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Los instrumentos portátiles ya pueden medir el espesor de recubrimientos mediante ultrasonidos, lo que pone los ensayos no destructivos a disposición de las industrias que utilizan la tecnología de curado UV/EB. Este artículo describe el principio de funcionamiento y las ventajas de los ensayos ultrasónicos.
Los medidores de espesor de recubrimiento que utilizan técnicas de medición ultrasónica son cada vez más populares en sectores que trabajan con sustratos rígidos, como madera, plástico y materiales compuestos. Estos instrumentos complementan o sustituyen métodos destructivos para medir el espesor de recubrimientos curados por UV/EB de más de 15 micras (0,5 mil) en diversos sectores, incluidos el automovilístico, el aeroespacial, la fabricación de productos de madera y los acabados industriales.
Los revestimientos cumplen diversas funciones. Algunos están diseñados para resistir los arañazos, la abrasión, la humedad y otros productos químicos. Otros restauran, protegen, impermeabilizan y embellecen las estructuras. Otros están formulados específicamente para sellar y Llenar los poros y proporcionar una textura superficial estéticamente agradable.
¿Por qué medir el espesor?
Los recubrimientos están diseñados para cumplir mejor su función prevista cuando se aplican dentro de un rango estrecho de espesores especificado por el fabricante. Esto garantiza un rendimiento óptimo del producto. Ejemplos de situaciones en las que es importante medir el espesor:
Medir con precisión el grosor de los acabados tiene otras ventajas, ya sea para cumplir los requisitos de la ISO, de calidad y de los clientes para el control del proceso o para controlar los costos. Cuando las empresas no comprueban y verifican la calidad del revestimiento del material entrante, malgastan dinero repasando el producto. Al comprobar su equipo de aplicación, se aseguran de que el revestimiento se aplica de acuerdo con las recomendaciones del fabricante. Además, si se aplica un grosor de película excesivo se corre el riesgo de que el curado sea incompleto y se puede reducir drásticamente la eficiencia general. Por último, las pruebas periódicas pueden reducir el número de retrabajos internos y las devoluciones de los clientes por defectos de acabado.
¿Cuál es la mejor manera de probar?
Sobre metal, comprobar el espesor de los recubrimientos es habitual con fines de control de calidad e inspección. Cuando el metal base es acero al carbono, se utiliza un método magnético. Para otros metales, como cobre y aluminio, se emplean dispositivos de corrientes parásitas. Entre estos instrumentos portátiles hay muchos modelos para elegir. Algunos incorporan la sonda para facilitar la medición de grandes superficies con una sola mano. Otros tienen una sonda pequeña en el extremo de un cable corto que permite al operario medir piezas pequeñas o zonas de difícil acceso. Muchos instrumentos tienen funciones opcionales para facilitar la medición, como cálculos de promedio continuo y memoria para descargar mediciones almacenadas a una impresora o computadora.
Sin embargo, pese a su popularidad, los instrumentos magnéticos y de corrientes parásitas no pueden medir el espesor de acabados sobre sustratos no metálicos. Por ello, las industrias han utilizado técnicas alternativas para medir el espesor, entre ellas:
Estos ensayos requieren mucho tiempo, son difíciles de realizar y están sujetos a la interpretación del operario y a otros errores de medición. Los aplicadores consideran poco prácticos los métodos destructivos. Para obtener una muestra estadísticamente representativa, quizá sea necesario desechar varios productos de un lote como parte del proceso de ensayo destructivo. El método gravimétrico proporciona un espesor medio de película sobre la pieza, pero no un perfil del espesor de película en áreas específicas.
Con la llegada de los instrumentos ultrasónicos, muchos especialistas en acabados han pasado a utilizar métodos de inspección no destructivos para recubrimientos gruesos curados con UV/EB.
Avance ultrasónico
Los profesionales de la calidad ya conocen diversos aspectos de los ensayos por ultrasonidos, en los que se utiliza energía acústica de alta frecuencia para realizar exámenes y mediciones. Estos ensayos permiten detectar y evaluar defectos en metales, medir dimensiones, caracterizar materiales y mucho más.
La medición del espesor de pared es quizá el ensayo ultrasónico más habitual y sencillo. Los medidores ultrasónicos de precisión para espesor de pared permiten medir rápidamente el espesor de objetos sin acceder a ambos lados. Sin embargo, estos medidores no son ideales para medir recubrimientos. No tienen sensibilidad suficiente para medir el espesor de rellenos acrílicos, imprimaciones de fábrica, lacas, acabados UV, recubrimientos en polvo y otros materiales usados sobre productos no metálicos.
El primer instrumento portátil diseñado específicamente para la medición del espesor de los revestimientos apareció en el mercado hace 14 años y ahora se encuentra en su cuarta generación. Utiliza un transductor de un solo elemento y técnicas numéricas avanzadas para filtrar y mejorar los ecos digitalizados. Los medidores de espesor de revestimiento por ultrasonidos portátiles actuales son fáciles de manejar, asequibles y fiables (figura 3).
