Métodos de ensayo no destructivos para una tuerca de bola

Las pruebas no destructivas, comúnmente abreviadas como NDT, se utilizan para identificar discontinuidades del material sin cortar ni inutilizar el componente inspeccionado. Para una tuerca de bolas, los métodos posibles incluyen pruebas visuales, pruebas de partículas magnéticas, pruebas de líquidos penetrantes, pruebas de corrientes parásitas y pruebas ultrasónicas.

No todos los métodos son apropiados para cada tuerca de bolas o lote de producción. El material, la geometría, la condición del tratamiento térmico, el tipo de defecto, la etapa de inspección y los requisitos del cliente determinan qué método se debe utilizar.

END tampoco reemplaza la inspección dimensional y funcional. Una tuerca de bolas puede no tener grietas detectables pero aun así tener dimensiones incorrectas, una precarga inadecuada, un par excesivo o una mala circulación de las bolas.

¿Qué defectos pueden ocurrir en una tuerca de bolas?

Los defectos considerados durante la inspección de tuercas de bolas pueden originarse en la materia prima, tratamiento térmico, rectificado, mecanizado, montaje u operación. Los ejemplos incluyen:

• Grietas superficiales causadas por tratamiento térmico o esmerilado.
• Grietas en el subsuelo o discontinuidades del material.
• Pliegues, costuras o inclusiones en la materia prima.
• Quemaduras por molienda y sobrecalentamiento local.
• Picaduras o descamaciones en la pista de rodadura
• Corrosión, rayones, abolladuras o daños por impacto.
• Daños en los componentes de retorno de bola.
• Deformación de bridas o defectos de mecanizado.

Cada método de inspección responde a diferentes tipos de defectos. Ningún método de END por sí solo puede detectar todos los problemas posibles.

Pruebas visuales

La prueba visual, o VT, suele ser el primer paso de inspección. Puede realizarse con visión normal, aumento, iluminación controlada, espejos o un boroscopio cuando el acceso interno lo permita.

La inspección visual puede identificar:

• Grietas visibles y marcas de abrasión.
• Arañazos, abolladuras y daños por manipulación.
• Óxido, corrosión y decoloración.
• Rebabas alrededor de orificios de bridas y bordes mecanizados
• Sellos, deflectores, tapas de extremo o tubos de retorno dañados
• Picaduras y descamaciones en superficies de pistas accesibles
• Sujetadores faltantes o componentes ensamblados incorrectamente

La superficie debe estar lo suficientemente limpia para su inspección. Los lubricantes, los aceites antioxidantes y la contaminación pueden ocultar pequeños síntomas.

Las pruebas visuales no pueden detectar de manera confiable grietas cerradas, pequeños defectos del subsuelo o discontinuidades internas. Las pistas de rodadura internas también pueden ser difíciles de inspeccionar después de que la tuerca de bolas se haya montado en el tornillo.

Pruebas de partículas magnéticas

La prueba de partículas magnéticas, o MT, es adecuada para materiales ferromagnéticos. El componente se magnetiza y se aplican finas partículas magnéticas a la superficie de prueba. Una discontinuidad superficial o cercana a la superficie perturba el campo magnético y crea un campo de fuga que atrae las partículas.

MT puede ser eficaz para detectar grietas finas causadas por tratamiento térmico, esmerilado o fatiga. A menudo es más sensible a las grietas superficiales en el acero ferromagnético que la inspección visual ordinaria.

Las limitaciones importantes incluyen:

• Sólo se puede utilizar en materiales ferromagnéticos.
• La orientación del defecto en relación con el campo magnético afecta la sensibilidad
• La geometría compleja de la tuerca puede crear indicaciones irrelevantes
• El componente puede requerir magnetización en más de una dirección.
• Es posible que sea necesario limpiar y desmagnetizar después de la prueba.

El magnetismo residual debe controlarse porque puede atraer partículas ferrosas durante el montaje u operación posterior.

Pruebas de líquidos penetrantes

La prueba de líquidos penetrantes, o PT, detecta discontinuidades que están abiertas a la superficie. Se aplica un penetrante de baja viscosidad a una superficie limpia y se le permite penetrar en los defectos superficiales. Después de eliminar el exceso de penetrante, un revelador extrae el penetrante retenido del defecto y forma una indicación visible.

El PT se puede utilizar en muchos materiales no porosos, incluidos algunos materiales que no se pueden probar magnéticamente. Puede revelar finas grietas, revestimientos y poros que rompen la superficie.

Sin embargo, no puede detectar defectos que no se abren a la superficie. La superficie también debe limpiarse a fondo antes y después de la prueba.

No deben quedar residuos de penetrante dentro de las pistas de rodadura, orificios de lubricación o sistema de retorno de bolas. Para una tuerca de bolas de precisión, el proceso de limpieza y protección posterior a la inspección debe definirse antes de seleccionar el PT.

Prueba de corrientes parásitas

La prueba de corrientes parásitas, o ET, utiliza un campo electromagnético alterno para inducir corrientes eléctricas en un componente conductor. Las grietas, los cambios de material y otras discontinuidades alteran el flujo de corriente y producen un cambio mensurable en la señal del instrumento.

La ET se puede utilizar para detectar defectos superficiales y cercanos a la superficie en materiales eléctricamente conductores. Con un sistema calibrado, también puede admitir la clasificación según las diferencias en el material o la condición del tratamiento térmico.

