Pruebas de dureza: los 7 mayores desafíos con sistemas de corrientes inducidas

Las propiedades mecánicas de los componentes se especifican según los requisitos en su aplicación final. Además de características como dimensiones y propiedades de superficie, la especificación de un componente también incluye propiedades específicas del material.

¿Qué efectos tienen los procesos de endurecimiento en componentes mecánicos?

Se utilizan varios procesos de endurecimiento, como el endurecimiento por inducción o el endurecimiento en un horno, para endurecer componentes. Los procesos de endurecimiento adecuados se seleccionan en combinación con la aleación de material utilizada. En el proceso, es crucial saber si existen moléculas de carbono móviles en la aleación o si deben agregarse durante el proceso. El proceso de tratamiento térmico cambia la estructura del material. Mientras se hace esto, los componentes a menudo se exponen a temperaturas muy altas para mantener la transformación de la red de la estructura.

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También se endurecen y emplean con frecuencia componentes mecánicos. El temple implica endurecer el componente con un templado posterior, es decir, el calentamiento dirigido del material como un medio para mantener propiedades adicionales además de la estructura básica. El templado tiene como objetivo, por ejemplo, reducir las tensiones residuales en el componente o reducir la fragilidad en las áreas de borde. Al hacerlo, se evitan defectos no deseados debido a cargas superficiales.

¿Qué propiedades de material son importantes para las pruebas de dureza?

En la producción en serie, diversas propiedades relevantes para el material de los componentes mecánicos deben verificarse con una prueba. Estas incluyen, entre otras cosas, la dureza superficial, la profundidad de endurecimiento y el ensamblaje estructural del componente.

Varios métodos son adecuados para registrar las propiedades de material de un componente en el control de calidad. La dureza del componente se puede determinar ya sea cuantitativamente mediante un método de medición o mediante un método de prueba. A diferencia de las pruebas, que utilizan un método comparativo, los valores medidos se refieren a una unidad ISO durante la medición y, por lo tanto, pueden determinarse cuantitativamente. El procedimiento de prueba comparativa examina si las propiedades definidas del componente han cambiado o se comportan de manera constante. Para las pruebas de corrientes inducidas, se enseñan partes denominadas "buenas" y se usan como referencia en comparación con las partes de prueba.

Existe una relación causal entre las propiedades magnéticas y de conductividad y las propiedades de dureza de un material. Esta relación causal puede registrarse en una prueba utilizando sistemas de pruebas de corrientes inducidas. Para hacerlo con sistemas de pruebas de corrientes inducidas, deben definirse en una especificación de componente y una configuración adecuada. Esto consiste en un dispositivo de prueba, una bobina de prueba y el diseño de una configuración de alimentación automática o manual.

Para un proceso estable, se enseñan al sistema tantas piezas "buenas" como sea posible con la configuración definida y se definen límites de prueba para las piezas "malas" basados en estos resultados.

El principio funcional de un ensayo de corrientes inducidas     Un campo eléctrico alternante se genera en un devanado primario en la bobina de prueba, que se acopla en el espécimen de prueba. Este campo magnético alternante crea corrientes inducidas en el material de prueba que contrarrestan el campo primario y se denominan campo magnético secundario. Los campos primario y secundario actúan en contra uno del otro y el campo resultante genera una tensión de inducción en la sonda de prueba, que es registrada y procesada por la electrónica. La formación de las corrientes inducidas y el campo magnético secundario asociado dependen de la conductividad del material del componente, la estructura del componente y su susceptibilidad magnética. A diferencia de la permeabilidad magnética (o susceptibilidad magnética), la conductividad eléctrica depende fuertemente de la temperatura. Cuando la temperatura cambia, tanto la conductividad como el campo magnético secundario cambian, influyendo fuertemente en el resultado de la prueba. Esto requiere una temperatura estable del componente de prueba durante una prueba. Además, un cambio de temperatura puede tener una influencia directa en la bobina de prueba, ya que las inductancias de la bobina de prueba generalmente consisten en devanados de cobre y, al igual que el espécimen de prueba, estas cambian su conductividad con la temperatura. Los cambios en la conductividad tienen un efecto en las características de impedancia de la bobina y, por lo tanto, en el campo primario generado. Pruebas de grietas y estructuras El método de corrientes inducidas se puede dividir en dos áreas básicas de aplicación: pruebas de grietas por corrientes inducidas y pruebas de materiales y estructuras magneto inductivas. Las pruebas de grietas de alta frecuencia detectan defectos materiales abiertos en la superficie, como grietas, superposiciones o poros. Ni el contacto ni los medios de acoplamiento entre el componente y la sonda son necesarios, por lo que incluso superficies delicadas se pueden probar fácilmente. Para garantizar una alta estabilidad, se puede utilizar la compensación de distancia con variaciones de la distancia de la sonda. Las pruebas magneto inductivas utilizan bajas frecuencias. Los componentes se prueban en sus propiedades materiales para evitar mezclas de materiales o determinar diferentes condiciones de tratamiento térmico. Algunos de los criterios típicos de clasificación son las proporciones de aleación, la dureza superficial, la profundidad de endurecimiento, la resistencia y las características de la microestructura. Para probar las propiedades del material, las piezas de prueba pasan a través de una bobina de prueba que las rodea o se prueban localmente en áreas críticas mediante sondas adaptadas. La tensión de prueba detectada por el sensor resulta de las propiedades magnéticas y eléctricas de la pieza de prueba, y el valor de tensión se muestra gráficamente en el plano complejo. Al registrar múltiples valores de medición, se establecen límites de clasificación como parte de la calibración. Los puntos de medición de las pruebas en serie se comparan y evalúan automáticamente con estos campos de tolerancia.

