ENSAIO VISUAL E DIMENSIONAMENTO DE SOLDA NÍVEL II
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SILVA, João Engenharia de Tubulações Offshore / Instituição de Ensino. Rio de Janeiro, 2006. 13 p.:il.
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ÍNDICE CAPÍTULO 1 - INTRODUÇÃO.................................. INTRODUÇÃO......................................................... .............................................. .................................. ........... 5 1.1 PRINCÍPIOS FÍSICOS DO ENSAIO....................................... ENSAIO............................................................. ................................ .......... 6 1.1.1 Componentes Componentes do átomo.................................... átomo............................................................. ..............................................6 .....................6 1.1.2 Fundamentos da Luz..................................... Luz............................................................ .............................................. .......................... ... 8 1.1.3 Energia Luminosa........................... Luminosa................................................... ................................................ ....................................... ............... 10 1.2 FENÔMENOS DA LUZ........................................ LUZ............................................................... .............................................. ........................... .... 12 1.2.1 Conceitos básicos da Geometria Ótica............................................. Ótica......................................................... ............ 12 1.3 CORES E LUZ.......................................... LUZ................................................................. .............................................. ........................................16 .................16 1.3.1 Cores Primárias............................... Primárias....................................................... ................................................ ..................................... ............. 16 1.3.2 Cores Secundárias........................ Secundárias............................................... .............................................. ......................................... .................. 16 1.4 TÉCNICAS DE ILUMINAÇÃO.................................... ILUMINAÇÃO........................................................... ......................................... .................. 19 CAPÍTULO 2 – VISÃO......................................... VISÃO................................................................ .............................................. ....................................... ................ 20 2.1 O OLHO E A LUZ....................................... LUZ............................................................. ............................................ ...................................... ................ 20 2.2 ANATOMIA DO OLHO HUMANO......................................................... HUMANO...................................................................... ............. 21 2.3 ACUIDADE DA VISÃO........................................ VISÃO............................................................... .............................................. .......................... ... 22 2.3.1 Exame da Visão Longínqua................................................. Longínqua......................................................................... ........................ 22 2.3.2 Exame da Visão Próxima................................. Próxima......................................................... ............................................ .................... 24 2.3.3 Exame da Visão Estereoscópica................... Estereoscópica........................................... ................................................ ........................ 24 2.4 Defeitos e Correção da Visão................................. Visão........................................................ .............................................. ........................... .... 24 2.4.1 Miopia e Hipermetropia ........................................................ .............................................................................. ...................... 24 2.4.2 Astigmatismo.................. Astigmatismo......................................... .............................................. .............................................. ............................... ........ 25 2.4.3 Daltonismo...................... Daltonismo.............................................. ................................................ ................................................ ............................. ..... 26 CAPÍTULO 3 - APARELHOS E ACESSÓRIOS................................................. ACESSÓRIOS............................................................... .............. 27 3.1 AUXILIARES VISUAIS....................................... VISUAIS............................................................. ............................................. ............................ ..... 27 3.1.1 Lupas................................... Lupas.......................................................... .............................................. .............................................. ........................... .... 27 3.1.2 Espelhos............................ Espelhos................................................... .............................................. .............................................. ............................. ...... 28 3.1.3 Endoscopia Industrial............................ Industrial................................................... .............................................. ................................ ......... 28 3.1.4 Principio da Fibra óptica................................ óptica....................................................... .............................................. ....................... 29 CAPÍTULO 4 - PARÂMETROS E CONDIÇÕES DE TRABALHO............................... TRABALHO............................... 31 4.1 ESTADO E PREPARAÇÃO DA SUPERFÍCIE EM MATERIAIS FERROSOS..31 4.2 Graus de Intemperismo na Superfície de Metais Ferrosos..................................... Ferrosos..................................... 31 4.2.1 Limpeza com ferramentas mecânicas...................................... mecânicas......................................................... ................... 32 4.2.2 Preparação com Jato Abrasivo............................... Abrasivo....................................................... ..................................... ............. 34 CAPÍTULO 5 - TÉCNICAS DE INSPEÇÃO VISUAL...................................... VISUAL..................................................... ............... 37 5.1 Exame Visual Direto.................................. Direto......................................................... ............................................... ....................................... ............... 37 5.2 Exame Visual Remoto................................ Remoto........................................................ ................................................ ..................................... ............. 38 5.3 Exame Visual Translúcido......................... Translúcido................................................. ................................................ ...................................... .............. 38 CAPÍTULO 6 - INSTRUMENTOS DE MEDIÇÃO E TÉCNICAS DE MEDIDA........... 39 6.1 HISTÓRICO DAS MEDIDAS..................................... MEDIDAS............................................................ ........................................... .................... 39 6.2 TRENA..................................... TRENA............................................................ .............................................. .............................................. ................................. .......... 42
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6.3 6.4
6.5
6.6
6.2.1 Graduação.............................. Graduação..................................................... .............................................. .............................................. ......................... 43 6.2.2 Características................ Características....................................... .............................................. .............................................. ................................ ......... 43 6.2.3 Conservação......................... Conservação................................................ .............................................. .............................................. .......................... ... 44 ESCALA DE AÇO.......................................... AÇO................................................................. .............................................. .................................. ........... 44 6.3.1 Graduação.............................. Graduação..................................................... .............................................. .............................................. ......................... 44 PAQUÍMETRO................................. PAQUÍMETRO........................................................ .............................................. .............................................. ........................... 45 6.4.1 Cálculo da Resolução e Leitura................................ Leitura........................................................ .................................... ............ 46 6.4.2 Erros de Leitura.................................. Leitura......................................................... .............................................. ................................... ............ 50 6.4.3 Erros de Medição................................ Medição....................................................... .............................................. .................................. ........... 52 6.4.4 Precauções......................... Precauções................................................ .............................................. .............................................. ............................. ...... 52 GONIÔMETRO................................... GONIÔMETRO......................................................... ............................................. ............................................. ........................ 52 6.5.1 Tipos e Uso........................................ Uso............................................................... .............................................. ................................... ............ 53 6.5.2 Divisão Angular................................. Angular........................................................ .............................................. ................................... ............ 53 6.5.3 Leitura................................ Leitura....................................................... ............................................... ............................................... ........................... .... 54 GABARITOS.................................. GABARITOS......................................................... .............................................. .............................................. ........................... .... 55 6.6.1 Instrumentos para chanfros e Soldas................................ Soldas........................................................ ............................ .... 57 6.6.2 Precisão Dimensional e Conformidade das Soldas...................................... Soldas...................................... 62
CAPÍTULO 7 - CONCEITOS BÁSICOS DE METROLOGIA................................ METROLOGIA.......................................... .......... 65 7.1 METROLOGIA................................. METROLOGIA........................................................ .............................................. .............................................. ........................... 65 7.1.1 Medidas............................... Medidas...................................................... .............................................. .............................................. ........................... .... 65 7.1.2 Algarismos Significativos........... Significativos................................... ................................................ ......................................... ................. 66 7.1.2.1 Regras para Operações para Algarismos Significativos............... Significativos............... 67 7.1.3 Conversão de Unidades e Arredondamento..................... Arredondamento............................................. ............................ .... 68 CAPÍTULO 8 – APLICAÇÕES DO ENSAIO VISUAL........................................ VISUAL.................................................... ............ 70 8.1 INSPEÇÃO EM MATERIAIS METÁLICOS.................................................... METÁLICOS......................................................... ..... 70 8.1.1 Inspeção Visual em Flanges, Válvulas e Acessórios Fundidos................... 70 8.1.2 Inspeção Visual em Metais Conformados............................ Conformados.................................................... ........................ 72 CAPÍTULO 9 - INSPEÇÃO VISUAL E DIMENSIONAL EM SOLDA........................... SOLDA........................... 74 9.1 TERMINOLOGIA DE SOLDAGEM.................................... SOLDAGEM........................................................... .................................. ........... 74 9.2 PREPARAÇÃO DA JUNTA POR OXICORTE............................... OXICORTE.................................................... ......................101 .101 9.3 TERMINOLOGIA DE DESCONTINUIDADES...... DESCONTINUIDADES............................. ............................................ ..................... 103 9.3.1 Descontinuidade Descontinuidade em Juntas Soldadas............................................... Soldadas......................................................... .......... 103 9.4 SIMBOLOGIA DE SOLDAGEM.................................. SOLDAGEM......................................................... ....................................... ................ 118 9.5 SIMBOLOGIA DE ENSAIOS NÃO DESTRUTIVOS – END............................ END............................ 146 BIBLIOGRAFIA..................................... BIBLIOGRAFIA............................................................ .............................................. .............................................. ............................ ..... 149
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CAPÍTULO 1 - INTRODUÇÃO A inspeção por meio do Ensaio Visual é uma das mais antigas atividades nos setores industriais, e é o primeiro ensaio não destrutivo aplicado em qualquer tipo de peça ou componente, estando associado a outros ensaios de materiais. Utilizando uma avançada tecnologia, hoje a inspeção visual é um importante recurso na verificação de alterações dimensionais, padrão de acabamento superficial e na observação de descontinuidades superficiais visuais em materiais e produtos em geral, tais como trincas, corrosão, deformação, alinhamento, cavidades, porosidade, montagem de sistemas mecânicos e muitos outros. A inspeção de peças ou componentes que não permitem o acesso direto interno para sua verificação (dentro de blocos de motores, turbinas, bombas, tubulações, etc), utilizam-se de fibras óticas conectadas a espelhos ou micro-câmeras de TV com alta resolução, além de sistemas de iluminação, fazendo a imagem aparecer em oculares ou em um monitores de TV. São soluções simples e eficientes, conhecidas como técnica de inspeção visual remota. Na aviação, o ensaio visual é a principal ferramenta para inspeção de componentes na verificação da sua condição de operação e manutenção. Não existe processo industrial em que a inspeção visual não esteja presente. Simplicidade de realização e baixo custo operacional são as características deste método, mas que mesmo assim requer uma técnica apurada, obedece a sólidos requisitos básicos que devem ser conhecidos e corretamente aplicados.
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1.1
PRINCÍPIOS FÍSICOS
1.1.1 Componentes do átomo Antes de tentarmos entender o princípio da radiação eletromagnética (luz), vamos fazer uma breve revisão de física. O átomo é composto de um núcleo e de uma eletrosfera. No núcleo, na parte central do átomo encontramos duas espécies de partículas, relativamente pesadas, conhecidas como prótons e nêutrons. O próton possui carga elétrica positiva e o nêutron é eletricamente neutro. A eletrosfera é composta apenas por elétrons e estes possuem carga elétrica negativa e são muito menores e muito mais leves do que qualquer das partículas do núcleo.
Figura 1 - Esquema geral do átomo No centro temos o núcleo e em torno dele a eletrosfera
Os elétrons giram em torno do núcleo em locais diversos, mais próximos ou mais afastados, que recebem o nome genérico de orbitais (figura 2). Na realidade, não é bem assim, mas vamos considerar dessa maneira, para maior facilidade didática. Na realidade são chamados de níveis energéticos. Existem orbitais próximos ao núcleo, outros orbitais estão localizados em posições consideradas médias e outros orbitais encontram-se bem afastados do núcleo. Esses orbitais, conforme o elemento considerado, geralmente, em estado natural, podem ser até em número de sete e podemos considerar que dois desses orbitais estão próximos ao núcleo, quatro em posições médias e um deles bem afastado do núcleo. No entanto, certos elementos, como o Hidrogênio, o Hélio e outros, possuem apenas um único orbital ou menos de oito orbitais (figura 2). Mas para a explicação genérica que queremos dar do fenômeno ionização, vamos considerar átomos com vários orbitais e deixar de lado os casos particulares, para economia de tempo e espaço.
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Figura 2 Os elétrons ao se movimentarem numa camada eletrônica não absorvem nem emitem energia. Mas os elétrons não são rigidamente presos a esses orbitais, podendo deslocar-se de um orbital mais próximo para um mais afastado ou vice-versa. Para que um elétron de um orbital próximo ao núcleo consiga se deslocar deslocar para um orbital mais afastado, é necessário que lhe seja fornecida uma certa quantidade mínima de energia (térmica ou elétrica – figura 2) que recebe o nome genérico de "quantum". Quanto mais distante for o deslocamento, maior será o número de "quanta" (plural de "quantum") que o elétron necessitará para efetuar esse deslocamento. Os elétrons de um átomo tendem a ocupar as camadas eletrônicas mais próximas do núcleo, isto é, as que apresentam menor quantidade de energia. Desta forma, podemos deduzir que os elétrons que estão nos orbitais mais afastados do núcleo estão com um número de "quanta" muito maior do que os elétrons dos orbitais mais próximos do núcleo atômico. Em outras palavras, os elétrons mais afastados têm mais energia do que os elétrons que se encontram mais próximos do núcleo. E qualquer átomo, no Universo, a todo instante, está recebendo energia do ou cedendo energia para o meio ambiente - luz, calor, atrito, eletricidade, magnetismo, etc, (trocas, portanto). Quando um átomo recebe energia (térmica ou elétrica), o elétron pode saltar para uma camada mais externa (mais energética). Nessas condições o átomo se torna instável. Dizemos que o átomo se encontra num estado excitado. Os elétrons de um átomo excitado tendem a voltar para as camadas de origem. Quando isso ocorre, ele devolve, sob a forma de onda eletromagnética, a energia que foi recebida na forma de calor ou eletricidade (figura 3).
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Figura 3
1.1.2 Fundamentos da Luz Segundo Max Planck (físico), qualquer radiação eletromagnética se propagaria em "pacotes" e não de maneira contínua. O fluxo de energia destas ondas seria também "quantizado" e cada "quantum" de energia ou fóton seria proporcional à freqüência. A constante de proporcionalidade, representada pelo símbolo h, chamar-se-ia posteriormente de constante de Planck. A energia E de um quantum é dada por E = hν , onde ν é a freqüência da luz e h é a constante de Planck. Um quantum de luz amarela ( ν = 5.1014 vibrações por segundo) tem cerca de 2 elétron-volts de energia. A intensidade de um fóton pode ser comparada a uma vela acesa a 20 km de distância. A luz é composta de diminutas partículas de energia individualmente agrupadas, denominadas fótons. Se fosse possível imaginar um feixe de luz extremamente ampliado, ele provavelmente se assemelharia à figura 4: uma barragem de fótons (em azul) incide numa superfície, a cujos elétrons (em laranja) transmite a energia fotônica. Estes elétrons desprendem-se desprendem-se e deslocam-se a grandes velocidades. Liberados e possuindo energia para queimar, esses elétrons podem ser controlados produzindo eletricidade, o que permite que sejam captados por um medidor de luz. Esse efeito fotoelétrico da luz intrigou os cientistas por muitos anos, até que Albert Eisntein, em 1905, o investigou e concluiu que a luz se propagava em torrentes de “pacotes de energia”, hoje conhecidos por quanta de luz ou fótons. Uma teoria posterior explicou que a luz pode ser produzida por elétrons que mudam de órbita em torno de um núcleo atômico, como já explicamos no item Componentes do átomo acima. A energia que liberam toma a forma de fótons, que se agrupam para formar um feixe luminoso.
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Figura 4 A energia da luz absorvida tem que aparecer de alguma outra maneira. Sentimos Sentimos calor quando a luz do Sol é absorvida por nossa pele. Quando a luz é absorvida por alguns metais, sua energia é muitas vezes transferida aos elétrons que, então, adquirem tanta energia que saltam do metal. Esse salto é chamado efeito fotoelétrico, e tem utilidade prática quando desejamos transformar pulsos luminosos em pulsos elétricos. No que diz respeito ao efeito da luz sobre a matéria, podemos comparar um feixe de luz com uma rajada de projéteis. Cada projétil está cheio da mesma quantidade de explosivo. Toda vez que um projétil atinge um objeto, ele causa um efeito cuja energia é determinada pela quantidade de explosivo. Luz mais forte significa maior número de explosões da mesma grandeza, e não explosões mais fortes. No efeito fotoelétrico cada quantum de luz (fóton) que atinge o metal força um elétron a saltar do metal. A energia do elétron que salta é uma medida do tamanho do quantum de luz (mede a quantidade de explosivo de cada projétil). O número de elétrons que saltam mede a intensidade do feixe de luz (figura 5).