Su eficacia depende en gran medida del diseño de la sonda, la frecuencia de las pruebas, los estándares de referencia y la coherencia del escaneo. Las pistas de rodadura de las tuercas de bolas, los orificios, los bordes de las bridas y las superficies curvas pueden crear señales relacionadas con la geometría que son difíciles de distinguir de los defectos reales.

Por lo tanto, las pruebas de corrientes parásitas deben utilizar un procedimiento desarrollado para la geometría específica de la tuerca y el tipo de defecto. Es posible que una sonda de uso general sin una muestra de referencia representativa no proporcione resultados de aceptación confiables.

Pruebas ultrasónicas

Las pruebas ultrasónicas, o UT, introducen ondas sonoras de alta frecuencia en un componente y evalúan las señales reflejadas. Las discontinuidades internas, los límites materiales y la pared trasera reflejan parte de la energía sonora.

UT se usa ampliamente para la inspección interna de piezas forjadas, barras y otros componentes más grandes con geometría adecuada. Se puede considerar para materia prima de tuercas de bolas o tuercas en bruto más grandes cuando los defectos internos son una preocupación específica.

Una tuerca de bolas terminada es más difícil de inspeccionar ultrasónicamente debido a su pequeño tamaño, superficies curvas, roscas internas, geometría de brida y características de retorno de bola. Estas superficies producen múltiples reflejos y pueden limitar el contacto de la sonda y la resolución de defectos.

Para muchas tuercas de bolas, la prueba ultrasónica de la barra de materia prima o de la pieza sin terminar es más práctica que probar la tuerca completamente ensamblada. La viabilidad debe establecerse mediante un procedimiento escrito y una norma de referencia adecuada.

Comparación de métodos END

END no reemplaza la inspección dimensional

Los métodos tradicionales de END se utilizan principalmente para localizar discontinuidades de materiales o superficies. No confirman si la tuerca de bolas cumple con sus especificaciones funcionales.

Una inspección completa de las tuercas de bolas también puede incluir:

• Dimensiones del cuerpo de la tuerca y de la brida
• Posición y diámetro del orificio de montaje
• Perfil de la pista de rodadura y precisión geométrica.
• Pruebas de dureza superficial
• Juego axial o medición de precarga
• Medición de par dinámico
• Prueba de circulación de bolas y carrera a toda velocidad
• Comprobaciones de ruido, vibración o temperatura cuando se especifique

Algunas de estas inspecciones son no destructivas en el sentido general de que la tuerca sigue siendo utilizable, pero no todas están clasificadas como métodos END de la misma manera que MT, PT, ET o UT.

¿Cuándo se deben especificar los END especializados?

Los END especializados pueden ser apropiados cuando:

• El plano o norma del cliente lo requiere.
• Un componente tratado térmicamente de alto riesgo requiere detección de grietas
• Un lote anterior mostró grietas o defectos de material.
• La tuerca está diseñada para una aplicación crítica para la seguridad.
• Una investigación de falla requiere evidencia adicional
• La materia prima o los espacios en blanco de nueces requieren inspección de defectos internos

La orden debe definir el método de inspección, la norma aplicable, la etapa de inspección, el área de prueba, los criterios de aceptación, la cantidad de muestreo y los requisitos de informe.

Los END deben ser realizados por personal debidamente capacitado utilizando equipos calibrados y un procedimiento escrito aprobado. No basta con solicitar "NDT" sin identificar el método y los criterios de aceptación.

Seleccionar un plan de inspección

Un plan de inspección práctico debe comenzar con el defecto que se debe detectar:

• Usarpruebas visualespara comprobar el estado de la superficie, la mano de obra y el montaje.
• Considerarprueba de partículas magnéticaspara grietas finas en material de tuercas de bolas ferromagnéticas.
• Considerarprueba de líquidos penetrantespara grietas de apertura superficial en materiales limpios y no porosos.
• Considerarprueba de corrientes parásitaspara detección repetible en superficie o cerca de la superficie cuando esté disponible un estándar de referencia adecuado.
• Considerarpruebas ultrasónicaspara defectos internos en materia prima adecuada o espacios en blanco más grandes.

El uso de varios métodos no produce automáticamente una mejor inspección. Cada método debe abordar un riesgo de defecto definido y tener un criterio de aceptación claro.

Inspección de tuercas de bolas antes de la instalación

Para una tuerca de bolas estándar recibida para el ensamblaje de una máquina, la inspección práctica de entrada generalmente comienza con la verificación del modelo, la apariencia, las dimensiones de montaje y el buen funcionamiento del tornillo correspondiente.

No retire una tuerca de bolas de su tornillo sin un manguito de transferencia adecuado. La extracción incorrecta puede desplazar las bolas o permitir que se caigan, creando daños que no estaban presentes antes de la inspección.

Para comprender el sistema de circulación de bolas que se está inspeccionando, leacómo funciona un husillo de bolas de recirculación.

Conclusión

Las pruebas visuales, de partículas magnéticas, de líquidos penetrantes, de corrientes parásitas y ultrasónicas pueden contribuir al control de calidad de las tuercas de bolas, pero detectan diferentes tipos de defectos y tienen diferentes limitaciones de material y geometría.

Estos métodos no deben describirse como pruebas de rutina para cada tuerca de bolas a menos que la especificación de producción realmente los requiera. Para la mayoría de los pedidos, la inspección dimensional, la verificación de la dureza, la medición del juego axial o de la precarga y las pruebas de funcionamiento dinámico siguen siendo esenciales junto con cualquier método de END seleccionado.

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