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2022/09/20
SIS 2.0
Pauta para examinar piezas defectuosas {1000, 7000} (SEBF9066-05)
SMCS - 1000, 7000
Productos de Caterpillar
Se detectan
i09632447
PIP
Introducción
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consultoria de analisis
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El equipo de Análisis Aplicado de Fallas (AFA, Applied Failure Analysis) en el Centro de respaldo al
producto de Caterpillar, en Peoria, IL, proporciona la información siguiente para ayudar en la
evaluación inicial de las piezas defectuosas y la recopilación de información relevante para la
investigación de las fallas de piezas.
No debe intentarse realizar el análisis de fallas sin la capacitación apropiada. Se encuentran
disponibles capacitación y material de referencia sobre análisis de fallas a través de Caterpillar, los
distribuidores de Cat y el sistema de medios de Caterpillar. Se encuentra disponible asistencia con
el análisis de fallas a cargo de personal capacitado en los distribuidores de Caterpillar, los
representantes de servicio técnico de Caterpillar y el equipo de Análisis Aplicado de Fallas.
Se encuentra disponible ayuda para realizar un análisis de fallas a través del equipo de Análisis
Aplicado de Fallas en el Centro de respaldo al producto de Caterpillar. El personal de Caterpillar
puede comunicarse directamente con el equipo de AFA para solicitar ayuda. Los distribuidores de
Cat deben trabajar a través de sus representantes de servicio técnico para obtener ayuda.
Tabla 1
Número de teléfono del consultor (EE.UU.)
Correo electrónico
Jim Rickey
309-494-5966
Rickey_Jim_E@cat.com
Los siguientes temas se cubrirán en este análisis.
El proceso de analisis de fallas
Desarmado para permitir el análisis de fallas
Métodos de inspección visual
Análisis de piezas fracturadas
concentradores de esfuerzo
Análisis de piezas desgastadas
información adicional
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El proceso de analisis de fallas
El análisis de fallas es la "revisión minuciosa de hechos ambientales y del producto que lleva a la
identificación de la causa fundamental de problemas en el producto". El propósito de realizar un
análisis de fallas es simplemente descubrir la causa fundamental de una falla de modo que se
pueden tomar las medidas adecuadas para prevenir que la falla ocurra otra vez.
En la definición, se destacan dos palabras clave. La primera palabra son hechos . Un buen análisis
de fallas se basa principalmente en los hechos. Los hechos se pueden encontrar en muchos
lugares: las piezas defectuosas, la aplicación, la operación, los registros de mantenimiento, los
datos del ECM (Electronic Control Module, Módulo de control electrónico), etc.
Las segundas palabras destacadas son causa fundamental . Trabajar con hechos y con un
proceso definido permite que un investigador llegue a la causa fundamental más probable de una
falla y pueda responder tres preguntas:"¿qué ocurrió?", ¿cómo se produjo la falla?" y "¿quién fue
responsable? ". Con las respuestas a estas preguntas, un problema se puede resolver para que no
vuelva a ocurrir.
El análisis de fallas es una de las muchas herramientas utilizadas para solucionar problemas. El
momento apropiado para usar el análisis de fallas es cuando:
Las piezas estan rotas.
Las piezas se desgastan prematuramente o de una forma inusual.
Las piezas se deforman de modo que ya no pueden realizar la función deseada.
Los indicadores adversos, como el calentamiento, ruidos u olores inusuales u otros problemas de
rendimiento, en general, no requieren un análisis de fallas, sino la aplicación de solución de
problemas, pruebas o ajustes. Utilice el análisis de fallas en el momento apropiado.
El equipo de AFA enseña un proceso de ocho pasos para realizar un análisis de fallas. El proceso
comienza un tiempo antes de la falla, cuando la pieza o el sistema todavía estaba funcionando
correctamente y continúa a través de la falla, usando hechos, sucesos y una línea cronológica. El
proceso concluye cuando los resultados del análisis de fallas se han comunicado a la parte
responsable, la máquina se ha reparado y se lleva a cabo una llamada o visita de seguimiento para
reafirmar la confianza del cliente en nosotros.
Las personas que usan esta información probablemente estarán muy involucradas en la fase de
detección de hechos del análisis de fallas. Los hechos pueden reunirse no solo de las piezas
defectuosas, sino también de la información de aplicación, operación y mantenimiento. Actualmente,
cualquier cosa que haya afectado la pieza desde la fabricación hasta el momento en que la pieza
falló puede proporcionar hechos al analista de fallas. Por lo general, cuantos más hechos puedan
recopilarse, mejores serán los resultados del análisis de fallas.
Desarmado para permitir el análisis de fallas
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SIS 2.0
Hay dos ideas clave que se deben recordar cuando se desarman las piezas para permitir un análisis
de fallas:
Las piezas se deben marcar.
No deben dañarse aún más las piezas durante el desarmado.
Marcado de piezas
El mejor momento para marcar las piezas es antes y durante el desarmado. Las piezas pueden
marcarse para mostrar sincronización, ubicación, orientación y agrupamiento en familia.
Ilustración 1
Pieza marcada antes del desarmado
g01200676
Las piezas pueden marcarse a fin de documentar la orientación antes del desarmado.
Ilustración 2
Pieza marcada durante el desarmado
g01200680
Las piezas pueden marcarse para documentar la ubicación y el agrupamiento en familia. Estas
marcas son especialmente útiles cuando hay varias piezas idénticas en un conjunto.
Hay varios métodos aceptables de marcar las piezas que incluyen: bolígrafos de ácido, bolígrafos
vibradores, bolígrafos de pintura y marcadores permanentes. Recuerde lo siguiente al marcar
piezas:
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Es posible que se deban limpiar las superficies que se van a marcar antes de hacerlo.
Asegúrese de que las marcas no se eliminen con los procesos de limpieza o piense en volver a
realizar las marcas después de la limpieza.
Aplique marcas en áreas en las que no se desgasten por la manipulación.
No deben dañarse las piezas durante el desarmado.
El uso de técnicas de desarmado descuidadas puede dañar las piezas defectuosas y las piezas que
se pueden volver a utilizar. El daño subsiguiente en las superficies de fractura o áreas desgastadas
hará que el análisis de fallas sea mucho más difícil. Los tipos de daños subsiguientes más comunes
en las piezas defectuosas son los daños físicos debido a prácticas descuidadas de desarmado,
manipulación y envío, y a la corrosión de la atmósfera o la manipulación.
Los martillos y las herramientas de impacto pueden dañar las piezas durante el desarmado. Por
ejemplo, los cojinetes antifricción son propensos a este tipo de daños. Debido a que las pistas de
cojinete y los elementos giratorios están termotratados a niveles de alta dureza, se mellan y dañan
fácilmente debido a cargas de impacto. Además, cuando se quita un cojinete dañado, se debe tener
cuidado de no dañar la caja, de lo contrario, se puede producir la falla subsiguiente del cojinete.
Ilustración 3
Abolladura en la pista de cojinete
g01200708
Una abolladura en la pista de cojinete durante la remoción añade otro hecho que no estaba
presente como resultado de la falla.
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Ilustración 4
Daños a la caja
SIS 2.0
g01200711
Los daños a la caja como resultado de la remoción de un cojinete defectuoso pueden causar la falla
del siguiente cojinete.
Se utilizan diversos métodos de calentamiento durante el proceso de desarmado. Si no se controla
cuidadosamente, el calentamiento puede dañar aún más las piezas defectuosas, lo que hace que el
análisis de fallas sea más difícil. El calentamiento no controlado también puede dañar las piezas
que podrían volver a utilizarse durante la reparación después de la falla, lo que deriva en fallas
repetidas. Recuerde, siempre que una pieza haya estado suficientemente caliente para decolorar la
superficie, se produjeron cambios metalúrgicos y la pieza ya no está como era después de la falla.
Evite el calentamiento durante el desarmado que decolora las piezas en las áreas de fractura o
desgaste que requieren inspección.
Las pistas de cojinete y las superficies de montaje proporcionan un buen ejemplo de cómo las
piezas pueden dañarse durante el desarmado. Estos son algunos detalles que se deben tener en
cuenta durante el desarmado:
No corte completamente a través de una pista y evite dañar (mellar) o recalentar la pieza en la
pista.
Oriente la punta del soplete de corte a lo largo de la pieza en lugar de en línea recta hacia
abajo sobre las piezas para controlar la profundidad de penetración de calor.
La mejor práctica es mellar la superficie de la pista con el soplete y, luego, terminar con cuidado
el quiebre con un formón y un martillo.
Ilustración 5
Daños causados por el calor excesivo
g01200716
El uso de calor excesivo o el corte través de una pista de cojinete durante el desarmado puede
dañar la superficie detrás de la pista.
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Ilustración 6
Melladuras en la superficie subyacente
SIS 2.0
g01200718
Cortar a través de una pista de cojinete puede mellar la superficie subyacente y crear un
concentrador de esfuerzos. El recalentamiento cambia las propiedades del material, lo que también
puede producir efectos de incremento de esfuerzos.
Es común el daño por corrosión en las superficies de fractura o en las áreas de desgaste. La
fractura de las piezas produce superficies muy limpias que son altamente reactivas. Algunos tipos
de desgaste también tienen una acción de limpieza que puede agravar el daño por corrosión. La
corrosión puede ser también el resultado de aceites de caja transferidos a la superficie de las
piezas, mientras se manipulan las piezas. Al trabajar con piezas defectuosas, siempre tenga
presente la necesidad de proteger las superficies de la corrosión durante el almacenamiento y la
manipulación. Excepto en el caso de desgaste abrasivo o por erosión, la mejor manera para
manipular las piezas defectuosas es la siguiente.
Durante el desarmado, asegúrese de que las piezas defectuosas sean inmediatamente
protegidas contra la corrosión. Recubra las superficies con aceite, grasa o algún otro inhibidor
de corrosión que se pueda quitar fácilmente más tarde. Caterpillar tiene bolsas de plástico de
almacenamiento que incorporan un inhibidor de corrosión para proteger la superficie de las
piezas. A veces, se pueden almacenar las piezas pequeñas en recipientes herméticos que
contienen un material higroscópico para reducir la humedad.
Limpie las superficies que deben ser inspeccionadas justo antes de realizar la inspección y no
deje que las piezas queden expuestas sin protección más tiempo del necesario.
Después de la inspección, vuelva a aplicar de inmediato protección contra la corrosión o
regrese la pieza al área de almacenamiento protector. No exponga las piezas a entornos
corrosivos hasta que se haya completado el análisis de fallas.
Asegúrese de que las superficies de las piezas estén bien protegidas durante el transporte y el
envío. La exposición accidental a entornos corrosivos es siempre posible durante el transporte
y el envío.
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Ilustración 7
Daños por corrosión
SIS 2.0
g01200725
Proteja las superficies de fractura y las zonas desgastadas del daño por corrosión después de una
falla.
Observe la corrosión en la superficie de fractura en la ilustración 7. Afortunadamente, el área de
interés estaba en el centro de la sección, no en el área corroída. De todos modos, un poco de
corrosión puede oscurecer la superficie y hacer que la identificación de los hechos de la superficie
de fractura sea difícil. Además, si la corrosión fue parte del proceso de falla, más tarde la corrosión
podría cubrir ese hecho.
Métodos de inspección visual
La inspección visual es un proceso continuo durante un análisis de fallas. La inspección visual debe
comenzar antes del desarmado y continuar hasta que todos los hechos relativos a la falla se hayan
encontrado y registrado.
La inspección visual antes del desarmado debe incluir el estado general del motor o de la máquina y
las condiciones en el área donde ocurrió la falla. Observe qué parece estar dañado y el nivel del
daño. Si es posible, inspeccione el lugar de trabajo en el que se produjo la falla y entreviste al
operador y toda persona que haya estado en el área en el momento de la falla. Además, observe si
las condiciones de trabajo eran "normales" en el momento de la falla. ¿Estaba sucediendo algo
inusual en el momento en que se produjo la falla?
Marcas
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Ilustración 8
Pieza de un competidor
g01200895
En ciertas ocasiones, se utilizan piezas ajenas a Caterpillar. Los competidores pueden utilizar los
números de pieza de Caterpillar, pero no están autorizados a usar la marca registrada Caterpillar.
Ilustración 9
Cojinete original de Caterpillar
g01200901
En la ilustración 9 se muestra un cojinete original de Caterpillar. Las marcas incluyen no solo el
número de pieza, sino también la marca registrada Caterpillar y cierta información de fabricación
requerida.
A medida que los componentes en el área de la falla se desarman, registre la mayor cantidad de la
siguiente información que sea posible (anote todas las marcas en cada componente que se quita):
1. Números de pieza, números de cambio de ingeniería y marcas registradas de fabricantes
Asegúrese de que las piezas sean piezas correctas, actualizadas y genuinas de Caterpillar.
2. Código de fecha de fabricación o remanufacturación
Los códigos de fecha están forjados o estampados en muchas piezas nuevas. Los códigos
de fecha también están estampados, grabados o corroídos por ácido en piezas
remanufacturadas para indicar la fecha de remanufacturación. Los códigos de fecha suelen
especificarse con el sistema NUMERALKOD de Caterpillar.
3. Marcas de identificación, tales como códigos de proveedor, códigos forjados por troquel,
códigos estampados en acero templado, etc.
La información proporcionada por estas marcas, cuando las marcas están en la pieza,
puede ser importante si la pieza falla prematuramente en su vida útil o si hay un reloj de
producto.
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Ilustración 10
(1) Código de troquel
(2) Código de proveedor
(3) Código estampado en acero templado
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g01200958
Algunas piezas contienen diferente información en las marcas hechas en la pieza. Registre toda la
información porque parte de la información puede ser útil más adelante en la investigación.
Ilustración 11
g01201236
Número de reconstrucciones y número de horas acumuladas en cada pieza.
Algunas piezas contienen información que indica la remanufacturación o reutilización. Asegúrese de
tener en cuenta esta información al determinar el número de horas de servicio de la pieza.
Cuando recoja esta información, aproveche la oportunidad para ver todas las áreas de cada pieza.
Preste atención especial a las áreas de gran esfuerzo y a los concentradores de esfuerzos
normales para determinar si se necesita una inspección más detallada.
El período de inspección inicial es el tiempo para determinar qué piezas requieren una inspección
más detallada. Además de las piezas que estén rotas, agrietadas o desgastadas, a continuación, se
indican algunos otros indicadores de las piezas que se deben guardar para su inspección.
Desgaste o patrones de desgaste anormales
Concentradores de esfuerzos anormales, como picaduras, rasguños, melladuras, grietas, etc.
Decoloración no relacionada con la operación normal
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Colores del temple que no son el resultado de un tratamiento térmico
Distorsión o deformación plástica de piezas
Depósitos en la superficie de las piezas
Cualquier evidencia de daños u operación indebida
Cualquier otra característica inusual o anormal
Todas las piezas que se identifican para indicar que requieren una inspección más detallada deben
marcarse y apartarse inmediatamente para manipularlas y limpiarlas de manera especial. Estas
piezas deben mantener su identificación a través de la limpieza y la inspección, y deben protegerse
hasta que se haya completado el análisis de fallas.
