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INTRODUCCION A LA TECNICA
DE EDDY CURRENT
Aplicaciones y alcances del método
- Detección de discontinuidades superficiales con
aplicaciones limitadas para las sub superficiales
(cercanas a la superficie).
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Corrosión en recubrimientos de aeronaves
Corrosión en remaches de fuselaje
Discontinuidades en orificios o agujeros
Discontinuidades en espesores de tubos y en soldaduras
- Determinación de cambios de los tratamientos térmicos
(cambios en la conductividad eléctrica), dureza, etc.
- Medición de espesores de materiales no conductores
Comparación con otras técnicas
Generación de las corrientes Eddy, de Foucault o
parásitas, en los materiales conductores
La técnica consiste en aplicar un campo magnético
(primario), generado al hacer circular corriente alterna a
través de una bobina. Cuando este campo es aproximado
a un material conductor, inducirá corrientes eléctricas
circulares (Ley de inducción de Faraday).
Estas corrientes circulares de Foucault crean, en el
conductor, electroimanes con campos magnéticos
(secundarios) que se oponen al efecto del campo
magnético aplicado (primario) (Ley de Lenz). Principio de
conservación de la energía.
Bp
Bs: campo magnético
secundario opuesto al
primario
E (fuerza electromotriz)
Campos magnéticos aplicados más intensos, mayor la
conductividad del material, mayor la velocidad relativa de
movimiento entre el campo y el material conductor, o
mayor velocidad relativa de movimiento de los electrones
(campo alternado, frecuencia), entonces mayores serán las
corrientes de Foucault y los campos opuestos generados.
A frecuencias cada vez mayores
la densidad absoluta de corrientes
de Foucault en la superficie del
material aumenta, aumentando el
flujo del campo magnético
secundario generándose un mayor
blindaje a la penetración del
material (Skin-effect).
Principio de la aplicación de la técnica de Eddy Current
sobre materiales
Se basa es someter al material a ensayar a un estado de
energía adecuado donde ésta fluye en el material. Los
defectos e irregularidades causan anomalías en el flujo de
energía y éstas anomalías pueden ser detectadas de
forma externa sin penetrar destructivamente en el material.
Bs
Corriente de
excitación
Bp
Eddy
current
Bobina de inducción: (forma adecuada y CA) Genera
campo magnético (primario) que penetra en el material.
Induce corrientes parásitas las que generan campo
magnético opuesto al campo primario.
Al acercarse la bobina al material, el campo primario y
campo opuesto interactúan, este último debilita al campo
primario. Este efecto reduce la reactancia inductiva de la
bobina a medida que aumentan las corrientes de Foucault.
Irregularidades (inclusiones, materiales diferentes al
material base, TT, discontinuidad, corrosión, etc) obstruyen
la circulación de las corrientes de Foucault disminuyendo
su intensidad y aumentando la reactancia inductiva de la
bobina (L0).
Esta es la base de la técnica
Z
L0
A
Bobina se desplaza sobre placa de metal a una distancia A
constante. Cambios momentáneos se producen en la reactancia
de la bobina y en la corriente que circula por ella al pasar sobre
una grieta o defecto. Este cambio en la corriente es amplificado,
se presenta en un instrumento (indicación digital o de aguja)
Ventajas
- Con/sin contacto entre la bobina de inducción y material
(ej. Materiales conductores pintados)
- Anomalías generadas en la circulación de las corrientes
se detectan por medios electrónicos.
Instrumentos simples no se utilizan en la práctica sólo,
serían capaces de indicar defectos muy grandes.
Instrumentos modernos son considerablemente más
elaborados, veremos el principio de funcionamiento.
Influencia de la conductividad eléctrica del material
sobre impedancia la bobina
Inicialmente consideramos una bobina ideal, sin resistencia
óhmica (sin pérdidas por resistencia).
σ conductividad eléctrica del
material.
Impedancia de la bobina en el
plano complejo se muestra como
función de la conductividad del
material a ensayar a una
Distancia A constante (Lift off
mínimo).
Material es un aislante (conductividad eléctrica 0): no se
generan corrientes parásitas, reactancia inductiva (jωL0)
sin cambios (punto P1).
Material conductividad eléctrica finita: se generarán
corrientes parásitas y pérdidas óhmicas. Aumento de la
componte óhmica, reducción simultánea de la componente
inductiva. Aumento de la conductividad eléctrica: el punto
de funcionamiento se desplaza de P1 a P2.
Conductividad eléctrica elevada (hipotéticamente infinito,
superconductor): no habrá pérdidas óhmicas, la
componente óhmica de la impedancia (Z) de la bobina
desaparecerá. Flujo de las corrientes de Foucault elevados
al igual que el campo que estas generan. Reducción
considerable de la reactancia de la bobina (punto P3).
La conductividad tiene una influencia determinante en
la impedancia de la bobina cuando está en la vecindad
de un material conductor
Influencia de la distancia (bobina-material) sobre la
impedancia de la bobina
La distancia A entre la bobina y el material conductor
también modifica la impedancia.
