Pruebas por Corrientes Parásitas para Defectos Superficiales y Subsuperficiales

Principio de las Pruebas por Corrientes Parásitas

Inducción Electromagnética

La prueba por corrientes parásitas se basa en la ley de inducción electromagnética de Faraday. Cuando una corriente alterna (CA) fluye a través de una bobina de sonda, genera un campo magnético primario variable en el tiempo alrededor y frente a la bobina. Cuando esta bobina se acerca — típicamente a unos pocos milímetros — de un material de prueba eléctricamente conductor, el campo magnético fluctuante penetra el material e induce corrientes eléctricas circulantes dentro del conductor. Estas corrientes inducidas se denominan corrientes parásitas (también conocidas como corrientes de Foucault, nombradas así por el físico francés Jean Bernard Léon Foucault quien las descubrió en 1851).

La ley de Faraday establece que la fuerza electromotriz inducida (ε) en cualquier circuito cerrado es igual a la tasa negativa de cambio del flujo magnético (ΦB) a través del circuito:

ε = −dΦB/dt

La ley de Lenz dicta la dirección de las corrientes inducidas: las corrientes parásitas fluyen en una dirección tal que crean un campo magnético secundario que se opone al cambio original en el campo magnético primario. Esta oposición es el mecanismo fundamental que permite la detección — el campo secundario perturba el campo primario y cambia la impedancia eléctrica de la bobina de la sonda. El instrumento mide este cambio de impedancia y lo correlaciona con las propiedades del material y los defectos.

Las corrientes parásitas fluyen en bucles cerrados dentro del conductor, típicamente en planos perpendiculares a la dirección del flujo magnético. Su distribución no es uniforme — son más fuertes en la superficie más cercana a la sonda y disminuyen rápidamente con la profundidad. Su magnitud depende de la conductividad del material (qué tan fácilmente pueden moverse los electrones), la permeabilidad magnética (la capacidad del material para soportar la formación de campo magnético), la frecuencia de prueba y la distancia sonda-pieza (lift-off).

Teoría del Cambio de Impedancia

La bobina de la sonda se caracteriza por su impedancia compleja Z₀ en el aire (lejos de cualquier material conductor):

Z₀ = R₀ + jX₀ = R₀ + j·2πf·L₀

Donde R₀ es el componente resistivo que representa la disipación de potencia en los devanados de la bobina, X₀ es el componente reactivo (inductivo) proporcional a la frecuencia f y la inductancia L₀ de la bobina, y j es la unidad imaginaria.

Cuando la bobina se acerca a un material de prueba conductor, ocurren dos cambios simultáneos:

• La resistencia aumenta (R↑): Las corrientes parásitas inducidas en el material de prueba disipan energía mediante calentamiento Joule (pérdidas I²R), que aparece como una carga resistiva adicional en la bobina. El instrumento mide un aumento en la resistencia efectiva.

• La reactancia inductiva disminuye (X↓): El campo magnético secundario de las corrientes parásitas se opone al campo primario, reduciendo el flujo magnético neto que enlaza la bobina. Esto reduce la inductancia efectiva y, por lo tanto, la reactancia inductiva.

La nueva impedancia Zc = Rc + jXc se mide en relación con el punto de aire. Este cambio de impedancia se visualiza en el plano de impedancia normalizado, una herramienta de visualización fundamental en la instrumentación de corrientes parásitas. Los valores normalizados se calculan como:

Rcn = (Rc − R₀) / X₀

Xcn = Xc / X₀

En el punto de aire (sin pieza de prueba presente): Rcn = 0 y Xcn = 1. Cuando un material conductor se acerca, el punto de impedancia se mueve a lo largo de curvas de operación características que son función de las propiedades del material (conductividad, permeabilidad, lift-off, espesor y presencia de defectos). La separación angular entre diferentes variables (lift-off versus conductividad versus grietas) en el plano de impedancia permite la discriminación por fase — la rotación electrónica de la pantalla para maximizar la señal de la variable de interés mientras se suprimen las señales interferentes.

El diagrama de plano de impedancia normalizado es una herramienta analítica crítica. Para materiales no ferromagnéticos (μr = 1), las curvas de impedancia forman una familia de arcos semicirculares donde el aumento de conductividad mueve el punto en sentido horario a lo largo de la curva. El lift-off produce una curva distintiva que mueve el punto de impedancia hacia el punto de aire siguiendo una trayectoria que difiere angularmente de la trayectoria de conductividad. Esta separación angular — típicamente de 30° a 60° para la mayoría de los materiales — permite al instrumento separar los efectos de lift-off de las indicaciones de conductividad o grietas mediante rotación de fase electrónica.

Efecto de Profundidad de Penetración (Skin Depth)

Uno de los principios físicos más críticos que rigen las pruebas por corrientes parásitas es el efecto pelicular (skin effect) — la tendencia de las corrientes alternas a concentrarse cerca de la superficie de un conductor. Las corrientes parásitas son más fuertes en la superficie y disminuyen exponencialmente con la profundidad dentro del material. La profundidad de penetración estándar (δ) se define como la profundidad a la cual la densidad de corriente parásita cae aproximadamente al 37% (1/e) de su valor en la superficie.

La fórmula general para la profundidad de penetración estándar es:

δ = 1 / √(π·f·μ₀·μr·σ)

La fórmula práctica simplificada comúnmente utilizada en END (con δ en mm, σ en mS/m, f en Hz):

δ = 503 / √(μr·σ·f)

Donde δ es la profundidad de penetración estándar (mm), f es la frecuencia de prueba (Hz), μ₀ es la constante magnética (4π × 10⁻⁷ H/m), μr es la permeabilidad magnética relativa (1 para materiales no ferromagnéticos), y σ es la conductividad eléctrica (mS/m).