Examen de las piezas defectuosas
Las buenas técnicas de examen visual revelarán mucho sobre las piezas defectuosas. A menudo,
es posible obtener información acerca de lo siguiente:
Tipos de desgaste y fractura
Concentradores de esfuerzos normales y anormales
Temperatura y entorno de operación
Carga durante la operación y falla
Operación indebida
Daños durante la operación o la manipulación
Evidencia de reparaciones anteriores
Limpieza
El primer paso del examen visual es preparar la superficie de la pieza para su inspección. Incluso
delgadas capas de aceite, grasa u otros materiales pueden ocultar hechos importantes. Si la
superficie está pintada, quitar la pintura para inspeccionar la superficie que está debajo puede ser
necesario. Algunos métodos de limpieza funcionan mucho mejor que otros para efectuar un análisis
de falla. Por lo general, los métodos de limpieza agresivos en los que se emplean productos
químicos abrasivos, microesferas de vidrio, arenado con bicarbonato o remoción mediante raspaje a
mano se deben evitar debido a que pueden quitar hechos que ayudan a determinar el tipo y la
ubicación de pruebas adicionales que pueden ser necesarios. Incluso un paño suave y una frotación
suave pueden ser demasiado abrasivos en algunas superficies, como la superficie blanda del
cojinete en los cojinetes del motor.
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Ilustración 12
g01201256
Por lo general, las escobillas blandas y los disolventes suaves funcionan mejor para limpiar piezas a fin de para efectuar
un análisis de falla.
Ilustración 13
g01201262
Estos métodos de limpieza se deben evitar en las piezas que se someterán a un análisis de falla. Es probable que se dañe
la superficie durante la limpieza.
Para resumir los requisitos de limpieza para las piezas que se someterán a un análisis de fallas,
recuerde que el objetivo es no dañar aún más las áreas de desgaste o fractura antes de que estas
puedan inspeccionarse para determinar los hechos. Tenga en cuenta estos factores al limpiar
piezas:
Use un disolvente suave, de secado rápido, para empapar o enjuagar las piezas a fin de
limpiarlas.
No limpie, raspe ni raye las piezas para limpiarlas, en especial, las piezas blandas, como los
cojinetes del motor.
Después de la limpieza, seque las piezas soplando aire comprimido seco o con una toalla de
papel.
No limpie las piezas con una toalla de taller para secarlas.
Iluminación para el examen visual
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Es necesario tener suficiente iluminación para realizar correctamente la inspección de las piezas
defectuosas. Sin la iluminación no es suficiente, es más fácil pasar por alto hechos críticos en las
piezas defectuosas.
Ilustración 14
Iluminación de alta intensidad
g01201273
La iluminación de alta intensidad y dirigida es esencial para realizar la inspección visual de las
piezas. La iluminación de alta intensidad ayuda a localizar e identificar tipos de desgaste, depósitos
de material extraño, fisuras y otros hechos que pueden pasar inadvertidos si la luz es menos
intensa.
Ilustración 15
Iluminación en ángulo
g01201274
Además de la iluminación dirigida, la iluminación en ángulo suele ser útil durante la inspección para
el análisis de fallas. La iluminación en ángulo produce sombras y contraste sobre la superficie de la
pieza que tiende a resaltar algunas características que, de lo contrario, pueden permanecer ocultas,
como raspones por desgaste, fisuras y marcas de maquinado. Sin embargo, la iluminación en
ángulo, por lo general, hace que la superficie se vea mucho peor de lo que realmente está.
Examen de todas las áreas
Una vez que las piezas estén bien limpias y haya suficiente luz disponible, empiece a inspeccionar
las piezas en busca de hechos. Durante el examen visual de las piezas defectuosas, examine
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TODAS las superficies de TODAS las piezas relacionadas con la falla. Este proceso puede requerir
cierto desarmado. Una vez separadas, las superficies en contacto ocultas pueden, por ejemplo,
revelar desgaste por frotamiento, lo que indica que se produjo movimiento en una unión. Esto puede
proporcionar un hecho valioso sobre la carga en la unión o si una reparación reciente se efectuó
correctamente.
Ilustración 16
g01201286
Desarme completamente todos los componentes.
Desarme completamente todos los componentes para poder observar todas las superficies de todas
las piezas para ver si hay señales de desgaste, depósitos de material o de otro tipo de daños. Por
ejemplo, quite los cojinetes del motor para inspeccionar el lado posterior del cojinete y la superficie
de la perforación, incluso si la superficie de desgaste del cojinete parece estar en buenas
condiciones.
Si existen circunstancias que impiden la remoción e inspección de algunas piezas, inspeccione las
superficies de las piezas que están disponibles para determinar los siguientes pasos. Por ejemplo,
el cigüeñal probablemente no se quitará durante un procedimiento en el bastidor, entonces, ¿de qué
manera un analista de fallas puede obtener información sobre el estado de la perforación del
cojinete en el lado del bloque del cigüeñal?
Ilustración 17
g01201289
Frotamiento en la parte posterior del cojinete
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Se debe inspeccionar minuciosamente la parte trasera o de montaje de las piezas que se quitan.
Por ejemplo, este cojinete del motor indicará el estado de las piezas o las áreas que no están
visibles. Observe el daño por frotamiento en la parte trasera del cojinete.
Ilustración 18
Frotamiento en la perforación del cojinete
g01201290
El daño por frotamiento en la parte trasera del cojinete en la foto anterior indica que la perforación
del cojinete en el bloque también está desgastada y el cigüeñal se debe quitar para limpiar o reparar
la superficie de la perforación en el bloque.
A medida que se inspeccionan minuciosamente las piezas, determine qué hechos encontrados en
las piezas son el resultado de una falla y, por lo tanto, son importantes para el análisis de fallas.
Algunos de los hechos en las piezas serán el resultado de los procesos de fabricación utilizados
para producir la pieza. Otros datos que se encuentran en las piezas pueden ser el resultado de la
operación normal. Una buena forma para determinar qué hechos son importantes es comparar la
pieza defectuosa con piezas nuevas, piezas usadas en buenas condiciones o información
encontrada en las Pautas de Reutilización de Caterpillar. Obviamente, las fracturas no son
normales. Los raspones, las marcas de maquinado y las áreas decoloradas pueden aparecer en la
superficie de las piezas, según qué procesos de fabricación se utilizaron durante la producción.
Ilustración 19
Guías de válvula usadas
g01201291
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En la ilustración 19 se muestra dos guías de válvula usadas. La guía de válvula de la izquierda
parece estar severamente desgastada en comparación con la de la derecha. La comparación de
piezas usadas es unidireccional para determinar qué hechos son importantes en un análisis de
fallas.
Magnificación
Algunos de los hechos encontrados en las piezas defectuosas son pequeños y difíciles de ver sin
aumento. Muchas veces, todo lo que se necesita es una pequeña lupa portátil con una capacidad
de amplificación de 10 – 20X, como la lupa de ojo de Caterpillar (similar a la que utilizan los joyeros
para examinar las piedras preciosas). En otros casos, se requiere mayor aumento, como cuando se
buscan inclusiones en los lugares de iniciación de las fracturas o pequeñas partículas de desgaste
abrasivas. En estas situaciones, se requiere un estereomicroscopio o un microscopio de escaneo.
Cuando se examinan piezas, la mejor práctica es inspeccionar las piezas a 1X –; se deben observar
las piezas con buena iluminación. Si hay un área que requiere una inspección más detallada,
entonces, se debe usar el aumento. No utilice más aumento del necesario para encontrar e
identificar el objeto o material desconocido. A medida que la magnificación aumenta, el área visible
disminuye y la inspección toma más tiempo.
Otra manera de aumentar un área de una pieza es tomar una fotografía digital y agrandarla
electrónicamente. La calidad y resolución de las fotografías digitales con cámaras en la actualidad
constituyen un método viable para realizar una inspección detallada.
Ilustración 20
8S-2257 Conjunto de Lupa de Ojo
g01201315
Una lupa de ojo sencilla, como el 8S-2257 Conjunto de Lupa de Ojo, es útil para poder identificar
tipos de desgaste y partículas de residuos extraños, y estudiar concentradores de esfuerzos
anormales. Una capacidad de aumento de 10-20X será suficiente para la mayoría de los casos.
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Ilustración 21
Estereomicroscopio
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Los estereomicroscopios ofrecen una ampliación mayor y una vista tridimensional. Se necesita más
luz a medida que el nivel de ampliación aumenta. La desventaja de utilizar estos microscopios es
que, con frecuencia, la pieza debe llevarse al microscopio y el tamaño de la pieza está limitado por
las restricciones de manipulación.
Recientemente, se han introducido en el mercado microscopios portátiles que pueden usarse con
computadoras portátiles. Las computadoras portátiles se pueden llevar al campo y las imágenes de
pueden captar en pantalla y enviar por correo electrónico. En comparación con los
estereomicroscopios, el costo es razonable.
Hechos
El propósito del examen visual es encontrar y registrar hechos que ayudarán a determinar la causa
fundamental de una falla. Los hechos se detectan con los sentidos: vista, oído, tacto y olfato. Los
hechos reales no pueden disputarse. Si hay desacuerdo respecto de un hecho, el hecho
probablemente no sea un hecho. Durante la inspección de las piezas, asegúrese de registrar los
hechos, no la interpretación de los hechos. Por ejemplo, desgaste abrasivo y fractura frágil no son
hechos, sino interpretaciones de hechos que se encuentran en las piezas. Las rajaduras son un
hecho que se puede ver que indica que ha ocurrido un desgaste abrasivo. Una superficie irregular,
chebrones y la ausencia de deformación plástica son hechos que indican que se ha producido una
fractura frágil.
Protección de las piezas después del examen
El paso final en un examen visual es proteger las piezas de daños adicionales hasta que se haya
completado el análisis de fallas. No debe permitirse que las piezas desgastadas o fracturadas se
corroan ni que sufran daños mecánicos. Las piezas que se hayan limpiado para realizar un examen
visual pueden corroerse rápidamente y parecen atraer partículas de suciedad o de polvo. Después
de que se complete el examen visual, siga estos pasos:
1. Cubra las superficies fracturadas o desgastadas con aceite o algún otro tipo de recubrimiento
de barrera contra la humedad que pueda quitarse fácilmente si se necesita llevar a cabo un
examen adicional.
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2. Cubra las piezas para protegerlas de la suciedad y el polvo.
3. Las piezas más pequeñas pueden almacenarse en bolsas o recipientes para evitar la
contaminación y los daños.
4. Almacene las piezas en un área seca y de baja humedad.
Ilustración 22
Protección de las superficies fracturadas
g01201326
Cuando las piezas defectuosas no se están examinando, las superficies de fractura y desgaste
deben estar protegidas contra la corrosión y los daños mecánicos. Asegúrese de que el material
aplicado para la protección contra la corrosión se pueda quitar fácilmente en caso de que sea
necesario realizar un examen adicional.
Análisis de piezas fracturadas
El análisis de piezas rotas debe hacerse de manera organizada con dos objetivos en mente:
1. Obtener todos los hechos de las piezas rotas.
2. Evitar daños adicionales a las piezas durante la remoción, inspección y posteriormente.
Se pueden seguir los siguientes pasos para asegurarse de que los objetivos se cumplan.
1. No vuelva juntar las piezas coincidentes de una fractura, a menos que las superficies estén
protegidas y se manipulen con extremo cuidado.
Las superficies de fractura son frágiles y pueden dañarse fácilmente a nivel microscópico.
El examen de una fractura puede ser difícil si se rearman sin cuidado las piezas rotas, la
protección es inadecuada durante el envío y no existe una protección adecuada contra la
corrosión de la superficie de fractura, incluida la protección de los productos humectantes
para la piel al manipular las piezas.
2. Obtención de las piezas defectuosas y protección contra daños
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Los métodos apropiados para obtener las piezas defectuosas se describen en la sección
"Desarmado para efectuar un análisis de fallas". Las piezas defectuosas deben quitarse y
manipularse con cuidado para evitar daños adicionales en las piezas. Una vez que se
hayan quitado de piezas, estas son muy propensas a sufrir daños por impactos casuales y
corrosión en las superficies de fractura. Envolver las superficies de fractura con paños o
toallas y recubrirlas con inhibidores de corrosión, como aceite del motor o grasa son
buenas maneras de prevenir daños adicionales. Se debe tener cuidado si las piezas se
enviarán a otra ubicación para su análisis. Prepare las piezas para el transporte a fin de
evitar daños por impacto o corrosión en las superficies de fractura. Si las piezas se deben
dividir antes de moverlas o transportarlas, tenga cuidado para no hacer nada que
modifique las características del material en el área de la fractura. Por ejemplo, cortar con
un soplete muy cerca de una fractura puede recalentar el metal y cambiar las propiedades,
haciendo que el análisis de fallas sea más difícil.
3. Limpieza de las piezas cuidadosamente
Es fácil dañar una superficie de fractura si se utilizan métodos de limpieza demasiado
agresivos. Cuando se hayan limpiado las superficies de fractura con un disolvente, tenga
cuidado para no dañar las superficies al secarlas. Para obtener información adicional,
consulte la sección sobre "limpieza", en la sección de métodos de inspección visual.
4. Determinación del tipo de fractura presente
Una vez que se haya limpiado la superficie de fractura de aceite, grasa, suciedad suelta y
partículas de residuos, la superficie puede inspeccionarse para determinar el tipo de
fractura. Consulte las secciones sobre fractura quebradiza, dúctil y por fatiga para ayudar
en la identificación del tipo de fractura.
5. Identificación del lugar de iniciación de la fractura
Una vez que se haya identificado el tipo de fractura, se debe determinar exactamente
dónde se inició la fractura. Muchas de las señales que se utilizan para identificar el tipo de
fractura, también se pueden utilizar para encontrar el lugar de iniciación de la fractura. A
continuación, se indican algunos principios adicionales que pueden ayudar a localizar el
lugar de iniciación de la fractura.
a. De uniforme a irregular
Las superficies de fractura son más uniformes cerca del lugar de iniciación de la
fractura porque la fisura se desplaza más lentamente en esa área. A medida que las
fisuras se alejan del lugar de iniciación de la fractura, se mueven más rápidamente y
crean superficies de fractura más irregulares. Este concepto de "uniforme a irregular"
se aplica independientemente de si la fractura es quebradiza, dúctil o por fatiga. El
cambio de más uniforme a más irregular puede no ser dramático, pero el cambio es
detectable con una inspección minuciosa.
b. Dónde fallaría una pieza sobrecargada
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La mayoría de las piezas tienen concentradores de esfuerzos normales incorporados
en el diseño. Los ejemplos de concentradores de esfuerzos normales incluyen:
orificios, aristas, inicios de roscas, etc. Si una pieza está sobrecargada en servicio,
estos concentradores de esfuerzos normales proporcionan lugares de iniciación de
fracturas convenientes. Por lo tanto, cuando se inicia una fractura a partir de un
concentrador de esfuerzos normales, investigue para determinar si existen cargas
elevadas inusuales en servicio como causa fundamental de fractura.
c. Observación del lado opuesto de las áreas de fractura finales
Muchos tipos de cargas en las piezas producen fracturas que se desplazan a través
de la pieza de un lado al otro. Por lo tanto, si se puede identificar la última área que se
fracturó, un buen lugar para buscar el lugar de iniciación de la fractura es directamente
del lado opuesto del área de fractura final.
6. Examen del lugar de iniciación de la fractura para identificar concentradores de esfuerzos
normales o anormales
La identificación de concentradores de esfuerzos normales o anormales en el lugar de
iniciación de una fractura ayudará a determinar si la fractura se debió a una imperfección
del material o de la fabricación, a una sobrecarga en servicio, a daños durante el servicio,
etc. Consulte la sección "Concentradores de esfuerzos" para obtener más información.
