Con sede en Ranshofen, Austria, la empresa HPI (High Performance Industrietechnik GmbH)) desarrolla, diseña, fabrica y entrega equipamiento llave en mano para la industria de metales ligeros. Los fabricantes metalúrgicos suelen usar metales ligeros, como el aluminio y el magnesio, para producir productos basados en aleaciones ligeras.
Para uno de sus clientes metalúrgicos, HPI innovó y desarrolló un sistema automatizado de ensayos no destructivos para medir la conductividad de materiales. Este sistema de medición de conductividad, fabricado por HPI, integra el detector de defectos por corriente de Foucault NORTEC™ 600 de Olympus con el propósito de ejecutar ensayos y mediciones a fin de satisfacer las demandas de calidad.
El desafío: Un sistema que valide la conductividad a velocidades de producción
De acuerdo con un artículo publicado en la revista Aluminium Times, la creación de este sistema por la empresa HPI tenía como objetivo los ensayos de conductividad a fin de evaluar el estado del tratamiento térmico en las placas de aluminio. Las placas en cuestión miden hasta 4200 mm (~14 pies) de ancho, 33 000 mm (~108 pies) de largo y varían de 1 mm a 210 mm (de ~0,039 pulg. a 8,3 pulg.) en espesor. Éstas siguen un proceso de transformación a productos semiacabados, basados en aleaciones de aluminio y magnesio, que van suministrados a la industria aeronáutica.
La empresa metalúrgica solicitante requería el sistema para un nuevo complejo de laminación compuesto por un laminador en frío, un laminador en caliente y el tratamiento térmico de chapas. El proceso de fabricación de dicha empresa requería una solución de inspección END fiable e integrada que pudiera impulsar la productividad al mismo tiempo que confirmaba el cumplimiento de los materiales con la reconocida normativa internacional.
Para HPI, desarrollar un sistema que proporcione una medición de conductividad a alta velocidad para placas de aluminio mientras se mantenía un rendimiento de ensayo constante fue un desafío.
Placa de aluminio de gran dimensión siendo transportada por un banco de rodillos en la línea de producción
Razones que evidencian la medición de conductividad de los metales
La medición de conductividad eléctrica se usa para determinar qué tan bien un material favorece el flujo de electricidad a través de él o, en otras palabras, qué tan bien un material puede conducir una corriente eléctrica. Estos ensayos permiten a los fabricantes recopilar información sobre la composición de una sustancia. Con estos datos, los usuarios pueden determinar si el material es adecuado para el fin previsto.
Muchas industrias incorporan los ensayos de conductividad en el proceso de fabricación y control/aseguramiento de calidad. Se lleva a cabo para verificar la autenticidad de la integridad estructural del metal a fin de asegurar la durabilidad y rendimiento deseados en el producto final.
Es importante medir la conductividad del aluminio usado en la construcción de aeronaves para conocer su capacidad de descarga, como también para asegurar su capacidad de resistencia al estrés causado por eventos como rayos u otro tipo de impacto. Al detectar cambios en la dureza de la aleación, los ensayos de conductividad permiten confirmar si el material ha sufrido daños a través del tratamiento térmico, lo que se traduce en una mayor fragilidad.
Fuerzas, limitaciones y defectos típicos del aluminio
El aluminio posee una densidad inferior a la de otros metales comunes. Por ejemplo, el acero es aproximadamente un tercio más denso que el aluminio. Debido a su liviandad y resistencia, el aluminio es ideal para la fabricación de aeronaves, llegando a componer el 75 % al 80 % de un avión moderno según la estimación de algunas fuentes. Debido a que están hechos principalmente de aluminio, los aviones pueden transportar más peso y son más rentables a nivel del combustible.
Otro beneficio importante de las aleaciones de aluminio es su resistencia a la corrosión, lo que aumenta la durabilidad de la aeronave. Los aviones están constantemente sujetos a elementos y climas extremos, desde temperaturas bajo cero en altitudes elevadas hasta precipitaciones, como tormentas de nieve y lluvia. Si bien el aluminio tiene una alta resistencia a la corrosión, es un metal químicamente activo, por ende puede generar corrosión.
Los componentes de aluminio son susceptibles a varios tipos de corrosión. Entre estos destacan:
- Picaduras superficiales
- Agrietamiento intergranular
- Exfoliación
- Agrietamiento/grietas por corrosión bajo tensión (SCC)
- Agrietamiento por fatiga
- Fricción/Desgaste
Los procesos de fabricación, como el mecanizado, el moldeo, la soldadura o el tratamiento térmico, pueden dejar tensiones en las láminas de aluminio —y, por consiguiente, en las piezas de los aviones. Esta tensión residual puede provocar grietas en un entorno corrosivo cuando se supera el umbral de corrosión por tensión.
Ventajas de los END por corrientes de Foucault para aplicaciones aeroespaciales y aeronáuticas
El ensayo no destructivo (END) por corrientes de Foucault es un método sin contacto para la inspección de piezas metálicas. Se usa ampliamente en la industria aeroespacial y aeronáutica como también en otros entornos de fabricación y servicios que requieren la inspección de metales delgados a fin de detectar posibles problemas relacionados con la seguridad o la calidad.
Debido a que el ensayo por corrientes de Foucault (ECT) se lleva a cabo por acoplamiento electromagnético y no necesita estar en contacto directo con la pieza, no se requiere acoplante.