Figura 5
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A quantidade de energia de um quantum de luz depende do tipo de luz em questão. É diferente para luz de diferentes comprimentos de onda: as ondas mais longas têm unidades menores; as ondas mais curtas têm maiores unidades. O quantum de energia da luz visível é pequeno. Contém uma energia de apenas algum elétron-volts: cerca de 10 -12 (um milionésimo de milionésimo) da energia necessária para um toque no seu dedo de maneira que você mal consiga percebê-la. Certamente nossas retinas são muito mais sensíveis à luz do que as pontas de nossos dedos ao toque. Apesar disso, seríamos incapazes de ver quanta de luz individuais porque são fracos demais. Se os víssemos, uma fonte de luz bem fraca pareceria uma fonte intermitente, pois veríamos luz apenas quando um quantum chegasse à retina.
1.1.3 Energia Luminosa A energia luminosa é utilizada, primeiramente, para dois propósitos: avaliação visual em objetos opacos e avaliação interna de objetos transparentes como o vidro, alguns plásticos, líquidos e gases. O ensaio visual pode ser usado para determinar quantidade, dimensão, formato, acabamento superficial, refletividade, cor, ajustes mecânicos e a presença de descontinuidades superficiais. Diferentemente das ondas sonoras, que são vibrações mecânicas do ar, as radiações eletromagnéticas (luz) não necessitam da existência de um meio material para a sua propagação. A luz do Sol, por exemplo, quando chega até nós, passa por regiões onde não existe matéria. Desta forma, pode-se então exemplificar as ondas eletromagnéticas de maior importância nas pesquisas e nas aplicações práticas, em função do comprimento de onda (figuras 6a e 6b). 10-5
10-4
10-3
10-2
10-1
1
102
10
103
raios-X raios cósmicos
ult ra-violet a
raios gama
104
z u L
l e ív is V
105
infravermelho
106
107
Radio
Figura 6a - Espectro de Ondas eletromagnéticas (Comprimento em Angstroms) Luz Visível Amarelo Violeta
Azul
V er de
Laranja
Vermelho
3800 4300 4700 5600
Figura 6b - Espectro da Luz Visível (Comprimento de Onda em Angstroms)
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Cada uma das radiações (figuras 6a e 6b) possui energia definida, relacionada com a sua freqüência. Se a radiação for na faixa da luz visível, então cada cor terá sua freqüência característica, que por sua vez, corresponderá a uma determinada energia. Na faixa de luz visível, a luz vermelha é a de menor freqüência e menor energia, a luz violeta é a de maior freqüência e maior energia. Vale lembrar que a porção visível do espectro eletromagnético que varia de 380 a 770nm (3800 a 7800 Å). A freqüência é uma grandeza própria dos movimentos oscilatórios e corresponde ao número de oscilações realizadas por segundo, ou por outra unidade de tempo. Quanto menor o comprimento da onda da radiação, maior sua freqüência. A luz vermelha, por exemplo, tem um comprimento de onda maior do que o da luz azul, o que significa que a freqüência daquela luz é menor (vide figura 7). A figura 6 ilustra a alteração gradativa do comprimento de onda (em metros) no espectro eletromagnético.
Figura 7 Em decorrência deste fato, e sabendo-se a freqüência de uma onda eletromagnética (f), no vácuo, pode-se determinar o comprimento de onda ( λ desta radiação, através da seguinte equação: λ=c/f (Figura 8).
c = Velocidade da Luz no vácuo 3,0 x 108 m/s
Figura 8 O produto da freqüência pelo comprimento de onda da radiação eletromagnética é sempre igual a uma constante que corresponde à velocidade da luz naquele meio (figura 8). Vale lembrar que ANGSTROM (Å) é uma unidade de comprimento que pode ser usada para expressar o comprimento de onda de radiação eletromagnética, neste caso a luz. Um Angstrom é igual a 0,1 nanômetro (1nm = 10 -9m). Logo, o espectro da luz visível fica entre 380nm e 780nm, aproximadamente aproximadamente (comprimento de onda em nanômetros).
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1.2
FENÔMENOS DA LUZ
1.2.1 Conceitos Básicos de Geometria Óptica Vamos discutir agora dois fenômenos da Ótica Geométrica: a reflexão e a refração. Para tal, supõe-se que haja um plano, ao qual incide um raio luminoso e que parte deste raio seja refletido por este plano e parte seja refratado. Define-se como ângulo de incidência ( α) como sendo o ângulo formado pelo raio incidente e a normal a este plano, ângulo de reflexão ( α1) entre a normal do plano e raio refletido e ângulo de refração ( β) como sendo entre a normal e o raio refratado (figura 9). Normal
α
Raio Refletido
α1 Superfície Refletora
Meio 1 Meio 2
β
Raio Refratado
Figura 9 A luz pode sofrer quatro fenômenos e com efeitos distintos, dependendo do tipo de objeto: Reflexão regular (ou especular), Reflexão difusa, Refração e Absorção. Reflexão regular: é a reflexão que ocorre numa superfície lisa e polida. Exemplo: espelho (figura 11 e 12). Um espelho plano é uma placa de vidro cuja superfície posterior posterior recebeu uma fina película de prata. Quando a luz incide em uma superfície deste tipo, ela é refletida regularmente. Essa regularidade da reflexão é que permite a formação de imagens. Reflexão difusa: é a reflexão que ocorre numa superfície irregular. Nesta reflexão os raios espalham-se desordenadamente em todas as direções (figuras 10a e 10b). As superfícies rugosas, quando iluminadas, nos revelam somente sua própria forma, textura e cor.
Figura 10
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Refração: a refração corresponde à passagem da luz de um meio material para outro diferente, através de uma superfície que os separa. Nesta passagem pode ou não haver desvio, dependendo da forma como o pincel de luz atinge a superfície. superfície. Os meios materiais por onde a luz se propaga antes e depois da refração devem ser transparentes para que a trajetória seja retilínea, ou translúcido quando a luz pode sofrer refração mas a trajetória dos raios de luz não será retilínea e sim com alterações bruscas de direção de propagação. Logo, a refração ocorre em superfícies transparentes ou translúcidas. Se o objeto é transparente, como um vidro de janela, a luz é parcialmente refletida e parcialmente transmitida. Se o objeto é opaco, como um pedaço de carvão, ou parcialmente transparente, como um vidro colorido, uma parte da luz não é refletida nem transmitida. Ela desaparece dentro do objeto. Como a luz é uma forma de energia, ela só pode desaparecer se, de alguma maneira, entregar sua energia à matéria. Esse desaparecimento desaparecimento é chamado absorção da luz. Absorção: a absorção ocorre sempre. Quando a luz atinge uma superfície parte da energia luminosa fica retida nela sendo transformada em outro tipo de energia, como, por exemplo: Energia eletrônica, Energia atômica, Energia molecular ou até mesmo corrente elétrica. Quanto maior for o poder refletor ou refrator de uma superfície, menor será seu poder absorvedor, mesmo assim, a absorção é inevitável. inevitável. Quando a luz é absorvida por alguns metais, sua energia é muitas vezes transferida aos elétrons que, então, adquirem tanta energia que saltam do metal. Esse salto é chamado efeito fotoelétrico, e tem utilidade prática quando desejamos transformar pulsos luminosos em pulsos elétricos. Reflexão da Luz Vejamos a diferença entre a reflexão da luz numa folha de papel e num espelho. Olhando para a folha de papel, vemos a própria folha, mas olhando para o espelho, apenas vemos a imagem de outros objetos. Essa diferença ocorre devido à superfície refletora da luz: na folha, a superfície é irregular, enquanto no espelho é muito lisa. No espelho ocorre a reflexão regular (figura 11 e 12) e, na folha ou numa superfície metálica com alto grau de corrosão, ocorre reflexão r eflexão difusa (figura 10 e 11). Leis da reflexão
1a lei: O raio incidente, o raio refletido e a normal pertencem ao mesmo plano. 2a lei: O ângulo de reflexão é igual ao ângulo de incidência (Figura 9).
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Figura 11 Refração da Luz Quando um feixe de luz incide perpendicularmente sobre a superfície de um tanque de água, parte da luz entra na água e propaga-se para baixo ao longo da mesma direção. Se a luz incidir sobre a água obliquamente, o feixe terá sua direção inclinada para baixo. Esta mudança de direção de propagação da luz, ao passar de uma substância para outra, chamamos refração. O ângulo entre o raio refratado e a normal à superfície é o ângulo de refração (Figura 13). n1,2 = n1 / n2 = v2 / v1
onde:
α
n = índice de refração
ar
v = velocidade da luz
água β
Figura 13 Pela Lei de Snell, quando a luz passa de um meio menos refringente (menos denso) para um meio mais refringente (mais denso), o raio luminoso se aproxima da normal. A seguir, podemos visualizar várias peças que apresentam densidades distintas sendo atingidos por um feixe de luz, incidindo em um ângulo oblíquo à superfície (figura 14).
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Figura 12
A
C
B
D
Figura 14
O feixe de luz da peça B é a que apresenta maior índice de refração relativo ao ar. Meios Materiais Podemos classificar classificar os meios materiais por onde a luz se desloca em três grupos: a) Transparentes: A luz pode atravessá-lo em linha reta (figura 15) sem apresentar espalhamento; b) Translúcido: A luz pode atravessá-lo sofrendo desvios (figura 16), ou seja, transmite larga porcentagem da luz, mas uma porção sofre espalhamento devido a difusão; c) Opaco: A luz não consegue atravessá-lo (figura 17). Todo o espectro da luz é absorvido ou refletido pelo objeto opaco.
Figura 15
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Figura 16
1.3
CORES E LUZ
A cor é uma propriedade da luz. A luz pode ser dividida em diversas partes, cada qual com um comprimento de onda. Cada comprimento de onda determina uma cor específica. A quantidade de luz refletida ou absorvida por um objeto determina o comprimento de onda visível, portanto a cor de um objeto nada mais é que a parte da luz que este objeto não absorve e reflete para nossos olhos. O ajuste de luz de uma sala tem o efeito similar a combinação de cores. Em outras palavras, o tipo de luz usada para iluminar um ambiente afeta nossa percepção das cores. A luz incandescente, incandescente, por exemplo, reforça nossa percepção das cores chamadas "quentes", que são o amarelo, o vermelho e o laranja, que ficam mais brilhantes sob este tipo de luz. Já a luz fluorescente reforça nossa percepção das cores frias. O azul, o violeta, e o verde escuro ficam mais brilhantes sob esse tipo de luz. Em função do comprimento de onda, o olho percebe todas as cores do espectro solar entre a violeta (aproximadamente 4000 Angstrons ou entre 380nm e 430nm) e o vermelho (aproximadamente 7000 Angstrons ou entre 640nm e 780nm). Esta faixa de luz é pequena comparada com todo o espectro eletromagnético. eletromagnético.
1.3.1 Cores Primárias A percepção de uma cor de um objeto depende de três fatores: a luz, o objeto que está sendo visto e o observador. Existem três comprimentos de onda, o vermelho, verde e azul que constituem a base para todas as cores da natureza; por isso são denominados de cores primárias da luz. Todas demais cores do espectro são criadas pela combinação (adição) de diferentes intensidades desses três comprimentos, por isso as primárias são também chamadas de aditivas (figura 18).
1.3.2 Cores Secundárias
Figura 18
Quando as cores primárias se sobrepõem, duas a duas, elas geram três cores, ciano, magenta e amarelo, denominadas de cores secundárias (figura 19). Quando todas as cores primárias estão presentes na mistura, tem-se a cor branca. Amarelo
Ciano
Branco
Magenta
Figura 19
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No final do século XVII, Newton realizou experiências que mostraram ser a luz branca uma mistura de todas as cores. Quando iluminado por luz branca, um objeto pode deixar de refletir todas as cores; ao contrário, pode absorver alguma. Assim, um corpo azul, por exemplo, reflete principalmente o azul e absorve as outras cores (figura 20).
Figura 20 Um corpo é branco quando reflete todas as cores e um corpo tem cor negra quando absorve toda a luz que incide sobre ele, isto é, quando não reflete nenhuma das ondas eletromagnéticas do espectro visível. A luz branca é também chamada de luz policromática, enquanto uma luz de cor pura, como o verde, por exemplo, é chamada luz monocromática. monocromática. A cor não é uma característica própria do objeto, mas depende da luz que o ilumina. Podemos afirmar que a cor é uma sensação provocada pela luz sobre o órgão da visão , isto é, sobre nossos olhos. olhos . Um corpo vermelho, quando iluminado por luz branca, absorve todas as cores, exceto a radiação vermelha, que é refletida. Se esse corpo for iluminado por luz monocromática amarela, por exemplo, ele será visto como um objeto preto, pois o amarelo é absorvido e não há vermelho para ser refletido. A seguir podemos observar como as superfícies refletem as diferentes cores para o olho do observador. A figura 21 ilustra a incidência de luz branca em superfícies de diferentes cores. Todas as peças refletiram uma cor diferente, captada pelo olho de um observador (verde, azul e vermelho, respectivamente). respectivamente).
Figura 21
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Na figura 22, temos uma luz de cor vermelha incidente em duas peças (branca e vermelha), apresentando reflexão da cor vermelha captada pelo olho do observador. Na terceira peça temos a incidência de luz verde em uma peça de cor diferente e que foi totalmente absorvida, ou seja, não apresentou luz refletida ao observador (cor negra).
Figura 22
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Sem Luz refletida
1.4
TÉCNICAS DE ILUMINAÇÃO
Quando o nível de iluminação à superfície de inspeção é inadequado, todo esforço deve ser feito para prover a iluminação necessária. Para prover a iluminação necessária necessária durante Ensaio Visual podemos considerar as lanternas como fontes de luz portáteis e de alta-intensidade. Outra opção seria posicionar a peça a ser examinada em uma área de inspeção mais luminosa possível. Além da intensidade de iluminação no local de inspeção, a cor da luz também é importante. As superfícies e a detectabilidade de indicações podem variar muito devido às características da fonte de luz. Assim sendo, as características da fonte de luz usada durante uma inspeção devem ser as mesmas previstas pelas normas de referência. A fonte de luz escolhida deve ser coerente com o local e a peça a ser examinada. A distância da fonte de luz e da região examinada assim como sua posição angular determina a intensidade da luz e a quantidade ou ausência de claridade. A utilização de uma ou mais fontes de luz e a quantidade de luz direta ou difusa produzida por cada fonte luminosa é uma condição essencial para inspeções precisas e de alta responsabilidade.
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2.
VISÃO
2.1
O Olho e a Luz
Sabemos que na ausência de iluminação, ou seja, de luz, o olho humano encontra muita dificuldade para distinguir objetos. Isso significa que estes existem, independentemente de nossa capacidade de enxergá-los. Por outro lado, uma deficiência visual pode impedir a visão dos objetos, mesmo com a presença de luz. Os físicos entendem, hoje, que o fenômeno da visão resulta da combinação desses dois elementos: a luz e o olho. Em outras palavras, podemos dizer que o olho reage à luz e isso possibilita o desencadeamento em nosso cérebro de uma série de processos como memória, conhecimento, conhecimento, reconhecimento, reconhecimento, etc. Para enxergar nitidamente os objetos, distinguindo cor, forma, volume, é necessário que estes estejam iluminados, ou seja, é preciso haver uma fonte de luz, como o Sol ou as lâmpadas. Além disso, é igualmente necessário que nosso “aparelho receptor” da luz (o olho) e nosso “aparelho decodificador” decodificador” (o cérebro) estejam em perfeito funcionamento. funcionamento. Há mais ainda: o objeto precisa estar dentro do campo de visão dos nossos olhos e seu tamanho influencia na distância máxima em que poderemos reconhecê-lo. A claridade é geralmente o fator mais importante no ensaio visual. A claridade de uma superfície em exame depende de seu fator de reflexão e na quantidade ou intensidade de luz atingindo a superfície. Claridade excessiva ou insuficiente interfere com a habilidade de uma visão clara e numa observação e julgamento crítico. Por estes motivos é que a intensidade de luz e o ângulo de incidência devem ser controlados. Uma intensidade mínima de 1000 lux de iluminação deverá ser usada para exames de detalhes. Valores diferentes poderão estar especificados dependendo dos requisitos das especificações e códigos. Para se garantir o cumprimento do requisito mínimo de iluminação uma fonte de luz conhecida, um dispositivo medidor de luz tal como uma fotocélula ou fotômetro deverá ser usado. A intensidade luminosa de uma superfície dependerá da distância e angulação da fonte luminosa. Assim sendo, deverão ser seguidas as recomendações constantes nos procedimentos.