7. Verificación de que el tipo de carga en la pieza corresponda al tipo de fractura identificada
El paso final en el análisis de piezas fracturadas es asegurarse de que el tipo de carga que
la pieza fracturada experimenta en servicio concuerda con el tipo de fractura identificado.
Como recordatorio, a continuación se presenta información sobre tipos de carga y
fracturas.
a. Cargas de impacto
Estas son grandes cargas aplicadas rápidamente y son responsables de una fractura
frágil de piezas.
b. Sobrecargas
Estas son grandes cargas aplicadas rápidamente, pero no tan rápido como las cargas
de impacto. Debido a que la carga se aplica más lentamente, las piezas tienen tiempo
de deformarse plásticamente retorciéndose, estirándose, doblándose o reduciendo el
grosor por tensión antes de fracturarse. Las sobrecargas a menudo producen una
fractura dúctil de piezas. Sin embargo, una sobrecarga también puede fisurar la
superficie de una pieza sin causar que la pieza falle. Esta sobrecarga genera un
concentrador de esfuerzos anormales a partir del cual puede generarse una fisura de
fatiga. Las sobrecargas también pueden producir una fractura frágil si el material de la
pieza es frágil, como de aluminio fundido o fundición gris.
c. Cargas cíclicas
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Estas son cargas repetidas en una pieza durante el servicio y son mucho más bajas
que las cargas de impacto o las sobrecargas. La naturaleza repetitiva de las cargas
cíclicas daña el material en una pieza gradualmente hasta se inicia una fractura por
fatiga y avanza hasta generar la falla de la pieza. Las cargas cíclicas consideradas
normales para la aplicación también pueden iniciar una fractura por fatiga de un
concentrador de esfuerzos anormales. Si la carga cíclica es grande o si la frecuencia
de carga es alta, pueden iniciarse fisuras causadas por fatiga y aumentar hasta
generar la falla de la pieza en un período relativamente corto.
Fracturas frágiles
Las frágiles fracturas, por lo general, son el resultado de una carga de impacto única y grande en
una pieza que excede la resistencia máxima de diseño de la pieza. La fractura frágil se produce
rápidamente.
Ilustración 23
(1) Superficie de fractura irregular, oscura u opaca
(2) No hay deformación plástica
(3) Chebrones
g01201349
Las fracturas frágiles pueden identificarse por las siguientes características:
1. Superficie de fractura de áspera, oscura y opaca con una apariencia cristalina o granulosa. En
los metales más duros, la superficie de fractura puede ser brillante y reluciente debido a granos
de metal divididos o exfoliados.
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2. No hay deformación plástica; las piezas que fallan por fractura frágil lucen como si la pieza
simplemente se hubiera roto en pedazos. Las secciones rotas podrían volver a unirse de modo
que la pieza se vea como antes de que se haya roto. Este proceso es una mala práctica debido
a que la superficie de fractura puede dañarse por el rearmado. Las fracturas frágiles pueden
tener pequeños labios de cizalladura en los bordes, pero dichos labios son más habituales en
las fracturas dúctiles.
3. Chebrones: líneas en la superficie de fractura. Los chebrones pueden verse como líneas que
se abren en un radio a partir del lugar de iniciación de la fractura. En las secciones que se
asemejan a una plancha plana, los chebrones pueden tener forma de "V" y apuntar hacia el
lugar de iniciación de la fractura. Las piezas de metal fundido pueden o no mostrar chebrones,
de acuerdo con el tipo de metal.
Características de una fractura frágil
Hay varias características para se deben buscar para determinar si una pieza se ha roto debido a
una fractura transcristalina frágil, que es el tipo más común de fractura frágil en piezas Caterpillar.
Ilustración 24
Fractura transcristalina frágil
g01201359
La fractura transcristalina frágil de metales más duros puede producir una apariencia reluciente en
la superficie. Esta apariencia se debe a la luz que se refleja sobre las superficies de granos
exfoliados.
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SIS 2.0
Ilustración 25
g01201360
Superficie de grano exfoliado vista en un microscopio electrónico
Esta micrografía electrónica de escaneo muestra superficies de grano exfoliado (las áreas oscuras
grandes). Las áreas brillantes se ven oscuras debido a las imágenes obtenidas con electrones en
lugar de con rayos de luz.
Ilustración 26
g01201363
Chebrones en superficie de fractura transcristalina frágil
A veces los chebrones en las superficies de fractura transcristalina frágil se ven como líneas que se
alejan en forma radial desde el lugar de iniciación de la fractura.
Ilustración 27
g01201366
Chebrones en forma de "V" en una fractura transcristalina frágil
Cuando la fractura transcristalina frágil pasa a través de una sección tipo plancha, los chebrones
suelen ser en forma de "V" y apuntan hacia el lugar de iniciación de la fractura.
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Ilustración 28
g01201367
Superficie oscura con chebrones pronunciados
Una fractura frágil en metales que no son duros, con frecuencia, produce una superficie áspera y
oscura con chebrones pronunciados, como en esta sección.
Características de una fractura frágil intergranular
Existe otra fractura frágil que a veces se produce en las piezas Caterpillar. Se trata de la fractura
frágil intergranular (IGF, intergranular brittle fracture) debido a que las fisuras pasan entre los granos
en lugar de pasar a través de ellos. La fractura intergranular se debe normalmente a problemas de
material o procesamiento o a una reacción adversa con el entorno de operación. Si se sospecha
que hay una IGF, comuníquese con el grupo del producto para que se lleve a cabo una inspección
metalúrgica de la pieza defectuosa. Una IGF también produce una apariencia de superficie granular,
pero con menos brillo. Un buen indicio de una IGF es una fractura frágil en una pieza que no
experimenta carga de impacto en servicio.
Ilustración 29
Pieza que ha experimentado una IGF
g01201368
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SIS 2.0
Esta pieza ha experimentado una IGF. Observe la superficie áspera con aspecto granular. Hay
algunas partes relucientes, pero no tantas como cuando la pieza falla debido a una fractura
transcristalina frágil.
Ilustración 30
g01201389
Superficie de una fractura IGF vista en un microscopio electrónico de escaneo.
Esta micrografía electrónica de escaneo muestra los resultados de una IGF. Observe la apariencia
suave y redondeada de los bordes de los granos expuestos. Las fisuras en los bordes de los granos
también son visibles.
Importancia de las fracturas frágiles
Cuando se encuentran fracturas frágiles en las piezas, preste atención a los siguientes aspectos:
¿La pieza se fracturó a partir de un concentrador de esfuerzos normales o anormales?
¿La pieza se ha cargado más allá de la resistencia máxima de diseño de modo que la pieza se
fisuró y falló en el área de un concentrador de esfuerzos normales? Los concentradores de
esfuerzos normales incluyen esquinas, orificios, aristas, roscas, raíces de dientes de
engranajes y estrías, o cualquier otro cambio en una sección.
¿La pieza contiene un concentrador de esfuerzos anormales, como daños por desgaste,
operación indebida o una imperfección de fabricación que concentra cargas normales
excesivamente?
¿La pieza contiene una imperfección de material que concentra las cargas normales
excesivamente?
¿La pieza tiene tratamiento térmico y este se realizó correctamente o la pieza es demasiado
dura? La realización de una prueba de dureza y un análisis metalúrgico pueden responder esta
pregunta.
¿La pieza funcionaba en un ambiente frío, muy por debajo de la gama normal de temperatura
de operación para el equipo? Las bajas temperaturas pueden causar una fractura frágil en
algunos materiales.
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SIS 2.0
¿Esta pieza es la pieza correcta? ¿Esta pieza es una pieza genuina de Caterpillar o de otros
fabricantes, que no tiene propiedades suficientes para la aplicación?
Evalúe la fractura teniendo en cuenta la sección "Concentradores de esfuerzos".
Encuentre el origen de la descarga o impacto en la pieza.
Si la falla podría ser una fractura intergranular, observe el entorno de operación de la pieza y
comuníquese con el grupo del producto para llevar a cabo un análisis metalúrgico de la pieza
defectuosa para verificar si se trata de una IGF. Será necesario realizar una revisión de las
características del material, los parámetros del procesamiento y el entorno de operación.
Fracturas dúctiles
Las fracturas dúctiles, por lo general, son el resultado de una sobrecarga grande en una pieza que
excede la resistencia máxima de diseño de la pieza.
Ilustración 31
(1) Superficie de fractura irregular
(2) Deformación plástica
(3) Labio de cizalladura
g01201408
Las fracturas dúctiles pueden identificarse por las siguientes características:
1. Superficie de fractura irregular con una apariencia oscura.
Las superficies irregulares no reflejan la luz tal como las superficies más uniformes y, por lo
tanto, parecen más oscuras.
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SIS 2.0
2. Deformación plástica
Un cambio permanente en la forma de una pieza. La deformación plástica puede tener la
forma de flexión, estiramiento o reducción de grosor por tensión (reducción del área de
sección transversal en el punto de fractura). La deformación plástica indica que la pieza no
fue capaz de soportar la carga que se le impuso y, por lo tanto, se deformó antes de
fracturarse. Observe en la ilustración 31 que como el perno falló, el perno dobló el lado del
orificio.
3. Labios de cizalladura
Un área levantada o sobresalida a lo largo del borde de una fractura. Los labios de
cizalladura son el área final de una fractura. Los labios de cizalladura se forman cuando
una fisura que se desplaza debajo de la superficie de una pieza sale a la superficie.
4. Apariencia fibrosa o leñosa
A veces, cuando un fractura dúctil sigue la orientación del grano en una pieza, la superficie
de fractura tendrá una apariencia fibrosa característica un poco como un trozo de madera
que se fractura con el grano.
Tipos de fracturas dúctiles
Hay varias formas diferentes en que las piezas pueden estar sobrecargadas en servicio. Esto lleva
a diferentes tipos de fracturas dúctiles.
Ilustración 32
Sobrecarga a la tracción
g01201420
Sobrecarga a la tracción - Apretar excesivamente los pernos puede producir una fractura dúctil.
Observe el área inferior cuyo grosor fue reducido por tensión cerca de la fractura y el gran labio de
cizalladura.
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Ilustración 33
Corte torsional
SIS 2.0
g01201422
Corte torsional - Resultados de seguir retorciendo un perno o eje después de que ha dejado de
girar. La superficie de fractura es uniforme, debido al tizne producido durante la falla.
Ilustración 34
Corte por impacto
g01201430
Corte por impacto - Es el resultado de una carga de impacto en una pieza que no se puede mover.
El resultado es una acción de "tijera" que produce una superficie uniforme a menudo con algunos
colores del temple.
Ilustración 35
Fractura dúctil leñosa
g01201431
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SIS 2.0
Fractura dúctil leñosa - La fractura de metales más blandos con la orientación del grano produce
una apariencia fibrosa pronunciada como consecuencia de la fisura posterior a las inclusiones.
Ilustración 36
Desgarro fibroso
g01201432
Desgarro fibroso - Los resaltos intermitentes, que se ven similares a las marcas de detención de
fisuras a veces se observan en el centro de las fracturas dúctiles de perno cuando el perno está
estirado y doblado. Estos resaltos de desgarro se forman debido a la combinación de la orientación
del grano y deformación plástica. No confunda los resaltos de desgarro y las marcas de detención
de fisuras. Los resaltos de desgarro son un indicio de fractura dúctil. Las marcas de detención de
fisuras son un indicio de fractura por fatiga.
Importancia de las fracturas dúctiles
Cuando se encuentran fracturas dúctiles en las piezas, preste atención a los siguientes aspectos:
¿La pieza se fracturó a partir de un concentrador de esfuerzos normales o anormales?
¿La pieza se ha cargado más allá de la resistencia máxima de diseño de modo que la pieza se
fisuró y falló en el área de un concentrador de esfuerzos normales? Los concentradores de
esfuerzos normales incluyen esquinas, orificios, aristas, roscas, raíces de dientes de
engranajes y estrías, o cualquier otro cambio en una sección.
¿La pieza contiene un concentrador de esfuerzos anormales, como daños por desgaste,
operación indebida o una imperfección de fabricación que concentra cargas normales
excesivamente?
¿La pieza contiene una imperfección de material que concentra las cargas normales
excesivamente?
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SIS 2.0
¿La pieza tiene tratamiento térmico y este se realizó correctamente, de modo que la pieza
tenga la resistencia necesaria para la aplicación? La realización de una prueba de dureza y un
análisis metalúrgico pueden responder esta pregunta.
¿Hay áreas descoloridas que indican recalentamiento, lo que puede reducir la resistencia del
material y generar una fractura bajo cargas de operación normales?
¿Esta pieza es la pieza correcta? ¿Esta pieza es una pieza genuina de Caterpillar o de otros
fabricantes, que no tiene propiedades suficientes para la aplicación?
Evalúe la fractura teniendo en cuenta la sección "Concentradores de esfuerzos".
Encuentre la fuente de la sobrecarga en la pieza.
Fracturas por fatiga
Las fracturas por fatiga, por lo general, son el resultado de cargas cíclicas o repetidas bajo una de
estas condiciones:
1. Una pieza está cargada por encima de la carga de diseño máxima de modo que la superficie se
fisura y luego la carga continua hace que las fisuras se agranden hasta que la pieza falla.
2. Una pieza contiene una imperfección como daños por desgaste, operación indebida o una
imperfección de material o de fabricación que concentra cargas normales, lo que hace que la
pieza desarrolle una fisura hasta que la pieza falla.
Las fracturas por fatiga pueden identificarse por las siguientes características:
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Ilustración 37
(1) Área de fractura final
(2) Marcas de detención de fisuras
(3) Marcas de trinquete
(4) Área de fractura por fatiga
g01201450
1. Área de fractura final
El área más irregular en la superficie de fractura donde la pieza se rompió rápidamente.
2. Marcas de detención de fisuras
Líneas continuas en la superficie de fractura que normalmente se curvan alrededor del
punto donde se inició la fractura por fatiga.
3. Marcas de trinquete
Líneas en la superficie de fractura en el punto donde se iniciaron varias fracturas por fatiga.
Las marcas de trinquete son perpendiculares a las marcas de detención de fisuras.
4. Área de fractura por fatiga
El área de fractura por fatiga tiene una superficie de fractura relativamente uniforme. El
área de la fractura por fatiga será, por lo general, mucho más uniforme que en una fractura
frágil o dúctil. Esta área está donde la fisura de fatiga avanzó lentamente.
Tipos de fracturas por fatiga
Las fracturas por fatiga avanzan en las piezas como resultado de diferentes tipos de cargas cíclicas.
Las fracturas por fatiga se denominan de acuerdo con el tipo de carga que produjo la fractura.
Ilustración 38
Fractura de fatiga axial o por tracción
g01201456
Fractura de fatiga axial o por tracción - Debido a cargas de estiramiento o tensión. La fractura se
inició en varios lugares de la superficie y se desplazó por la pieza.
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Ilustración 39
Fractura por fatiga de flexión
g01201457
Fractura por fatiga de flexión - Debido a cargas de flexión. La fractura se inició en la parte
superior izquierda y la fractura final está en la parte inferior derecha.
Ilustración 40
Fractura por fatiga torsional
g01201458
Fractura por fatiga torsional - Debido a las cargas torsionales. La fractura se inició en el orificio
para el perno y se desplazó en un ángulo de 45 grados a través de la pieza.