Valores prácticos de profundidad de penetración para materiales de ingeniería comunes:

Implicaciones prácticas clave de la profundidad de penetración:

• A profundidad 2δ: densidad de corriente parásita ≈ 14% del valor superficial — considerado el límite práctico de detección
• A profundidad 4δ: densidad de corriente parásita ≈ 2% del valor superficial — esencialmente indetectable
• Un defecto debe tener una longitud de al menos aproximadamente 1δ en la dirección del flujo de corrientes parásitas para ser detectable de forma fiable
• Menor frecuencia = mayor penetración pero sensibilidad reducida a pequeños defectos superficiales
• Mayor frecuencia = penetración más superficial pero máxima sensibilidad a pequeños defectos superficiales
• Efecto de conductividad: los materiales de mayor conductividad (cobre, aluminio) producen corrientes parásitas más fuertes pero también tienen una profundidad de penetración más superficial a una frecuencia dada
• Efecto de permeabilidad: los materiales ferromagnéticos (acero al carbono, hierro) tienen una profundidad de penetración extremadamente superficial debido a valores de μr de 100–1000+, requiriendo saturación magnética o frecuencias más altas para cualquier penetración útil

Tipos de Sondas

Sondas Absolutas

Las sondas absolutas utilizan una sola bobina que sirve tanto como excitador (generando el campo magnético primario) como receptor (detectando cambios de impedancia). La bobina se coloca en contacto con o adyacente a la pieza de prueba, y su impedancia se compara continuamente con un valor de referencia (ya sea almacenado en el instrumento o medido en aire).

Ventajas: La construcción simple y el bajo costo hacen de las sondas absolutas la opción más económica. Pueden medir propiedades absolutas del material incluyendo conductividad, permeabilidad y dureza — permitiendo la caracterización cuantitativa de materiales. Son sensibles tanto a cambios graduales como abruptos, lo que las hace útiles para clasificación por conductividad y medición de espesor de recubrimiento. Las variantes blindadas (con concentradores de anillo de ferrita) proporcionan una mejor capacidad de detección de bordes y grietas.

Desventajas: Las sondas absolutas son sensibles a las variaciones de lift-off (cambios en la distancia sonda-pieza), que pueden producir grandes señales que interfieren con la detección de defectos. No tienen cancelación automática de señales de variación lenta — la deriva térmica y los cambios graduales de conductividad causan desplazamiento de la línea base. Las sondas absolutas no blindadas exhiben grandes efectos de borde cerca de los límites de la pieza. El ruido de escaneo puede enmascarar pequeñas indicaciones de defectos.

Configuraciones típicas: Sondas de lápiz superficial con diámetro de bobina de 1.5–5 mm para inspección localizada, bobinas envolventes que rodean piezas cilíndricas (barras, tubos, alambres), y sondas absolutas blindadas con construcción de anillo de ferrita que concentran y enfocan el campo magnético para una mejor resolución espacial.

Sondas Diferenciales

Las sondas diferenciales consisten en dos bobinas idénticas devanadas lado a lado o coaxialmente (a menudo en configuración de figura 8 o D espalda con espalda) y conectadas en serie con direcciones de devanado opuestas. Las dos bobinas se colocan adyacentes entre sí sobre la superficie de prueba. Las señales que afectan a ambas bobinas por igual — como lift-off uniforme, cambios lentos de conductividad o deriva térmica — se cancelan porque las bobinas devanadas en direcciones opuestas producen señales opuestas que suman cero. Solo las diferencias entre las respuestas de las dos bobinas producen una señal neta.

Ventajas: Excelente compensación de lift-off ya que las señales de lift-off afectan a ambas bobinas por igual y se cancelan. Insensible a variaciones lentas de conductividad o permeabilidad a través de la pieza, lo que las hace estables durante el escaneo. Producen una doble indicación característica para defectos localizados — la señal se desvía primero en una dirección, luego en la dirección opuesta a medida que las dos bobinas pasan sobre el defecto — lo que proporciona una firma reconocible que es más fácil de identificar que la respuesta de un solo lóbulo de las sondas absolutas. La alta sensibilidad a discontinuidades localizadas cortas las hace la opción preferida para inspección de agujeros de sujetadores y detección de pequeñas grietas.

Desventajas: Las sondas diferenciales no pueden detectar cambios graduales largos como conductividad que varía lentamente, cambios de espesor o grietas largas — ambas bobinas ven la misma condición simultáneamente y las señales se cancelan. Los defectos más largos que la separación entre bobinas pueden producir señales débiles o nulas. La dirección de escaneo importa significativamente — los mejores resultados se logran cuando se escanea perpendicular a la orientación esperada del defecto. No pueden medir propiedades absolutas (conductividad, espesor de recubrimiento) directamente. Las grietas paralelas a la dirección de escaneo pueden pasarse por alto si la grieta abarca ambas posiciones de la bobina simultáneamente, produciendo cancelación de señal justo cuando el operador espera la respuesta más fuerte. Esta sensibilidad a la orientación requiere patrones de escaneo cuidadosos o el uso de sondas con diferentes pares de orientación.

Aplicaciones: Inspección rotatoria de agujeros de pernos (el método estándar para detección de grietas en agujeros de sujetadores en aeronaves), detección de grietas superficiales en áreas pequeñas, inspección de soldaduras y zonas afectadas por el calor, y cualquier aplicación donde el lift-off varíe significativamente en la superficie de la pieza.

Sondas de Reflexión (Transmisión-Recepción)

Las sondas de reflexión utilizan bobinas separadas de excitación (transmisión) y recepción (captación), electromagneticamente desacopladas entre sí. La bobina excitadora genera el campo magnético primario que induce corrientes parásitas en el material de prueba. La bobina receptora detecta el campo magnético secundario producido por esas corrientes parásitas. Debido a que el excitador y el receptor son bobinas separadas, pueden optimizarse independientemente para sus funciones específicas. La bobina excitadora puede operarse a mayor potencia sin afectar la estabilidad del receptor, y el receptor puede diseñarse con mayor ganancia.

Configuraciones: Reflexión-absoluta (un excitador + un receptor), reflexión-diferencial (un excitador + dos receptores diferenciales para rechazo de modo común con los beneficios de relación señal-ruido del diseño de reflexión), y sondas deslizantes (par excitador/receptor con separación espacial específica optimizada para detectar defectos en orientaciones y profundidades específicas).

Ventajas: Mayor ganancia y rango de frecuencia más amplio que las sondas de tipo puente (absolutas/diferenciales). Mejor relación señal-ruido porque el excitador y el receptor están separados electromagneticamente y pueden optimizarse individualmente. Menor deriva eléctrica en el tiempo en comparación con los circuitos de puente de autoinductancia. La bobina excitadora puede impulsarse a mayor potencia sin afectar la estabilidad del receptor. Excelente para aplicaciones de baja frecuencia y penetración profunda donde la intensidad de la señal es baja y el rechazo de ruido es crítico.