20
2.2
Anatomia do Olho Humano
Figura 23 Córnea: Córnea: refrata os raios de luz que entram nos olhos e exerce o papel de proteção à estrutura interna do olho. Íris: Íris: é a porção visível e colorida do olho logo atrás da córnea. A sua função é regular a quantidade de luz que entra em nossos olhos. Pupila: Pupila: é a abertura central da íris, através da qual a luz passa. Cristalino: Cristalino : é uma lente biconvexa natural do olho e sua função é auxiliar na focalização da imagem sobre a retina. Ele é composto de numerosas fibras transparentes e envolto por uma membrana clara e elástica. Devido à criação constante de novas fibras, o tamanho do cristalino aumenta com a idade, tornando-se menos flexível e, portanto, diminuindo a sua capacidade de focalizar de perto. Quando se deseja focalizar a visão de longe, o músculo do corpo ciliar permanece descontraído, tensionando as fibras e, conseqüentemente, tornando o cristalino mais fino. Retina: Retina: é a membrana fina que preenche a parede interna e posterior do olho, que recebe a luz focalizada pelo cristalino. Contém fotorreceptores (bastonetes e cones) que transformam a luz em impulsos elétricos, que o cérebro pode interpretar como imagens. Nervo ótico: ótico: transporta os impulsos elétricos do olho para o centro de processamento do cérebro, para a devida interpretação. O nervo ótico está situado no fundo do olho, correspondendo à parte central da retina, onde há uma interrupção de cones e bastonetes, denominado de ponto cego.
21
Cones: fotorreceptores capazes de distinguir a cor servem para a visão mais detalhada em ambientes bem iluminados ou à luz do dia. A visão colorida, devido aos cones, é chamada de visão fotópica. Bastonetes: fotorreceptores capazes de distinguir o contraste, utilizados para a visão em locais com pouca luz ou à noite. Esses elementos são responsáveis pela visão conhecida como visão escotópica.
2.3
Acuidade da Visão
Acuidade Visual (AV) é o grau de aptidão do olho, para discriminar os detalhes espaciais, ou seja, a capacidade de perceber a forma e o contorno dos objetos. Essa capacidade discriminatória é atributos dos cones (células fotossensíveis da retina), que são responsáveis pela Acuidade Visual, central, que compreende a visão de formas e a visão de cores. 2.3.1 Exame de Visão Longínqua A acuidade visual longínqua pode ser medida utilizando-se a escala de sinais de Snellen. O teste, quando aplicado a crianças ou a adultos não alfabetizados, é simples e utiliza a letra "E" (figura 24A), pedindo-se ao examinado que mostre com a mão ou verbalize para que lado o sinal apontado está direcionado. É considerada acuidade visual normal toda criança ou adulto que conseguir ler até a linha 1,0. A pessoas alfabetizadas normalmente é utilizado um quadro (optótipo) composto de letras dispostas em fileiras. Cada fileira é designada por um número, correspondente a distância na qual um olho normal é capaz de ler todas as letras da fileira. É considerada acuidade visual normal, cuja pessoa consegue ler até a fila número 8 da carta de Snellen, isto é, esta pessoa tem uma visão 20/20 (figura 24B). A acuidade visual é expressa em uma fração, cujo numerador é uma constante e corresponde à distância de onde a carta é colocada. Já o denominador é a distância na qual o estímulo visual subentende um ângulo de 1 minuto de arco ao atingir a retina (parte sensorial do olho, ou seja, é uma distância variável que assinala a distância máxima, para cada fila de letras da carta, o qual uma pessoa com acuidade visual normal ainda a diferencia claramente. Durante o exame deve ser testado primeiro o olho direito, tampando-se o esquerdo com a mão em concha para não exercer pressão e prejudicar o teste. Testar o olho esquerdo tampando-se o direito com a mão direita em concha. Normalmente, é portador de limitação visual o examinado que apresente acuidade inferior da linha 1,0 ou da escala 20/20, com cada olho separadamente, ou tenha uma diferença de duas ou mais linhas entre os dois olhos, devendo ser encaminhado para exame com o oftalmologista. É importante frisar que este é um importante teste, mas não substitui o exame oftalmológico.
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Este teste deve ser realizado em local com boa iluminação, onde a escala de Snellen possa ser colocada a uma distância de 6 metros do examinado e na mesma altura da cabeça (figura 25). Quem tiver óculos, deve usá-los durante o teste.
(A)
(B)
(C)
Figura 24
23
(D)
Figura 25 2.3.2 Exame de Visão Próxima A escala de Jagger é o mais antigo dos métodos para avaliar a acuidade visual para pequenas distâncias, onde o paciente deve efetuar a leitura em cartões de leitura padronizados. A posição normal de leitura é com os braços em ângulo reto, mantendo o cartão a uma distância entre 35 e 40cm do olho. Cada olho deve ser testado independentemente, ou seja, enquanto um olho executa a leitura, o outro olho não examinado é protegido ou tampado. O padrão deve apresentar as dimensões estabelecidas, com fundo branco e com um texto organizado em grupos de tamanho graduais crescentes. Cada grupo apresenta letras ou números na cor preta (figura 24C), expressa como Jaegger. 2.3.3 Exame de Visão Estereoscópica O Teste de Titmus objetiva avaliar se o paciente apresenta ou não estereopsia, ou seja, sentido da terceira dimensão (3D). Este teste é realizado com lentes polarizadas onde uma mosca, grupo de animais ou círculos são vistos estereoscopicamente, ou seja, em 3 dimensões (figura 24D).
2.4
Defeitos e Correção da Visão
2.4.1 Miopia e Hipermetropia Para muitas pessoas, a imagem de um objeto não se forma exatamente sobre a retina e, assim, estas pessoas não enxergam nitidamente o objeto. O motivo pelo qual isto ocorre pode ser ou uma deformação do globo ocular, ou uma acomodação defeituosa do cristalino. Em algumas pessoas, a imagem se forma na frente da retina: estas são as pessoas míopes (figura 26), ou seja, apresentam dificuldade para enxergar de longe . Para se corrigir este defeito, isto é, para que se tenha a imagem do objeto formada sobre a retina, uma pessoa que tem miopia deve usar óculos com lentes divergentes. divergentes .
24
Por outro lado, em outras pessoas, os raios luminosos são interceptados pela retina antes de se formar a imagem (a imagem se formaria atrás da retina). r etina). Isso ocorre porque essas pessoas têm um globo ocular mais curto do que o normal (hipermetropia) ou uma perda da capacidade de acomodação do olho com a idade ("vista cansada"). Normalmente, o portador desta deficiência apresenta dificuldade para ver de perto. Este defeito é corrigido usando-se óculos com lentes convergentes (figura 27).
Formação de Imagem em olho com miopia
Lente Divergente para correção da imagem em míope
Figura 26
Formação de Imagem em Olho com Hipermetropia
Lente Convergente para correção da imagem em Hipermetrope
Figura 27 2.4.2 Astigmatismo É uma condição causada pela entrada de raios que formam diferentes pontos focais na retina. A córnea normal é um segmento esférico perfeito. No astigmatismo a córnea apresenta diferentes raios em sua curvatura, sendo que ao invés de um ponto focal, existirão dois, levando o indivíduo portador de astigmatismo a não conseguir focalizar simultaneamente num mesmo plano tudo o que vê (Figura 28). Figura 28
25
A pessoa com astigmatismo apresenta uma imagem embaçada e com sombra. Em número considerável de pacientes o astigmatismo está associado com a miopia ou com a hipermetropia. A correção deste defeito se dá por meio de uma lente cilíndrica cuja convergência é maior numa dada direção do que em outra. 2.4.3 Daltonismo O daltonismo é uma deficiência na visão que dificulta a percepção de uma ou de todas as cores. Nem todas as pessoas vêem as cores da mesma maneira. Aproximadamente 10% dos homens e 1% das mulheres apresentam algum grau de deficiência na avaliação das cores. Essa deficiência chama-se daltonismo. Nas pessoas daltônicas os cones não existem em número suficiente ou apresentam alguma alteração. O tipo mais comum de daltonismo é aquele em que a pessoa não distingue o vermelho do verde. Aquilo que, para uma pessoa é normal, é verde ou vermelho, para esse daltônico é cinzento em várias tonalidades. O motorista com esse tipo de daltonismo pode contornar o problema de distinguir as luzes do semáforo observando suas posições, pois pelas cores não é possível. Existem testes especiais que permitem detectar se uma pessoa é ou não daltônica. Dentre os testes podemos citar o de percepção de cores pelo método Ishirara, onde a pessoa deve identificar alguns números ou figuras formadas a partir de pontos com cores e tonalidades discretamente distintos. A figura 29, por exemplo, é observada diferentemente por pessoas de visão normal e por aqueles que sofrem de daltonismo.
Figura 29
26
CAPITULO 3 - APARELHOS E ACESSÓRIOS Podemos classificar os aparelhos e acessórios de inspeção visual como boroscópios, fibroscópios, cálibres, instrumentos mecânicos, gabaritos de solda, lentes de aumento (lupa), espelhos, sistemas automatizados, câmaras, sistemas ópticos especiais e televisão de fechadocircuito.
3.1
AUXILIARES VISUAIS
3.1.1 Lupas Se quisermos observar em detalhes pequenos em objetos, recorremos a instrumentos como a lupa, cuja função é ampliar a imagem de objetos que se encontram próximos. As lupas são normalmente utilizadas para se aumentar o poder de resolução no ensaio visual de superfícies críticas. Lentes que aumentam de 1,5 a 10 vezes (1,5X a 10X) são disponíveis comercialmente. Na medida que se aumenta o poder de magnificação, diminui-se a distância de trabalho e o campo de visão. Ver a Tabela 1. A lupa, também denominada microscópio simples, é constituída de uma única lente esférica convergente Quanto maior for o aumento desejado, menor deve ser sua distância focal. A lente só se comportar como lupa quando o objeto estiver colocado numa distância inferior à sua distância focal. Apesar dessa ampliação, a lupa não serve para a observação de objetos muito pequenos, pois nesses casos se faz necessário um aumento muito grande.
Tipo de Lente
Campo Visual
Potência
Distância de Trabalho (mm)
Lente de Leitura Lupa de Leitura Lente Dupla Lente Coddington Lente Tripla
88,9 x 38,1 60,3 60,3 19,1 22,2
1,5x 2x 3,5x 7x 10x
101,6 88,9 76,2 25,4 19,1
Tabela 1
27
Poder de Resolução (mm) 0,051 0,038 0,025 0,01 0,008
3.1.2 Espelhos Quando não for possível executar um ensaio visual dentro dos limites de visualização estabelecidos (distância 600 mm e ângulo de 30º) poderá ser utilizado um espelho. O espelho é um dos instrumentos auxiliares mais comuns, pois permite a inspeção interna de tubos, orifícios e superfícies internas ou atrás de outros objetos. Além disso, são extremamente fáceis de serem utilizados. Os seguintes pontos devem ser considerados quando espelhos são utilizados durante a inspeção: a) a iluminação da área deve ser mantida durante todo o tempo da inspeção visual; b) lanternas ou outras fontes de luz pequenas podem ser usadas para proverem iluminação adequada. Entretanto, uma iluminação direta muito intensa gerada pela fonte de luz tende a causar sombra e ofuscamento devido à claridade excessiva refletida. A distância ideal para inspeção direta olho-objeto deve ser a mesma da distância olho-espelhoobjeto. Quando usamos um espelho, o ângulo de inspeção à superfície inspecionada deve ser adequado para que não ocorram erros de interpretação interpretação das indicações. A medição do tamanho da indicação pela reflexão no espelho somente é apropriado quando não for solicitado resultado muito preciso ou quando o espelho estiver próximo da superfície inspecionada. Como alternativa, pode ser utilizado um jogo de arames flexíveis com dimensões conhecidas, posicionados próximos às indicações para determinar o tamanho das mesmas. Durante o manuseio em ambientes industriais podem surgir riscos na superfície do vidro do espelho. Um espelho arranhado é um obstáculo durante a inspeção. Neste caso, mais espelhos devem ser disponibilizados para a troca.
3.1.3 Endoscopia Industrial A endoscopia envolve essencialmente a inspeção visual remota, dentro de uma cavidade através de um boroscópio. Se o espaço a ser inspecionado possui um acesso sem curvas ou ângulos, os boroscópios rígidos que utilizam sistema de lentes em forma de bastão (figura 1).
Figura 1 Um sistema básico consiste de Boroscópio, Cabo Condutor Condutor de Luz e Fonte de Luz. A luz, que é necessária para iluminar a região a ser inspecionada, é conduzida até a extremidade do boroscópio, desde a fonte de luz, através de um cabo condutor de luz.
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Recomenda-se a utilização de uma fonte de luz fria evitando o aumento da temperatura. Assim inspeções podem ser realizadas onde o aumento da temperatura poderia causar alguma desvantagem ou onde há risco de explosões.
3.1.4 Princípio da Fibra Ótica Antes do desenvolvimento das fibras ópticas, a telefonia utilizava apenas fios de metal, por onde a mensagem, transformada em pulsos elétricos, é transportada. Em relação aos antigos fios de metal, a capacidade de transmissão de informações com fibras ópticas aumentou milhares de vezes. Há inúmeras vantagens no uso das fibras ópticas sobre o dos cabos metálicos, nas telecomunicações. Quanto ao desempenho, cada fibra óptica tem capacidade equivalente a 400 fios metálicos duplos. Assim, enquanto um cabo com 200 fios de cobre permite a transmissão de 1500 conversas telefônicas. Um cabo com apenas 12 fibras ópticas garante 9600 conversas. Além do fato de terem pequeno peso e volume reduzido, as fibras ópticas não sofrem as interferências magnéticas magnéticas comuns aos fios metálicos (figura 2).
Fonte: saladefisica.cjb.net
Figura 2 A fibra óptica foi descoberta há quase um século, mas o desenvolvimento de pesquisas sobre suas propriedades só começou em 1952. A partir daí, ela pôde ser aplicada em diversas áreas do conhecimento. Conhecidas também como tubos de luz, elas são extremamente finas, constituídas de vidro transparente, com alto grau de pureza e esticado até chegar a medir 0,5 mm de diâmetro. A interface núcleo-revestimento funciona como um espelho, refletindo a luz continuamente. A luz penetra numa das extremidades da fibra, passa por dentro dela e atinge a outra extremidade, mesmo que a fibra forme curva. Não importa a distância, as fibras ópticas levam informações de uma parte à outra, quase instantaneamente, ou seja, à velocidade da luz.
29
A fibra óptica pode captar e transmitir, sem distorções, uma imagem de uma extremidade a outra. Há vários tipos de endoscópio que empregam essa propriedade das fibras ópticas para exames visuais do interior do corpo humano. Neles, um tubo muito fino e flexível contém dois feixes de fibras, um para iluminar a região e outro para a visualização. Este tubo também pode ser introduzido, por exemplo, para examinar a superfície inacessível ou de difícil acesso de um equipamento (Figura 3).