Ilustración 41
Fractura por fatiga de flexión inversa
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SIS 2.0
Fractura por fatiga de flexión inversa - Debido a cargas de flexión inversas. Las fracturas se
iniciaron en la posición de las 4 en punto y 10 en punto aproximadamente con la fractura final en el
centro de la sección.
Ilustración 42
Fractura por fatiga de flexión giratoria
g01201462
Fractura por fatiga de flexión giratoria - Debido a una carga de flexión en una pieza que está
girando, o una carga "giratoria" en una pieza estacionaria. La flexión causa una o más fisuras en la
superficie, que avanzan hacia adentro y a lo largo de la sección. La fractura final puede estar en
cualquier parte entre el centro y la superficie de la pieza.
Las fracturas por fatiga también pueden clasificarse como de "número alto de ciclos" y de "número
bajo de ciclos". La fractura por fatiga por número alto de ciclos produce una superficie lisa, un área
pequeña de fractura final y demora un tiempo largo. La fatiga por número alto de ciclos
normalmente indica cargas bajas a normales en la pieza cuando la pieza falló. La fatiga por número
bajo de ciclos produce una superficie de fractura por fatiga relativamente irregular, un área grande
de fractura final y avanza rápidamente. La fatiga por número bajo de ciclos normalmente indica
cargas más altas de lo normal en la pieza cuando la pieza falló.
Nota: Se puede producir una gran área de fractura final en cualquier momento si la pieza fisurada
recibe una carga lo suficientemente grande como para quebrarla, independientemente de la
velocidad a la que se mueve la fisura de fatiga.
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Ilustración 43
Fatiga por número alto de ciclos
SIS 2.0
g01201464
Fatiga por número alto de ciclos - Implica cargas bajas a normales durante el tiempo que la pieza
falla.
Ilustración 44
Fatiga por número bajo de ciclos
g03399738
Fatiga por número bajo de ciclos - Implica cargas más altas de lo normal durante el tiempo que la
pieza falla.
Importancia de las fracturas por fatiga
Cuando se encuentran fracturas por fatiga en las piezas, preste atención a los siguientes aspectos:
¿La pieza se ha cargado más allá de la carga máxima de diseño de modo que la superficie se
fisuró en el área de un concentrador de esfuerzos normales? Los concentradores de esfuerzos
normales incluyen esquinas, orificios, aristas, roscas, raíces de dientes de engranajes y estrías,
o cualquier otro cambio en una sección. Las superficies maquinadas o tal como fueron
fabricadas en las piezas son concentradores de esfuerzos normales cuando la irregularidad de
la superficie cumple con los requisitos de impresión.
¿La pieza contiene un concentrador de esfuerzos anormales, como daños por desgaste,
operación indebida o una imperfección de fabricación que concentra cargas normales
excesivamente? Consulte la sección sobre "concentradores de esfuerzos".
¿La pieza contiene una imperfección de material que concentra las cargas normales
excesivamente? Consulte la sección sobre "concentradores de esfuerzos".
¿La pieza tiene tratamiento térmico y este se realizó correctamente, de modo que la pieza
tenga la resistencia necesaria para la aplicación? La realización de una prueba de dureza y un
análisis metalúrgico pueden responder esta pregunta.
¿Hay áreas descoloridas que podrían indicar recalentamiento, lo que puede reducir la
resistencia del material y generar una fractura bajo cargas de operación normales?
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SIS 2.0
¿Esta pieza es la pieza correcta? ¿Esta pieza es una pieza genuina de Caterpillar o de otros
fabricantes, que no tiene propiedades suficientes para la aplicación?
Concentradores de esfuerzos
Para efectuar un análisis de fallas, un concentrador de esfuerzos es cualquier irregularidad física en
una pieza que aumenta el esfuerzo en la pieza. Hay dos clasificaciones generales de
concentradores de esfuerzos: normales y anormales. En esta sección se tratará cada tipo de
concentrador de esfuerzos y se mostrarán ejemplos de ellos.
Concentradores de esfuerzos normales
Los concentradores de esfuerzos normales son características de una pieza que, por la forma o
ubicación, tienden a aumentar el esfuerzo en una pieza cuando esta está cargada. Algunos
ejemplos de concentradores de esfuerzos normales son cambios en sección transversal, orificios,
bordes pronunciados, aristas, raíces de estrías y dientes de engranajes, chaveteros, etc. Los
concentradores de esfuerzos normales están presentes desde las especificaciones de diseño y
siempre que los esfuerzos de operación no excedan el esfuerzo de diseño máximo, la pieza debería
funcionar correctamente.
Concentradores de esfuerzos anormales
Los concentradores de esfuerzos anormales son características que se encuentran sobre una pieza
o en ella que no deberían estar presentes y generan un mayor esfuerzo en una pieza. Los
concentradores de esfuerzos anormales pueden ser el resultado de una cantidad de variantes,
como imperfecciones de material, problemas de fabricación, manipulación incorrecta y operaciones
indebidas. Un concentrador de esfuerzos normales que no se ha fabricado correctamente, como
una arista con un radio muy pequeño, también sería un concentrador de esfuerzos anormales.
Concentradores de esfuerzos según las especificaciones de
diseño
Es necesario frecuentemente incorporar concentradores de esfuerzos en el diseño de una pieza
para que esta funcione correctamente. Estos concentradores de esfuerzos se pueden considerar
"normales" y se deben incorporar en el diseño y las operaciones de fabricación utilizadas para
producir la pieza. Siempre que las cargas de operación estén dentro de la gama esperada, todo es
aceptable. Si las cargas de operación exceden los límites de diseño, se puede iniciar una falla a
partir de un concentrador de esfuerzos normales.
Aristas y esquinas
Las aristas y las esquinas son una ubicación habitual para la iniciación de las fracturas si una pieza
está sobrecargada en servicio. Al examinar piezas que han fallado o se han sobrecargado en
servicio, preste mucha atención a las aristas y las esquinas.
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SIS 2.0
Ilustración 45
g01201490
La fractura se inició en la parte inferior de la arista en esta punta de eje.
Ilustración 46
g01201492
La fractura se inició en la arista de este eje.
Ilustración 47
g01201493
La fractura se puede iniciar en la arista entre el vástago y la cabeza de una válvula de motor.
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SIS 2.0
Ilustración 48
g01201495
La fractura se puede iniciar en el asiento en la cabeza del perno y en el asiento de la tuerca de una biela y tapa.
Ilustración 49
g01201498
La arista debajo de la cabeza es una ubicación común para el inicio de fracturas en los pernos.
Ilustración 50
g01201501
La fractura se inició en las cuatro aristas en esta cruz de junta universal.
Raíces de roscas
La tornillería que está sobrecargada en servicio suele fallar en las raíces de roscas. La ubicación
exacta de la fractura y el tipo de fractura dependen de las condiciones de carga antes de la falla y
en el momento en que esta se produce.
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Ilustración 51
g01201707
La primera rosca expuesta y la primera rosca después del vástago son ubicaciones comunes de fallas.
Ilustración 52
g01201708
La sobrecarga de este perno apretándolo excesivamente produjo una fractura dúctil a través de las roscas.
Ilustración 53
g01201710
La carga cíclica unidireccional produjo una fractura por fatiga a través de las roscas de este perno.
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Ilustración 54
g01201713
La carga cíclica inversa produjo una fractura por fatiga de flexión inversa a través de las roscas del perno.
Ilustración 55
g01201715
El exceso de torsión en un perno atascado produjo una fractura de cizalladura torsional que se inició todo alrededor de las
roscas de este perno.
Ranuras
Al igual que las aristas y las esquinas, las ranuras son otra ubicación habitual para la iniciación de
las fracturas si una pieza está sobrecargada en servicio. Por lo tanto, al analizar piezas que han
fallado o se han sobrecargado en servicio, preste atención especial a las ranuras en la pieza.
Ilustración 56
g01201726
Las ranuras de retención pueden en los vástagos de válvula tener frotamiento y fallar si una válvula está sobrecargada en
servicio.
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SIS 2.0
Ilustración 57
g01201728
La fractura en una novia de bomba de engranajes sigue a la ranura del anillo de sello.
Ilustración 58
g01201730
Este eje de bomba de paletas hidráulicas falló a través de una ranura del anillo de resorte.
Ilustración 59
g01201733
Este eje de bomba de paletas hidráulicas falló a través de una ranura del anillo de resorte.
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Ilustración 60
g01201734
Este eje falló a través de una ranura en la base de las estrías.
Raíces de dientes de estrías
Las raíces de dientes de estrías pueden ser una ubicación para la iniciación de fracturas si las
estrías están sobrecargadas en servicio. En los ejes, la fractura puede iniciarse en dirección
longitudinal paralela a las estrías oa 45 grados con respecto a la dirección longitudinal.
Ilustración 61
g01202063
Las raíces de dientes de estrías que son esquinas pronunciadas pueden iniciar una fractura en ejes sobrecargados.
Ilustración 62
g01202066
Esta fractura de eje se inició en dirección longitudinal en la raíz de un diente de estrías.
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SIS 2.0
esquinas
Las esquinas de las piezas concentran el esfuerzo en una pieza y constituyen a partir de las cuales
pueden iniciarse fisuras.
Ilustración 63
g01202068
Una carga de impacto repentino seguida de múltiples fracturas que se inician en diversas esquinas en esta placa.
Ilustración 64
g01202069
Esta esquina se ha reforzado para reducir los esfuerzos en un concentrador de esfuerzos normales.
Agujeros
Los agujeros en una pieza concentran el esfuerzo en la pieza y persisten desde las cuales pueden
iniciarse las fisuras.
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SIS 2.0
Ilustración 65
g01202071
El anillo de leva de la bomba de paletas falló a través de un agujero en el área de alta presión.
Ilustración 66
g01202072
Este eje falló cuando el punto en la parte inferior de un agujero taladrado se sobrecargó en servicio.
Chaveteros
Los chaveteros en una pieza concentran el esfuerzo en la pieza y permanecieron desde las cuales
pueden iniciarse las fisuras.
Ilustración 67
g01202073
Los chaveteros no diseñados para soportar cargas pueden iniciar fracturas si se los sobrecarga en servicio.
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SIS 2.0
Ilustración 68
g01202075
Este eje de bomba falló a partir de un chavetero cuando se lo sobrecargó en servicio.
Raíces de dientes del engranaje
Al igual que las raíces de dientes de estrías. ñas raíces de dientes de engranajes pueden
concentrar el esfuerzo en un engranaje y proporcionan una ubicación a partir de la cual pueden
iniciarse las fisuras.
Ilustración 69
g01202080
Las raíces de dientes de engranajes pueden iniciar fracturas si se las sobrecarga en servicio.
Acabado de la superficie
Ninguna superficie en una pieza es perfectamente uniforme. La irregularidad de una superficie de
una pieza puede ser el concentrador de esfuerzos que inicia la fractura si la sobrecarga en servicio
es significativa.
Ilustración 70
g01202082
Si la carga es significativa, las fracturas pueden iniciarse desde las marcas de maquinado en la superficie de una pieza.
Rigidez estructural
Si una estructura se torna demasiado rígida, el esfuerzo de las cargas de operación será demasiado
alto y causará el inicio de fracturas. Las estructuras que han sido reparadas con planchas de
refuerzo pueden fallar de esta forma.
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SIS 2.0
Ilustración 71
g01202085
La plancha de montaje rigidizó demasiado el bastidor y contribuyó a la fractura.
Ilustración 72
g01202086
Una plancha pesada que se añadió para modificar una estructura puede haber sido uno de los factores que provocó la
fractura repentina.
Marcas
Cuando se colocan marcas de piezas en áreas de gran esfuerzo en la superficie de las piezas, las
marcas pueden proporcionar el lugar de iniciación de las fracturas.
Ilustración 73
g01202102
Las marcas levantadas fueron el lugar de iniciación en una superficie muy cargada en una biela.
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SIS 2.0
Ilustración 74
g01202110
Las marcas hundidas fueron el lugar de iniciación en una superficie muy cargada en una punta de desgarrador.
Concentradores de esfuerzos de material
Algunos concentradores de esfuerzos son imperfecciones de material o defectos. Los
concentradores de esfuerzos de material no son una causa habitual de fallas. Hay algunos otros
concentradores de esfuerzos de material que no se ilustran aquí que pueden causar fallas, pero se
necesita de la pericia y el equipo de un laboratorio metalúrgico para detectarlos.
Inclusiones
Las inclusiones en metales son trozos de materiales no metálicos dejados por la producción y el
procesamiento del metal. Todos los metales que Caterpillar usa contienen inclusiones, de modo que
los metales no son normalmente un problema. Sin embargo, cuando las inclusiones son muy
grandes o se encuentran en un área de gran esfuerzo, pueden proporcionar un lugar de iniciación
para las fracturas.
Ilustración 75
g01202620
Una inclusión justo debajo de la superficie de una arista de un cigüeñal que inició una fractura por fatiga. El área de color
claro se llama comúnmente "diana" y suele indicar el inicio de una fisura por debajo dela superficie a partir de una
imperfección de material.
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Ilustración 76
g01202621
Una inclusión en la esquina interior de una perforación del pasador del pistón de una sola pieza inició una fractura por
fatiga.
Ilustración 77
g01202622
Una inclusión alargada (llamada línea de inclusiones) inició una fractura por fatiga en un pasador del pistón.
Ilustración 78
g01202623
Una inclusión en una superficie inferior en un diente de engranaje inició una fractura por fatiga debido a la carga cíclica de
un diente. Observe la presencia de la diana circular.
Orientación del grano
Las piezas que se forman por laminado, forjado, trefilado y extrusión tienen orientación del grano.
Los métodos de formación adecuados orientan el grano de modo que la orientación sea paralela a
la superficie de la pieza, lo que proporciona una resistencia mayor, dado que la pieza es más difícil
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de fracturar perpendicularmente a la orientación del grano que en el sentido de la orientación del
grano. Si el sentido de carga está en el sentido de la orientación del grano, dicha orientación puede
ser un "eslabón flojo" que inicia una fractura en la pieza.
PIP
202 -1043
4
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5
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Ilustración 79
g01202624
El sentido de orientación del grano en la perforación del pasador de una biela proporciona un área de iniciación de fractura
potencial.
Ilustración 80
g01202625
La carga en este eje produjo una fractura en el sentido de la orientación del grano en la pieza.
Quemaduras de forja
Los "forjados quemados" se han calentado tanto en el proceso de forja que el metal se funde en los
bordes del grano y luego se resolidifica, dejando microfisuras en los bordes del grano.
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Ilustración 81
g01202626
Este superficie de fractura por forja muestra áreas de quemado de aspecto granuloso en donde se produjo una refundición
durante la forja.
Tubo
Los defectos de rechupe, encontrados en acero fundido en lingotes, son el resultado de un
procesamiento inadecuado en la planta siderúrgica. Estos defectos no son comunes en piezas de
Caterpillar.
Ilustración 82
g01202627
La fractura de esta pieza se inició en un defecto de rechupe.
Escamas de hidrógeno
El acero que no está adecuadamente procesado después de la colada puede contener fisuras
internas conocidas como escamas de hidrógeno que se ven como puntos plateados en la superficie
de una fractura. Las escamas de hidrógeno no son comunes en las piezas de Caterpillar.