Desventajas: Más complejas de fabricar, resultando en un costo más alto en comparación con sondas absolutas o diferenciales de tamaño similar. Mayor tamaño de sonda debido a las bobinas separadas de excitación y recepción y al blindaje electromagnético requerido entre ellas. Requiere blindaje electromagnético cuidadoso para evitar el acoplamiento directo entre excitador y receptor (de lo contrario, el receptor detecta el campo primario en lugar del campo secundario inducido por corrientes parásitas, reduciendo drásticamente la sensibilidad). La adaptación de impedancia entre los circuitos del excitador y receptor es más crítica que con los diseños de bobina única.

Aplicaciones: Sondas deslizantes para detección de grietas en segunda capa en estructuras de aeronaves — una aplicación crítica donde las grietas en la capa estructural subyacente deben detectarse a través de la primera capa intacta y la capa de pintura. Penetración profunda de baja frecuencia a través de múltiples capas en juntas traslapadas y dobladores aeroespaciales. Sondas de rueda para inspección del radio del asiento del talón en ruedas de aeronaves. Sondas anulares (configuración de reflexión) para detección de grietas subsuperficiales alrededor de sujetadores instalados a frecuencias de 100–400 Hz.

Sondas de Arreglo (Arreglo de Corrientes Parásitas — ECA)

Las sondas de Arreglo de Corrientes Parásitas (ECA) contienen múltiples bobinas individuales — típicamente de 16 a 64 o más — dispuestas en un solo alojamiento de sonda en un patrón lineal, matricial o conformable. Las bobinas están multiplexadas, lo que significa que se activan y desactivan en una secuencia rápida específica para eliminar la inductancia mutua (diafonía) entre bobinas adyacentes mientras se maximiza la cobertura espacial. Cada elemento de bobina individual puede ser de configuración absoluta o diferencial, y múltiples bobinas pueden operar a diferentes frecuencias simultáneamente.

Ventajas: Mejora dramática de velocidad — una sola pasada de una sonda de arreglo cubre un área que requeriría cientos o miles de posiciones individuales de sonda puntual, eliminando la necesidad de un escaneo de rastreo que consume tiempo. Imágenes C-scan en tiempo real con datos de posición codificados proporcionan mapas visuales de la ubicación, tamaño y orientación del defecto — los datos pueden postprocesarse con filtros, análisis de correlación y algoritmos de reconocimiento automatizado de defectos. Mayor probabilidad de detección (POD) porque la cobertura sistemática depende menos del operador que el escaneo manual con sonda puntual. Las sondas de arreglo pueden diseñarse flexibles o conformables para adaptarse a geometrías complejas, incluyendo tuberías, boquillas, superficies curvas de aeronaves y placas de tubos. La operación multifrecuencia es posible, con diferentes grupos de bobinas operando a diferentes frecuencias para inspeccionar simultáneamente múltiples profundidades o condiciones del material.

Desventajas: Mayor costo inicial de equipo — la instrumentación y las sondas ECA son significativamente más caras que el equipo ET convencional de un solo canal. Requiere capacitación adicional del operador para la configuración de adquisición de datos, configuración de la sonda e interpretación de datos. Mayor tiempo de configuración en comparación con la ET convencional debido a la necesidad de configurar la sonda para la geometría de aplicación específica. Interpretación de datos más compleja — el operador debe analizar imágenes C-scan en lugar de señales simples de plano de impedancia, requiriendo habilidades diferentes. Sonda más voluminosa que requiere fijación y posiblemente manipulación robótica para un escaneo consistente.

Aplicaciones: Mapeo de corrosión con imágenes C-scan sobre grandes áreas superficiales, inspección de soldaduras en tuberías y recipientes a presión, inspección de piel de aeronaves y juntas traslapadas para corrosión y agrietamiento, inspección de tubos de intercambiadores de calor con sondas ECA de bobina o arreglo, y detección de defectos superficiales en grandes áreas en entornos de líneas de producción.

Detección de Grietas con Pruebas por Corrientes Parásitas

Sensibilidad a Grietas Superficiales y Subsuperficiales

La prueba por corrientes parásitas es altamente sensible a grietas que rompen la superficie y grietas subsuperficiales en materiales conductores. En condiciones favorables — selección de frecuencia adecuada, buena condición superficial y elección optimizada de sonda — se pueden detectar de forma fiable grietas superficiales tan pequeñas como 0.5 mm de largo × 0.1–0.2 mm de profundidad. Esta sensibilidad rivaliza o supera a la de las pruebas de líquidos penetrantes, sin requerir manipulación química, preparación de superficie (más allá de la eliminación de contaminantes pesados) ni limpieza posterior a la inspección.

Cómo las grietas afectan las corrientes parásitas: Cuando las corrientes parásitas circulantes encuentran una grieta, se ven forzadas a fluir alrededor y por debajo de ella. Esto aumenta la longitud efectiva del camino de corriente, creando una región de densidad de corriente reducida sobre la grieta y una densidad de corriente aumentada en los extremos de la grieta. La perturbación del campo de corrientes parásitas cambia tanto la amplitud (magnitud) como la fase (posición angular en el plano de impedancia) de la señal detectada. En pantallas diferenciales, las grietas típicamente producen un patrón característico en forma de 8 a medida que las dos bobinas pasan sobre la discontinuidad — una firma que los operadores experimentados reconocen inmediatamente.

Capacidades de detección por profundidad relativa a la profundidad de penetración:

• Grietas superficiales (profundidad < δ): Excelente detección — la mayor sensibilidad está en la superficie donde la densidad de corriente parásita es máxima. Las grietas por fatiga que rompen la superficie son el tipo de defecto más común y detectable de forma más fiable.
• Grietas subsuperficiales (δ < profundidad < 2δ): Detección de buena a moderada — la sensibilidad disminuye con la profundidad pero sigue siendo aceptable si se selecciona la frecuencia correcta (profundidad de penetración aproximadamente igual a la profundidad de la grieta).
• Grietas subsuperficiales profundas (profundidad > 2δ): Detección deficiente — la densidad de corriente parásita cae por debajo del 14% del valor superficial. La detección requiere frecuencias impracticablemente bajas con sensibilidad reducida correspondientemente y tamaños de sonda mayores.

