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Los instrumentos portátiles pueden ahora medir el grosor de los revestimientos por 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 por ultrasonidos.
Los medidores de espesor de revestimiento que utilizan técnicas de medición por ultrasonidos son cada vez más populares en las industrias que trabajan con sustratos rígidos, como la madera, el plástico y los compuestos. Estos instrumentos apoyan o sustituyen a los métodos destructivos para medir el grosor de los revestimientos curados con UV/EB de más de 15 micras (0,5 mil) de grosor en una variedad de industrias, como la automotriz, la aeroespacial, la fabricación de productos de madera y el acabado industrial.
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 rellenar los poros y proporcionar una textura superficial estéticamente agradable.
¿Por qué medir el grosor?
Los revestimientos están diseñados para desempeñar mejor su función cuando se aplican dentro de un estrecho rango de espesores especificado por el fabricante. Esto garantiza un rendimiento óptimo del producto. Ejemplos de situaciones en las que la medición del espesor es importante:
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 eficacia 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?
En el caso del metal, la comprobación del espesor de los revestimientos es habitual para el control de calidad y la inspección. Cuando el metal base es el acero al carbono, se utiliza un método magnético. Para los demás metales, como el cobre y el aluminio, se utilizan dispositivos de corrientes de Foucault. Entre estos instrumentos manuales, hay muchos modelos entre los que elegir. Algunos tienen la sonda incorporada para facilitar la medición de grandes superficies con una sola mano. Otros tienen una pequeña sonda situada en el extremo de un cable corto para que el operario pueda medir en piezas pequeñas o en zonas de difícil acceso. Muchos instrumentos disponen de funciones opcionales para facilitar el trabajo de medición, como la realización de cálculos de promedio y la memoria para descargar las mediciones almacenadas en una impresora u ordenador.
Sin embargo, por muy populares que sean, los instrumentos magnéticos y de corrientes de Foucault no pueden medir el espesor de los acabados sobre sustratos no metálicos. Por lo tanto, las industrias han estado utilizando técnicas alternativas para medir el espesor, incluyendo:
Estas pruebas consumen mucho tiempo, son difíciles de realizar y están sujetas a la interpretación del operador y a otros errores de medición. Los aplicadores consideran que los métodos destructivos son poco prácticos. Para obtener una muestra estadísticamente representativa, puede ser necesario desechar varios productos de un lote como parte del proceso de prueba destructiva. El método gravimétrico proporcionará un promedio de acumulación de película en la pieza, pero no proporcionará un perfil de espesor de la película en áreas específicas.
Con la llegada de los instrumentos de ultrasonidos, muchas empresas de acabado han pasado a la inspección no destructiva de los revestimientos gruesos curados con UV/EB.
Avance de los ultrasonidos
Los profesionales de la calidad ya están familiarizados con varios aspectos de los ensayos por ultrasonidos, en los que se utiliza energía sonora de alta frecuencia para realizar exámenes y mediciones. Los ensayos por ultrasonidos pueden detectar y evaluar defectos en el metal, medir dimensiones, determinar la caracterización del material y mucho más.
La medición del grosor de la pared es quizás el más común y sencillo de los ensayos por ultrasonidos. Los medidores de espesor de pared por ultrasonidos de precisión permiten medir rápidamente el espesor de los objetos sin necesidad de acceder a ambos lados. Sin embargo, estos medidores no son ideales para la medición de revestimientos. No tienen la sensibilidad suficiente para medir el grosor de las masillas acrílicas, las imprimaciones de fábrica, las lacas, los acabados UV, los recubrimientos en polvo y otros materiales utilizados 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 avanzado técnicas numéricas 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 de medición del sonido
Los ensayos por ultrasonidos funcionan enviando una vibración ultrasónica a un revestimiento mediante una sonda (transductor) con la ayuda de un acoplante aplicado a la superficie.
La vibración viaja a través del revestimiento hasta que se encuentra con un material con propiedades mecánicas diferentes, normalmente el sustrato o quizás una capa de revestimiento diferente. La vibración, parcialmente reflejada en esta interfaz, regresa al transductor. Mientras tanto, una parte de la vibración transmitida sigue viajando más allá de esa interfaz y experimenta nuevas reflexiones en cualquier interfaz de material que encuentre (Figura 4).
Dado que puede producirse un gran número de ecos, el medidor está diseñado para seleccionar el eco máximo o "más fuerte" a partir del cual se calcula la medición del espesor. Los instrumentos que miden capas individuales en una aplicación multicapa también favorecen los ecos más fuertes. El usuario simplemente introduce el número de capas a medir, digamos tres, y el medidor mide los tres ecos más fuertes. El medidor ignora los ecos más suaves de las imperfecciones del revestimiento y de las capas del sustrato.
Precisión de las mediciones
La precisión de cualquier medición por ultrasonidos corresponde directamente a la velocidad del sonido del 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 la velocidad del sonido no varían mucho entre los materiales de revestimiento UV/EB. Por lo tanto, los medidores de espesor de revestimiento por ultrasonidos no suelen requerir ningún ajuste de la configuración de calibración de fábrica.
La medición del espesor del revestimiento por ultrasonidos es ahora una rutina de ensayo aceptada y fiable para los revestimientos curados con UV/EB. Para verificar la calibración del medidor, se dispone de estándares de espesor con revestimiento epoxi con certificación trazable a organizaciones nacionales de normalización.
Donde el revestimiento se encuentra con el sustrato
Un factor que influye en la precisión y la repetibilidad de la medición por ultrasonidos es la forma en que estos revestimientos interactúan con el sustrato. Los productos de madera, por ejemplo, pueden tener superficies tanto lisas como rugosas en las que se puede comprobar el espesor del revestimiento. La figura 5 muestra un ejemplo de madera revestida. Esta foto, tomada con una resolución superior a la de la mayoría de los ensayos destructivos de campo, muestra el límite entre el acabado y la madera. El revestimiento de acabado puede parecer liso en la parte superior, pero el grosor puede ser inconsistente. Los sustratos de madera suelen ser granulosos, con distintos grados de rugosidad superficial y de 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 de ultrasonidos están diseñados para promediar pequeñas irregularidades y producir un resultado significativo. En superficies o sustratos especialmente rugosos en los que las lecturas individuales pueden no parecer repetibles, la comparación de una serie de resultados promediados suele proporcionar una repetibilidad aceptable.
Un eco final
Un método de prueba estándar para esta tecnología se describe en ASTM D6132-04 "estándar Test Method for Nondestructive Measurement of Dry Film Thickness of Applied Organic Coatings Using an Ultrasonic Gage" (2004, ASTM). En un esfuerzo reciente por actualizar este estándar, ocho empresas completaron un estudio en el que se midió por ultrasonidos una variedad de paneles de madera revestidos. Los paneles incluían revestimientos curados con UV sobre nogal americano y arce. Los resultados, que se publicarán a finales de este año, muestran una buena repetibilidad y reproducibilidad con pequeñas desviaciones en estándar .
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), ex presidente de DeFelsko Corporation, un fabricante de instrumentos manuales de prueba de revestimientos con sede en Nueva York que se vende 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 prueba en una variedad de industrias internacionales, incluyendo la pintura industrial, la inspección de calidad y la fabricación. Dirigió seminarios de formación y fue miembro activo de varias organizaciones, como NACE, SSPC, ASTM e ISO.