Ilustración 83
g01202647
Pieza fracturada en la que se observan escamas de hidrógeno en la superficie de fractura.
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Ilustración 84
g01202649
Cigüeñal defectuoso en el que se observa el inicio de una fractura en el interior de una escama de hidrógeno dentro de la
pieza.
Contracción de la fundición
Las fundiciones con insuficiente metal caliente disponible para compensar la contracción durante la
solidificación pueden desarrollar vacíos internos conocidos como contracción. Las áreas de
contracción pueden ser similares a orificios internos o pueden tener un aspecto esponjoso.
Ilustración 85
g01202651
La fractura del brazo de levantamiento de un cargador de ruedas de acero fundido se inició en un área de contracción
dentro de la pieza.
Ilustración 86
g01202656
La fractura de una unión giratoria de acero fundido se inició en un área de contracción dentro de la pieza.
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Microestructura
A veces las características normales o anormales en la microestructura del material de una pieza
pueden actuar como concentradores de esfuerzos e iniciar fracturas. Por ejemplo, el grafito laminar
("fisuras" naturales) en la microestructura de fundición gris normal a menudo inicia una fractura si la
pieza está sobrecargada en servicio.
Ilustración 87
g01202658
El grafito laminar en la microestructura de la fundición gris iniciará una fractura si la pieza está sobrecargada.
Concentradores de esfuerzos de procesos de
fabricación
Los procesos de fabricación pueden producir concentradores de esfuerzos en las piezas. Algunos
de los concentradores de esfuerzos son normales y se analizaron en la sección "Concentradores de
esfuerzos según las especificaciones de diseño". Cuando los procesos de fabricación se salen de
control, prueben generarse concentradores de esfuerzos anormales que pueden provocar fallas.
Tratamiento térmico
Muchas piezas requieren tratamiento térmico para aumentar las características de desgaste y
resistencia necesarias para la aplicación. Cuando se hace incorrectamente, los esfuerzos térmica
resultantes del tratamiento térmico pueden fisurar piezas. El tratamiento térmico puede deformar las
piezas. Un tratamiento térmico insuficiente o excesivo también puede causar problemas.
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SIS 2.0
Ilustración 88
g01202674
Este bielas se fracturaron debido a una fisura por enfriamiento brusco que se produjo por un cambio repentino de
temperatura durante el tratamiento térmico.
Ilustración 89
g01202675
Una pequeña fisura por enfriamiento brusco en la esquina de un orificio de aceite de un muñón inició la fractura de este
cigüeñal.
Ilustración 90
g01202680
Las áreas oscuras en la arista son fisuras por enfriamiento brusco causadas por un tratamiento térmico inapropiado de la
pieza.
Ilustración 91
g01202683
El área irregular es una fisura enderezadora como resultado de tratar de enderezar una pieza que se deformó durante el
tratamiento térmico.
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SIS 2.0
Ilustración 92
g01202685
Esta pista de cojinete no tuvo tratamiento térmico, lo que dejó a la pieza blanda y esta falló rápidamente en condiciones de
cargas de servicio normales.
Ilustración 93
g01202689
Una profundidad de endurecimiento excesivo hizo que este eje se fracturara internamente como resultado del esfuerzo de
tracción residual.
Fisuras de conformación
Cuando el acero no fluye correctamente durante los procesos de forja y laminación, pueden
producirse imperfecciones llamadas solapaduras de forja o costuras. los pliegues de laminación y
las costuras pueden actuar como fisuras en la superficie de una pieza e iniciar una fractura cuando
la carga es suficiente. La conformación también puede generar rupturas internas u otros tipos de
fisuras en las piezas.
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Ilustración 94
g01202691
Parte de la biela se rompió debido a un solapadura de forja en la esquina de la biela.
Ilustración 95
g01202692
Un solapadura de forja en la superficie de una biela inició una fractura por fatiga en la pieza.
Ilustración 96
g01202693
Una costura en el alambre a partir del cual se conformó el perno produjo un reventón en la cabeza del perno.
Ilustración 97
g01202696
Este perno se rompió internamente durante una operación de extrusión. El perno falló completamente durante la
instalación.
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SIS 2.0
Ilustración 98
g01202699
El choque térmico de una práctica de maquinado inapropiada fisuró las raíces de las roscas y provocó su falla.
Ilustración 99
g01202700
La conformación de piezas metálicas puede producir esfuerzos residuales que afectan negativamente el rendimiento de
una pieza.
Fisuras preliminares
Si una pieza está fisurada antes de que entre en servicio, se dice que la pieza está fisurada de
antemano. Cuando ha existido una fisura durante un tiempo, puede haber factores como herrumbre,
pintura, decoloración u óxidos en el área de la superficie de la fisura preliminar que ya estaban
presentes antes de que la pieza se rompiera finalmente.
Ilustración 100
g01202702
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SIS 2.0
Parte de la superficie de fractura presenta herrumbre, lo que indica que hubo una fisura preliminar presente antes de que
la pieza se quebrara.
Ilustración 101
g01202704
Una prueba de dureza incorrecta (demasiado cerca de un borde) fisuró de antemano esta pieza e inició la falla.
Maquinado inapropiado
El acabado de la superficie dejado por el maquinado puede iniciar una fractura cuando una pieza
está muy sobrecargada. A medida que la irregularidad de la superficie aumenta, la carga que inicia
una fractura disminuye. Las ranuras o aristas maquinadas con un radio demasiado pequeño
también pueden iniciar una fractura.
Ilustración 102
g01202705
La irregularidad de la superficie producida por configuraciones de maquinado inadecuadas puede iniciar fracturas si la
carga es lo suficientemente grande.
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SIS 2.0
Ilustración 103
g01202707
Las ranuras maquinadas incorrectamente con un radio demasiado pequeño pueden iniciar una fractura en las piezas.
Imperfecciones de soldadura
La soldadura puede producir varios tipos de imperfecciones que pueden iniciar una fractura en
componentes y estructuras soldados. Muchas de las imperfecciones son muescas o fisuras y, por lo
tanto, son concentradores de esfuerzos.
Ilustración 104
g01202723
Los inicios y finales de soldadura no deben estar en áreas de gran esfuerzo o en ubicaciones en las que existe un cambio
de rigidez.
Ilustración 105
g01202724
Los bordes de las soldaduras suelen formar muescas que pueden concentrar esfuerzo e iniciar fracturas.
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SIS 2.0
Ilustración 106
g01202726
Los bordes de soldadura mal cortados producen muescas que inician fracturas.
Ilustración 107
g01202728
Las soldaduras irregulares producen muescas que pueden iniciar fracturas.
Ilustración 108
g01202729
Las soldaduras que no se unen correctamente producen muescas que pueden iniciar fracturas.
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SIS 2.0
Ilustración 109
g01202731
La superposición en los bordes de soldadura produce muescas que pueden iniciar fracturas.
Ilustración 110
g01202733
Un relleno de cavidad insuficiente produce un concentrador de esfuerzos que puede iniciar fracturas.
Ilustración 111
g01202734
Los procesos de soldadura inadecuados pueden producir porosidad (un concentrador de esfuerzos internos en la
soldadura).
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SIS 2.0
Ilustración 112
g01202736
Un ajuste inadecuado entre las piezas puede producir muescas y soldaduras del tamaño incorrecto que pueden generar
fracturas.
Desadherencia
Si las piezas adheridas se desadhieren antes de entrar en servicio, se produce una falla. La
desadherencia puede producir un concentrador de esfuerzos similar a una fisura que inicia una
fractura.
Ilustración 113
g01202737
El inserto del porta arandela se desadhirió del pistón después de lo cual el pistón se fisuró y falló.
Concentradores de esfuerzos de operacion
La operación normal o anormal puede producir concentradores de esfuerzos en las piezas. En esta
sección, se muestran algunos concentradores de esfuerzos que pueden ocurrir durante una
operación atípica de un motor o una máquina.
Fatiga por esfuerzos de contacto
Sobrecargar la superficie de las piezas que ruedan o se deslizan una sobre otra puede producir
daño por fatiga por esfuerzos de contacto. Las picaduras que se producen actúan como
concentradores de esfuerzos y pueden iniciar fracturas.
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Ilustración 114
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Los rodillos de cojinete se han descascarado debido a la fatiga de esfuerzos por contacto de laminación. Las picaduras
son concentradores de esfuerzos.
Ilustración 115
g01203173
Pista de cojinete con fatiga de esfuerzos por contacto de laminación. Las picaduras son concentradores de esfuerzos.
Ilustración 116
g01203175
Diente de engranaje con picadura por fatiga por esfuerzo de contacto deslizante. Este concentrador de esfuerzos puede
generar la fractura del diente.
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Ilustración 117
g01203176
La fatiga por esfuerzo de contacto deslizante en un cojinete del motor produce agrietamiento y picadura transversal.
erosión por cavitación
La erosión por cavitación es el resultado de una combinación de burbujas en un fluido y un cambio
de presión. La erosión por cavitación pica una superficie produciendo concentradores de esfuerzos
que pueden producir fracturas.
Ilustración 118
g01203177
Las picaduras brillosas y relucientes de la erosión por cavitación son un concentrador de esfuerzos que puede iniciar una
fractura.
Ilustración 119
g01203179
La erosión por cavitación puede producir picadura que atraviese completamente la pared de una pieza.
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Corrosión
La corrosión durante el servicio quita el material de la superficie de las piezas. A veces, el material
se elimina de manera uniforme, pero con más frecuencia la corrosión es localizada y produce
picadura en la superficie. Las picaduras son concentradores de esfuerzos y pueden ser el lugar de
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iniciación de fracturas si las picaduras están en áreas muy cargadas de las piezas.
Ilustración 120
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Pérdida de color y picadura debido a la corrosión. Las picadas por corrosión son concentradores de esfuerzos.
Ilustración 121
g01203183
Vista ampliada de una picadura por corrosión en el lugar de iniciación de una fractura.
Frotamiento (corrosión por frotamiento)
El frotamiento o corrosión por frotamiento debido al movimiento en uniones muy ajustadas producen
picadura en las superficies en movimiento. Las picaduras son concentradores de esfuerzos que
pueden iniciar fracturas.
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Ilustración 122
g01203185
La corrosión por frotamiento y las picaduras en el vástago de un perno pueden producir una falla prematura.
Ilustración 123
g01203186
Las picadas por frotamiento en la superficie de un prisionero de bola inició una fractura por fatiga de flexión inversa.
Temperatura de operación excesiva
Las temperaturas de funcionamiento excesivamente altas en las piezas pueden tener dos efectos
negativos. Primero, la alta temperatura puede reducir la resistencia de las piezas de modo que una
carga normal puede convertirse en una sobrecarga y provocar una falla. Segundo, la oxidación por
alta temperatura puede picar las superficies y producir concentradores de esfuerzos.
Ilustración 124
g01203189
La operación a alta temperatura debilitó la biela, lo que permitió que la varilla se deforme y falle.
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Ilustración 125
g01203191
La operación a alta temperatura picó la superficie de esta pieza y produjo concentradores de esfuerzos.
Desgaste abrasivo
El desgaste abrasivo puede debilitar una pieza quitando suficiente material de modo que la pieza no
sea capaz de soportar las cargas para las cuales estaba decorado. El desgaste abrasivo también
puede producir muescas y ranuras, concentradores de esfuerzos que pueden iniciar fracturas.
Ilustración 126
g01203194
El desgaste en la cara de la valvula puede conducir a bordes fracturados durante la operacion.
deformación plástica
Las piezas que sufren deformación plástica pueden concentrar cargas aplicadas (como tratar de
enderezar un eje doblado) y pueden fallar prematuramente.
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Ilustración 127
g01203196
Este eslabón doblado falló cuando el eslabón se sobrecargó con esfuerzos de operación, intentando enderezarlo.
desadherencia
La operación indebida que produce cargas excesivas puede causar que las adherencias en piezas
se separen y produzcan la falla de la pieza.
Ilustración 128
g01203197
Cuando la adherencia del inserto del anillo de pistón falló en el pistón, se formó una "esquina" que concentró las cargas
aplicadas y, como consecuencia, el pistón falló.
dano electrico
Las corrientes de dispersión pueden que pasen a través de las piezas y causen daños en la
superficie. Los daños pueden causar picadura y superficies irregulares que pueden dañar otras
piezas en contacto durante la operación. Las picaduras son concentradores de esfuerzos que
pueden iniciar fracturas.
Las fuentes de corrientes eléctricas perjudiciales incluyen: conexiones a tierra defectuosas,
soldaduras inadecuadas en la maquinaria, descargas eléctricas y conexiones inadvertidas con
líneas de alta tensión u otras fuentes de corriente eléctrica.
Daños por corriente alta
Cuando la corriente alta corriente genera un arco entre las piezas, la corriente actúa como un rayo
en miniatura. Los arcos electricos generan una alta temperatura en la superficie que funde la
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superficie y forma picadura. Cuando se observan con una lupa, las picaduras muestran evidencia
de fundición y flujo del material. (Foto cortesía de Timken Company)
Ilustración 129
g01203198
Esta superficie de cojinete se picó como consecuencia de arcos de corriente alta mientras el cojinete no estaba girando.
Daños por corriente baja
Los arcos de corriente baja pueden dañar la superficie de las piezas. Las picaduras formadas por
un arco de corriente baja son pequeñas, pero en conjunto con el tiempo, es posible que se
produzca un daño importante en la superficie. En la siguiente foto se muestra la superficie de un
cojinete de bolas de un generador electrico.
Ilustración 130
g01203201
Esta superficie de cojinete se picó como consecuencia de arcos de corriente baja mientras el cojinete no estaba girando.
Este tipo de daños se denomina "acanaladuras".
Concentradores de esfuerzos como consecuencia de
manipulacion, armado, desarmado y reparacion
La manipulación, el armado, el desarmado y la reparación descuidados pueden producir
concentradores de esfuerzos en las piezas. Algunas piezas están hechas de materiales como hierro
fundido o aluminio fundido que son más sensibles a las cargas de impacto.
manipulación
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La manipulación descuidada puede fisurar o marcar las piezas produciendo concentradores de
esfuerzos que pueden reducir la vida útil de una pieza.
Ilustración 131
g01203227
Las piezas de hierro fundido pueden fisurarse si reciben una carga de impacto. Incluso una caída pequeña puede producir
una fisura que puede aumentar bajo cargas de servicio.
Ilustración 132
g01203229
Este perno se marcó como consecuencia de una manipulación descuidada que luego terminará una falla costosa del
motor.
Reparación de soldadura incorrecta
La soldadura puede producir esfuerzos de tracción residual adversa, un perfil de superficie
incorrecto y una zona debilitada afectada por el calor cerca de la soldadura. Estos defectos pueden
causar fallas prematuras si la soldadura no se realiza correctamente.
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Ilustración 133
g01203230
La reparación de soldadura incorrecta en un cigüeñal produjo concentradores de esfuerzos que redujeron la vida útil del
cigüeñal.
armado y desarmado
Los métodos utilizados para armar y desarmar las piezas pueden producir concentradores de
esfuerzos que pueden reducir su vida útil.
Ilustración 134
g01203233
Las pistas de cojinete melladas durante la instalación pueden afectar la vida útil del cojinete.
Ilustración 135
g01203235
El daño de la caja durante la remoción de los cojinetes puede cortar la vida útil de los cojinetes o causar fallas en el nuevo
cojinete.