Efectos de Orientación

La detección de grietas por corrientes parásitas es altamente dependiente de la orientación — la detectabilidad de una grieta depende críticamente del ángulo entre la orientación de la grieta y la dirección del flujo de corrientes parásitas en el material. Esta es una restricción física fundamental que debe entenderse para una inspección exitosa:

• Máxima sensibilidad: Las corrientes parásitas que fluyen perpendiculares a la grieta producen la señal más fuerte porque el camino de corriente se interrumpe más severamente — la grieta actúa como una barrera que las corrientes deben rodear.
• Mínima sensibilidad: Las corrientes parásitas que fluyen paralelas a la grieta producen una señal mínima o nula porque las corrientes pueden fluir a lo largo de la línea de la grieta con una interrupción mínima — esencialmente la grieta es invisible en esta orientación.
• Regla general: La sonda debe escanearse de modo que el flujo de corriente parásita inducido sea ortogonal (a 90°) a la orientación esperada de la grieta para máxima probabilidad de detección.

Selección de sonda para gestión de orientación:

• Sondas de lápiz: Producen un patrón de corrientes parásitas radial que es sensible a grietas en cualquier orientación — no es necesario alinear la sonda con la dirección esperada de la grieta. Esto hace que las sondas de lápiz sean la opción estándar para la detección general de grietas superficiales.
• Sondas diferenciales: La mejor sensibilidad es perpendicular al eje del par de bobinas. El operador debe conocer la dirección esperada de la grieta y alinear el escaneo en consecuencia.
• Sondas deslizantes/de reflexión: Sensibilidad direccional basada en la geometría espacial excitador-receptor — los diseños de sonda específicos se optimizan para orientaciones de grieta específicas.
• Escáneres rotatorios: Proporcionan cobertura de escaneo de 360°, asegurando que todas las orientaciones de grieta se detecten independientemente de la dirección de la corriente parásita. Estándar para inspección de agujeros de pernos donde la orientación de la grieta es desconocida.

Selección de Frecuencia para Detección de Grietas

La selección de frecuencia en aplicaciones de detección de grietas representa un compromiso entre la profundidad de penetración y la sensibilidad de detección:

La frecuencia de prueba óptima se elige típicamente para que la profundidad de penetración estándar δ sea aproximadamente 1–2 veces la profundidad del defecto esperado. A esta frecuencia, la densidad de corriente parásita a la profundidad del defecto está entre el 37% y el 14% del valor superficial — suficiente para una detección fiable manteniendo una buena resolución espacial. Las técnicas multifrecuencia utilizan dos o más frecuencias simultáneas para caracterizar defectos a diferentes profundidades en una sola pasada, con canales separados para indicaciones superficiales, de profundidad media y profundas. Los instrumentos modernos pueden superponer múltiples pantallas de frecuencia o usar mezcla de frecuencias para suprimir variables específicas (por ejemplo, suprimir el lift-off mientras mejoran la respuesta de grietas).

Conductividad y Clasificación de Materiales

Cómo Mide la ET la Conductividad

Los instrumentos de corrientes parásitas miden la fase y magnitud de la impedancia de la bobina, que se correlaciona directamente con la conductividad eléctrica del material de prueba. Para materiales no ferromagnéticos (donde μr = 1), el cambio de impedancia es función de la conductividad solamente a una frecuencia y lift-off fijos — ninguna otra variable cambia la señal de la misma manera. Esto hace que la medición de conductividad por corrientes parásitas sea uno de los métodos de caracterización de materiales por END más fiables y ampliamente utilizados.

Escala de conductividad — %IACS: El Estándar Internacional de Cobre Recocido (IACS) define 100% IACS como la conductividad eléctrica del cobre recocido a 20°C, correspondiente a una resistividad de 1.7241 × 10⁻⁸ Ω·m. Todos los demás materiales se expresan como un porcentaje de este estándar:

Correlación con el Tratamiento Térmico

La conductividad cambia sistemáticamente con el tratamiento térmico debido a la relación entre la microestructura de la aleación y la movilidad de los electrones:

• Tratamiento térmico de solución y temple: Los elementos de aleación se fuerzan a entrar en solución sólida dentro de la matriz de aluminio, distorsionando la red cristalina. Esta distorsión de la red dispersa los electrones de conducción, reduciendo la movilidad de los electrones y disminuyendo la conductividad.
• Envejecimiento (endurecimiento por precipitación): Los elementos de aleación precipitan fuera de la solución sólida como partículas intermetálicas finas, reduciendo la distorsión de la red. La movilidad de los electrones aumenta y la conductividad aumenta — la magnitud del aumento se correlaciona con la extensión de la precipitación.
• Sobreenvejecimiento: La precipitación continua y el engrosamiento de los precipitados reducen aún más la distorsión de la red, y la conductividad continúa aumentando. La tasa de aumento se ralentiza a medida que progresa el sobreenvejecimiento.
• Recocido: El ablandamiento completo produce la conductividad más alta para la aleación porque la red está más ordenada.

Ejemplo — Conductividad del aluminio 2024 por temple:

Aplicación de detección de daño por calor: Un larguero de ala con una especificación de producción de conductividad de 28% IACS que mide 34% IACS después de un evento térmico (incendio, impacto de escape de motor) indica que el material se ha sobreenvejecido y ha perdido sus propiedades mecánicas diseñadas. El componente debe evaluarse para reemplazo según SAE AMS 2658 y los requisitos del manual de mantenimiento del fabricante. Esta es una de las aplicaciones más críticas de las pruebas de conductividad en el mantenimiento aeroespacial.

Clasificación de Aleaciones

La prueba de conductividad por corrientes parásitas permite la identificación y clasificación rápida y no destructiva de aleaciones:

• Distingue entre diferentes composiciones de aleaciones donde los rangos de conductividad no se superponen (por ejemplo, 2024-T3 al 30% IACS versus 7075-T6 al 32% IACS versus 6061-T6 al 43% IACS)
• Verifica que el material entregado coincida con la aleación y temple especificados — crítico para la inspección de recepción en fabricación
• Detecta lotes mezclados en producción donde partes de diferentes aleaciones se han combinado involuntariamente
• Identifica aleaciones de aluminio revestido versus no revestido (las capas de revestimiento tienen diferente conductividad que la aleación del núcleo)
• Detecta daño por calor en componentes expuestos a eventos térmicos más allá de sus límites de diseño

Limitaciones: Los rangos de conductividad de algunas aleaciones se superponen significativamente, haciendo imposible la identificación al 100% sin métodos complementarios. Por ejemplo, 2024-T6 (~38% IACS) y 7075-T73 (~38% IACS) se superponen — se deben usar pruebas de dureza o análisis químico para una identificación definitiva. El efecto de temperatura es crítico: la conductividad del aluminio cambia aproximadamente 1% IACS por cada 20°F (11°C) de cambio. Todos los estándares de conductividad y piezas de prueba deben estar a la misma temperatura para lecturas precisas. ASTM E1004 y SAE AMS 2658 especifican procedimientos de compensación de temperatura.