Observador Fonte: saladefisica.cjb.net
Figura 3
30
CAPÍTULO 4 - PARÂMETROS E CONDIÇÕES DE TRABALHO 4.1
Estado e Preparação da Superfície em Metais Ferrosos
O estado da superfície deve ser definido em função da norma aplicável, ou de acordo com os requisitos do projeto. A técnica a ser empregada na preparação da superfície a ser ensaiada não deve conduzi-la a um nível inferior de acabamento em relação ao original. A preparação da superfície não deve contaminar o material ensaiado ou prejudicar ensaios não destrutivos posteriores. Quando o escovamento, lixamento ou esmerilhamento é empregado na preparação da superfície de aços inoxidáveis austeníticos e ligas de níquel, as ferramentas de preparação destes materiais devem ser utilizadas apenas para os mesmos materiais, ser de aço inoxidável ou revestido com este material e ter discos de corte e esmerilhamento com alma de náilon ou material similar.
3.2
Graus de Intemperismo na Superfície em Metais Ferrosos
Limpeza é uma exigência básica para um o desempenho do ensaio visual adequado. É impossível juntar dados visuais por camadas de sujeira opaca. Além de obstruir visão, a sujeira, contaminação ou oxidação na superfície do ensaio pode mascarar descontinuidades com falsas indicações. Por exemplo, se elementos soldados de metais ferrosos apresentarem oxidação acentuada, será difícil identificar mordeduras, trincas ou outras descontinuidades a serem detectadas no ensaio visual. Limpezas típicas podem ser feitas por meios mecânicos, químicos, ou ambos. A limpeza evita o risco de descontinuidades não serem detectadas e melhora a satisfação do produto perante o cliente. Antes da utilização de qualquer ferramenta para a limpeza da superfície deve-se remover toda sujeira, óleo ou graxa, utilizando-se panos limpos embebidos em solventes apropriados. É importante saber também que existem quatro graus de intemperismo ou oxidação de um metal ferroso, conforme classificados abaixo: a) Grau A - Substrato de aço sem corrosão, corrosão, com carepa de laminação laminação ainda intacta intacta (figura 1). b) Grau B - Substrato de aço com início início de corrosão e destacamento destacamento da carepa carepa de laminação (figura 2); c) Grau C - Substrato de aço onde a carepa de laminação foi eliminada eliminada pela corrosão corrosão ou que possa ser removida por raspagem, com pouca formação de cavidades visíveis (figura 3); d) Grau D - Substrato de aço onde a carepa de laminação foi eliminada pela corrosão e com grande formação de cavidades visíveis (figura 4).
31
Figura 1
Figura 2
Figura 3
Figura 4
Nota: é importante também definir que corrosão é a perda ou degradação de um material, por processos físicos, químicos ou eletroquímicos. eletroquímicos. 3.2.1 Limpeza com ferramentas mecânicas Como referência, será detalhados dois tipos de preparação e limpeza com ferramentas mecânicas conforme a ISO 8501, conforme segue: a) Limpeza Mecânica – (St2, SP 2, N 6) Limpeza minuciosa por raspagem, escovamento ou lixamento manual para remoção de toda carepa de laminação solta e outras impurezas. Em seguida, limpar a superfície com ar comprimido limpo e seco, devendo-se obter leve brilho metálico. b) Limpeza Mecânica – (St3, SP 3, N 7) Limpeza minuciosa por raspagem, escovamento ou lixamento (mecânica ou manual) para remoção de toda carepa de laminação solta e outras impurezas, porém mais rigorosa que a feita em St 2. Em seguida, limpar a superfície com ar comprimido limpo e seco, devendo-se obter intenso brilho metálico. A seguir, são apresentados os padrões de Grau de Intemperismo com os respectivos Graus de Limpeza, somente como referência, definidos através fotografias do estado de intemperismo em que a superfície de aço carbono se encontra (Figuras 5 a 7).
32
Limpeza Mecânica (St 2, SP 2, N 6)
Limpeza Mecânica (St 3, SP 3, N 7)
Grau de Oxida ão B
Figura 5
Limpeza Mecânica (St 2, SP 2, N 6)
Limpeza Mecânica (St 3, SP 3, N 7)
Grau de Oxida ão C
Figura 6
33
Limpeza Mecânica (St 2, SP 2, N 6)
Limpeza Mecânica (St 3, SP 3, N 7)
Grau de Oxidação D
Figura 7 Quando a superfície de um metal ferroso for revestida (material anticorrosivo), normalmente são previstos graus de preparação com jato abrasivo e posterior verificação do perfil de rugosidade compatível compatível com o revestimento revestimento a ser utilizado. Os graus de preparação após o jato abrasivo devem ser comparados com padrões visuais (fotografias) previstos pelas normas e especificações. 3.2.2 Preparação com Jato Abrasivo Os graus de preparação com jato abrasivo podem ser classificados em: a) Sa 1, SP 7, NACE 4 - Limpeza por Jateamento ligeiro (brush-off) O jato é aplicado rapidamente e remove carepa de laminação solta e outras impurezas. b) Sa 2, SP 6, NACE 3 - Limpeza por Jateamento comercial O jato deve remover praticamente toda carepa de laminação e outras impurezas. Caso a superfície possua cavidades (graus C e D), pelo menos 65% de cada área de 6,45 cm 2 deverão estar livres de resíduos visíveis no fundo das cavidades. Após o tratamento a superfície deve apresentar uma coloração acinzentada. c) Sa 2 ½, SP 10, NACE 2 - Limpeza por Jateamento ao metal quase branco O jato deve remover toda carepa de laminação e outras impurezas, de modo que possam aparecer apenas leves manchas na superfície. Após a limpeza, 95% de cada área de 6,45cm 2 deverão estar livres de resíduos visíveis e apresentar coloração cinza clara. d) Sa 3, SP 5, NACE 1 - Limpeza por Jateamento ao metal branco O jato deve remover toda carepa de laminação ou outras impurezas, de modo que a superfície fique totalmente livre de resíduos visíveis. Após a limpeza, a superfície deverá apresentar coloração cinza clara e uniforme.
34
A seguir, são apresentados os padrões de Grau de Intemperismo com os respectivos Graus de Limpeza, como referência, definidos através fotografias do estado de intemperismo em que a superfície de aço-carbono se encontra (Figuras 8 a 11).
Jateamento ao Metal Quase Branco (Sa 2 ½, SP 10, NACE 2)
Jateamento ao metal Branco (Sa 3, SP 5, NACE 1)
Grau de Oxidação A
Figura 8
Grau de Oxidação B
Jateamento Ligeiro (Sa 1, SP 7, NACE 4)
Jateamento Comercial (Sa 2, SP 6, NACE 3)
Jateamento ao metal Quase Branco (Sa 2 ½, SP 10, NACE 2)
Figura 9
35
Jateamento ao metal Quase Branco (Sa 3, SP 5, NACE 1)
Grau de Oxidação C
Jateamento Ligeiro (Sa 1, SP 7, NACE 4)
Jateamento Comercial (Sa 2, SP 6, NACE 3)
Jateamento ao metal Jateamento ao metal Quase Quase Branco Branco (Sa 2 ½, SP 10, NACE 2) (Sa 3, SP 5, NACE 1)
Figura 10
Grau de Oxida ão D
Jateamento Ligeiro (Sa 1, SP 7, NACE Jateamento Ligeiro4) (Sa 1, SP 7, NACE 4)
Jateamento Comercial Jateamento ao metal (Sa 2, SP 6, NACE 3) Quase Branco Jateamento Comercial Jateamento ao metal (Sa 2 ½, SP 10, NACE 2) (Sa 2, SP 6, NACE 3) Branco Figura 11(Sa 2 Quase ½, SP 10, NACE 2)
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Jateamento ao metal Quase JateamentoBranco ao metal Quase (Sa 3, SP 5, NACE 1) Branco (Sa 3, SP 5, NACE 1)
CAPÍTULO 5 - TÉCNICAS DE INSPEÇÃO VISUAL As técnicas de Exame Visual são classificadas em: - Exame Visual Direto; - Exame Visual Remoto; - Exame Visual Translúcido.
5.1
Exame Visual Direto
O exame visual direto pode ser realizado de forma usual, quando o acesso visual, ao material em exame, é suficiente para que a vista se localize a uma distância que, de acordo com alguns códigos e normas, não deve ser maior do que 610 mm, com relação a um ponto da superfície a ser examinada, dispondo de um ângulo não inferior a 30º, em relação a mesma superfície (figura 1). Podem ser usados espelhos para melhorar o ângulo visual, bem como outros dispositivos auxiliares, tais como lentes de aumento. É requerida uma iluminação (natural ou luz branca artificial) para componentes, partes especificas ou seções de equipamentos. A mínima intensidade de luz na superfície/lado em exame deve, também de acordo com algumas normas nacionais e internacionais, ser de 1000 lux (100 footcandles).
Nota: Vale ressaltar que o uso de espelhos ou lentes de aumento (lupas) no ensaio visual direto tem a finalidade de melhorar a resolução, r esolução, de modo a se obter o detalhe em determinado ponto da superfície examinada, dentro dos limites de acesso visual, conforme figura 1 (abaixo). Observador
Observador M á x i m mo 6 1 0 m m
30º
o xim á M
Peça em exame
0m 61
m
30º
m m 0 0 3
Ponto de Exame
Figura 1 A fonte de luz, a técnica usada e a verificação da intensidade de luz requerida no momento do exame visual são informações que devem ser documentadas documentadas e mantidas em arquivo. Algumas literaturas determinam que a luz proveniente de uma fonte artificial (Ex: uma lanterna) seja posicionada em ângulo que pode variar entre 5º a 45º em relação à superfície a ser inspecionada, conforme ilustra a figura 2, de modo a facilitar a detecção de descontinuidades visuais. Entretanto, é importante manter a luz refletida fora da direção dos olhos do inspetor, de modo a evitar o ofuscamento e a conseqüente perda de sensibilidade no ensaio.
37
Fonte de Luz Linha da visão do inspetor Luz Refletida 5º à 45º
Trinca aberta à superfície
Figura 2 Recomenda-se que o pessoal que executa o ensaio comprove a visão de perto anualmente para assegurar, com ou sem lentes corretivas, a acuidade visual de modo que seja capaz de visualizar as letras J-1 do padrão Jaeger ou outros testes equivalentes de visão próxima.
5.2
Exame Visual Remoto
Quando os componentes a serem examinados se apresentam inacessíveis, ou seja, além dos limites previstos no exame visual direto, poderemos utilizar a técnica do exame visual remoto. O exame visual remoto pode utilizar-se de elementos auxiliares, tais como espelhos, boroscópios, câmaras, fibras óticas, ou outros instrumentos adequados. Esses sistemas devem ter uma capacidade de resolução que seja equivalente, no mínimo, àquela obtida pelo exame visual direto.
5.3
Exame Visual Translúcido
O exame visual translúcido é uma suplementação do exame visual direto. O método de exame visual translúcido utiliza o auxílio da iluminação artificial que pode ser incluído um iluminador que produza luz direcional. O iluminador deve fornecer luz cuja intensidade seja suficiente para iluminar iluminar e dispersar a luz, suavemente, pela área ou região em exame. A iluminação ambiental deve ser disposta de forma a evitar brilhos ou reflexos da superfície em exame, e deve ter intensidade inferior à iluminação aplicada sobre a área ou região em exame. A fonte de luz artificial deve ter intensidade suficiente para possibilitar a detecção de qualquer variação de espessuras em laminados translúcidos como, por exemplo, o vidro.
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CAPÍTULO 6 - INSTRUMENTOS MECÂNICOS DE MEDIÇÃO E TÉCNICAS DE MEDIDA 6.1
UM BREVE HISTÓRICO DAS MEDIDAS
Como fazia o homem, cerca de 4.000 anos atrás, para medir comprimentos? As unidades de medição primitivas estavam baseadas em partes do corpo humano (figura 1), que eram referências universais, pois ficava fácil chegar-se a uma medida que podia ser verificada por qualquer pessoa. Foi assim que surgiram medidas padrão como a polegada, o palmo, o pé, a jarda, a braça e o passo. A Braça
A braça é a distância que há entre os extremos do maior dedo da mão esquerda e direita, com os braços esticados.
A Polegada O Palmo O Palmo
Figura 2
O Pé O Pé
Figura 3
Figura 4
39
A Jarda
O Passo
Figura 5 A jarda corresponde à distância entre o nariz e a extremidade do polegar com o braço esticado. Algumas dessas medidas padrão continuam sendo empregadas até hoje. Veja os seus correspondentes em centímetros: 1 polegada = 2,54 cm 1 pé = 30,48 cm = 304,8mm 1 jarda = 91,44 cm O Antigo Testamento da Bíblia é um dos registros mais antigos da história da humanidade. E lá, no Gênesis, lê-se que o Criador mandou Noé construir uma arca com dimensões muito específicas, medidas em côvados. O côvado (figura 6) era uma medida padrão da região onde morava Noé e é equivalente a três palmos, aproximadamente, aproximadamente, 66 cm. Em geral, essas unidades eram baseadas nas medidas do corpo do rei, sendo que tais padrões deveriam ser respeitados por todas as pessoas que, naquele reino, fizessem as medições. Há cerca de 4.000 anos, os egípcios usavam, como padrão de medida de comprimento, o cúbito: distância do cotovelo cotovelo à ponta do dedo médio (figura 7). O Côvado
Figura 6
40
O Cúbito
Figura 7 Como as pessoas têm tamanhos diferentes, o cúbito variava de uma pessoa para outra, ocasionando as maiores confusões nos resultados nas medidas. Para serem úteis, era necessário que os padrões fossem iguais para todos. Diante desse problema, os egípcios resolveram criar um padrão único: em lugar do próprio corpo, eles passaram a usar, em suas medições, barras de pedra com o mesmo comprimento. Foi assim que surgiu o cúbito-padrão. Com o tempo, as barras passaram a ser construídas de madeira, para facilitar o transporte. Como a madeira logo se gastava, foram gravados comprimentos equivalentes a um cúbito padrão nas paredes dos principais templos. Desse modo, cada um podia conferir periodicamente periodicamente sua barra ou mesmo fazer outras, quando necessário. Nos séculos XV e XVI, os padrões mais usados na Inglaterra para medir comprimentos eram a polegada, o pé, a jarda e a milha. Na França, no século XVII, ocorreu um avanço importante na questão de medidas. A Toesa, que era então utilizada como unidade de medida linear, foi padronizada em uma barra de ferro com dois pinos nas extremidades e, em seguida, chumbada na parede externa do Grand Chatelet, nas proximidades de Paris. Dessa forma, assim como o cúbito - padrão, cada interessado poderia conferir seus próprios instrumentos. Uma toesa é equivalente a seis pés ou, aproximadamente, 182,9 cm. Entretanto, esse padrão também foi se desgastando com o tempo e teve que ser refeito. Surgiu, então, um movimento no sentido de estabelecer uma unidade natural, isto é, que pudesse ser encontrada na natureza e, assim, ser facilmente copiada, constituindo um padrão de medida. Havia também outra exigência para essa unidade: ela deveria ter seus submúltiplos estabelecidos segundo o sistema decimal. O sistema decimal já havia sido inventado na Índia, quatro séculos antes de Cristo. Finalmente, um sistema com essas características foi apresentado por Talleyrand, na França, num projeto que se transformou em lei naquele país, sendo aprovada em 8 de maio de 1790. Estabelecia-se, Estabelecia-se, então, que a nova unidade deveria ser igual à décima milionésima milionésima parte de um quarto do meridiano terrestre.