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Ilustración 136
g01203238
Las marcas de soplete por la remoción de la pista de cojinete son concentradores de esfuerzos. Aquí el daño de la
superficie ocasionó la falla del eje.
Analisis de piezas desgastadas
El análisis de piezas desgastadas debe hacerse de manera organizada con dos objetivos en mente:
1. Obtener todos los hechos de las piezas desgastadas.
2. Evitar daños adicionales a las piezas durante la remoción, inspección y posteriormente.
Se pueden seguir los siguientes pasos para asegurarse de que los objetivos se cumplan.
1. Obtención de las piezas defectuosas y protección contra daños
Los métodos apropiados para obtener las piezas defectuosas se describen en la sección
"Desarmado para realizar un análisis de fallas". Las piezas defectuosas deben quitarse y
manipularse con cuidado para evitar daños adicionales. Una vez que se han quitado piezas,
estas son muy propensas a sufrir daños por impactos casuales y corrosión en las superficies
desgastadas. Envolver las superficies desgastadas con paños o toallas y recuperarlas con
inhibidores de corrosión, como aceite del motor o grasa son buenas maneras de prevenir daños
adicionales. Se debe tener cuidado si las piezas se producirán en otra ubicación para su
análisis. Prepare las piezas para el transporte a fin de evitar daños por impacto o corrosión en
las superficies desgastadas. Si las piezas se deben dividir antes de moverlas o transportarlas,
tenga cuidado para no hacer nada que modifique las características del material en el área
desgastada. Por ejemplo, cortar con un soplete muy cerca de un área desgastada puede
recalentar el metal y cambiar las propiedades, haciendo que el análisis de fallas sea más difícil.
2. Limpieza de las piezas cuidadosamente
Es fácil dañar una superficie desgastada si se utilizan métodos de limpieza demasiado
agresivos. Los mejores métodos para limpiar superficies de fractura suponen el uso de
disolventes suaves, cepillos de cerdas suaves y secado de aire forzado, como se muestra a
continuación. Los procesos de limpieza en los que se utilizan microesferas de vidrio,
granallado, cepillos de alambre, paños Scotchbrite o disolventes agresivos no son apropiados
para limpiar las piezas defectuosas antes de la inspección.
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Si el daño en una pieza puede deberse a un desgaste abrasivo o erosivo, la limpieza se tornará
un paso crítico. El daño por desgaste abrasivo y erosivo es el resultado de las acciones de
partículas en la superficie de la pieza. El análisis de la causa fundamental para el desgaste
abrasivo o erosivo implica encontrar ejemplos de las partículas para determinar cuáles son las
partículas y de dónde provienen. Los métodos de limpieza inadecuados pueden quitar las
partículas que causaron el daño y hacer que el trabajo de análisis de fallas sea mucho más
difícil. Si una limpieza agresiva daña la superficie de la pieza, los rastros de desgaste dejados
por las partículas pueden estar opacados tapando los indicios críticos para identificar las
partículas responsables del desgaste.
Por lo tanto, si se sospecha que hay desgaste abrasivo o erosivo, enjuague la pieza primero y
luego, recolecte y filtre la solución de enjuague para recoger cualquier partícula suelta en las
superficies o en los agujeros en la pieza.
3. Determinación del tipo de desgaste presente
Una vez que se haya limpiado la superficie desgastada de aceite, grasa, suciedad suelta y
particulas de residuos, inspeccione la superficie para determinar el tipo de desgaste. Consulte
las secciones sobre desgaste abrasivo, adhesivo, por corrosión, por erosión, erosión por
cavitación, fatiga por esfuerzos de contacto y corrosión por frotamiento para ayudar a identificar
el tipo de desgaste.
No es raro que haya más de un tipo de desgaste presente en una pieza defectuosa. Por
ejemplo, el desgaste adhesivo puede llevarse fácilmente a un desgaste abrasivo y viceversa.
Varios de los procesos de desgaste producen particulas que pueden causar un desgaste
abrasivo secundario. Cuando hay varios tipos de desgaste presentes, determine el orden de
desgaste. Por ejemplo, ¿el desgaste abrasivo llevó al desgaste adhesivo o estaba el desgaste
adhesivo presente antes de que el desgaste abrasivo empezara? Encontrar el orden de daño
por desgaste requiere una inspección minuciosa de las superficies desgastadas, por lo general,
con magnificación para ver claramente los pequeños detalles. Asegúrese de tomar el tiempo
suficiente para encontrar todos los hechos sobre las superficies desgastadas.
4. Identificación del ambiente que causa el daño por desgaste
Al igual que cada tipo de fractura está relacionado con un tipo particular de carga, cada tipo de
desgaste está relacionado con un tipo particular de ambiente. Recoja información sobre el
entorno de operación en el momento en que se produjo el daño por desgaste. De hecho,
cuando las piezas están desgastadas y rotas, los hechos del desgaste pueden ayudar en el
análisis de la fractura indicando el entorno de operación presente en el momento de la falla.
Aquí está el entorno para cada tipo de desgaste.
Cuadro 2
tipo de desgaste
Abrasión
Adhesión
entorno
2 cuerpos: una superficie irregular que rosa contra otra
3 cuerpos: partículas entre superficies en movimiento
Contacto de metal a metal
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Corrosión
General y galvánica: ánodo, cátodo y electrolito
Erosión
Partículas en movimiento que impactan una superficie
erosión por cavitación
Burbujas y un area de alta presion
Fatiga por esfuerzos de contacto Sobrecarga en superficies deslizantes o giratorias
corrosión por frotamiento
Movimiento en una union configurada
El primer paso para determinar el entorno de operación es comprender cómo el cliente usa el
equipo. ¿Cuál es la aplicación del equipo? ¿La aplicación es típica o atípica? ¿Cómo se opera
el equipo y son experimentados los operadores? ¿Qué se sabe del mantenimiento del equipo?
¿Quién realiza el mantenimiento? ¿Con qué frecuencia se realiza el mantenimiento? ¿Qué
piezas y materiales se utilizan?
Los hechos del sistema, como los materiales involucrados y las temperaturas de operación
pueden ser significativos al analizar algunos tipos de desgaste. Si hay corrosión, puede ser
necesario tomar muestras de fluido para identificar electrolitos. Al analizar fallas por desgaste,
también pueden ser clave los hechos de lubricación. Recoja hechos que documenten la calidad
y cantidad de lubricante en el sistema y si el lubricante se suministró correctamente a las
piezas. Determine si hay un historial de resultados de análisis de lubricante y tome una muestra
del lubricante en el momento de la falla.
5. Asociacion de los hechos
Los hechos reunidos durante el análisis de piezas desgastadas demostraron evidencia sobre el
tipo de desgaste, la ubicación del desgaste y las cargas que podrían haber estado
involucradas. Por ejemplo, un desgaste descentrado puede indicar una desalineación o piezas
dobladas. Un desgaste que se produjo más tarde en la falla puede estar por encima del
desgaste prematuro que provocó la falla. El daño por frotamiento indica que las superficies en
una unión configuraron se movieron.
La carga en las piezas afecta el tipo de desgaste que se produce, por lo tanto, los patrones de
desgaste anormales suelen ser un indicio de condiciones de carga hostiles.
Al analizar las piezas desgastadas, asegúrese de identificar todos los tipos de desgaste
presentes, las condiciones ambientales que producirán el desgaste y cualquier carga anormal
que podría haber estado involucrada.
Finalmente, aunque no es muy común, el desgaste anormal puede ser consecuencia de utilizar
piezas que no cumplen con los requisitos de impresión. Si los hechos indican un posible
problema en las piezas (como un desgaste anormalmente rápido en condiciones de operación
normales), asegúrese de revisar las piezas para asegurarse de que cumplen con los requisitos
de material y procesamiento impresos).
Desgaste abrasivo
Las piezas de Caterpillar pueden presentar dos tipos de desgaste abrasivo: de 2 cuerpos y de 3
cuerpos. El desgaste abrasivo de dos cuerpos ocurre cuando una superficie irregular dura se
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desplaza por una superficie más suave y corta el material. Un ejemplo de desgaste abrasivo de dos
cuerpos sería quitar metal con una rueda de rectificación. El desgaste abrasivo de tres cuerpos
puede ocurrir cuando partículas duras que son más grandes que el espesor de la película de
lubricante quedan atrapados entre dos superficies en movimiento. Las superficies blandas se cortan
y dejan rajaduras profundas y producen basura. Las superficies más duras no se cortan tan
fácilmente, pero se genera cierto calor por fricción a medida que las partículas duras rozan contra la
superficie dura. Si el suministro de lubricante es adecuado,
El factor clave al analizar el desgaste abrasivo de tres cuerpos es identificar las partículas que
causan el daño. Si las partículas se pueden identificar y se puede determinar el origen de las
partículas, entonces el problema de desgaste abrasivo se puede solucionar para que el problema
no suceda otra vez. Por ejemplo, si las partículas de suciedad entran en un motor debido a una caja
de filtro de aire dañada, simplemente reemplazará el filtro no solucionará el desgaste. Es necesario
reparar o reemplazar la caja dañada para evitar un mayor daño por desgaste abrasivo.
Un efecto secundario habitual del desgaste abrasivo es que como las superficies que sufren la
abrasión quedan irregulares, las superficies empiezan a hacer contacto a través de la película de
lubricante y generan más calor que el que el lubricante puede eliminar. Esto genera desgaste
adhesivo secundario y mayor daño a la superficie. Al analizar las superficies desgastadas, presta
atención a esta situación y tenga cuidado de separar el desgaste adhesivo secundario del desgaste
abrasivo original.
El daño por desgaste abrasivo puede ser identificado por las siguientes características:
1. La superficie de las piezas está rayada, cortada, acanalada o ranurada.
2. Hay poca pérdida de color en las áreas dañadas que indican temperaturas frías.
3. Hay partículas de residuos secundarios, generadas automáticamente a partir de las superficies
rayadas.
Ilustración 137
g01203261
Falda del pistón cortada por partículas de desgaste abrasivo
Las superficies blandas, como esta falda del pistón, se cortan fácilmente por las partículas de
desgaste abrasivo. Puede haber muchos rayones en el área dañada, como en la falda del pistón.
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Las superficies blandas pueden tener fácilmente incrustadas algunas de las partículas. Por lo tanto,
la superficie de desgaste es un buen lugar para obtener ejemplos de las partículas que causan el
daño.
Ilustración 138
Rayones en un diente de engranaje
g01203269
Las superficies duras, tales como este diente de engranaje, no se cortan tan fácilmente con las
partículas de desgaste abrasivo. Los rayones, si están presentes, serán mucho más pequeños y
más difíciles de ver. Busque en otras partes del sistema, por ejemplo, en los filtros de lubricante,
ejemplos de partículas de desgaste.
Ilustración 139
g01203282
Rayones en una placa flexible de bomba de paletas
Si las partículas abrasivas se lo suficientemente pequeñas, pulirán una superficie. Las partículas
más grandes, como la suciedad, dejan rayones más marcados, como los que se observan en esta
placa flexible de bomba de paletas.
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Ilustración 140
g01203286
Placa flexible de bomba de paletas con grandes acanaladuras
Las partículas o pedazos grandes de otras piezas rotas dejarán acanaladuras grandes en las
superficies de las piezas blandas, como en este plato flexible de bomba de paletas.
Ilustración 141
partículas de maquinado
g01203290
Las partículas de desgaste abrasivo tienen muchas formas y tamaños. Estas partículas de
maquinado producirán rayones con forma irregular y melladuras en una superficie. Las partículas de
suciedad también son irregulares y producen rayones y melladuras en forma irregular.
Ilustración 142
Granalla de acero y microesferas de vidrio
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Las partículas producidas por el hombre, como la granalla de acero y las microesferas de vidrio son
casi esféricas y, por lo tanto, dejan las melladuras y ranuras de fondo redondeado para los rayones.
El desgaste abrasivo debido a partículas redondeadas indica, por lo general, contaminación con
algunos medios de limpieza. Observe que las partículas de vidrio pueden quebrarse en formas
irregulares que, luego, producirán rayos más filosos.
Importancia del desgaste abrasivo
El desgaste abrasivo que se encuentra en las piezas indica que una superficie dura e irregular se ha
frotado contra otra superficie más blanda (desgaste de dos cuerpos) o partículas más grandes que
el espesor de la película de lubricante han contaminado el sistema (desgaste de tres cuerpos).
Preste atención a los siguientes factores:
1. ¿Cuáles son las partículas de desgaste primario?
a. ¿Cuál es la forma de las partículas?
b. ¿Cuál es el tamaño de las partículas?
c. ¿El tamaño de las partículas es uniforme?
d. ¿Cuál es el color de las partículas?
e. ¿Son las partículas opacas o transparentes?
f. ¿Cuál es el tamaño y la forma de los rayos producidos por las partículas?
g. ¿Qué tan dura es la superficie que las partículas rayaron?
h. ¿Son las partículas magnéticas?
i. ¿Se dispone de resultados de análisis de fluido?
j. ¿Hay algún tipo de marcas en las partículas de desgaste?
k. ¿Se han examinado las superficies blandas en busca de partículas incrustadas?
l. ¿Se han revisado los filtros para ver si hay partículas?
m. ¿Se han examinado áreas de flujo bajo en el sistema lubricante (tanque, sumidero)?
n. ¿Existe evidencia de que indican si las partículas son naturales o producidas por el
hombre?
2. ¿Cuál es el origen de las partículas de desgaste?
a. ¿Están intactos todos los filtros y las cajas y funcionan correctamente?
b. ¿Están intactos todos los sellos y funcionan correctamente?
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c. ¿Están todos los lubricantes correctamente filtrados antes de ser utilizados?
d. ¿Se siguen buenos procedimientos de limpieza durante el mantenimiento?
e. ¿Hay evidencia de fugas que permitirían el ingreso de partículas?
f. ¿Se han llevado a cabo mantenimientos y reparaciones recientes?
g. ¿Cuál es el entorno de operación del equipo?
h. ¿Hay muestras de partículas que el equipo encuentra periódicamente durante la
operación?
A continuación, se indican algunas de las posibles fuentes de partículas:
Incorporados: rebabas, arena para machos, chisporroteo de soldadura, partículas de
pintura, partículas de herrumbre, partículas de maquinado, trozos de sellante, pelusas o
hilos de tela y capas.
Introducidos: cualquier partícula en el ambiente en que un motor o máquina se opera
puede ingresar a través de las tapas de los respiraderos, las planchas de acceso, los
sellos de cilindro defectuosos o si se realizan procedimientos de mantenimiento
insuficientes.
Contaminantes autogenerados: los sistemas mecánicos en operación generan
constantemente partículas, incluidas partículas de desgaste, productos de corrosión,
partículas de cavitación, productos de separación de fluidos (a partir de la descomposición
o la oxidación) trozos de sellos y empaquetaduras, productos de reacción a aditivos y
partículas de herrumbre.
3. ¿Por qué la pieza desgastada está expuesta a una superficie irregular (desgaste de dos
cuerpos)? ¿Qué fue lo que produjo la superficie irregular?
Desgaste adhesivo
El desgaste adhesivo es el resultado de dos superficies en movimiento que hacen contacto sin la
lubricación ni el enfriamiento adecuado. Cuando las superficies en movimiento hacen contacto y se
rozan, se produce calor por la fricción. El calor primero ablanda y luego funde las superficies, de
modo que estas se funden y se adhieren (se sueldan).