Medición de Espesor de Recubrimiento

Recubrimientos No Conductores (Método de Lift-Off)

Los recubrimientos no conductores — incluyendo pintura, anodizado, imprimación, recubrimiento en polvo y recubrimientos cerámicos — actúan como un espaciador entre la sonda y el sustrato conductor. La medición por corrientes parásitas del espesor de recubrimientos no conductores es fundamentalmente una medición de lift-off controlado: a medida que aumenta el espesor del recubrimiento no conductor, aumenta la distancia sonda-metal, reduciendo la densidad de corriente parásita inducida en el sustrato y cambiando la impedancia de la sonda.

Principio de medición: La sonda se coloca sobre la superficie recubierta. El espesor del recubrimiento determina la distancia entre la bobina de la sonda y el sustrato metálico conductor. El cambio de impedancia causado por este lift-off se mide y se compara con estándares de calibración de espesor conocido. Dos métodos de medición de señal están estandarizados:

• Método sensible a la amplitud (ISO 2360): Mide el cambio en la amplitud de la señal causado por el lift-off. Instrumentación más simple pero más afectada por variaciones en la conductividad y geometría del sustrato.
• Método sensible a la fase (ISO 21968): Mide la rotación de fase de la señal en el plano de impedancia. Más preciso y menos afectado por variaciones en la conductividad del sustrato — el método preferido para medición de precisión del espesor de recubrimiento.

Procedimiento del método: El instrumento se calibra utilizando dos o más estándares de referencia de espesor de recubrimiento conocido colocados sobre un sustrato del mismo material y conductividad que la pieza de prueba. La sonda se coloca sobre cada estándar, y el instrumento se ajusta para leer el espesor correcto. Después de la calibración, la sonda se coloca sobre el recubrimiento desconocido y el espesor se lee directamente en la pantalla del instrumento.

Normas: ASTM E376 (Práctica Estándar para Medir el Espesor de Recubrimiento por Métodos de Campo Magnético o Corrientes Parásitas), ISO 2360, ISO 21968 y ASTM B244 (Método de Prueba Estándar para la Medición del Espesor de Recubrimientos Anódicos sobre Aluminio y de Otros Recubrimientos No Conductores sobre Metales Base No Magnéticos con Instrumentos de Corrientes Parásitas).

Precisión típica: ±10% del espesor del recubrimiento o ±2.5 μm (lo que sea mayor) en condiciones ideales con calibración adecuada. La precisión se degrada en superficies curvas, recubrimientos rugosos y sustratos delgados.

Recubrimientos Conductores

Para recubrimientos conductores sobre sustratos conductores — como zinc sobre acero, revestimiento de cobre sobre aluminio o niquelado sobre acero — se explota la diferencia de conductividad entre el recubrimiento y el sustrato. A altas frecuencias de prueba, las corrientes parásitas se concentran en la región cercana a la superficie (efecto pelicular). Seleccionando una frecuencia donde la profundidad de penetración sea menor o aproximadamente igual al espesor del recubrimiento, el instrumento mide efectivamente la conductividad de la capa de recubrimiento. A medida que cambia el espesor del recubrimiento, la impedancia efectiva medida cambia proporcionalmente.

Principio: El instrumento opera a una frecuencia donde la profundidad de penetración está adaptada al rango esperado de espesor del recubrimiento. El recubrimiento y el sustrato deben tener conductividades eléctricas suficientemente diferentes (típicamente una relación de al menos 2:1) para que el instrumento pueda discriminar entre cambios en el espesor del recubrimiento versus cambios en el sustrato subyacente.

Desafíos: Las conductividades del recubrimiento y del sustrato deben conocerse y deben ser significativamente diferentes. La frecuencia debe seleccionarse cuidadosamente para limitar la penetración electromagnética aproximadamente al espesor del recubrimiento. La conductividad del recubrimiento puede variar dependiendo del proceso de deposición (parámetros de electrodeposición, condiciones de rociado térmico, método de revestimiento), requiriendo estándares de calibración específicos del proceso. Los recubrimientos multicapa (por ejemplo, zinc + pintura sobre acero) requieren métodos multifrecuencia o mediciones secuenciales.

Efecto de Lift-Off y Compensación

El efecto de lift-off — el cambio de señal causado por la variación de la distancia entre la bobina de la sonda y la superficie de la pieza de prueba — es una de las señales más fuertes en las pruebas por corrientes parásitas. Si bien puede ser una molestia para la detección de grietas, se utiliza intencionalmente para la medición de espesor de recubrimiento.

Características en el plano de impedancia: El lift-off produce una curva de lift-off característica que difiere en dirección de las trayectorias de señal de grietas o conductividad. Para materiales no ferromagnéticos, la curva de lift-off mueve el punto de impedancia desde el punto del material hacia el punto de aire (Rcn = 0, Xcn = 1) a lo largo de una trayectoria que está desplazada aproximadamente 30°–60° de la trayectoria de conductividad. Esta separación angular es la base para la discriminación por fase — el instrumento puede rotarse electrónicamente para suprimir la dirección de lift-off mientras amplifica las señales perpendiculares a ella (grietas, cambios de conductividad).