41
Essa nova unidade passou a ser chamada metro (o termo grego metron significa medir). Hoje, o padrão do metro em vigor no Brasil é recomendado pelo INMETRO, baseado na velocidade da luz, de acordo com decisão da 17ª Conferência Geral dos Pesos e Medidas de 1983. O INMETRO (Instituto Nacional de Metrologia, Normalização e Qualidade Industrial), em sua resolução 3/84, assim definiu o metro: Metro é o comprimento do trajeto percorrido pela luz no vácuo, durante o intervalo de tempo de 1 ÷ 299.792.458 do segundo. É importante observar que todas as definições visaram somente estabelecer estabelecer maior exatidão do valor da mesma unidade: o metro. A tabela a seguir apresentada os múltiplos e submúltiplos do metro, baseada no Sistema Internacional Internacional de Medidas (SI). Nome Exametro Peptametro Terametro Gigametro Megametro Quilômetro Hectômetro Decâmetro Metro Decímetro Centímetro Milímetro Micrometro Nanometro Picometro Fentometro Attometro 6.2
Múltiplos e Submúltiplos do metro Símbolo Fator pelo qual a unidade é multiplicada Em 1018 = 1 000 000 000 000 000 000 m Pm 1015 = 1 000 000 000 000 000 m Tm 1012 = 1 000 000 000 000 m Gm 109 = 1 000 000 000 m Mm 106 = 1 000 000 m km 103 = 1 000 m hm 102 = 100 m dam 101 = 10 m m 1=1m dm 10-1 = 0,1 m cm 10-2 = 0,01 m mm 10-3 = 0,001 m 10-6 = 0,000 001 m µm nm 10-9 = 0,000 000 001 m pm 10-12 = 0,000 000 000 001 m fm 10-15 = 0,000 000 000 000 001 m am 10-18 = 0,000 000 000 000 000 001 m
Trena
O mais elementar instrumento de medição utilizado em caldeiraria é a trena graduada. É usada para tomar medidas lineares, quando não há exigência de grande precisão. Para que seja completa e tenha caráter universal, deverá ter graduações do sistema métrico e do sistema inglês. (Figura 8). Em geral, a fita está acoplada a um estojo ou suporte dotado de um mecanismo que permite recolher a fita de modo manual ou automático. Tal mecanismo, por sua vez, pode ou não ser dotado de trava.
42
Trena graduada (graduação universal) Figura 8 –
6.2.1 Graduação A graduação das trenas, normalmente, é apresentada apresentada em milímetros (mm), sendo que, 1 mm = 1/1000m Algumas trenas também podem apresentar a graduação dos instrumentos é apresentada em polegadas (”), sendo que, 1” = 1/12 pé A trena graduada é construída de aço, tendo sua graduação situada na extremidade esquerda. É fabricada em diversos comprimentos: comprimentos: 2 m., 3 m., 5 m., 10 m., 20 m., 30 m. e etc. As trenas de pequeno comprimento podem apresentar, em sua extremidade, um gancho que permite medições com um único operador, isto é, sem a necessidade de um elemento auxiliar. As de maior comprimento podem apresentar um elo em sua extremidade. Algumas trenas possuem o zero um pouco deslocado de sua extremidade. Nestes casos devemos cuidar para que o ponto zero coincida com a extremidade da peça que se quer medir. A trena graduada apresenta-se em vários tipos como, por exemplo, modelos de trena convexa ou plana. A convexidade destina-se adotar a trena de maior rigidez, de modo a permitir medidas na vertical, de baixo para cima.
6.2.2 Características da boa trena Graduada 1 - A trena deve ser de aço; trenas de fibra não devem ser utilizadas. 2 - Ter graduação uniforme. 3 - Apresentar traços bem finos e salientes.
6.2.3 Conservação 1 - Evitar quedas e contato com ferramenta de trabalho. 2 - Evitar dobrá-la ou torcê-la, para que não se empene ou quebre. 3 - Limpar após o uso, para remover a sujeira.
43
6.3
Escala de Aço
A escala de aço é um dos instrumentos mais utilizados na verificação dimensional (figura 9). Nela estão gravadas as medidas em centímetro (cm) e milímetro (mm), conforme o sistema métrico. Algumas escalas podem apresentar também medidas em polegadas e suas frações, conforme sistema inglês.
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30
Figura 9 6.3.1 GRADUAÇÕES DA ESCALA DE AÇO
Cada centímetro na escala encontra-se dividido em 10 partes iguais e cada parte equivale a 1 mm. Assim, a leitura pode ser feita em milímetro. A figura 10 mostra, de forma ampliada (5:1), como se deve executar a leitura na escala graduada. 1cm
1mm
Figura 10
?
No sentido da seta da figura 10 acima podemos ler 13mm. A seguir temos as representações da polegada do Sistema inglês comum: (") 1" = uma polegada (in) 1 in = uma polegada (inch) palavra inglesa que significa Polegada 0
1” Intervalo referente a 1” (ampliado - escala 5:1)
Figura 11
44
As graduações da escala são feitas dividindo-se a polegada em 2, 4, 8, e 16 partes iguais, existindo, em alguns casos, escalas com 32 divisões divisões (figuras 12 a 16). 0
1” ½”
Figura 12 0
1” ¼”
½”
¾”
Figura 13 1”
0 ¼”
1/8 ”
½”
3/8”
¾”
5/8”
7/8”
Figura 14 0
1” 1/16 ”
¼”
1/8 ” 3/16”
5/16”
3/8”
7/16”
½”
9/16”
5/8”
11/16”
¾”
13/16”
7/8”
15/16”
Figura 15 0
1” 1/16 ” 1/8 ” 3/16” 1/32 ” 3/32 ” 5/32” 7/32”
¼”
5/16” 3/8” 7/16” 9/32” 11/32” 13/32” 15/32”
½”
¾”
9/16” 5/8” 11/16” 13/16” 7/8” 15/16” 17/32” 17/32” 19/32” 21/32” 23/32” 25/32” 27/32” 29/32” 29/32” 31/32” 31/32”
FIGURA 16
6.4
PAQUÍMETRO
O paquímetro é um instrumento usado para medir as dimensões lineares internas, externas e de profundidade de uma peça. Consiste em uma régua graduada, com encosto fixo, sobre a qual desliza um cursor (figura 17). É um instrumento finamente acabado, com as superfícies planas e polido. O cursor é ajustado à régua, de modo que permita a sua livre movimentação com um mínimo de folga. Ele é
45
dotado de uma escala auxiliar, chamada nônio ou vernier. Essa escala permite a leitura de frações da menor divisão da escala fixa. O paquímetro é usado quando a quantidade de peças que se quer medir é pequena. Os instrumentos mais utilizados apresentam uma resolução de 0,05 mm, 0,02 mm, 1/128" ou .001". Geralmente é construído de aço inoxidável e suas graduações referem-se a 20° C. Com este instrumento facilmente podemos executar medições internas, externas, de profundidade e de ressaltos. Parafuso de trava Nônio ou Vernier (polegada)
Cursor
Escala Fixa em polegadas Escala Fixa em milímetros
Haste de Profundidade Resolução (mm)
Encosto Fixo
Impulsor
Encosto Móvel
Nônio ou Vernier (milímetro)
Figura 17 6.4.1 Cálculo da Resolução e Leitura do Paquímetro Para se calcular a resolução (também chamada sensibilidade) dos paquímetros, divide-se o menor valor da escala principal (escala fixa), pelo número de divisões da escala móvel (nônio). Observação 1 - O cálculo da resolução obtido pela divisão do menor valor da escala principal pelo número de divisões do nônio, é aplicado a todo e qualquer instrumento de medição possuidor de nônio, tais como: paquímetros, goniômetros, etc. Observação 2 - Normalmente Nor malmente,, para maior facilidade do inspetor, a resolução do paquímetro já vem gravada neste (ver figura 17). No uso do Paquímetro no Sistema Internacional de Unidades, cada traço da escala fixa corresponde a um múltiplo do milímetro. Na figura 18 o valor de cada traço da escala fixa é igual a 1 mm. Se deslocarmos o cursor do paquímetro até que o zero do nônio coincida com o primeiro traço da escala fixa, a leitura da
46
medida será 1 mm (figura 19), no segundo traço 2 mm (figura 20), no terceiro traço 3 mm (figura 21), no décimo sétimo traço 17 mm (figura 22), e assim sucessivamente. A resolução se obtém com a fórmula: Resolução
1 mm Escala Fixa 0
1
0
2
4
2
6
8
10
Nônio ou Vernier (mm)
Figura 18
0
0
1
Figura 19
0
1
0
0
1
0
Figura 20
Figura 21
0
1
2
0
Figura 22
De acordo com a procedência do paquímetro e o seu tipo, podemos ter diferentes resoluções, isto é, o nônio com número de divisões diferentes. Tem-se normalmente normalmente o nônio com 10, 20 e 50 divisões, o que corresponde a uma resolução de 1mm/10 = 0,1mm, 1mm/20 = 0,05mm e 1mm/50 = 0,02mm respectivamente. Para se efetuar uma leitura, conta-se o número de intervalos da escala fixa ultrapassados pelo zero do nônio e a seguir, conta-se o número de intervalos do nônio que transcorreram até o ponto onde um de seus traços coincidiu com um dos traços da escala fixa (figura 23).
47
0
1
2
0
2
Nônio, resolução = 0,02 mm
Traço do nônio que coincidiu com um traço da escala fixa
Figura 23 Na figura 23 acima vemos que o décimo intervalo da escala fixa foi ultrapassado pelo zero do nônio, portanto a leitura da escala fixa é 10. No zero do nônio até o traço que coincidiu com o traço da escala fixa existem 4 intervalos, cada um dos quais é igual a 0,02 mm; portanto a leitura do nônio é 0,08. A leitura, portanto, da medida é 10,08 mm. Na figura 24 a leitura da medida é 6,04mm. 0
1
0
2
1
Escala Fixa
Nônio, resolução = 0,02 mm
2
Traço do nônio que coincidiu com o traço da escala fixa
Figura 24 O uso do paquímetro no Sistema Inglês Decimal (polegada milesimal) é idêntico no uso do Sistema Internacional de Unidades. Tem-se apenas que determinar os valores correspondentes correspondentes a cada intervalo da escala fixa e a cada intervalo do nônio. Como exemplo, na figura 25 o valor de cada intervalo é 0,025” pois no intervalo de 1” temos 40 intervalos (1” ÷ 40 = 0,025”). 0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
0,025”
Figura 25
48
1”
1
2
3
4
5
Se deslocarmos o cursor do paquímetro até que o zero do nônio coincida com o primeiro traço da escala, a leitura será 0,025 (figura 26), no segundo traço 0,050” (figura 27), no terceiro traço 0,075” no décimo traço 0,250” e assim sucessivamente. 0
0
2
1
0
2
1
0
Figura 26
Figura 27
Neste sistema podemos também ter nônios de diferentes resoluções. Por exemplo, se a menor divisão da escala fixa é 0,025” e o nônio possui 25 divisões a resolução será de 0,025”/25 = 0,001” (Figura 28). Escala Fixa
0
1
2
3
0
4
5
5
10
6
7
15
8
9
20
1”
1
25
Nônio, resolução = 0,001” Traço do nônio que coincidiu com o traço da escala fixa
Figura 28 Para compor a medida da figura acima, temos: Leitura da escala fixa= 0,250” Leitura do Nônio = 0,009” Leitura da medida = 0,259” O uso do paquímetro no Sistema Inglês comum (polegada fracionária) é idêntico ao dos demais sistemas anteriormente descritos. A característica deste sistema é que os valores de medida são expressos na forma de frações de polegada. Assim, por exemplo, teremos para a escala fixa e para o nônio as seguintes graduações graduações (figura 29):
49
0
4
8 1/128”
1/16” 0
1”
Figura 29 A escala fixa apresenta os valores de: 1/16”, 1/8” (=2/16”), 3/16”, 1/4" (= 4/16”), 5/16”, 3/8”(=6/16”) e assim por diante. O nônio apresenta os valores de: 1/128”, 1/64” (= 2/128”), 3/128”, 1/32” (= 4/128”), 5/128”, 3/64” (= 6/128”), 7/128” e 1/16” (= 8/128”) A figura 30 apresenta um exemplo de medida com resultados em polegada fracionária. Traço do nônio que coincidiu com traço da escala
Nônio, resolução = 1/128”
0
4
8 1/128”
0
1”
Figura 30 Para compor a medida da figura 30 acima, temos: Leitura da escala fixa = 6/16” Leitura do nônio = 1/128” Leitura da medida = 6/16” + 1/128” = 49/128” 6.4.2 Erros de Leitura Erros de leitura do paquímetro: são causados por dois fatores: a) paralaxe; b) pressão de medição.
50
Paralaxe: o cursor onde é gravado o nônio, por razões técnicas, tem uma espessura mínima “a”. Assim, os traços do nônio TN são mais elevados que os traços da régua TM (figura 31).
Figura 31 Se colocarmos o paquímetro perpendicularmente à nossa vista teremos superpostos os traços TN e TM, que correspondem a uma leitura correta (Figura 32). Caso contrário, teremos uma leitura incorreta, pois o traço TN coincidirá não com o traço TM1, mas sim com o traço TM2 (figura 33).
TN TN TM
TM2
Leitura Correta
Figura 32
TM1
Leitura Incorreta
Figura 33
Pressão de Medição: é a pressão necessária para se vencer o atrito do cursor sobre a régua, mais a pressão de contato com a peça por medir. Em virtude do cursor sobre a régua, que é compensado pela mola F (figura 34), a pressão pode resultar numa inclinação do cursor em relação à perpendicular à régua (figura 35). Por outro lado, um cursor muito duro elimina completamente a sensibilidade do operador, o que pode ocasionar grandes erros. Deve o operador regular a mola, adaptando o instrumento à sua mão.
Figura 34
51
Figura 35
6.4.3 Erros de Medição Estão classificados em erros de influências objetivas e de influências subjetivas. a) de influências objetivas: São aqueles motivados pelo instrumento: -erros de planicidade; planicidade; -erros de paralelismo; paralelismo; -erros da divisão da régua; -erros da divisão do nônio; -erros da colocação em zero. b) de influências influências subjetivas: São aqueles causados pelo operador (erros de leitura). Observação: Os fabricantes de instrumentos de medição fornecem tabelas de erros admissíveis, obedecendo às normas existentes, de acordo com a precisão do instrumento.
6.4.4 Precauções no Uso dos Paquímetros - Não pressionar demasiadamente os encostos ou garras do paquímetro contra a superfície da peça medida, (pressão excessiva leva a erro de medição). - Fazer a leitura da medida com o paquímetro aplicado à peça. - Manter o paquímetro sempre limpo e acondicionado acondicionado em estojos próprios. - Antes do uso, com o paquímetro totalmente fechado, verificar se não há folga entre os seus encostos ou garras. - Guardar o paquímetro com folga entre os bicos. 6.5 Goniômetro
A técnica da medição não visa somente descobrir o valor de trajetos, de distâncias ou de diâmetros, mas se ocupa também com a medição de ângulos. O goniômetro é um instrumento que serve para medir ou verificar ângulos. Em soldagem é utilizado para verificar ângulos de chanfros. Sistema Sexagesimal é o sistema que divide o círculo em 360 graus e o grau em minutos e segundos. É este o sistema freqüentemente utilizado em mecânica e caldeiraria. A unidade do ângulo é o grau. O grau divide-se em 60 minutos, e o minuto divide-se em 60 segundos. Os símbolos usados são: são: grau (º), minuto ( ’ ) e segundo ( ” ). Exemplo: 54° 31’ 12” lê-se: 54 graus, 31 minutos e 12 segundos. Observação Para somarmos ou subtrairmos graus, devemos colocar as unidades iguais sob as outras. Exemplo: 90° -25° 12’ A primeira operação por fazer é converter 90° em graus e minutos. Sabendo que 1° = 60’, teremos: 90º = 89º 60’ 89º 60’ – 25º 12’ = 64º 48’
52
Devemos operar da mesma forma, quando temos as unidades graus, minutos e segundos. Exemplo: 90º - 10º 15’ 20” Convertendo 90º em graus, minutos e segundos, teremos: 90º = 89º 59’ 60” 89º 59’ 60” – 10º 15’ 20” = 79º 44’ 40”
6.5.1 Tipos e Usos Para usos comuns em casos de medidas angulares que não exijam extremo rigor, o instrumento indicado é o goniômetro simples (transferidor de grau). As figuras 36a e 36b mostram dois tipos de goniômetros simples, assim como a figura 37 dá um exemplo de medição de ângulos.