A menos que las superficies en contacto puedan separarse, el desgaste adhesivo a menudo ocurre
rápidamente y causa la destrucción de las piezas. Cuando las superficies de las piezas comienzan
a calentarse debido a la fricción causada por el contacto, las piezas comienzan a expandirse y se
reducen los espacios libres, y el lubricante que puede estar presente comienza a diluirse (tendrá
una menor viscosidad). El resultado neto es un mayor contacto, mayor calentamiento por fricción, y
el ciclo continúa hasta la destrucción.
Hay dos razones generales por las cuales las superficies en movimiento hacen contacto durante la
operación. La primera es que la película de lubricación entre las piezas se ha perdido. La segunda
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es que las piezas se juntaron por la película de lubricación. Hay un sinnúmero de razones para
cualquiera de estas condiciones. El primer paso para analizar los problemas de desgaste adhesivo
es identificar qué razón general fue responsable de los daños.
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El daño por desgaste adhesivo puede ser identificado por las siguientes características:
1. La superficie de la pieza está tiznada.
2. La superficie de la pieza está decolorada debido al calentamiento por fricción.
3. Las superficies parecen fundidas y soldadas.
4. Hay indicios de que el material de la superficie más débil se soldó a la superficie más fuerte.
5. Hay un desgaste secundario en la superficie más débil como resultado de la transferencia de
material.
Ilustración 143
g01203517
(1) El pulimentado o tiznado es el primer indicio de un desgaste adhesivo.
El primer indicio de desgaste adhesivo es el pulimentado o tiznado de la superficie más débil. El
tiznado indica que la temperatura de la superficie alcanzada el punto de fundición. Los daños se
limitarán a la superficie, porque la conducción de calor disminuye rápidamente la temperatura por
debajo de la superficie de la pieza en esta etapa del desgaste adhesivo.
Cuando varias piezas muestren signos de desgaste adhesivo, busque más información en sistemas
comunes. Aquí, varios cojinetes del motor se han tiznado, por lo tanto, revise el sistema de
lubricación.
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Ilustración 144
g01203525
(2) Superficie decolorada debido al calentamiento por fricción.
(3) La superficie parece estar fundida.
A medida que el desgaste adhesivo continúa y la temperatura aumenta, las superficies comienzan a
decolorarse, fundirse y adherirse. Esto genera superficies irregulares, de color oscuro. Las
superficies con desgaste adhesivo a menudo muestran signos de desgaste abrasivo de dos cuerpos
debido a la transferencia de material de una superficie a la otra.
Ilustración 145
g01203532
Eje con colores del temple del templado por inducción
Al examinar piezas desgastadas, tenga cuidado de no confundir los colores del temple del
tratamiento térmico con el calentamiento debido al desgaste adhesivo. El extremo estriado de este
eje se endureció por inducción, lo cual dejó colores del templo en la superficie de la pieza. Si no
está seguro sobre el origen de la decoloración en la superficie de una pieza, revise el
procesamiento de la pieza.
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Ilustración 146
g01203537
Pistón operativo hasta su destrucción sin refrigerante.
Por último, si la operación con adhesivo adhesivo continúa, la temperatura de la pieza se aproxima
a la temperatura de fusión, la pieza pierde resistencia y se rompe en pedazos. Si las piezas están
cuidadosamente limpiadas y organizadas, el examen a menudo permitirá revelar lo que ha ocurrido.
Este mecanismo de funcionamiento hasta su destrucción sin refrigerante.
Importancia del desgaste adhesivo
El desgaste adhesivo que se encuentra en las piezas indica que las superficies en movimiento
hicieron contacto sin la lubricación o el enfriamiento adecuado.
1. ¿La carga fue suficiente durante la operación para forzar el contacto de las superficies?
a. ¿Se produjo una operación indebida durante el servicio?
b. ¿Las piezas estaban armadas correctamente?
c. ¿Alguna de las piezas estaba desalineada?
d. ¿Alguna otra pieza falló, lo cual permitiría el contacto durante la operación?
e. ¿Existe evidencia de temperaturas de operación excesivas?
2. ¿La lubricación fue adecuada durante la operación?
a. ¿Qué tipo y viscosidad de lubricante se usó en el sistema?
b. ¿El lubricante cumplió con las especificaciones de Caterpillar?
c. ¿La cantidad de lubricación era adecuada?
d. ¿Alguno de los conductos de lubricante está bloqueado?
e. ¿Se realizó el mantenimiento en los intervalos especificados?
f. ¿Hay algún daño que pudiera afectar a la lubricación?
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g. ¿Hay alguna evidencia de que el desgaste adhesivo fue precedido por un desgaste
abrasivo?
3. ¿Cuál era la temperatura de operación de los componentes afectados?
a. La operación a alta temperatura reduce la viscosidad del aceite, lo que genera películas de
aceite más delgadas y reduce la capacidad de soporte de cargas.
b. La operación a baja temperatura aumenta la viscosidad del aceite, lo que genera un aceite
más espeso que no fluye correctamente por los espacios libres pequeños.
c. Las piezas experimentan un crecimiento térmico en dimensiones a medida que aumenta la
temperatura, lo que ocasiona reducción en la lubricación de los espacios libres entre las
piezas.
4. ¿Había algún otro tipo de desgaste presente antes del adhesivo que podría haber afectado la
capacidad de mantener una película lubricante entre los componentes?
Desgaste por corrosión
El desgaste por corrosión ocurre normalmente como resultado de una transformación química,
deterioro y remoción de material de la superficie de una pieza. La corrosión es un proceso
electroquímico, lo que significa que incluye tanto reacciones químicas como el flujo de electrones
(electricidad). Para que comience la corrosión, debe haber un cátodo (área de metal menos activa)
y un ánodo (área de metal más activa) en el contacto a través de un electrolito (conductor eléctrico
no metálico en la cual se transporta la corriente por el movimiento de iones). Al eliminar cualquiera
de estos tres elementos, la corrosión se detiene. Durante el proceso de corrosión, al área de ánodo
de metal más activa es atacada y se quita el material, lo que suele producir picadura.
Hay dos tipos de corrosión comunes: corrosión general y corrosión galvánica. La corrosión general
requiere un ánodo, un cátodo y un electrolito. El ataque corrosivo puede estar sobre una superficie
completa o puede ser un tipo de ataque de picadura localizada. La naturaleza exacta del ataque
corrosivo depende del material que se está corroyendo y la naturaleza del entorno que circunda la
pieza. En la corrosión general, diferentes áreas de una pieza o incluso diferentes granos de metal
en la pieza pueden actuar como el ánodo y cátodo.
La corrosión galvánica implica dos metales diferentes y un electrolito. Uno de los metales actúa
como el ánodo y el otro metal actúa como un cátodo. Cuando los dos metales están conectados a
través de un electrolito, ocurre corrosión. El electrolito en el sistema y otras condiciones ambientales
determinarán qué metal actúa como ánodo en cualquier caso particular. Los metales se clasifican
en "series galvánicas" según los electrolitos específicos y las condiciones ambientales. En los
manuales de referencia de corrosión, se encuentran disponibles tablas de series galvánicas.
Hay muchas variables que determinan si se producirá corrosión y qué tipo de corrosión ocurrirá. Por
esta razón, se debe implicar a un especialista en corrosión para identificar la causa y la posible
solución a un caso particular de daño por corrosión.
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SIS 2.0
El daño por desgaste por corrosión galvánica o general puede identificarse mediante las siguientes
características:
1. La superficie de las piezas está enmohecida, decolorada, escamada o tiene depósitos de
aspecto cristalino.
2. La superficie de la pieza en contacto con el electrolito es irregular o está picada.
3. La superficie de la pieza en contacto con el electrolito tiene orificios con forma irregular.
Ilustración 147
Falla de cojinete debido a corrosión
g01203554
El enmohecimiento es uno de los tipos de corrosión más comunes. Los granos de metal son los
ánodos y cátodos que se conectan mediante el agua, un buen electrolito. Proteja las superficies de
metal que estan muy limpias de la corrosion durante su almacenamiento o manipulacion.
Ilustración 148
g01203556
Depósitos negros de corrosión: "decapado de ácido negro"
La corrosión no siempre produce decoloración rojiza o anaranjada. Aquí, otra forma de corrosión
conocida como "decapado de ácido negro" produjo deterioro de corrosión negros en la superficie de
una pista de cojinete, lo que indica que un electrolito contaminó el aceite.
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Ilustración 149
g01203561
Vástago de válvula con picadura por corrosión
La corrosión general puede quitar material de forma pareja de una superficie metálica o puede
producir picadura en la superficie, como se observa en la ilustración 149.
Ilustración 150
g01203564
Tubo de enfriador de aceite con corrosión galvánica en la flecha y corrosión general a la izquierda
La corrosión galvánica requiere dos metales diferentes y un electrolito. El tubo de enfriador de
aceite en la ilustración 150 ha experimentado dos tipos de corrosión. La corrosión general ha
ocurrido en el lado izquierdo. También hay corrosión galvánica en la flecha donde el tubo de cobre y
el deflector de reacción de acero.
Oxidación a alta temperatura
La amplia definición de corrosión (transformación química, deterioro y remoción de material de la
superficie de una pieza) permite que se incluya el daño por oxidación de alta temperatura dentro del
título de corrosión. La oxidación de alta temperatura se produce cuando una superficie de metal
calentada está expuesta a una atmósfera que contiene oxígeno. A temperaturas elevadas, el
oxígeno se combina con más facilidad con muchos metales, formando una capa de óxido que
puede perderse durante la operación, eliminando así material de la superficie de la pieza a través
de una reacción química.
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Ilustración 151
g01203552
Superficie de un protector térmico del turbocompresor que está escamada o le falta material debido a la oxidación de alta
temperatura
Los daños de desgaste pueden por oxidación de alta temperatura se identifican mediante las
siguientes características:
1. La superficie de las piezas está escamada o le falta material.
2. La superficie de la pieza puede estar decolorada.
3. La superficie de la pieza ha estado expuesta a altas temperaturas ya una atmósfera que
contiene oxígeno.
Importancia del desgaste por corrosión
El desgaste por corrosión que se encuentra en la superficie de las piezas indica que la pieza se ha
expuesto a un electrolito oa altas temperaturas durante la operación.
Preste atención a los siguientes factores:
1. ¿La picadura se produjo en toda la superficie de la pieza o la corrosión es una picadura más
localizada?
2. ¿La corrosión se limita a una pieza?
3. ¿Existe la posibilidad de corrosión galvánica – dos metales diferentes?
4. ¿Cuál es el electrolito que causa la corrosión? Obtenga una muestra si es posible.
5. ¿Cuáles son las condiciones ambientales generales que rodean la pieza corroída?
¿Qué líquidos se encuentran en el ambiente?
¿Cuál es la temperatura del ambiente?
¿El ambiente está en movimiento o estático?
¿El ambiente está aireado?
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¿Hay olores inusuales presentes?
¿Cuál es el pH del ambiente?
6. ¿La pieza ha estado expuesta a temperaturas elevadas durante un tiempo prolongado?
Desgaste por erosión
El desgaste por erosión ocurre cuando las partículas que impactan en una superficie quitan
pequeñas piezas de material de la superficie.
Las partículas que causan los daños pueden ser grandes o pequeñas. La energía que mueve las
partículas puede ser simplemente momentánea, como al "arrojar" una pieza grande contra la
superficie de otra pieza. O, si las partículas son pequeñas, la energía que mueve las partículas a
menudo proviene del flujo de un gas en movimiento (por ejemplo: limpieza con arena) o de un fluido
(por ejemplo, partículas en un sistema de enfriamiento). La superficie erosionada a menudo se verá
como se hubiera limpiado con arena o con si tuviera un acabado mate.
Nota: El desgaste erosivo y el desgaste abrasivo son similares en que ambos implican daños
debido a partículas. La diferencia entre el desgaste abrasivo y el erosivo es el "ángulo de ataque"
de las partículas. En el desgaste abrasivo, las partículas se mueven de forma paralela a la
superficie y "maquinan" pedazos de material de la superficie. En el desgaste erosivo, las partículas
impactan a un ángulo más pronunciado y descascaran pedazos de material de la superficie.
Los siguientes indicios se pueden observar cuando las superficies están dañadas por desgaste
erosivo:
1. Se ha quitado material de la superficie de la pieza.
2. Las superficies están melladas o picadas por el impacto de partículas.
3. Hay partículas de residuos secundarios, autogeneradas.
4. La superficie parece haber sido limpiada con arena o como si tuviera un acabado mate.
Ilustración 152
g01203591
(1) Se ha quitado material de la superficie de la pieza.
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Un retén del pasador del pistón se rompió y las partículas sueltas han erosionado gravemente la
perforación del pasador del pistón. Observe la pérdida de material en la parte superior e inferior de
la perforación.
Ilustración 153
g01203597
(1) Se ha quitado material de la superficie de la pieza.
(4) La superficie parece haber sido limpiada con arena o como si tuviera un acabado mate.
Trozos de un anillo de pistón roto erosionaron el área que rodea la ranura del anillo. Observe la
pérdida de material y el aspecto de haber sido limpiado con arena o el aspecto de acabado mate en
el área del daño por erosión.
Importancia del desgaste por erosión
El desgaste por erosión encontrado en las piezas indica que el impacto de partículas ha dañado la
superficie de la pieza. Por lo tanto, al igual que ocurre con el desgaste abrasivo, debe identificar las
partículas que causan el daño y el origen de las partículas.
Preste atención a los siguientes factores:
1. ¿Cuáles son las partículas que causan el daño de desgaste por erosión?
2. ¿Cuál es el origen de las partículas que causan el daño de desgaste por erosión?
3. ¿Qué está energizando las partículas para que causen el daño?
La respuesta a las dos primeras preguntas normalmente implica encontrar un ejemplo de las
partículas que causan el daño.
1. Revise para ver si hay partículas que se adhieran a una superficie desgastada.
2. Revise los filtros para ver si hay partículas.
3. En los sistemas de fluidos, busque "áreas inactivas" donde puedan acumularse las partículas.
4. Revise para ver si hay partículas incrustadas en la superficie desgastada.
5. Revise para ver si hay piezas rotas en las cercanías del área con daño por erosión.
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Desgaste de erosión por cavitación
El desgaste de erosión por cavitación es un daño de picadura que se produce cuando las burbujas
explotan y el flujo de fluido que estaba sostenido por la burbuja impacta contra la superficie de la
pieza. Para que se produzca el desgaste de erosión por cavitación deben ocurrir dos cosas: debe
haber burbujas y un área de presión en aumento capaz de colapsar (explotar) las burbujas. Se
pueden formar burbujas en un fluido como resultado de una fuga de aire o como resultado de un
área de baja presión que libera gases disueltos o vaporiza (hierve) el fluido. Por lo general, las
áreas de alta presión son el resultado del diseño o la operación de un sistema.
Si el material dañado por la erosión por cavitación es susceptible a la corrosión causada por el
fluido, entonces, los procesos de erosión por cavitación y corrosión pueden combinarse para
acelerar el daño. La erosión por cavitación produce una superficie limpia que es más propensa a
corroerse. Por lo tanto, durante la operación, la superficie se corroe, la cavitación limpia el material
corroído, la superficie vuelve a corroerse, y el proceso se repite.
Cuando se produce erosión por cavitación, pueden observarse los siguientes indicios:
1. Picaduras y orificios superficiales de forma irregular en el área dañada, posible estrechamiento
hacia un extremo.