Técnicas de compensación de lift-off:

• Sondas diferenciales: Dos bobinas devanadas en direcciones opuestas cancelan la señal de lift-off en modo común (la compensación más efectiva y simple)
• Rotación de fase: Rotación electrónica del plano de impedancia para alinear las señales de grietas o conductividad perpendicularmente a la dirección de lift-off
• Punto de intersección de lift-off (LOI): En pruebas de corrientes parásitas pulsadas, un punto temporal específico donde la señal es independiente del lift-off — permitiendo la medición de espesor sin interferencia de lift-off
• Métodos multifrecuencia: Usando dos o más frecuencias para resolver simultáneamente variables de lift-off y propiedades del material
• Algoritmos iterativos: Los instrumentos digitales modernos modelan el plano de impedancia matemáticamente y restan el componente de lift-off basándose en su trayectoria conocida

Aplicaciones en Puentes de Acero

Desafíos de los Materiales Ferromagnéticos

La inspección de puentes de acero con pruebas por corrientes parásitas convencionales presenta desafíos significativos debido a la naturaleza ferromagnética del acero estructural:

Efectos de permeabilidad: El acero ferromagnético tiene una permeabilidad magnética relativa μr típicamente en el rango de 100–1000, en comparación con μr = 1 para materiales no ferromagnéticos (aluminio, acero inoxidable, titanio, cobre, latón). Dado que la profundidad de penetración δ = 503/√(μr·σ·f), los altos valores de μr producen una penetración extremadamente superficial — a 100 kHz, la profundidad de penetración en acero al carbono es de aproximadamente 0.05 mm en comparación con 0.9 mm en aluminio a la misma frecuencia. Las corrientes parásitas se limitan a la capa superficial inmediata del acero. Las variaciones de permeabilidad dentro del acero — causadas por diferencias de tratamiento térmico, trabajo en frío, tensión residual y variaciones microestructurales locales — producen ruido de señal que puede enmascarar fácilmente las indicaciones de defectos. Estas variaciones pueden ser mayores que las señales de pequeñas grietas, haciendo que la detección no sea fiable sin compensación.

Saturación magnética: Para superar la interferencia de permeabilidad, se aplica saturación magnética. Se incorpora un imán permanente de alta resistencia o una bobina electromagnética en la sonda para aplicar un fuerte campo magnético de CC al área de prueba. Cuando el acero está magnéticamente saturado (B = Bsat, la densidad de flujo de saturación), la permeabilidad magnética relativa incremental se aproxima a μr ≈ 1, eliminando las variaciones de permeabilidad que enmascaran las señales de defectos. La profundidad de penetración de corrientes parásitas aumenta al valor no ferromagnético para la misma frecuencia. Este enfoque está estandarizado en ASTM E309 — Práctica Estándar para el Examen por Corrientes Parásitas de Productos Tubulares de Acero Usando Saturación Magnética.

Guía de la FHWA sobre ECT en puentes de acero: La Administración Federal de Carreteras (FHWA) establece que las pruebas por corrientes parásitas solo pueden detectar grietas que rompen la superficie en miembros de puentes de acero. Las propiedades magnéticas del acero limitan significativamente la profundidad de penetración, por lo que los defectos subsuperficiales generalmente no son detectables. Los recubrimientos sobre el acero causan lift-off, disminuyendo aún más la intensidad de la señal. Los métodos de corrientes parásitas pulsadas (PEC) se recomiendan cada vez más para aplicaciones en puentes de acero porque ofrecen mejor tolerancia al lift-off, mayor penetración a través de recubrimientos y la capacidad de detectar corrosión bajo aislamiento y pintura.

Técnicas Efectivas para la Inspección de Puentes de Acero

Para la inspección de puentes de acero, los siguientes enfoques de ET son los más efectivos:

Arreglo de Corrientes Parásitas (ECA): Ampliamente adoptado para detectar grietas superficiales en miembros de puentes de acero. La configuración de arreglo proporciona cobertura de grandes áreas con bobinas multiplexadas que operan a frecuencias seleccionadas para maximizar la sensibilidad superficial. La ECA es efectiva para la inspección de soldaduras en componentes de puentes donde la geometría del cordón de soldadura requiere diseños de sonda conformables. La detección de corrosión en superficies de acero recubiertas es posible con la selección de frecuencia adecuada (típicamente 100 kHz–500 kHz para picaduras de corrosión superficial).

Corrientes Parásitas Pulsadas (PEC): Una tecnología emergente para la detección de corrosión a través de recubrimientos en puentes de acero. La PEC utiliza un pulso de espectro amplio (en lugar de una onda sinusoidal de frecuencia única) que contiene energía en todas las frecuencias simultáneamente. La respuesta en el dominio del tiempo se analiza para separar las señales de lift-off (tiempo temprano) de las de pérdida de material (tiempo tardío). La PEC es particularmente efectiva para detectar corrosión bajo pintura y corrosión bajo aislamiento (CUI) en componentes de puentes de acero, donde la ET convencional de frecuencia única no puede penetrar a través de recubrimientos gruesos.

ECT con Saturación Magnética: Para la detección de grietas más profundas en miembros de acero, se utilizan sondas que incorporan imanes permanentes de alta resistencia (neodimio-hierro-boro, que producen densidades de flujo de 0.5–1.5 Tesla) o electroimanes de CC. El campo de saturación elimina las variaciones de permeabilidad y permite una profundidad de penetración que se aproxima a la de los materiales no ferromagnéticos a la misma frecuencia.

Aplicaciones en Estructuras de Aluminio

Alta Conductividad y Aplicaciones Aeroespaciales

Las aleaciones de aluminio son candidatas ideales para las pruebas por corrientes parásitas debido a sus propiedades electromagnéticas favorables:

• Alta conductividad (25–60% IACS dependiendo de la aleación y el temple) produce señales de corrientes parásitas fuertes y fácilmente detectables
• No ferromagnético (μr = 1) significa ausencia de ruido de permeabilidad, comportamiento predecible y el rango completo de control de profundidad basado en frecuencia
• Penetración profunda en relación con el acero a la misma frecuencia — profundidad de penetración típica de 0.3–1.0 mm a frecuencias de prueba comunes, suficiente para detectar las grietas superficiales por fatiga que se inician en agujeros de sujetadores y concentradores de tensión superficial

Por qué se prefiere la ET para la inspección aeroespacial de aluminio:

• No requiere acoplante — a diferencia de los ensayos ultrasónicos, la ET es un método seco que no requiere gel, agua ni grasa
• Puede inspeccionar a través de recubrimientos de pintura delgados — la pintura de aeronave no conductora (típicamente 0.05–0.15 mm) no necesita removerse, ahorrando horas de preparación en cada aeronave
• Alta sensibilidad a pequeñas grietas por fatiga — detecta de forma fiable grietas de 0.5 mm de largo × 0.1 mm de profundidad, el rango de tamaño crítico para la integridad estructural de aeronaves
• Equipo portátil y a batería — esencial para operaciones de mantenimiento en campo y en línea de vuelo
• Escaneo rápido con sondas de arreglo — las superficies de piel de aeronave pueden inspeccionarse a velocidades 3–10 veces más rápidas que los métodos de sonda puntual