¿Qué desafíos presentan las pruebas de dureza con dispositivos de corrientes inducidas?

Cada método de prueba o medición tiene ventajas y desventajas que deben ser sopesadas. Por ejemplo, el método Vickers puede causar daños superficiales no deseados. Además, es difícil implementarlo en un proceso automatizado de prueba o medición. En el caso de las pruebas de dureza basadas en corrientes inducidas, sin embargo, deben tenerse en cuenta los siguientes factores:

1. La colocación del componente en la bobina de prueba es crucial para la reproducibilidad de la prueba.
2. Se deben evitar las fluctuaciones de temperatura durante la medición para evitar efectos de deriva en los resultados de la prueba.
3. La frecuencia de prueba debe definirse claramente. Entre otras cosas, influye en las profundidades de penetración de las corrientes inducidas en el componente, y, por lo tanto, en qué perfiles de dureza se están verificando.
4. Debe evitarse la magnetización en los componentes, ya que sus campos magnéticos residuales evitan una alta repetibilidad.
5. Los cambios en la composición del material, como diferencias en las aleaciones, influyen en el resultado de la prueba.
6. Los diferentes niveles de dureza de los componentes pueden producir señales de prueba casi idénticas si las propiedades magnéticas son muy similares a pesar de los diferentes niveles de dureza.
7. Las influencias ambientales en el proceso de producción derivadas de materiales o campos magnéticos pueden interrumpir la prueba.

Los desafíos y sus efectos son los siguientes:

Reproducibilidad de los resultados de prueba de dureza

La implementación del suministro del componente al proceso de prueba juega un papel crucial en la reproducibilidad de los resultados. Es importante asegurarse de que el suministro de la parte de prueba permanezca constante. Por ejemplo, las piezas de prueba con la misma superficie del componente siempre deben estar en una cinta transportadora o sistema de manipulación. En el caso de piezas de prueba asimétricas, también es relevante su alineación.

El sistema de prueba generalmente activa el examen automáticamente cuando los componentes pasan a través de la bobina de prueba sin detener el proceso. Si la prueba es activada por un sistema de control externo, el tiempo controlado por el estado es esencial. De lo contrario, la posición de la prueba variará y los resultados en los valores medidos serán más dispersos.

Cuando se usan sondas de prueba, debe asegurarse de que inspeccionen el mismo lugar para cada objeto de prueba y que el ángulo y la distancia de la sonda de prueba se guíen de manera reproducible hacia el objeto de prueba. Variaciones de solo unas pocas décimas de milímetro pueden invalidar el resultado. Para aplicaciones con un botón de prueba, también se recomienda tocar el sensor de contacto para la medición, ya que esto contribuye a la estabilidad de la medición.

Efectos de la temperatura en los ensayos de dureza basadas en corrientes inducidas

Los resultados del método de corrientes inducidas se basan en las propiedades eléctricas y magnéticas del material de prueba. Los efectos de la temperatura en la prueba pueden contrarrestarse con diferentes soluciones. Por ejemplo, para minimizar la deriva de temperatura, los dispositivos de medición de conductividad ofrecen la posibilidad de equilibrar la temperatura a través de un sensor de temperatura integrado en la bobina de prueba. Para ello, se registra una curva de temperatura una vez y se establece una correlación con el cambio en el campo primario. Esta correlación se puede utilizar en la aplicación para realizar la corrección de la señal.

Mientras que la conductividad eléctrica es el único mecanismo de acción para materiales no ferromagnéticos, los componentes ferromagnéticos ofrecen opciones adicionales para extraer información de la señal secundaria. Al probar un material ferromagnético, las curvas de señal se utilizan para mapear la permeabilidad magnética. Como se mencionó anteriormente, la permeabilidad y la dureza mecánica están relacionadas causalmente, por lo que una evaluación de la permeabilidad permite una declaración sobre la información estructural. Las propiedades magnéticas de los materiales tienen una ventaja: son mucho más estables a los cambios de temperatura que la conductividad descrita anteriormente. Incluso las desviaciones de temperatura de más de 50 °C solo tienen una influencia menor en la señal de medición, siempre que las pruebas se realicen por debajo de la temperatura de Curie. Para asegurar que solo se utilicen las propiedades magnéticas para la evaluación de una prueba estable a la temperatura, se utiliza la llamada análisis armónico.