2. Superficies picadas con una apariencia irregular y cristalina (fracturas frágiles como resultado
del impacto de fluido).
3. Partículas de residuos secundarios autogeneradas – también pueden producir daños por
desgaste abrasivo.
4. En algunos sistemas, tales como las bombas, puede haber un cambio notable en el ruido
durante la operación.
Ilustración 154
g01203621
Las burbujas en el sistema de enfriamiento de un motor han colapsado en un área de alta presión en el fluido cerca de la
superficie de una camisa del cilindro. El resultado es erosión por cavitación y una superficie irregular y picada.
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Ilustración 155
g01203625
Los cambios de presión en la película de aceite entre un cojinete del motor y el muñón del cigüeñal pueden hacer que las
burbujas colapsen en el aceite y produzcan daños de erosión por cavitación. En este caso, el recubrimiento de estaño y
plomo se quitó dejando expuesto el aluminio debajo de él.
Ilustración 156
g01203631
Las burbujas en el refrigerante del motor pueden colapsar en las áreas de alta presión de la bomba de agua y producir
daños de erosión por cavitación.
Ilustración 157
g01203634
Esta ilustración es una vista ampliada del daño de erosión por cavitación que se muestra en la tapa de la bomba de agua
de la ilustración 156. Observe la apariencia brillante y cristalina del área picada.
Importancia del desgaste de la erosión por cavitación
El desgaste de erosión por cavitación encontrado en la superficie de las piezas indica que las
burbujas colapsaban en un área de alta presión cerca de esa superficie. Preste atención a los
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SIS 2.0
siguientes factores:
1. ¿Cuál era el origen de las burbujas en el fluido?
a. ¿Hay una fuga de aire en el sistema?
b. ¿Están todos los sellos y las empaquetadura funcionando correctamente?
c. ¿Se realizó alguna reparación o mantenimiento reciente que pudiera haber causado la
presencia de aire en el sistema?
d. ¿El fluido está contaminado con algo que podría causar burbujas?
e. ¿La viscosidad del fluido es correcta para la temperatura de operación?
f. ¿Cuál era la temperatura ambiente durante el arranque y la operación?
g. ¿Los enfriadores en el sistema están limpios y funcionan correctamente?
h. Si el daño está en un sistema de refrigeración, ¿el refrigerante contiene la cantidad
especificada de acondicionador?
2. ¿Cuál fue el origen del área de alta presión en el fluido?
a. ¿Se producen grandes cargas durante la operación?
b. ¿Se produjo un gran cambio de presión durante la operación?
c. ¿El diseño del sistema genera áreas de alta presión?
3. ¿Hay restricciones al flujo de fluido en el sistema?
a. ¿Son los filtros y las rejillas capaces de pasar el volumen necesario de fluido?
b. ¿Todas las tuberias estan limpias y sin restricciones?
c. ¿Alguna de las tuberías está doblada o torcida?
d. ¿Hay alguna restricción en el tanque?
e. ¿El fluido que se utiliza cumple con las especificaciones de Caterpillar?
Desgaste por fatiga por esfuerzos de contacto (CSF)
El desgaste por fatiga por esfuerzos de contacto (CSF, Contact stress fat) ocurre cuando las
superficies que giran o se deslizan una contra la otra están sobrecargadas. La sobrecarga puede
ocurrir también debido a la desalineación o porque la película de lubricante se ha debilitado debido
a una menor viscosidad o una mayor temperatura. La CSF también puede producirse debido a que
las piezas se han usado más allá de la vida útil esperada. Los cojinetes del motor y los cojinetes
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SIS 2.0
con elemento rodante (antifricción) tienen una vida útil finita y se deben cambiar antes de que
muestren señales de desgaste de CSF.
Debido a que los daños de CSF ocurren por dos procesos diferentes, hay dos tipos de CSF. El daño
de CSF en las superficies deslizantes se denomina fatiga por esfuerzo de contacto deslizante. El
daño de CSF en las superficies rodantes se denomina fatiga de esfuerzos por contacto de
laminación.
Cuando la superficie de una pieza se desliza repetidamente contra la superficie de otra pieza, se
produce una acción de estiramiento cíclico en las superficies. Si el esfuerzo de la superficie que se
genera como consecuencia de la acción de estiramiento excede la resistencia a la fatiga del metal,
se iniciarán pequeñas fisuras superficiales y avanzarán hacia el interior de la pieza. Las picaduras
superficiales se forman cuando se unen las fisuras. Una vez que empieza la picadura, se forman
más picadura hasta que la superficie ya no se puede utilizar. Esta acción se conoce como desgaste
por fatiga por esfuerzo de contacto deslizante.
Cuando la superficie en una pieza rueda contra la superficie de otra pieza, se produce una acción
de estiramiento (cíclico) repetida por debajo de las superficies de las piezas. Si el esfuerzo de la
superficie subyacente que se desarrolla como resultado de la acción de estiramiento de dicha
superficie supera la resistencia a la fatiga del metal, se inician pequeñas fisuras en la superficie
subyacente y avanzan hasta que trozos de la superficie se descascaran y se separan . Una vez que
comienza el descascaramiento, las superficies siguen deteriorándose hasta que la pieza ya no
puede utilizarse. Esta acción se conoce como desgaste por fatiga de esfuerzos por contacto de
laminación.
El desgaste de CSF también puede ocasionar daños secundarios. A medida que cada tipo de CSF
se desarrolla y avanza, se producen partículas duras y pequeñas que pueden causar daños
abrasivos en otra parte del sistema.
El desgaste de fatiga por esfuerzos de contacto produce los siguientes indicios en las piezas:
1. Picadura de la superficie (CSF deslizante)
2. Fatiga de la superficie subyacente y descascaramiento (CSF de laminación)
3. Partículas secundarias, autogeneradas
Desgaste por fatiga por esfuerzo de contacto deslizante
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SIS 2.0
Ilustración 158
g01203645
La CSF deslizante produjo picadura en la punta de este lóbulo del árbol de levas debido a cargas deslizantes excesivas.
Ilustración 159
g01203646
Las fisuras transversales en la superficie de este cojinete del motor son el resultado de la CSF deslizante. A medida que
las fisuras avanzan, se forman picaduras y se pierde material de la superficie.
Desgaste por fatiga de esfuerzos por contacto de laminación
Ilustración 160
g01203649
Cuando dos superficies ruedan una contra otra, una carga excesiva puede ocasionar CSF de laminación, lo que inicia
fisuras por debajo de la superficie y hace que partes se descascaren y se desprendan de la superficie.
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Ilustración 161
g01203651
El daño de CSF de laminación puede comenzar en un área pequeña y luego diseminarse por un área más grande a
medida que el daño avanza. Aquí, toda la superficie de una pista de cojinete está dañada.
dientes del engranaje
Ilustración 162
g01203656
Diente del engranaje que muestra picadura y descascaramiento
Los dientes del engranaje son un caso especial para el desgaste de fatiga por esfuerzos de
contacto. La acción de deslizamiento y rodamiento de un diente del engranaje contra otro puede
ocasionar daños de CSF deslizante y de laminación. Como resultado, los dientes del engranaje
pueden mostrar daños de picadura y descascaramiento, dependiendo de la ubicación de los daños
en el diente del engranaje.
Importancia del desgaste de fatiga por esfuerzos de contacto
El desgaste de fatiga por esfuerzos de contacto que se encuentra en las piezas indica que se han
sobrecargado las superficies con cargas deslizantes o de laminación excesiva. También puede
indicar que la pieza ha estado en servicio demasiado tiempo, ya que la fatiga de esfuerzos por
contacto de laminación o deslizamiento es una condición de desgaste habitual para muchos
cojinetes deslizantes o rodantes.
Preste atención a los siguientes factores:
1. ¿Cuánto tiempo estuvo la pieza en servicio?
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2. ¿Las piezas recibieron una lubricación adecuada en servicio?
a. ¿Se usó el lubricante especificado?
b. ¿Hubo una cantidad adecuada de lubricación disponible durante la operación?
c. ¿El lubricante utilizado cumple con las especificaciones Cat?
d. ¿Las temperaturas de operación fueron excesivas?
e. ¿Fue la lubricación correcta para la temperatura ambiente de operación?
f. ¿Las piezas recibieron lubricación apropiada en todo momento?
g. ¿Es aceptable el acabado de la superficie en las piezas?
h. ¿Se realiza el mantenimiento en los intervalos especificados?
3. ¿La pieza se ha sometido a cargas excesivas deslizantes o de rodamiento?
a. ¿Las cargas de operación fueron excesivas?
b. ¿Existe algún problema de alineación?
c. ¿Las piezas cumplen con los requisitos de impresión?
d. ¿Hay alguna otra pieza dañada que podría causar cargas excesivas de deslizamiento o
rodamiento?
e. ¿Se ajustaron correctamente la alineación y la carga preliminar?
f. ¿Se llevó a cabo reparaciones o tareas de servicio recientes?
Desgaste (de corrosión) por frotamiento
El desgaste (de corrosión) por frotamiento es, en general, el resultado del movimiento entre dos
superficies que están muy presionadas entre sí. El tipo de movimiento que produce el frotamiento
es de alta frecuencia y baja amplitud, es decir, el movimiento producido por la vibración de las
piezas.
Nota: Las superficies en movimiento que no están fuertemente presionadas entre sí tienden a
pulirse y se vuelven más uniformes, en lugares de frotarse y volverse más irregulares.
El daño por frotamiento se produce cuando el calentamiento por fricción hace que los puntos altos
(llamados asperezas) en dos superficies se suelden y, en consecuencia, el movimiento desgarra las
superficies. Esta acción genera irregularidad en las superficies, pica las superficies y produce
partículas de basura fina. Cuando las partículas de basura producidas por la acción de frotamiento
se corroen y se tiznan de color negro en las superficies en movimiento, el daño se conoce como
corrosión por frotamiento.
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El contacto estrecho entre dos superficies puede deberse a varios factores:
1. Uniones empernadas
2. Piezas de encaje a presion
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3. El peso de una pieza presionando contra otra
El daño causado por el desgaste por frotamiento puede ser identificado por las siguientes
características:
1. El daño por desgaste está en un área de contacto estrecho entre dos piezas.
2. El área de la superficie de contacto entre las dos piezas es irregular y está picada.
3. El área de la superficie de contacto está decolorada dentro del área irregular y picada o
alrededor de esta.
Ilustración 163
g01203657
(1) El daño por desgaste está en un área de contacto estrecho entre dos piezas.
Cuando la carga en una pieza excede la fuerza de sujeción entre dos superficies (como la unión
entre esta biela y la tapa), el movimiento puede producir daño por frotamiento.
Ilustración 164
g01203663
(2) El área de la superficie de contacto entre las dos piezas es irregular y está picada.
(3) El área de la superficie de contacto está decolorada dentro del área irregular y picada o alrededor de esta.
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SIS 2.0
Las superficies frotadas son irregulares porque existen pequeñas áreas que se soldaron y
extrajeron pequeños trozos de metal de la superficie. La basura producida por el frotamiento suele
corroer y decolorar las superficies frotadas.
Ilustración 165
g01203667
A veces, las superficies frotadas parecen irregulares a causa de una microsoldadura o de la extracción de metal, como en
esta superficie de la cabeza de un perno.
Ilustración 166
g01203668
En los materiales a base de hierro, el frotamiento suele producir una decoloración de la superficie que va de rojo a marrón
rojizo en el área dañada, como en este vástago de perno.
Ilustración 167
g01203672
Depósitos de color negro producidos por frotamiento
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El frotamiento también puede producir depósitos de color negro. El color de los depósitos, si están
presentes, depende del metal que produce el frotamiento y de las condiciones en que se produjo el
daño por frotamiento. En el lado izquierdo de esta figura, se observa el daño por frotamiento con un
depósito de color negro en una perforación de la biela. En el lado derecho de la figura, se observa el
daño en el cojinete debido a pasar el cojinete sobre un área acumulada como consecuencia del
frotamiento.
Importancia del desgaste (de corrosión) por frotamiento
El desgaste (de corrosión) por frotamiento que se observa en las piezas indica que dos superficies
que estaban firmemente sujetas entre sí fueron forzadas a moverse, vibrar u oscilar una contra la
otra a una alta frecuencia. Preste atención a los siguientes factores:
1. ¿Cuál fue la carga que hizo que las superficies se movieran?
2. Si el frotamiento se produjo en una unión empernada:
a. ¿Estaban limpias las superficies de la unión antes de apretarlas?
b. ¿Se obtuvo la tornillería correcta?
c. ¿Alguna de las superficies sujetadas era excesivamente irregular?
d. ¿Se ajustó correctamente la tornillería?
e. ¿Se siguen las instrucciones de lubricación?
f. ¿Qué podría haber sobrecargado la unión en servicio?
g. ¿Existe evidencia de recalentamiento en la unión?
h. En las uniones con tornillería múltiple, ¿se ajustaron correctamente los demás tornillos?
Servicios de consultoría y capacitación sobre análisis de
fallas
La información en esta herramienta está relacionada principalmente con la recopilación de hechos
relativos a fracturas y desgaste que pueden utilizarse durante los análisis de fallas. Se requiere una
capacitación y una experiencia adicional para utilizar los hechos relativos a fracturas y desgaste
para llevar a cabo el análisis de fallas. Existen varias fuentes de capacitación para el análisis de
fallas dentro de la empresa Caterpillar.
Fuentes de capacitación para Análisis Aplicado de Fallas
Centro de respaldo al producto Caterpillar
El equipo de Análisis Aplicado de Fallas de Peoria ofrece dos cursos de capacitación diferentes
sobre análisis de fallas en el Centro de respaldo de servicio al cliente en Building LC en Peoria, IL.
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Los detalles y la disponibilidad de las clases de capacitación sobre análisis de fallas pueden
encontrarse en el Centro de Desempeño del Distribuidor (anteriormente DLMS) en línea o puede
ponerse en contacto con el responsable de la clase llamando al 309-578-6377.
Centros de Capacitación del Centro de Rentabilidad de Marketing de
Caterpillar
La capacitación para el análisis de fallas está disponible en los siguientes centros de capacitación
MPC (Marketing Profit Center, Centro de Rentabilidad de Marketing):
Centro de Aprendizaje de Asia Pacífico, Melbourne, Australia (certificado para AFA 1, 2, 3)
Centro de Aprendizaje de Asia Pacífico, Singapur
Centro de Aprendizaje y Demostración de Málaga, Málaga, España (certificado para AFA 1 y 2)
Centro de Adquisición de Habilidades de Miami, Miami Lakes, FL, EE.UU. (certificado para AFA
1 y 2)
Centros Regionales de Capacitación de Caterpillar
Varios distribuidores de Cat ofrecen capacitación para el análisis de fallas en los Centros
Regionales de Capacitación:
Empire Machinery (certificado para AFA 1 y 2/3)
Finning Ca. (certificado para AFA 1 y 2/3)
Holt TX.
Carolina Tractor & Eq.
Distribuidores Cat
Varios distribuidores de Cat proporcionaron capacitación para el análisis de fallas a su personal.
Comuníquese con el departamento de capacitación de su distribuidor para conocer las opciones
disponibles.
PIP-10434311
2023/05/16
05:22:40-05:00
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© 2023 Caterpillar Inc.
Caterpillar:
Confidencial Amarillo
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