Aplicaciones Específicas de Inspección de Aeronaves

Capacidad de inspección multicapa: Las pruebas por corrientes parásitas pueden detectar defectos a través de hasta 14 capas de aluminio sin interferencia de interfaces planas entre capas. Esto es particularmente importante para juntas traslapadas de aeronaves donde las grietas pueden iniciarse en capas internas y propagarse sin ser detectadas hasta que rompen la superficie. Los instrumentos multifrecuencia pueden inspeccionar dos capas simultáneamente — por ejemplo, la piel exterior a 400 Hz y el larguero o cordón subyacente a 100 Hz — con pantallas separadas para cada zona de profundidad. La capacidad de separar señales de diferentes capas se logra mediante la separación de fase que ocurre a diferentes frecuencias porque las corrientes parásitas en cada frecuencia tienen diferentes profundidades de penetración y relaciones de fase relativas a la superficie.

Estándares de referencia para aeronaves: El Manual Técnico de la Fuerza Aérea de EE. UU. TO 33B-1-1 / NAVAIR 01-1A-16-1 / TM 1-1500-335-23 (Capítulo 4: Método de Inspección por Corrientes Parásitas) es el manual de ET de aviación militar definitivo. La calibración se realiza utilizando estándares de referencia con muescas de electroerosión (EDM), cortes de sierra o ranuras mecanizadas de dimensiones conocidas. Los estándares de referencia de conductividad son trazables al NIST para una medición precisa de conductividad absoluta.

Ventajas de las Pruebas por Corrientes Parásitas

La prueba por corrientes parásitas ofrece una combinación única de ventajas que la convierten en un método de END indispensable para materiales conductores:

No se requiere preparación de superficie: Esta es una de las ventajas prácticas más significativas de la ET. Se necesita una limpieza previa mínima o nula — el método puede inspeccionar a través de pintura delgada, anodizado, imprimación y otros recubrimientos no conductores de hasta aproximadamente 0.5 mm de espesor sin eliminar el recubrimiento. No se requiere acoplante — a diferencia de los ensayos ultrasónicos que requieren gel, agua o grasa como medio de acoplamiento, la ET es un método limpio y seco. No se necesitan productos químicos peligrosos — a diferencia de las pruebas de líquidos penetrantes que requieren solventes, reveladores y limpiadores. El decapado y retoque de recubrimientos superficiales normalmente no es necesario, ahorrando horas de mano de obra por inspección.

Alta velocidad de inspección: La ET proporciona resultados instantáneos con retroalimentación en tiempo real mostrada en el plano de impedancia. En aplicaciones de líneas de producción automatizadas (inspección de alambres, barras, tubos), se pueden alcanzar velocidades de hasta 150 m/s. Las sondas de arreglo cubren grandes áreas en una sola pasada — una fila de 20 agujeros de sujetadores puede inspeccionarse con una sonda de arreglo 3–5 veces más rápido que con una sonda puntual. No se requiere una limpieza posterior a la inspección que consuma tiempo ya que no se utilizan productos químicos ni acoplantes.

Portabilidad: Los instrumentos ET modernos son dispositivos livianos, alimentados por batería que pesan 2–5 kg con pantallas LCD a color. Las sondas de mano se conectan mediante cables flexibles, permitiendo el acceso a espacios reducidos y geometrías complejas. El equipo es adecuado para la inspección de aeronaves en servicio, puentes, tuberías y recipientes a presión en entornos de campo. Los instrumentos funcionan durante 4–8 horas con una sola carga de batería.

Capacidad de automatización: La ET puede automatizarse completamente para piezas uniformes como tubos, ruedas, barras y discos de motores aeronáuticos utilizando sondas fijas y sistemas de manipulación de materiales. Los escáneres rotatorios para inspección de agujeros de pernos proporcionan una cobertura consistente de 360° que depende menos del operador. El arreglo de corrientes parásitas proporciona imágenes C-scan con datos de posición codificados para reconocimiento automatizado de defectos e informes. Los sistemas de clasificación automatizados en líneas de producción pueden rechazar piezas no conformes a la velocidad de la línea.

Ventajas adicionales: Sensible a pequeños defectos (grietas de 0.5 mm en condiciones favorables). Método sin contacto — puede inspeccionar a temperaturas elevadas (hasta 500°C con sondas enfriadas por aire) y bajo el agua. Detecta a través de múltiples capas — hasta 14 capas de profundidad en estructuras de aeronaves. Mide múltiples propiedades en un solo instrumento: conductividad, espesor de recubrimiento, clasificación de materiales, verificación de tratamiento térmico. Sin peligro para el operador — sin radiación ionizante, sin altos voltajes en instrumentos portátiles, sin materiales peligrosos. Efectiva en geometrías complejas con formas físicamente intrincadas donde otros métodos de END no pueden acceder.

Limitaciones de las Pruebas por Corrientes Parásitas

Limitación de profundidad de penetración: La restricción más fundamental de la ET es que la densidad de corriente parásita disminuye exponencialmente con la profundidad. A 2δ, solo queda el 14% de la densidad de corriente superficial — el límite práctico de detección. A 4δ, solo queda aproximadamente el 2%. Los defectos subsuperficiales profundos requieren frecuencias impracticablemente bajas que reducen la sensibilidad y aumentan el tamaño de la sonda. La ET no puede inspeccionar estructuras gruesas para detectar defectos internos — deben utilizarse radiografía o ultrasonidos para la detección de defectos enterrados.

Solo materiales conductores: La ET requiere absolutamente un material de prueba eléctricamente conductor. No puede inspeccionar plásticos, cerámicas, vidrio, madera o compuestos de matriz polimérica (a menos que contengan fibras conductoras como polímeros reforzados con carbono). Los recubrimientos no conductores pueden medirse solo mediante el método de lift-off y solo si el sustrato es conductor.

