación y extensión.
Con el avance de la fabricación de maquinaria moderna, la electrónica y la tecnología informática, los ensayos no destructivos (END) han mejorado significativamente, lo que ha llevado al desarrollo de técnicas avanzadas de detección de grietas.
Este artículo ofrece una visión general de los métodos tradicionales de detección de grietas y se centra en los métodos modernos de END basados en el análisis de ondículas y pulsos electromagnéticos (corrientes de Foucault). Además, destaca los temas de actualidad y las futuras direcciones de desarrollo de las técnicas de detección de grietas en elementos de fijación.
Existen numerosas técnicas tradicionales de detección de grietas, que pueden clasificarse en dos grupos: métodos de detección convencionales y no convencionales.
Los métodos de detección convencionales incluyen las pruebas por corrientes de Foucault, las pruebas por líquidos penetrantes, las pruebas por partículas magnéticas, las pruebas por radiación y las pruebas por ultrasonidos. Por otro lado, los métodos de detección no convencionales incluyen pruebas de emisión acústica, pruebas infrarrojas y pruebas holográficas láser.
En la actualidad, los métodos de ensayo convencionales se utilizan ampliamente para la detección sencilla de grietas en campos de la ingeniería como la maquinaria, la construcción y la producción de petróleo. Los métodos utilizados varían en función de la institución.
Por ejemplo, los ensayos por ultrasonidos se utilizan principalmente para inspeccionar chapas, tubos, barras, piezas fundidas, forjadas y soldadas, así como estructuras de hormigón como puentes y viviendas. Los ensayos por rayos X se utilizan principalmente para inspeccionar piezas fundidas y soldaduras en industrias como la de maquinaria, armamento, construcción naval, electrónica, aeroespacial y petroquímica, entre otras. Los ensayos por partículas magnéticas se utilizan principalmente para inspeccionar piezas de fundición, forja y soldadura. El ensayo de penetración se utiliza principalmente para la inspección de piezas fundidas, forjadas, soldadas, piezas pulvimetalúrgicas y productos metálicos ferrosos y no ferrosos de cerámica, plástico y vidrio. La detección por corrientes de Foucault se utiliza principalmente para la detección de defectos y la clasificación de materiales de tubos, varillas y alambres conductores.
Para la detección de grietas en elementos de fijación, pueden utilizarse pruebas ultrasónicas y detección por corrientes de Foucault. Por ejemplo, un estudio experimental encontró los mejores parámetros de detección de corrientes de Foucault para pequeñas grietas en elementos de fijación. Los resultados del estudio mostraron que los mejores parámetros de detección tenían una relación lineal entre los parámetros de detección de pequeñas grietas por corrientes de Foucault y la señal de fase, lo que es importante para mejorar la precisión de la detección de pequeñas grietas en barras y seleccionar los parámetros de detección por corrientes de Foucault para elementos de fijación externos. Sin embargo, la detección por corrientes de Foucault tiene más factores de interferencia y requiere técnicas especiales de procesamiento de señales.
Otro método utilizado para la detección de grietas es el método de detección de grietas de la estructura del espectro de energía de propagación de ondas Lamb, conocido por su gran capacidad de penetración, su alta sensibilidad y su rapidez y comodidad. Sin embargo, tiene limitaciones como puntos ciegos y bloqueos, que pueden hacer que no se detecten grietas cercanas. El método también supone un reto a la hora de caracterizar cuantitativa y cualitativamente los defectos encontrados.
Para la mayoría de los elementos de fijación, se utilizan métodos de ensayo con partículas magnéticas y de detección de defectos por fluorescencia. Estos métodos son relativamente eficaces, pero consumen mano de obra y recursos materiales y pueden dañar la salud humana. Además, las inspecciones fallidas suelen deberse a factores humanos.
Cuando los métodos de ensayo convencionales no consiguen detectar grietas en los elementos de fijación, se pueden emplear como alternativa métodos de ensayo no convencionales.
Los tres métodos no convencionales de detección de grietas más utilizados son los siguientes:
1) Tecnología de emisión acústica.
La tecnología de emisión acústica está ampliamente reconocida como el método más avanzado para la detección de grietas en equipos a presión. Se ha utilizado con éxito en la evaluación de la seguridad de recipientes a presión y tuberías, así como en la detección de grietas en materiales aeroespaciales y compuestos. En el campo del diagnóstico de grietas en maquinaria rotativa, se ha utilizado principalmente para detectar grietas en ejes rotativos, engranajes y rodamientos.
Una de las principales ventajas de la emisión acústica es que se trata de un método de detección dinámico, que utiliza la energía emitida por el objeto sometido a prueba en lugar de la energía externa. ensayos no destructivos equipos como las pruebas ultrasónicas o radiográficas. Esto hace que sea muy sensible a los defectos y capaz de detectar y evaluar el estado de los defectos activos en toda la estructura.
Sin embargo, también hay que tener en cuenta algunos inconvenientes. La detección de emisiones acústicas se ve muy afectada por el material sometido a ensayo, y puede verse perturbada por el ruido eléctrico y mecánico del entorno de ensayo. Además, la precisión de la detección puede verse limitada por la baja precisión de posicionamiento, y la información obtenida de la identificación de grietas suele ser limitada.