Una técnica sólida de medición
El ensayo por ultrasonidos funciona enviando una vibración ultrasónica al recubrimiento mediante una sonda (transductor), con ayuda de un acoplante aplicado sobre la superficie.
La vibración atraviesa el recubrimiento hasta encontrar un material con propiedades mecánicas diferentes, normalmente el sustrato o quizá otra capa de recubrimiento. La vibración, reflejada parcialmente en esta interfaz, vuelve al transductor. Mientras tanto, parte de la vibración transmitida sigue propagándose más allá de esa interfaz y experimenta nuevas reflexiones en las interfaces de materiales que encuentra (figura 4).
Dado que puede producirse un gran número de ecos, el medidor está diseñado para seleccionar el eco máximo o de mayor intensidad con el que calcular una medición de espesor. Los instrumentos que miden capas individuales en una aplicación multicapa también dan prioridad a los ecos de mayor intensidad. El usuario simplemente introduce el número de capas que desea medir, por ejemplo tres, y el medidor mide los tres ecos de mayor intensidad. El medidor ignora los ecos más débiles procedentes de imperfecciones del recubrimiento y de capas del sustrato.
Exactitud de la medición
La exactitud de cualquier medición ultrasónica se corresponde directamente con la velocidad del sonido del material de acabado que se está midiendo. Dado que los instrumentos ultrasónicos miden el tiempo de tránsito de un pulso ultrasónico, deben calibrarse para la «velocidad del sonido» en ese material concreto.
Desde un punto de vista práctico, los valores de velocidad del sonido no varían mucho entre los materiales de recubrimiento UV/EB. Por lo tanto, los medidores ultrasónicos de espesor de recubrimiento normalmente no requieren modificar los ajustes de calibración de fábrica.
La medición ultrasónica del espesor de recubrimiento es actualmente un procedimiento de ensayo aceptado y fiable para recubrimientos curados por UV/EB. Para verificar la calibración del medidor, se dispone de patrones de espesor recubiertos de epoxi con certificación trazable a organismos nacionales de metrología.
Donde el recubrimiento se une con el sustrato
Un factor que influye en la exactitud y la repetibilidad de la medición ultrasónica es cómo forman estos recubrimientos una interfaz con el sustrato. Por ejemplo, los productos de madera pueden presentar superficies lisas y rugosas sobre las que medir el espesor del recubrimiento. La figura 5 muestra un ejemplo de madera recubierta. Esta fotografía, tomada con una resolución superior a la que permiten la mayoría de los ensayos destructivos sobre el terreno, muestra el límite entre el acabado y la madera. El recubrimiento de acabado puede parecer liso por arriba, pero su espesor puede ser irregular. Los sustratos de madera suelen presentar grano, con distintos grados de rugosidad superficial y penetración de la imprimación. Esta porosidad y rugosidad pueden favorecer la adherencia, pero aumentan la dificultad de obtener mediciones de espesor repetibles por cualquier medio.
Los medidores ultrasónicos están diseñados para promediar pequeñas irregularidades y obtener un resultado útil. Sobre superficies o sustratos muy rugosos, donde las lecturas individuales pueden no parecer repetibles, comparar una serie de resultados promediados suele proporcionar una repetibilidad aceptable.
Un eco final
Un método de ensayo normalizado para esta tecnología se describe en ASTM D6132-04, «Método de ensayo normalizado para la medición no destructiva del espesor de película seca de recubrimientos orgánicos aplicados mediante un medidor ultrasónico» (2004, ASTM). En un esfuerzo reciente por actualizar esta norma, ocho empresas completaron un estudio interlaboratorios en el que se midieron por ultrasonidos diversos paneles de madera recubiertos. Los paneles incluían recubrimientos curados con UV sobre nogal americano y arce. Los resultados, que se publicarán más adelante este año, muestran buena repetibilidad y reproducibilidad con desviaciones estándar pequeñas.
Ahora es posible realizar mediciones de espesor rápidas y no destructivas en materiales que antes requerían pruebas destructivas, análisis de laboratorio o costosos equipos no destructivos. Esta nueva tecnología mejora la consistencia y el rendimiento en la sala de acabado. Las posibles reducciones de costos incluyen:
Hoy en día, estos instrumentos son sencillos de manejar, asequibles y fiables.
DAVID BEAMISH (1955 – 2019), expresidente de DeFelsko Corporation, una empresa con sede en Nueva York dedicada a la fabricación de instrumentos portátiles de ensayo de recubrimientos que se comercializan en todo el mundo. Era licenciado en Ingeniería Civil y contaba con más de 25 años de experiencia en el diseño, la fabricación y la comercialización de estos instrumentos de ensayo en diversos sectores internacionales, entre ellos la pintura industrial, el control de calidad y la fabricación. Impartió seminarios de formación y fue miembro activo de diversas organizaciones, entre ellas la NACE, la SSPC, la ASTM y la ISO.
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