Complejidad de interpretación de señales: Múltiples variables afectan simultáneamente la señal: conductividad, permeabilidad, geometría, lift-off, temperatura, características de la grieta (longitud, profundidad, orientación, ancho de apertura) y proximidad al borde. Se requiere discriminación para separar las indicaciones relevantes de las no relevantes — un proceso que requiere tanto capacitación como experiencia. Los estándares de referencia son esenciales — la ET es un método comparativo (basado en referencia), y los resultados solo son tan buenos como los estándares de referencia utilizados. Se requiere alta habilidad del operador — es necesario conocimiento fundamental de electromagnetismo, ciencia de materiales e instrumentación para obtener resultados fiables. La sensibilidad a la temperatura es significativa: la conductividad cambia aproximadamente 1% IACS por cada 20°F (11°C), lo que puede malinterpretarse como un cambio de aleación o propiedad si no se aplica compensación de temperatura.

Complicaciones con materiales ferromagnéticos: Las variaciones de permeabilidad (μr = 100–1000+) pueden enmascarar señales de defectos, particularmente en aceros al carbono y de baja aleación. Penetración extremadamente superficial — la profundidad de prueba efectiva en acero es a menudo inferior a 0.1 mm sin saturación magnética. La tensión, el tratamiento térmico y el trabajo en frío crean ruido de permeabilidad que es difícil de discriminar de las señales de grietas. Se requiere saturación (saturación magnética) para una penetración más profunda, añadiendo complejidad, peso y costo al equipo. La inspección de soldaduras en acero ferromagnético es especialmente difícil debido al gradiente de permeabilidad a través de la zona afectada por el calor.

Otras limitaciones: Defectos paralelos invisibles — los defectos orientados paralelamente a la dirección del flujo de corrientes parásitas son difíciles o imposibles de detectar. Efectos de borde — las sondas producen señales espurias cerca de los bordes de la pieza, requiriendo rechazo electrónico de bordes o diseños de sonda blindados. Escaneo de grandes áreas — el escaneo manual de grandes superficies con una sonda puntual es tedioso y consume tiempo (mitigado por ECA pero a un costo mayor). No es adecuado para grietas de orientación aleatoria en grandes áreas a menos que se utilicen escaneos automatizados multieje o sondas de arreglo. Contacto y consistencia de la sonda — las variaciones en la velocidad de escaneo y los cambios de presión pueden producir señales de ruido. Sensibilidad al lift-off — incluso pequeños cambios en la distancia sonda-pieza (0.1 mm) crean señales que pueden ser mayores que las indicaciones de pequeñas grietas.

Normas

Normas ASTM

Normas ISO

Otras Normas Relevantes

ASME Sección V, Artículo 8: Examen por Corrientes Parásitas para calderas y recipientes a presión — especifica procedimientos, calibración y criterios de aceptación para la inspección de componentes de presión.

SAE AMS 2658: Dureza y Conductividad de Piezas de Aleación de Aluminio Forjado — define rangos de conductividad aceptables para aleaciones de aluminio aeroespaciales comunes en varios temples.

MIL-STD-1537: Pruebas de Conductividad Eléctrica para el Tratamiento Térmico de Aleaciones de Aluminio — establece requisitos de prueba de conductividad para la verificación de tratamiento térmico en aplicaciones aeroespaciales militares.

NAS 410 (SAE): Certificación y Cualificación de Personal de END — especifica los requisitos de capacitación, experiencia y examen para el personal de END, incluyendo pruebas por corrientes parásitas (certificación Nivel I, II y III). Equivalente a EN 4179 en Europa.

ISO 9712: Cualificación y Certificación de Personal de END — norma internacional para la certificación de personal de END, incluyendo requisitos específicos para pruebas por corrientes parásitas.

Referencias de Aviación

Si bien la OACI no publica normas detalladas de ET, la ET en aviación se rige a través de un sistema integral de requisitos del fabricante y regulatorios:

Los Manuales de Mantenimiento del Fabricante (MMM) y los Boletines de Servicio especifican procedimientos ET exactos, incluyendo tipos de sonda, frecuencias de prueba, estándares de calibración y criterios de aceptación para cada componente específico de la aeronave. No hay dos tipos de aeronaves que tengan procedimientos ET idénticos — cada uno es específico del componente y validado mediante pruebas de fatiga y experiencia en servicio.

EASA Part 145 / FAA AC 43-3B exigen que el personal de END que realiza ET en componentes de aeronaves esté certificado según NAS 410 o EN 4179. El operador de la aeronave debe mantener un programa de END certificado con registros de capacitación documentados, exámenes oculares anuales (agudeza de visión cercana y percepción del color) y demostraciones de competencia recurrentes.

Manual Técnico de la Fuerza Aérea de EE. UU. TO 33B-1-1 / NAVAIR 01-1A-16-1 / TM 1-1500-335-23 (Capítulo 4: Método de Inspección por Corrientes Parásitas) es el documento públicamente disponible más completo que describe procedimientos ET para aplicaciones aeronáuticas. Cubre principios, selección de sonda, selección de frecuencia, procedimientos de calibración, técnicas de inspección para grietas superficiales, agujeros de pernos, grietas en segunda capa, corrosión subsuperficial y medición de conductividad — con procedimientos específicos para aluminio, titanio, acero y aleaciones de níquel utilizados en el sector aeroespacial.

Los estándares de referencia para aeronaves deben replicar la conductividad, el espesor y la geometría aproximados del sujeto de prueba, con características de calibración (muescas EDM, cortes de sierra, agujeros perforados) de dimensiones conocidas trazables a estándares nacionales. La práctica estándar es utilizar estándares de referencia de conductividad trazables al NIST para la medición de conductividad absoluta y estándares de referencia con muescas EDM para la verificación de la sensibilidad de detección de grietas.

Referencias

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2. U.S. Air Force. TO 33B-1-1 / NAVAIR 01-1A-16-1 / TM 1-1500-335-23, Chapter 4: Eddy Current Inspection Method.
3. ASTM E2884-22: Standard Guide for Eddy Current Testing of Electrically Conducting Materials Using Conformable Sensor Arrays. ASTM International.
4. ASTM E376-19: Standard Practice for Measuring Coating Thickness by Magnetic-Field or Eddy Current (Electromagnetic) Testing Methods. ASTM International.
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6. ISO 12718:2019: Non-destructive testing — Eddy current testing — Vocabulary. International Organization for Standardization.
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14. Stroppe, H. & Schiebold, K. (2011). Wirbelstrom — Materialprüfung. Castell-Verlag, Wuppertal.
15. SAE NAS 410: Certification and Qualification of Nondestructive Test Personnel. SAE International.
16. ISO 9712: Non-destructive testing — Qualification and certification of NDT personnel. International Organization for Standardization.