6.5.2 Divisão Angular Em todo tipo de goniômetro, o ângulo reto (90°) ( 90°) apresenta 90 divisões de 1°.
(A)
FIGURA 36
(A) 53
Figura 37 6.5.3 Leitura do Goniômetro Quando a leitura se apresenta no intervalo de dois ângulos distintos (Exemplo: entre 50º e 51º), ou seja, não coincide exatamente em um valor do disco graduado, podemos efetuar a leitura utilizando um valor tido como correto e mais um outro duvidoso, sendo este sempre igual à metade da menor divisão da escala (Exemplo: 50,5º ou 50º e 30’). Nas figuras 38 e 39 a menor divisão é igual a 1°. Portanto, podemos fazer leituras com precisão de 0,5° (ou 30’). Lê-se os graus inteiros na graduação do disco fixo indicados pelo traço 0 (zero) de referência e aproxima-se a leitura para a posição mais próxima dentro da precisão de 0,5°.
Leitura = 83,5º
Figura 38 Note que não há sentido em fazer leituras com precisão superior superior a 0,5° (por exemplo, 83,4°).
54
Leitura = 91º
Figura 39 Precauções no Uso do Goniômetro: -Mantê-lo sempre limpo e acondicionado acondicionado em estojo próprio. -Fazer a leitura do ângulo sempre com o goniômetro aplicado aplicado à peça. 6.6 Gabaritos
Gabaritos são dispositivos fabricados pelo usuário para verificar a conformidade do serviço com as normas de projeto, quando os instrumentos convencionais não atendem às necessidades. São muitas vezes fabricados em eucatex ou similar para serem leves e fáceis de manusear. São freqüentemente utilizados para verificações de embicamentos em chapas de vasos e tanques, alinhamentos de tubulação, etc. Na verificação de embicamentos de tanques utilizamos um gabarito que consiste em um trecho com a mesma curvatura de projeto do casco ou costado. Encostamos o gabarito nas chapas para constatarmos as deformações e seus valores. Deve-se tomar todo cuidado para que este gabarito fique perpendicular à chapa e sobre a mesma circunferência. (Figura 40 e 41).
55
Figura 40
CERTO ERRADO
Figura 41 Para verificarmos o alinhamento vertical de chapas do costado de tanques ou o alinhamento de tubulações, utilizamos uma régua de grandes dimensões. Apoiamos a régua de ambos os lados da solda de tal modo que esta fique próxima ao meio da régua. Devemos cuidar para que as informações não sejam incorretas devido ao reforço da solda. Para tanto colocamos calços de espessura igual à do reforço da solda ou fazemos um dente na régua (Figura 42). No caso de tubulações não devemos esquecer de fazer a verificação ao longo de todo o perímetro, pois a tubulação pode estar alinhada em um plano e desalinhada em outro. Os gabaritos devem ser utilizados antes da soldagem para verificarmos o ajuste das peças, e após a soldagem para verificarmos se as contrações da solda não introduziram deformações além das permitidas pelas normas e códigos. Além dos citados, podem ser criados gabaritos para muitos outros casos, como, por exemplo, para a verificação da ovalização de tubos soldados (com costura). Vantagens -Dão bons resultados, desde que fabricados corretamente. -É um processo bastante rápido de verificação. Desvantagens -Só devem ser utilizados em verificações repetitivas. repetitivas. -Devem ser fabricados com grande precisão.
56
Figura 42 – Gabaritos para verificação de embicamento e desalinhamento 6.6.1 INSTRUMENTOS ESPECIAIS ESPECIAIS PARA CHANFROS E SOLDAS
São instrumentos semelhantes a calibres "passa -não passa". Podem ser fabricados pelo usuário e se destinam a simplificar verificações verificações nos chanfros e soldas. Um exemplo deste instrumento é o verificador de reforço de solda. Como esta verificação com os instrumentos convencionais é difícil, torna-se viável a utilização do verificador. Se conhecermos a dimensão do reforço máximo de uma solda o instrumento deve ser conforme mostrado na figura 43, e ser fabricado de aço, latão, alumínio ou outro metal.
a = reforço máximo
Reforço Excessivo
Figura 43 – Verificador de reforço de solda Podemos fazer verificadores para qualquer reforço. É interessante, para evitarmos trocas, puncionar o verificador identificando qual dimensão é aplicável. aplicável. Para verificação da abertura da raiz devemos, preferencialmente, preferencialmente, utilizar peças cilíndricas com o diâmetro da abertura. (Figura 44). Peça cilíndrica para verificar a abertura da raiz
Vista parcial superior de uma junta de topo com chanfro em V
Figura 44
57
Para os chanfros podemos utilizar uma espécie de gabarito do chanfro que verifica o ângulo, a abertura da raiz e a altura da face da raiz do chanfro ao mesmo tempo (figura 45). Como este instrumento é plano deve-se cuidar para que fique perpendicular ao chanfro e às peças a serem soldadas. Além dos instrumentos fabricados pelo usuário, existem ainda os instrumentos especiais disponíveis no mercado. São instrumentos simples e bastante práticos, sendo que alguns permitem a verificação de mais de uma dimensão em apenas uma operação. Já possuem gravado no seu corpo as dimensões a que se aplicam e/ou escalas graduadas para a leitura.
Altura da face da Raiz Incorreta
(a)
(c) Chanfro com dimensões corretas
Figura 45 – Gabarito para verificação de chanfro
58
(b)
As figuras 46 a 48 mostram alguns destes instrumentos e sua aplicabilidade.
Calibre com ângulo de 37,5º Escala
Indicador de Espessura do material
Escala para Medição do Desalinhamento Interno
(a)
Figura 46 – Cálibre de finalidades múltiplas
59
Hi-Lo (continua)
(b)
Figura 46 – Cálibre de finalidades múltiplas
(a) Figura 47
60
(c)
Hi-lo (continuação) (continuação)
Medição da perna na solda em ângulo
(b)
Medição garganta na solda em ângulo
Medição da altura do reforço
(c)
(d)
Figura 48 Vantagens: - É um método bastante rápido para verificação. - Apresentam bons resultados r esultados.. - Quando fabricados pelo usuário em dimensões específicas para o serviço, eliminam erros de leitura. Desvantagens: - Quando fabricados pelo usuário demandam tempo para fabricação e muitas vezes possuem somente uma aplicação.
(a)
(b)
(c)
Medição da Profundidade da Mordedura
Medição da Altura do Reforço da Solda
Figura 49 - Calibre de Finalidades Múltiplas
61
Bridge Cam Gauge (continua)
(d)
(e)
Medição do desalinhamento
Medição da perna na solda em ângulo
(f) Medição da Garganta da Solda em ângulo
Figura 49 - Calibre de Finalidades Múltiplas
Bridge Cam Gauge (continuação) (continuação)
6.6.2 PRECISÃO DIMENSIONAL E CONFORMIDADE DAS SOLDAS
As soldas são normalmente especificadas de maneira a cumprir certas dimensões conforme requerido pelos desenhos, especificações e/ou códigos. A falha no cumprimento de tais requisitos pode ser causada por contração, condições ou técnica imprópria de soldagem, erro do operador ou projeto impróprio da junta. O dimensional das soldas é determinado por ferramentas convencionais de medição tais como gabaritos, trenas e réguas. Gabaritos de solda são usados para se determinar o tamanho e o contorno das soldas. Com eles é possível determinar se o tamanho das soldas em ângulo está ou não dentro dos limites permissíveis e se existe concavidade ou convexidade. O gabarito de solda mostrado na Figura 50 foi projetado para se medir soldas em ângulo entre superfícies que sejam perpendiculares.
62
Figura 50 – Gabarito de solda em ângulo Outro instrumento utilizado é o calibre de múltiplas finalidades (figura 51) que pode ser utilizado para realizar diversas medições.
63
Figura 51 - Calibre com Finalidades Finalidades Múltiplas para medições em elementos soldados
64
CAPÍTULO 7 - CONCEITOS BÁSICOS DE METROLOGIA
7.1
METROLOGIA
É a ciência da medição. Trata dos conceitos básicos, básicos, dos métodos, dos erros e sua propagação, das unidades e dos padrões envolvidos na quantificação de grandezas físicas. Assim, medir é o procedimento pelo qual o valor momentâneo de uma grandeza física (grandeza a medir) é determinado como um múltiplo e/ ou uma fração de uma unidade estabelecida como padrão.
7.1.1 MEDIDAS A medida é o valor correspondente ao valor momentâneo da grandeza a medir no instante da leitura. A leitura é obtida pela aplicação dos parâmetros do sistema de medição à leitura e é expressa por um número acompanhado da unidade da grandeza a medir. QUANDO EXECUTAMOS MEDIÇÕES DE GRANDEZAS, O ASPECTO MAIS IMPORTANTE É O DE TER-SE CONFIANÇA NO VALOR ENCONTRADO, UMA VEZ QUE TODA E QUALQUER MEDIÇÃO ENVOLVE ERROS ORIUNDOS DOS INSTRUMENTOS E MEIOS DE MEDIÇÃO, DOS PROCESSOS OU MÉTODOS DE MEDIDA, DO OPERADOR E OUTROS. Seja qual for a situação, o executor de uma medida deve adotar, sempre, um valor de leitura que realizar correspondendo, com a maior proximidade possível, ao valor verdadeiro. As medições, por conseguinte, nunca indicam com precisão absoluta, o valor verdadeiro. Apresentam, sempre, uma incerteza. Outras definições importantes: Precisão - É a dispersão dos valores medidos ou indicados por um instrumento, em torno do valor verdadeiro ou da média das medidas.
•
Resolução - É a menor variação da grandeza a medir que pode ser indicada ou registrada pelo sistema de medição. •
Exatidão - É o grau de concordância entre o resultado de uma medição e o valor verdadeiro do mensurando. •
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Exatidão de um instrumento de medição - É a aptidão de um instrumento de medição para dar respostas próximas a um valor verdadeiro. Exatidão é um conceito qualitativo. qualitativo.
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7.1.2 Algarismos Significativos São algarismos que expressam um valor de aproximação de uma medida, cujo erro máximo por falta ou por excesso, seja igual à meia unidade de sua ordem decimal. O erro máximo de aproximação está sempre associado à precisão requerida para a medida a ser executada e à escala do instrumento a ser utilizado. Em física trabalhamos com entidades que se podem medir (comprimentos, massas, tempos, etc). Mas os instrumentos de medida impõem sempre um limite na precisão das medições que efetuamos e por isso o nosso conhecimento sobre o valor que toma uma dada grandeza é limitado. Quando, por exemplo, se diz que um certo bloco pesa 2,5 Kg, não queremos dizer que aquele é a massa exata do bloco. Uma balança mais sensível poderia indicar uma massa de 2,5013 Kg, por exemplo, e outra balança ainda mais sensível poderia indicar uma massa de 2,50130023001 2,50130023001 Kg. Quando escrevemos o resultado de uma medição podemos fazê-lo de modo a transmitir o nosso grau de conhecimento sobre o valor da grandeza medida. Isso se faz através da quantidade de algarismos com que escrevemos o número. Quanto maior for a precisão com que se conhece o valor da grandeza física, mais algarismos significativos se utilizam. Suponhamos que quatro pessoas pesaram o mesmo objeto e apresentaram os resultados da seguinte forma:
M= 120 g pessoa 1 M= 120,0 pessoa g 2 M= 120,00 g pessoa 3 M= 1,2 x 10² g pessoa 4
A 1ª pessoa utilizou uma balança que dava uma incerteza da ordem de 1g. Ela, portanto, admite que o objeto possa ter, por exemplo, 121g ou talvez 119 g. A balança da pessoa 2 permitia fazer leituras com erro da ordem de 0,1 g. A pessoa 3 foi a que utilizou a melhor balança, pois permitia fazer leituras com erro da ordem de 0,01g. Ela admite a possibilidade de o objeto pesar 120,02g ou 119,97g, por exemplo. exemplo. A pessoa 4 foi o que usou a pior balança pois só podia fazer leituras com erro da ordem de 10g. Ela admite a possibilidade de o objeto pesar 133g, por exemplo. A lição que tiramos daqui é que escrever 120 não é o mesmo que escrever 120,0 ou 120,00 ou 1,2 x 10². A pessoa 1 escreveu o resultado com 3 algarismos, a pessoa 2 escreveu 4 algarismos, a pessoa 3 escreveu 5 algarismos e a pessoa 4 escreveu 2 algarismos. Os algarismos contam-se da esquerda para a direita e começa-se a contar a partir do primeiro algarismo diferente de zero.
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Logo, os zeros do lado esquerdo não se contam. Como exemplo, indicamos agora a quantidade de algarismos presentes em alguns números: M=0,025g
2 algarismos,
M=2,5 x 10-²
2 algarismos (é equivalente equivalente ao anterior),
M= 0,0250g
3 algarismos,
M= 2,50g x 10 -²
3 algarismos (é equivalente equivalente ao anterior).
Diz-se que o último algarismo (o que se encontra mais à direita) é incerto porque oferece dúvidas. Logo, quando escrevemos o resultado de uma medição devemos escrever os algarismos certos mais um algarismo incerto, que será o último. Mais alguns exemplos: 34 cm + 23,4 cm = 57 cm A medida 34 cm tem dois algarismos significativos e 23,4 cm tem três algarismos significativos. O resultado da soma é 57,4 cm. Este resultado (com três algarismos significativos) é incorreto quanto ao número de algarismos significativos, pois é mais exata do que uma das medidas que tem apenas dois algarismos significativos. O resultado deve ser expresso pelo número 57cm, que possui dois algarismos significativos. significativos. 2,34 ohm ÷ 1,455 ohm = 1,60 ohm 2,34 ohm tem três algarismos significativos e 1,455 ohm tem quatro algarismos significativos. O resultado, portanto, não pode ter mais algarismos significativos. A divisão terá como resultado 1,608247423 ohm, mas pegue apenas três algarismos significativos: 1,60 ohm. 7.1.2.1 Regras para Operações com Algarismos Significativos A norma ASTM E-380 estabelece estabelece as seguintes regras: a) Adição e Subtração Para somar ou subtrair com algarismos significativos, primeiramente, arredonda-se os números de modo que fiquem com um algarismo significativo a mais, à direita, do que aquele que exprime menor precisão, e executa-se normalmente a operação. O resultado deve então ser arredondado de modo que fique com os algarismos significativos que exprime a menor precisão. Exemplo: Adição: 30,00 + 21,5322 30,00
Subtração: 3,256 – 0,70
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3,256
+21,532 51,532 Resposta: 51,53
-0,70 2,556
Resposta: 2,56
a) Multiplicação e Divisão Na multiplicação e na divisão o produto ou quociente não deve conter mais algarismos significativos do que aqueles contidos no número com menor quantidade de algarismos significativos entre os dados na multiplicação ou divisão. Exemplo: Multiplicação: Multiplicação : 9,42 x 3,3 = 31 Divisão: 6,82 ÷ 5,4 = 1,3 3,27 x 4,25 = 13,9 76,91 ÷ 4,2 = 18
7.1.3 Conversão de Unidades e Arredondamento Arredondamento Quando se convertem unidades deve-se manter a correspondência da precisão original com um dado número de algarismos significativos. significativos. Ou seja, o resultado de uma conversão deve ter um número de algarismos significativos que represente a ordem de grandeza da unidade a que se está convertendo, sem que se altere a precisão original. O procedimento correto de se proceder à conversão, é a multiplicação ou divisão do valor que se quer converter por um fator de conversão exato, e então arredondar (quando necessário) o resultado da multiplicação ou divisão, para o número correto de algarismos significativos, conforme regras já estabelecidas. estabelecidas. Por exemplo: Para converter 0,328 pol. para mm temos: 0,328 x 25,4 = 8,3312mm. Utilizando a regra de multiplicação com algarismos significativos teremos que 0,328 x 25,4 = 8,33 mm. Importante: não se deve nunca arredondar o fator de conversão e/ou valores de medidas que se quer converter, pois haveria uma redução da precisão. Para a conversão, com arredondamento, de polegadas para milímetros de dimensões com tolerâncias ver norma ABNT NB-91. A Norma Brasileira NB-87 tem, como objetivo, estabelecer as regras de arredondamento na numeração decimal, conforme segue. Quando o algarismo imediatamente seguinte ao último algarismo a ser conservado é inferior a 5, o último algarismo a ser conservado permanecerá permanecerá sem modificação. modificação. Exemplo: 1,333 arredondado à 1ª casa decimal torna-se 1,3. Quando o algarismo imediatamente seguinte ao último algarismo a ser conservado é igual ou superior a 5 e for seguido de, no mínimo, um algarismo diferente de zero, o último algarismo a ser conservado deverá ser aumentado em uma unidade.