2) Detección por infrarrojos.
La tecnología de ensayos no destructivos (END) por infrarrojos se utiliza ampliamente en diversos sectores, como los equipos de energía, los equipos petroquímicos, el procesamiento mecánico, la detección de incendios, el análisis de cultivos y la detección de defectos en materiales y componentes.
Una de las principales ventajas de los END por infrarrojos es que se trata de una tecnología de ensayo sin contacto, segura, fiable, inocua para el ser humano y muy sensible. Tiene un amplio rango de detección, es rápida y no afecta al objeto que se está comprobando. También tiene una alta resolución espacial en largas distancias.
Sin embargo, también hay que tener en cuenta algunas desventajas. La sensibilidad de detección de los infrarrojos depende de la emisividad térmica de la probeta, y puede verse afectada por interferencias superficiales y radiación de fondo. La resolución de la probeta original es escasa, lo que dificulta la medición precisa de la forma, el tamaño y la posición de los defectos, sobre todo cuando son pequeños o están enterrados profundamente.
Además, la interpretación de los resultados de las pruebas es compleja y requiere normas de referencia, y los operadores deben recibir formación para utilizar la tecnología con eficacia.
3) Detección holográfica por láser.
La detección holográfica láser se utiliza principalmente para la inspección de diversas estructuras, como estructuras de panal, materiales compuestos, carcasas de motores de cohetes sólidos, capas de aislamiento, capas de revestimiento e interfaces de granos propulsores para la detección de defectos. También se utiliza para evaluar la calidad de las soldaduras de circuitos impresos y detectar grietas por fatiga en recipientes a presión.
Este método ofrece varias ventajas, como su facilidad de uso, su alta sensibilidad, la ausencia de requisitos especiales para el objeto examinado y la posibilidad de realizar un análisis cuantitativo de los defectos.
Sin embargo, una de sus desventajas es que los defectos de desprendimiento profundamente enterrados sólo pueden detectarse cuando el área de desprendimiento es considerable.
Además, la detección holográfica por láser suele requerir un entorno de sala oscura y estrictas medidas de aislamiento de las vibraciones, por lo que resulta menos adecuada para las pruebas in situ y posee ciertas limitaciones.
Con los avances de la ciencia y la tecnología, ha aumentado la demanda de métodos más avanzados de detección de grietas en diversos campos de la ingeniería, como la maquinaria, la construcción y la producción de petróleo. Esto ha propiciado la aparición de nuevas tecnologías de detección de grietas.
El procesamiento de señales y los ensayos no destructivos por impulsos electromagnéticos (corrientes de Foucault) son dos de las nuevas tecnologías más utilizadas y eficaces para detectar grietas. Estos métodos ofrecen soluciones eficaces y fiables para identificar grietas en diversas aplicaciones.
Con el avance de la tecnología de procesamiento de señales, han surgido varios métodos de detección de grietas basados en el procesamiento de señales, incluidos los métodos en el dominio del tiempo, en el dominio de la frecuencia y en el dominio del tiempo-frecuencia, como la transformada de Fourier, la transformada de Fourier en tiempo corto, la distribución de Wigner-Ville, la transformada de Hilbert-Huang (HHT) y la separación ciega de fuentes.
De estos métodos, el análisis wavelet es el más utilizado y representativo.
Los métodos de identificación de grietas mediante análisis wavelet pueden dividirse en dos categorías:
① Método de análisis de respuesta en el dominio del tiempo:
Este método incluye el uso de los puntos singulares del mapa de descomposición en el dominio temporal, el cambio de los coeficientes wavelet y el cambio de energía tras la descomposición wavelet. El objetivo de este método es identificar el momento en que se produce el daño por grieta.
② Método de análisis basado en la respuesta espacial:
Este método utiliza la posición espacial del eje espacial en lugar del eje temporal de la señal de respuesta en el dominio temporal para el análisis wavelet, con la respuesta en el dominio espacial como entrada. Este método permite determinar la ubicación de la grieta.
Mientras que el método wavelet por sí solo sólo puede determinar el momento en que se produce el daño o la localización del mismo, el primero tiene más aplicaciones. Para identificar grietas pequeñas, el análisis wavelet debe combinarse con otros métodos.
La tecnología electromagnética combina múltiples funciones, como la detección por ultrasonidos, la formación de imágenes por corrientes de Foucault, la matriz de corrientes de Foucault y la detección por corrientes de Foucault pulsadas, para formar nuevas tecnologías avanzadas de inspección electromagnética.
Entre las tecnologías de detección de grietas más comunes se encuentran las pruebas de corrientes de Foucault pulsadas, las imágenes térmicas de corrientes de Foucault pulsadas, las pruebas no destructivas de doble sonda mediante corrientes de Foucault pulsadas y transductor acústico electromagnético (EMAT), y la tecnología de pruebas de memoria magnética metálica.