La señal de evaluación o medición consta generalmente de componentes de frecuencia de la señal de excitación y las señales armónicas, también llamadas señales armónicas. Mientras que los componentes de frecuencia de la onda base tienen información de la conductividad eléctrica y la permeabilidad magnética, los armónicos solo contienen información de la permeabilidad magnética. La evaluación de las señales armónicas, por lo tanto, proporciona una señal de prueba más estable, ya que las influencias de temperatura no afectan el resultado de la prueba. Sin embargo, la evaluación de las señales armónicas es muy compleja y requiere una buena relación señal-ruido, así como un buen algoritmo para la evaluación de señales.

Influencia de la frecuencia de prueba en el resultado de medición de la prueba de dureza

La frecuencia de prueba utilizada para el sistema de corrientes inducidas influye notablemente en la profundidad de penetración de las corrientes inducidas. Una alta frecuencia afecta las propiedades superficiales en la muestra de prueba. Se utiliza una frecuencia más baja para verificar ciertas profundidades de endurecimiento o perfiles de dureza. Si las propiedades a probar son conocidas, los parámetros se optimizan de manera consistente, es decir, se selecciona una frecuencia específica para probar este criterio particular. Establecer una frecuencia específica permite un proceso de prueba más preciso. En consecuencia, los resultados de las pruebas contienen menos errores y variaciones.

Si, además de un criterio principal, por ejemplo, la profundidad de dureza, se deben verificar otros parámetros, como la dureza superficial, una frecuencia de prueba se puede optimizar claramente para la profundidad de dureza y otra frecuencia de prueba para las propiedades de dureza superficial. Como resultado, el examen se puede ampliar mediante una prueba multifrecuencia dirigida. Con estas diferentes frecuencias, también se puede hacer una distinción entre si se analiza la frecuencia base o se utiliza un análisis armónico. Si no se sabe exactamente qué defectos se están buscando, no se pueden agregar parámetros optimizados para una tarea de prueba. La ventaja de este tipo de prueba multifrecuencia es la identificación y rechazo de desviaciones desconocidas previamente. Sin embargo, una desventaja importante es un aumento en el rechazo por pseudo, independientemente de su influencia real en la calidad del componente, son clasificados.

Campos magnéticos residuales debido a la magnetización en el componente de prueba

La inspección resultante de la prueba de corrientes inducidas se basa en las propiedades eléctricas y magnéticas del objeto de prueba. Los campos magnéticos residuales en el objeto de prueba, llamados campos de remanencia influyen directamente en la señal magnética del objeto de prueba. Esta influencia afecta el resultado de la prueba y la decisión de si los datos de prueba con respecto a la dureza son correctos o no. Además, la influencia puede conducir a un aumento en la dispersión si los campos magnéticos existentes son aleatorios en su intensidad y orientación, y cambian con el tiempo o un lote de material. Hay muchas situaciones en las líneas de producción que llevan a la magnetización de un componente. Una posible causa es dispositiva de transporte magnéticos o dispositivos de sujeción magnetizados. Para resolver este problema, en las líneas de producción con pruebas de corrientes inducidas, se utilizan principalmente unidades de desmagnetización. El proceso de desmagnetización elimina los campos magnéticos residuales de los componentes casi por completo (generalmente menos de A / cm) y se lleva a cabo principalmente justo antes del sistema de prueba.

Los cambios en la composición del material influyen en el resultado de la prueba

Diferentes componentes de aleación pueden llevar a una permeabilidad diferente o un cambio en la conductividad en la muestra de prueba. Al igual que las propiedades de dureza, estas pueden influir en la señal de corrientes inducidas de la muestra de prueba y plantear un problema relacionado con la capacidad del proceso. Por lo tanto, es recomendable realizar una prueba de mezcla de materiales antes de endurecer los componentes para garantizar el uso correcto del material requerido. Los mismos dispositivos de prueba de corrientes inducidas se pueden utilizar tanto para la prueba de mezcla de materiales como para las pruebas de dureza.

Influencias ambientales magnéticas en el proceso de producción

Los aspectos cruciales para considerar en las pruebas de dureza basadas en corrientes inducidas son los posibles factores influyentes en la calidad de la prueba debido a las condiciones generales de la línea de producción en sí. Por ejemplo, los motores eléctricos potentes pueden generar campos magnéticos, que a su vez influyen en las señales de prueba y dan lugar a resultados incorrectos. Además, los cambios en una línea de producción que ya ha sido comisionada, como el reemplazo de un agarre hecho de material previamente no magnético por uno hecho de material magnético, pueden influir en la distribución del campo de la bobina de prueba.

Otros factores disruptivos pueden resultar del reemplazo de una cinta transportadora con una conductividad diferente. El cambio en la conductividad de la cinta transportadora tiene un efecto directo en los campos magnéticos generados y, por lo tanto, en las señales de prueba. La influencia de los cambios en la línea de producción en la confiabilidad de la prueba no debe ser descuidada. Los materiales deben seleccionarse cuidadosamente en una etapa temprana en el desarrollo de un entorno de prueba. Después de estos cambios, los resultados y la estabilidad de la prueba deben ser reevaluados mediante una aprobación del proceso.

¿Qué sistemas de ensayo de corrientes inducidas satisfacen los desafíos de las pruebas de dureza?

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