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Exemplos: 1,666 arredondado à 1ª casa decimal torna-se 1,7; 4,850 arredondado à 1ª casa decimal torna-se 4,9; Quando o algarismo imediatamente seguinte ao último algarismo a ser conservado é um 5 seguido de zeros, deve-se arredondar o algarismo a ser conservado para o algarismo mais próximo. Conseqüentemente, o último algarismo a ser retido, se for ímpar, aumenta-se uma unidade. Exemplo: 4,550 arredondado à 1ª casa decimal torna-se 4,6. Quando o algarismo imediatamente seguinte ao último a ser conservado é um 5 seguido de zeros, se o algarismo a ser conservado for par, ele permanecerá sem modificação. Exemplo: 4,850 arredondado à 1ª casa decimal torna-se 4,8.
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CAPÍTULO 8 – APLICAÇÕES DO ENSAIO VISUAL 8.1
INSPEÇÃO EM MATERIAIS METÁLICOS
O ensaio visual em materiais metálicos é utilizado para localizar descontinuidades em diversos estágios durante o processo de fabricação. Normalmente este ensaio é utilizado em fundidos, forjados e elementos soldados.
8.1.1 Inspeção Visual em Flanges, Válvulas e Acessórios Fundidos Os fundidos são feitos vertendo metal líquido em um molde e estão sujeitos a várias descontinuidades inerentes do processo. As inspeções visuais em produtos fundidos normalmente seguem um procedimento de preparação e limpeza da superfície, localização e identificação das descontinuidades. A rugosidade superficial e as descontinuidades presentes na superfície dos flanges, válvulas e acessórios inspecionados visualmente submetem-se a um critério de aceitação previstos em normas que apresentam padrões fotográficos para comparação. As descontinuidades visuais que podem estar presentes nestas peças fundidas estão descritas a seguir: Chapelim: descontinuidade proveniente da fusão incompleta dos suportes de resfriadores ou macha (figura 1). Crosta: saliência superficial constituída de inclusão de areia, recoberta por fina camada de metal poroso. Desencontro: descontinuidade proveniente de deslocamento das faces de contacto das caixas de moldagem. Enchimento incompleto: insuficiência de metal fundido na peça. parcialmente incorporados à superfície superfície da peça, provenientes de respingos Gota fria: glóbulos parcialmente de metal líquido nas paredes de molde (figura 8). Inclusão: retenção de pedaços de macho ou resfriadores no interior da peça. Inclusão de areia: areia desprendida do molde e retida no metal fundido (figura 4). Metal frio: descontinuidade proveniente do encontro de duas correntes de metal fundido que não se caldearam (figura 2). Porosidade: conjunto de poros causado pela retenção de gases durante a solidificação (figura 5). Queda de bolo: descontinuidade proveniente de esboroamento dentro do molde. Rabo de rato: depressão na superfície da peça causada por ondulações ou falhas na superfície do molde (figura 6).
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Rechupe: vazio resultante da contração de solidificação (figura 7). Segregação: concentração localizada de elementos de liga ou impurezas. Trinca de contração: descontinuidade bidimensional resultante da ruptura local do material, causada por tensões de contração, podendo ocorrer durante ou subseqüentemente à solidificação solidificação (figura 3). Veio: descontinuidade na superfície da peça, tendo a aparência de um vinco, causada por movimentação ou trinca do molde de areia (figura 9). Para ilustrar melhor as características de algumas descontinuidades foram selecionadas algumas figuras (fotos).
Chapelim
Figura 1
Figura 2
Inclusão de Areia
Figura 4
Metal frio Tri
Porosidade
Figura 5
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Figura 3
Rabo de Rato
Figura 6
Rechupe
Figura 7
Gota Fria
Figura 8
Veioee
Figura 9
8.1.2 Inspeção Visual em Metais Conformados Há uma gama muito ampla de processos de conformação utilizados pela indústria mecânica. Os produtos que apresentam configuração simples são facilmente inspecionados sem a necessidade de utilização de aparelhos para visualização. Os processos de conformação mecânica normalmente ocorrem em elevadas temperaturas. Logo, a carepa ou a oxidação superficial superficial pode mascarar uma descontinuidade. descontinuidade. As descontinuidades mais comuns e facilmente detectadas pelo inspetor de ensaio visual são trincas e dobras ou esfolhamentos. Algumas descontinuidades internas como porosidade, inclusões e dupla-laminação podem ficar expostas à superfície após o processo de conformação com prensas, decapagem ou usinagem. Até o simples corte da extremidade de um produto pode expor uma descontinuidade. Portanto, é extremamente importante que a cada processo ou etapa de fabricação de um produto conformado seja feita a inspeção visual. As trincas encontradas em produtos conformados normalmente seguem a mesma orientação (sentido) da conformação, ou seja, a mesma orientação dos grãos de sua estrutura (figura 10).
Figura 10 A dobra ou o esfolhamento na superfície de um forjado/laminado pode apresentar diversas profundidades cuja aparência é demonstrada na figura 11. Apesar da sua forma também ser variada, em função do processo utilizado, a forma em “U” é comumente encontrada.
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Figura 12 Ao visualizarmos a superfície interna (embaixo) de uma dobra ou esfolhamento com auxílio de uma lupa, freqüentemente encontramos uma superfície porosa e oxidada. Para detecção destas descontinuidades podem ser utilizadas lupas com magnificação de 5 a 10 vezes.
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CAPÍTULO 9 - INSPEÇÃO VISUAL E DIMENSIONAL EM SOLDA 9.1
TERMINOLOGIA DE SOLDAGEM
Em soldagem no que se refere à terminologia, é difícil a desvinculação dos termos técnicos da língua inglesa. Estes, sempre que possível, serão mencionados entre parêntesis para permitir um perfeito entendimento da matéria. Os termos relacionados a seguir são apenas alguns dos mais usuais. Os termos técnicos em língua inglesa e suas definições são encontrados numa abordagem mais completa na norma AWS A 3.0. As designações abreviadas dos processos de soldagem mais usuais segundo a norma AWS A3.0, encontram-se na Tabela 1, conforme abaixo.
Tabela 1 - Designação abreviada dos processos de soldagem -AWS A3.0
r aiz da Abertura da raiz (root opening) -Separação entre os membros a serem unidos na raiz junta (ver figura 1). Acopladeira -Maquinário empregado geralmente nas operações de montagem de componentes a serem soldados. Alicate de eletrodo (electrode holder) -dispositivo usado para prender mecanicamente o eletrodo enquanto conduz corrente através dele. Alma do eletrodo (core electrode) -Núcleo metálico de um eletrodo revestido, cuja seção transversal apresenta uma forma circular maciça. Ângulo do bisel (bevel angle) -Ângulo formado entre a borda preparada do componente e um plano perpendicular à superfície deste componente (ver figura 1). Ângulo do chanfro (groove angle) -ângulo integral entre as bordas preparadas dos componentes componentes (ver figura 1). Ângulo de deslocamento (travel angle)
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a) para chapa - ângulo que o eletrodo faz com uma linha de referência perpendicular ao eixo da solda contida num plano que passa por este eixo; b) para tubo - ângulo que o eletrodo faz com uma linha de referência estendendo do centro do tubo até a poça de fusão, no plano do eixo da solda. Este ângulo pode ser usado para definir a posição das tochas, pistolas, varetas e feixes de alta energia (ver figura 2). Ângulo de trabalho (work angle) a) para chapa - ângulo formado entre o eletrodo e a superfície do metal de base, no plano perpendicular perpendicular ao eixo da solda; b) para tubo - ângulo formado entre o eletrodo e a linha de referência tangente do tubo, no plano comum ao eixo da solda (figura 2 A, 2B e 2C). Arame -ver definição de eletrodo nu. Arame tubular -ver definição de eletrodo tubular. Área do metal de solda (weld metal area) A área do metal de solda medida na seção transversal de uma solda (figura 7). Atmosfera Protetora (protective atmosfere) - Envoltório de gás que circunda a parte a ser soldada, com a finalidade de proteger a peça de fusão. Bisel (bevel) -Borda do componente a ser soldado preparada na forma angular (figura 1). Brasagem (brazing) - Processo de união de materiais onde apenas o metal de adição sofre fusão. O metal de adição se distribui por capilaridade na fresta formada pelas superfícies da junta, após fundir-se a temperatura superior a 450°C. Camada (layer) - Deposição de um ou mais passes consecutivos dispostos lado a lado (figura 3). Certificado de Qualificação de Soldador (welder certification) – Documento escrito certificando que o soldador executa soldas de acordo com padrões pré-estabelecidos. pré-estabelecidos. Chanfro (groove) -Abertura devidamente preparada, na superfície de uma peça ou entre dois componentes, para conter a solda. Os principais tipos de chanfros são os seguintes (ver figura 4): a) chanfro em J (single-J-groove); (single-J-groove); b) chanfro em duplo J (double-J-groove); (double-J-groove); c) chanfro em U (single-U-groove); d) chanfro em duplo U (double-U-groove); e) chanfro em V (single-V-groove); f) chanfro em X (double-V-groove); (double-V-groove); g) chanfro em meio V (single-bevel-groove); (single-bevel-groove); h) chanfro em k (double-bevel-groove); i) chanfro reto (square-groove). Cobre-Junta (backing) - Material (metal de base, solda, material granulado, cobre ou carvão), colocado na raiz da junta a ser soldada, com a finalidade de suportar o metal fundido durante a execução da soldagem. Consumível (consumable) - Material empregado na deposição ou proteção da solda, tais como: eletrodo, vareta, arame, anel consumível, gás e fluxo. Cordão de solda (weld bead) - Depósito de solda resultante de um passe (ver figura 3).
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Corrente Contínua Eletrodo Positivo - CCEP (direct current electrode positive) - Tipo de ligação dos cabos elétricos para soldagem a arco com corrente contínua, na qual a peça é o pólo negativo e o eletrodo é o pólo positivo do arco elétrico. Corrente de Soldagem (welding current) - Corrente elétrica no circuito de soldagem durante a execução de uma solda. Corte com eletrodo de carvão (carbon arc cutting) -processo de corte a arco elétrico no qual metais são separados por fusão devido ao calor gerado pelo arco voltaico formado entre um eletrodo de grafite e o metal de base. Diluição (dilution) - Relação entre a massa do metal de base fundido e o metal de solda. Essa relação visa verificar a mudança da composição química do metal de adição, causada pela mistura com o metal de base ou metal de solda previamente depositado. Dimensão da Solda (weld size) a) para solda em ângulo - para soldas em ângulo de pernas iguais, é o comprimento dos catetos do maior triângulo retângulo isósceles que pode ser inscrito dentro da seção transversal da solda. Para soldas em ângulo de pernas desiguais, são os comprimentos dos catetos do maior triângulo retângulo que pode ser inscrito dentro da seção transversal da solda (figura 5); b) para solda em chanfro - é a distância da face à raiz da solda (ou entre faces, nas juntas soldadas em ambos os lados) excluído(s) o(s) reforço(s) de solda e/ou excesso de penetração (Figura 6). Eficiência de junta (joint efficiency) - Relação entre a resistência de uma junta soldada e a resistência do metal de base. Eletrodo de carvão (carbon electrode) - Eletrodo usado em corte ou soldagem a arco elétrico, consistindo consistindo de uma vareta de carbono ou grafite, que pode ser revestida com cobre ou outros revestimentos. revestimentos. Eletrodo nu (bare electrode) - Metal de adição consistindo de um metal ligado ou não, em forma de arame, tira ou barra, e sem nenhum revestimento ou pintura nele aplicado além daquele concomitante concomitante à sua fabricação ou preservação. Eletrodo revestido (covered electrode) - Metal de adição composto, consistindo de uma alma de eletrodo no qual um revestimento é aplicado, suficiente para produzir uma camada de escória no metal de solda. O revestimento pode conter materiais que formam uma atmosfera protetora, desoxidam o banho, estabilizam o arco e que servem de fonte de adições metálicas à solda. Eletrodo para soldagem a arco (arc welding electrode) - Um componente do circuito de soldagem através do qual a corrente é conduzida e o qual termina no arco. Eletrodo Tubular (flux cored electrode) - Metal de adição composto, de seção transversal tubular, contendo fluxo em seu núcleo. Eletrodo de tungstênio (tungsten electrode) - Eletrodo metálico usado em soldagem ou corte a arco elétrico, feito principalmente principalmente de tungstênio. Equipamento (equipment) - Produto soldado da fabricação, construção ou montagem, tais como vaso de pressão, tanque, tubulação, oleoduto e gasoduto. Equipamentos de Soldagem (welding equipment) - Máquinas, ferramentas, instrumentos, estufas e dispositivos empregados na operação de soldagem.
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Estrutura (structure) - O conjunto das partes de uma construção que se destinam a resistir a cargas. Extensão do Eletrodo (stickout) - Comprimento da parte não fundida do arame consumível medido a partir da extremidade do tubo de contato. Face do chanfro (groove face) - Superfície de um componente preparada para conter a solda (ver figura 7). Face de fusão (fusion face) - Superfície do metal de base que será fundida na soldagem. (ver figura 8). adjacente à raiz da junta (figura 7). Face da raiz (root face) - Porção da face do chanfro adjacente Face da solda (face of weld) - Superfície exposta da solda, pelo lado por onde a mesma foi executada (ver figura 9). Fluxo (flux) - Material fusível usado para evitar, dissolver ou facilitar a remoção de óxidos e outras substâncias superficiais indesejáveis à poça de fusão. Gabarito de solda (weld gage) - Dispositivo para verificar a forma e a dimensão de soldas. Garganta de Solda (throat of a fillet weld) - Dimensão de uma solda em ângulo que determina a distância entre: a) a raiz da junta e a hipotenusa do maior triângulo retângulo inscrito na seção transversal da solda: garganta teórica (theoretical throat) conforme figura 5; b) a raiz da solda e a face da solda: garganta real (actual throat) conforme figura 5; c) a raiz da solda e a face da solda menos o reforço: garganta efetiva (effective throat), conforme figura 5. Gás de proteção (shielding gas) - Gás utilizado para prevenir contaminação pela atmosfera ambiente. Gás inerte (inert gas) - Gás que não combina quimicamente com o metal de base ou metal de adição em fusão. Geometria da junta (joint geometry) - Forma e dimensões da seção transversal de uma junta antes da soldagem. Goivagem (gouging) - Operação pela qual se forma um bisel ou chanfro pela remoção de material. Goivagem a arco (arc gouging) - Operação pela qual se forma um bisel ou um chanfro através de remoção de material por arco elétrico. Goivagem na Raiz (back gouging) - Remoção do metal de solda e do metal de base pelo lado oposto de uma junta parcialmente soldada para facilitar a fusão e a penetração na soldagem subseqüente naquele lado. Inspetor de soldagem (welding inspector) - Profissional qualificado, empregado pela executante dos serviços, para exercer as atividades de controle de qualidade relativas à soldagem. Interface da Solda (weld interface) - A interface entre o metal de solda e o metal de base em uma solda por fusão, entre os metais de base em uma solda no estado sólido sem metal de adição, ou entre o metal de adição e o metal base em uma solda no estado sólido com metal de adição e em uma brazagem (Figura 8). Junta (joint) - Região onde duas ou mais peças serão unidas por soldagem.