La prueba de corrientes de Foucault pulsadas consiste en excitar una bobina con una corriente pulsada, analizar la señal de respuesta transitoria en el dominio del tiempo inducida por la sonda de detección y detectar cuantitativamente las grietas seleccionando el valor de pico, el tiempo de paso por cero y el tiempo de pico de la señal.
Las investigaciones de Yang Binfeng y otros en la Universidad Nacional de Tecnología de Defensa han demostrado que las corrientes de Foucault pulsadas pueden detectar cuantitativamente grietas de distintas profundidades con un solo barrido. Algunos investigadores utilizan bobinas armónicas como tecnología alternativa para las pruebas con corrientes de Foucault pulsadas.
Sin embargo, el valor de pico de la señal de corrientes de Foucault pulsadas se ve fácilmente afectado por otros factores, como el efecto de despegue, y la capacidad de detección de la sonda de corrientes de Foucault pulsadas también puede influir en la detección de grietas.
Los instrumentos de formación de imágenes por corrientes de Foucault pulsadas utilizan bobinas como sensores de inspección, mientras que algunos utilizan sensores Hall. En los últimos años, los instrumentos de interferencia supercuántica han empezado a utilizarse en el campo de la inspección no destructiva.
La tecnología de formación de imágenes térmicas por corrientes de Foucault pulsadas elimina el efecto de despegue de otras detecciones y garantiza unos resultados de imagen precisos. Algunos investigadores utilizan rayos láser YNG con forma de haz gaussiano sobre la superficie de chapas metálicasUtilizan la tecnología de detección por corrientes de Foucault pulsadas y transductores acústicos electromagnéticos. Identifican grietas detectando un cambio repentino en la forma de onda ultrasónica o un aumento repentino de los componentes de frecuencia cuando el haz láser irradia la grieta.
La investigación actual sobre la detección de grietas en elementos de fijación se basa principalmente en métodos tradicionales. Para avanzar en la tecnología de detección y abordar los retos de la aplicación práctica, el enfoque de la identificación de daños por grietas se está desplazando hacia dos áreas clave: los métodos de identificación estadística que tienen en cuenta la incertidumbre y la detección de microfisuras en elementos de fijación.
La incertidumbre inherente a la detección de daños por grietas hace necesaria la aplicación de métodos de inferencia estadística para abordar los problemas de identificación de sistemas. A medida que avanza la investigación en identificación de daños, se hace cada vez más hincapié en los métodos probabilísticos basados en la teoría estadística, sobre todo en aplicaciones de identificación de sistemas y reconocimiento de patrones.
Aunque existen varios métodos para detectar microfisuras en elementos de fijación, como la tomografía computerizada industrial (TIC) y la proyección ultrasónica láser con calentamiento asistido por láser, cada uno tiene sus limitaciones. La detección de microfisuras basada en TIC puede tener problemas de calidad de imagen y resolución de detalles cuando el contraste de valores de gris entre la fisura y el fondo es insuficiente. Además, sigue siendo difícil definir con precisión el rango espacial que contiene todas las microfisuras utilizando el software VG Studio MAX. El método de proyección ultrasónica láser, aunque prometedor, es complejo de manejar e inadecuado para entornos difíciles, lo que indica la necesidad de perfeccionarlo.
A medida que los requisitos industriales evolucionan con el desarrollo económico, las exigencias a los métodos de detección de grietas en elementos de fijación son cada vez más estrictas. Los futuros sistemas de detección deben ofrecer:
Para satisfacer estas demandas, se están explorando tecnologías emergentes como los algoritmos de aprendizaje automático para el reconocimiento de patrones, técnicas avanzadas de ensayos no destructivos (END) como los ultrasonidos phased array, y novedosas tecnologías de sensores. La integración de estas tecnologías con los métodos tradicionales puede dar lugar a sistemas de detección de grietas más robustos y versátiles para elementos de fijación en diversas aplicaciones industriales.
Se han realizado numerosas investigaciones sobre la identificación de daños en grietas de elementos de fijación, pero los métodos e indicadores actuales de identificación de daños se limitan a los métodos de detección tradicionales. Dado el coste de los equipos de ensayo, el entorno en el que se utilizan y los factores humanos, la detección de grietas múltiples y microgrietas en elementos de fijación es un área de interés actual para la investigación.
La dirección de desarrollo de la detección de grietas en elementos de fijación es lograr un posicionamiento rápido, una cuantificación precisa, mejorar la precisión y fiabilidad de la detección, y lograr una detección de grietas rápida y eficaz.
Como fundador de MachineMFG, he dedicado más de una década de mi carrera a la industria metalúrgica. Mi amplia experiencia me ha permitido convertirme en un experto en los campos de la fabricación de chapa metálica, mecanizado, ingeniería mecánica y máquinas herramienta para metales. Estoy constantemente pensando, leyendo y escribiendo sobre estos temas, esforzándome constantemente por mantenerme a la vanguardia de mi campo. Deje que mis conocimientos y experiencia sean un activo para su empresa.
ES 
EN 
AR 
DE 
FR 
IT 
JA 
NL 
PT 
PT_BR 
RU 
KO