Las corrientes de Foucault (ECT) pueden usarse para:
- Inspeccionar superficies
- Inspeccionar subsuelos (típicamente de 3 a 4 mm)
Los beneficios de la tecnología de corrientes de Foucault son:
- Inspección a través de la pintura y revestimientos (no es necesario decapar la pintura)
- Preparación mínima de la superficie (puede inspeccionarse a través de la suciedad).
- Facilidad de uso a través de una capacitación mínima.
- Obtención rápida de resultados, propicia para inspecciones de alta velocidad y de piezas grandes.
- Idoneidad para cualquier material conductor de electricidad, como los metales comúnmente usados en las aeronaves (p. ej., aluminio, acero inoxidable y acero).
¿Cómo funcionan los dispositivos para ensayos por corrientes de Foucault?
(a) La corriente alterna, administrada en una bobina, crea un campo magnético (en azul). (b) Cuando la bobina se encuentra cerca de un material eléctricamente conductor, la corriente de Foucault es inducida a través del material (en rojo). (c) Los defectos en la pieza perturban la trayectoria de las corrientes de Foucault. Esta perturbación puede ser medida por el instrumento.
Cuando la corriente eléctrica alterna atraviesa una o más bobinas en un montaje de sonda ECT, y esa sonda se halla cerca de una pieza hecha de un material conductor, se produce un campo magnético alterno que induce las corrientes de Foucault hacia la pieza. Este campo magnético genera un efecto de acoplamiento.
Las discontinuidades o variaciones en las propiedades de una pieza bajo ensayo cambian el flujo de la corriente de Foucault, lo que influye la reactancia inductiva de funcionamiento de la sonda. La sonda detectará cambios en el espesor del material o defectos, como grietas y corrosión, en la pieza inspeccionada. Estos cambios son representados en la pantalla del instrumento, tanto en la fase como en la amplitud de la señal, que luego el operador interpreta.
Solución de HPI para medir la conductividad de placas de aluminio
A través del siguiente video se muestra la solución de la empresa HPI: sistema automatizado para medir la conductividad de placas de aluminio a alta velocidad. Tal y como se aprecia, la unidad NORTEC 600 viene integrada en el sistema HPI y colabora con un escáner que desplaza rápidamente la sonda ECT sobre la estación de calibración y sobre las placas de aluminio después de que estas últimas entran por medio de rodillos a la estación de medición.
«Los programas de medición pueden predeterminarse para cada placa, teniendo como referencia la reconocida normativa internacional —ASTME 1004-02, MIL STD1537C, EN2004-1 y AMS 2772F— y los requisitos particulares de [cada cliente] en la industria aeroespacial»
Sistema de medición de conductividad para placas de aluminio con la unidad ECT integrada NORTEC 600
En el pasado, HPI ha usado dispositivos manuales para este tipo de ensayos en líneas de producción; sin embargo, debido a la intensificación de requisitos a nivel de la velocidad y calidad, en particular para el sector aeroespacial y aeronáutico, los ensayos manuales se han vuelto obsoletos. La combinación del detector de defectos por corrientes de Foucault NORTEC 600 de Olympus con el sistema de inspección totalmente automatizado de HPI crea una solución precisa, fiable y eficiente en términos de tiempo y costos (Esp. costes).
El software aplicativo para esta solución fue desarrollado por la propia HPI e integra la unidad NORTEC 600 a modo de sensor. HPI seleccionó el instrumento NORTEC 600, por sobre otros detectores de defectos/fallas ECT, debido a su interfaz que posibilita la comunicación con un controlador lógico programable (PLC).
El sistema controla de forma automática la calibración para cada placa antes y después de la medición de la conductividad. Dada la capacidad de alta velocidad, cientos de puntos que tomarían muchas horas con una medición manual se miden en sólo minutos.
El cliente de HPI usa dos de estos sistemas con dos detectores de defectos NORTEC 600 respectivamente. Formando parte del proceso de control/aseguramiento de calidad, la medición de la conductividad ha ayudado a mejorar el protocolo de tratamiento térmico de HPI y aumentado la satisfacción de sus clientes.
Acerca del detector de defectos por corrientes de Foucault NORTEC 600
El detector de defectos por corrientes de Foucault NORTEC 600 es un instrumento portátil que incorpora circuitos digitales avanzados de alto rendimiento.
Fácil integración en sistemas automatizados de alta velocidad
Integrar el instrumento NORTEC 600 a sistemas de inspección integrados es fácil y sin problemas. Este instrumento ha sido desarrollado para mantener un funcionamiento constante en entornos industriales. Asimismo, cabe resaltar que sus especificaciones y funciones han sido creadas pensando en empresas integradoras como HPI.
- Clasificación conforme al grado de protección IP66
- Rango de temperatura de funcionamiento de –10 °C a 50 °C
- Filtro de compensación cero continuo
- Gráfico de barras (strip chart) con alarma de barrido
- Índice de medición de 6 kHz
- Control remoto desde el software NORTEC PC
- Salidas de alarma
- Salidas analógicas
- Entradas digitales
Equipamiento de END para el control/aseguramiento de calidad
La decisión de HPI para integrar el detector de defectos por corriente de Foucault NORTEC 600 de Olympus a su solución automatizada de END se debe a que este instrumento proporciona una medición de conductividad rápida y fiable sin entrar en contacto con la superficie del material. HPI comparte una larga historia colaborativa a nivel de integración de equipamientos con Olympus. Puede visitar la cartera de productos de esta empresa aquí y acceder a más información.
Contenido relacionado
Tutorial sobre las corrientes de Foucault muletielementos
Soluciones de inspección para la industria aeroespacial
Sistemas de inspección automatizados
Contacto