En la siguiente imagen se observan curvas con valores
constantes de A (lift off).
El punto P1 bobina muy alejada, no hay inducción de
corrientes, la impedancia de la bobina no se modifica.
Si A varía desde valores elevados, a través de valores
finitos, hasta el valor 0 (que no se puede obtener en la
práctica), las curvas de impedancia continuarán
expandiéndose hasta el origen.
Con conductividad muy alta y A idealmente 0 no habrá
componente óhmica en la impedancia, se tendrán
corrientes elevadas. El acoplamiento de la bobina con el
material será ideal y el campo de generación primario
estará completamente cancelada por el campo secundario
de las corrientes parásitas. Esto significa que la bobina
tampoco tendrá ninguna reactancia, es decir, inductancia
efectiva será 0.
También la distancia entre la bobina y material a
ensayar tiene una influencia importante en la
impedancia de la bobina
En la detección de defectos el objetivo no es medir la
conductividad o la distancia A sino la influencia de los
defectos del material sobre el impedancia de la bobina y
por lo tanto la corriente que circula por ella.
Si la bobina pasa por una discontinuidad su impedancia
cambia con un valor específico y con una determinada
dirección del vector impedancia.
Si por otro lado el valor de la impedancia cambia debido a
la distancia entre la bobina y la superficie, el vector cambia
en otra dirección.
Este efecto es muy significativo. Mediante ayudas
electrónicas se puede evaluar los efectos de un
defecto en referencia a otros efectos
Materiales con baja conductividad
eléctrica se tornan difíciles de
evaluar frente a materiales de
alta conductividad eléctrica
en cuanto al cambio de
impedancia por presencia
de discontinuidades.
Influencia de la frecuencia sobre la impedancia de la
bobina.
Ambas ¨variables¨ ejercer la misma influencia sobre la
impedancia. La impedancia reacciona a un aumento de
la conductividad eléctrica del mismo modo que a un
aumento de la frecuencia.
Del punto de vista práctico no se trabaja con la
conductividad eléctrica sino con la frecuencia de prueba
que puede ser calculada o bien determinada por medio del
uso de patrones.
Consideraciones con materiales ferromagnéticos.
Permeabilidad magnética influye sobre el campo
magnético de la bobina (concentrándolo) aumentando la
reactancia inductiva de ella. Es decir es un campo mas
fuerte que eclipsa el campo generado por las corriente de
Eddy.
En la siguiente figura se ve este efecto
Sistema de bobina para inspección de elementos cilíndricos
(throughput o encircling coil)
La influencia de la separación entre el material y la bobina (caso
de la bobina de exploración) se corresponde con el grado de
llenado (encircling coil).
Grado de llenado: relación entre la sección transversal de
material de prueba respecto al de la bobina: factor de llenado
bajo o de llenado alto
Bobinas (cabezales o probes)
Bobina Absoluto: una sola bobina se pone en contacto con
el material a inspeccionar.
Bobina Diferencial: dos bobinas, una es la de excitación y
otra la de medición son utilizadas. Pueden estar
contenidas en un mismo cabezal o separadas.
Determinación de la profundidad (teórica) de las corrientes
de Eddy
δ = penetracion (mm)
f = frecuencia (Hz)
µ0= permeabilidad mag vacio (H/mm)
µr= permeabilidad mag. relativa
σ= Electrical Conductivity (% IACS o Siemens/m)
Conductividad eléctrica
Su valor está referido o expresados en porcentaje de IACS
(International Anneled Copper Standard)
Los equipos están calibrados en % IACS.
Por ejemplo para aleación de aluminio (30 a 40% IACS),
dimensiones de fisuras entre 1,52 a 3,4 mm de largo y 0,48
mm
a 2,48 mm de profundidad, se recomiendan
frecuencias de inspección entre 100 y 500 kHz.
Mediciones de la conductividad eléctrica
Se ve influenciada por: tratamiento térmico, recubrimiento
aplicado y geometría de la pieza. Las lecturas de
conductividad están dadas en IACS y son equipos
especiales para este propósito.
Pueden presentar indicaciones calibradas (caso de la
conductividad) o bien presentar un display mas flexible el
cual se calibra
Tratamiento térmico
En la siguiente gráfica se puede observa el cambio de la
conductividad eléctrica de la aleación de aluminio 7075 por
efecto de los diferentes tratamientos térmicos.
Para convertir IACS
a m/Ω/mm2, dividir por
1,7241
Recubrimiento
Clad (recubrimiento conductor): es una técnica que afecta
la medición de la conductividad eléctrica sobre el material
base y esta relacionado con el espesor del clad. Se deben
hacer ensayos si bien se tienen documentos de referencia.
Pinturas: gruesas capas de pintura afectan la relación
entre el cabezal y la superficie a inspeccionar y por lo tanto
la determinación de la conductividad eléctrica.
Geometría
La forma de las piezas, cambio en su configuración, afecta
la distribución de las corrientes de Eddy, espesores y
curvaturas son dos de las fuentes mas grandes de lecturas
erróneas.