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Junta de aresta (edge-joint) - Junta em que, numa seção transversal, as bordas dos componentes a soldar formam, aproximadamente, aproximadamente, um ângulo de 180° (ver figura 10). Junta de ângulo - Junta em que, numa seção transversal, os componentes a soldar apresentam-se sob forma de um ângulo. As juntas (ver figura 11) podem ser: -junta de ângulo em quina; -junta de ângulo em L; -junta de ângulo em T; -junta em ângulo. Junta de tôpo (butt joint) - Junta entre dois membros alinhados aproximadamente no mesmo plano (ver figura 12). Junta dissimilar (dissimilar joint) - Junta soldada, cuja composição química do metal de base dos componentes difere entre si significativamente. Junta sobreposta (lap joint) - Junta formada por dois componentes a soldar, de tal maneira que suas superfícies sobrepõem-se (ver figura 13). Junta soldada (welded joint) -união, obtida por soldagem, de dois ou mais componentes incluindo zona fundida, zona de ligação, zona afetada termicamente e metal de base nas proximidades da solda. Margem da solda (toe of weld) - Junção entre a face da solda e o metal de base (figura 9). Martelamento (peening) - Trabalho mecânico, aplicado à zona fundida da solda por meio de impactos, destinado a controlar deformações da junta soldada. Metal de adição (filler metal) - Metal a ser adicionado à uma junta para sua soldagem ou brasagem. Metal de base (base metal) - Metal a ser soldado, brasado ou cortado. O uso deste termo implica em que os materiais não metálicos sejam também referidos, quando for apropriado. Metal depositado (deposited metal) - Metal de adição que foi depositado durante a operação de soldagem. Metal de solda (weld metal) - Região fundida durante a soldagem. Ver termo área do metal de solda (figura 8). Operador de soldagem (welding operator) - Pessoa capacitada e qualificada a operar máquina ou equipamento de soldagem automático ou mecanizado. Passe (pass) – ver termo passe de solda. Passe à Ré (backstep sequence) - Ver termo seqüência à ré. Passe de Solda (weld pass) - Progressão simples de uma operação de soldagem ou revestimento. revestimento. O resultado de um passe é um cordão de solda (figura 3). Passe de solda estreito (stringer bead) - Depósito efetuado seguindo a linha de solda, sem movimento lateral apreciável (ver figura 14 A). Passe de solda oscilante (weave bead) - Passe realizado com oscilação transversal, em relação à linha de solda (ver figura 14B). Peça de Teste (test piece) - Peça soldada para qualificação de procedimento de soldagem ou para qualificação de soldadores ou operadores de soldagem ou ainda para efeito de teste de produção.
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Penetração da junta (joint penetration) - A profundidade que a solda alcança na junta, desde a sua face, excluindo o reforço (ver figura 6). Penetração da raiz (root penetration) - A profundidade que a solda alcança na raiz da junta (ver figura 6). Penetração total da junta (complete joint penetration) - Penetração de junta na qual o metal de solda preenche totalmente o chanfro, fundindo-se completamente ao metal de base em toda a extensão das faces do chanfro. Perna de solda (fillet weld leg) - Distância da raiz da junta à margem da solda em ângulo (ver figura 5). Poça de fusão (molten weld pool) - Zona em fusão, a cada instante, durante uma soldagem. Polaridade direta (straight polarity) - Tipo de ligação para soldagem com corrente contínua, onde os elétrons deslocam-se do eletrodo para a peça (a peça é considerada como pólo positivo e o eletrodo como pólo negativo). Polaridade reversa (reverse polarity) - Tipo de ligação para soldagem com corrente contínua, onde os elétrons deslocam-se da peça para o eletrodo (a peça é considerada como pólo negativo e o eletrodo como pólo positivo). Ponteamento (tack weld) - Ver termo solda de fixação. Porta-Eletrodo (electrode holder) - Dispositivo usado para prender mecanicamente o eletrodo e transmitir a corrente elétrica. Pós-aquecimento (postheating) - Aplicação de calor na junta soldada, imediatamente após a deposição da solda, com a finalidade principal principal de remover hidrogênio difusível. Posição horizontal (horizontal position) - Em soldas em ângulo, posição na qual a soldagem é executada entre a superfície aproximadamente horizontal e contra uma superfície aproximadamente vertical (ver figuras 15, 16 e 17); em soldas em chanfro, posição na qual o eixo da solda está num plano aproximadamente horizontal e a face da solda em um plano aproximadamente aproximadamente vertical (ver figuras 18, 19 e 20). Posição plana (flat position) - Posição na qual a face da solda é aproximadamente horizontal, sendo usada para soldar a parte superior da junta (ver ( ver figura 15 à 20). Posição vertical (vertical position) - Posição de soldagem na qual o eixo da solda é aproximadamente vertical, sendo que, para tubos, é a posição da junta na qual a soldagem é executada com o tubo na posição horizontal sendo o tubo girado ou não (ver figuras 15, 16, 18 e 19). Posição sobre-cabeça (overhead position) - Posição na qual executa-se a soldagem pelo lado inferior da junta (ver figura 15 à 20). Pré-aquecimento (preheating) - Aplicação de calor no metal de base imediatamente antes da soldagem, brasagem ou corte. Pré-aquecimento localizado (local preheating) – Pré-aquecimento de uma região específica de um equipamento ou de uma estrutura. Procedimento de soldagem (welding procedure) - Documento descrevendo todos os parâmetros e as condições da operação de soldagem.
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Processo de soldagem (welding process) - Processo de união que produz coalescimento dos materiais pelo aquecimento destes à temperatura de soldagem, com ou sem aplicação de pressão, ou pela aplicação de pressão apenas, e com ou sem a participação de metal de adição. Profundidade de fusão (depth of fusion) - Distância que a fusão atinge no metal de base ou no passe anterior, a partir da superfície fundida fundida durante a soldagem (figura 8). Qualificação de procedimento (procedure qualification) - Demonstração pela qual, soldas executadas por um procedimento específico, podem atingir os requisitos preestabelecidos. Qualificação de soldador (welder performance qualification) - Demonstração de habilidade de um soldador em executar soldas, de acordo com as variáveis previamente estabelecidas. Raiz da junta (root of joint) - Porção da junta a ser soldada onde os membros estão o mais próximo possível entre si. Em seção transversal, a raiz pode ser um ponto, uma linha ou uma área. (ver figura 22). Raiz da solda (root of weld) -pontos nos quais a parte posterior da solda intercepta as superfícies do metal de base. (ver figuras 9A e 23). Reforço da Face (face reinforcement) - Reforço da solda no lado da junta pelo qual foi feita a soldagem (Figura 9B). Reforço da Raiz (root reinforcement) - Metal de solda em excesso, na parte posterior da solda, além do necessário para preencher a junta (figura 9B). Reforço de Solda (weld reinforcement) - Metal depositado em excesso, além do necessário para preencher a junta (ver figura 9B). Registro da qualificação de procedimento (procedure qualification record) -documento registrando os parâmetros da operação de soldagem da chapa ou tubo de teste e os resultados de ensaios de qualificação. Revestimento do Chanfro (buttering) - Revestimento com uma ou mais camadas de solda, depositado na face do chanfro, destinado a prover uma transição favorável para a realização subseqüente da soldagem. Seqüência à Ré (backstep sequence) - Uma seqüência longitudinal na qual os passes de solda são executados na direção oposta à progressão da soldagem (figura 3C). Seqüência em Bloco (block sequence) - Uma combinação das seqüências longitudinal e transversal para uma solda contínua em multipasses na qual os incrementos separados são completa ou parcialmente soldados antes que os incrementos intercalados sejam soldados (Figura 3D). Seqüência em Cascata (cascade sequence) - Uma combinação das seqüências longitudinal e transversal na qual os passes de solda não são feitos em camada sobreposta (figura 3E). Seqüência Longitudinal (longitudinal sequence) - A ordem na qual os passes de solda, de uma soldagem multipasses, são executados em relação ao seu comprimento. Seqüência de Soldagem (welding sequence) - Ordem pela qual são executadas as soldas de um equipamento ou de uma estrutura (ver figura 3). Seqüência Transversal (cross-sectional sequence) - A ordem na qual os passes de solda, de uma soldagem multipasses, são executados em relação à seção transversal da solda (figuras 3A e 3B). Seqüência de Passes (buildup sequence) - Ver termo seqüência transversal.
80
Solda (weld) - União localizada de metais ou não-metais, produzida pelo aquecimento dos materiais a temperatura adequada, com ou sem aplicação de pressão, ou pela aplicação de pressão apenas, e com ou sem a participação de metal de adição. Solda Autógena (autogenous weld) - Solda executada por fusão de materiais sem a participação de metal de adição. Solda de Aresta (edge weld) - Solda executada numa junta de aresta (ver figura 24). Solda de Costura (seam seld) - Solda contínua executada entre ou em cima de membros sobrepostos. A solda contínua pode consistir de um único cordão de solda ou de uma série de soldas por pontos sobrepostos (ver figura 25) Solda de Fixação (tack weld) - Uma solda feita para fixar os membros de uma junta em posição de alinhamento até que a solda seja feita. Ver definição de solda em cadeia (figura 26A). Solda Descontínua Coincidente Solda Descontínua Intercalada - Ver definição de solda em escalão (figura 26B). Solda Descontínua - Solda na qual a continuidade é interrompida por espaçamentos sem solda (figura 26). Solda de Selagem (seal weld) - Solda executada com a finalidade de impedir vazamentos. Solda de Tampão (plug weld) - Solda executada em um furo circular ou não, localizado em uma das superfícies de uma junta sobreposta ou em T, que une um componente ao outro. As paredes do furo podem ser paralelas ou não e o furo pode ser parcial ou totalmente preenchido com metal de solda (figura 27). Solda de Topo (butt weld) - Solda executada em uma junta de topo. Solda em Ângulo (fillet weld) - Solda cuja seção transversal apresenta-se aproximadamente triangular, com um ângulo geralmente reto entre as superfícies a serem unidas (ver figura 5). Solda em Cadeia - Solda descontínua, executada em ambos os lados de uma junta de ângulo, composta por cordões igualmente espaçados, de modo que um trecho de cordão se oponha ao outro (figura 26A). Solda em Chanfro (groove weld) - Solda executada em uma junta, com bisel previamente preparado. Solda em Escalão - Solda descontínua, executada em junta de ângulo, geralmente em T, composta por cordões igualmente espaçados, espaçados, de modo que um trecho dos cordões se oponha a uma parte não soldada (figura 26B). Solda Heterogênea - Solda executada de modo que a composição do metal de solda seja significativamente diferente da composição do metal de base. Solda Homogênea - Solda executada de modo que a composição química do metal de solda seja próxima à do metal de base. Solda por pontos (spot welding) - Solda executada entre ou sobre membros sobrepostos, cuja fusão ocorre entre as superfícies em contato ou sobre a superfície externa de um dos componentes. componentes. A seção transversal da solda no plano da junta é aproximadamente circular (ver figura 28). Solda Provisória (temporary weld) - Solda destinada a manter fixas uma ou mais peças em um equipamento ou estrutura para uso temporário no manuseio, movimentação ou transporte do equipamento ou da estrutura.
81
Soldabilidade (weldability) - Capacidade de um material ser soldado sob determinadas condições de fabricação impostas a uma estrutura adequadamente projetada e para um desempenho satisfatório nas finalidades a que se destina. Soldador (welder) -pessoa capacitada a executar soldagem manual e/ou semi-automática. Soldagem (welding) - Método utilizado para unir materiais por meio de solda. Soldagem a Arco (arc welding) - Operação referente a grupo de processos de soldagem que produz a união de metais pelo aquecimento destes por meio de um arco elétrico, com ou sem aplicação de pressão e com ou sem o uso de metal de adição. Soldagem Automática (automatic welding) - Soldagem feita com equipamento que executa a operação de soldagem, com ajuste dos controles feito por um operador de soldagem. O equipamento pode ou não posicionar a peça. Soldagem Manual (manual welding) - Operação realizada por equipamento de soldagem, sendo que toda a sua seqüência é executada e controlada manualmente. Soldagem Semi-Automática (semiautomatic welding) - Operação realizada com equipamento de soldagem que controla somente a alimentação do metal de adição. A progressão da soldagem é controlada manualmente. Sopro Magnético (arc blow) - Deflexão de um arco elétrico, de seu percurso normal, devido a forças magnéticas. Taxa de Deposição (deposition rate) - Massa de material depositado por unidade de tempo. Técnica de Soldagem (welding technique) - Variáveis de um procedimento de soldagem que são controladas pelo soldador ou operador de soldagem. Temperatura de Interpasse (interpass temperature) - Em soldagem multipasse, temperatura do metal de solda antes do passe seguinte ser iniciado. Temperatura de Pós-Aquecimento (postheating temperature) - A temperatura especificada que a junta soldada deve permanecer durante um período de tempo especificado, imediatamente após a soldagem. Temperatura de Preaquecimento (preheat temperature) - A temperatura especificada que o metal de base deve atingir na região de soldagem, brasagem ou corte imediatamente antes destas operações se realizarem. Tensão do Arco - Tensão elétrica do arco de soldagem. Tensão Residual de Soldagem (residual stress) - Tensão residual proveniente de um processo de soldagem presente em um membro que esteja livre de forças externas ou gradientes térmicos. Tensões térmicas (thermal stresses) - Tensões no metal resultante de distribuição não uniforme de temperaturas. Teste de Produção - Teste efetuado durante a fabricação ou montagem com o objetivo de avaliar as propriedades mecânicas, químicas e metalográficas das juntas soldadas e que, na impossibilidade de se efetuar uma amostragem, é realizado em peças de teste soldadas nas mesmas condições da soldagem de produção. Tratamento Térmico Após Soldagem (postwelding heat treatment) - Qualquer tratamento térmico após soldagem.
82
Tratamento Térmico de Alívio de Tensões (stress relief heat treatment) - Aquecimento uniforme de um equipamento, estrutura ou parte dos mesmos a uma temperatura suficiente, para relaxar a maior parte das tensões residuais, residuais, seguido de resfriamento uniforme. uniforme. Tratamento Térmico de Alívio de Tensões Localizado (local stress relief heat treatment) - Tratamento térmico de alívio de tensões de uma região específica de um equipamento ou estrutura. Tubo de Teste - Ver termo peça de teste. Velocidade de avanço -Taxa de deposição do metal depositado ao longo de uma junta durante a soldagem. Vareta de Solda (welding rod) - Tipo de metal de adição utilizado para soldagem ou brasagem, normalmente em comprimento retilíneo, o qual não conduz corrente elétrica durante o processo. Zona Afetada pelo Calor (heat-affected zone) - Região do metal de base que não foi fundida durante a soldagem, mas cujas microestrutura e propriedades mecânicas foram alteradas devido ao calor da soldagem (ver figuras 8 e 29). Zona de Fusão (fusion zone) - Área do metal de base fundida, determinada sobre a seção transversal de uma solda (ver figuras 8 e 29). Zona fundida -região da junta soldada que sofre fusão durante a soldagem (figuras 8 e 29). Zona de Ligação - Ver termo interface da solda (ver figuras 8 e 29).
Profundidade do bisel Profundidade do bisel
(B)
(A)
Figura 1 – Abertura da Raiz, Ângulo do Bisel e Ângulo do Chanfro (continua)
83
Ângulo do bisel
Ângulo do bisel
Ângulo do bisel
Ângulo do bisel (C)
(D)
Figura 1 – Abertura da Raiz, Ângulo do Bisel e Ângulo do Chanfro
Eixo do eletrodo
(B) (A)
Figura 2 – Ângulo de deslocamento (ou de inclinação do eletrodo) e Ângulo de trabalho (continua)
84
(C)
Figura 2 – Ângulo de deslocamento (ou de inclinação do eletrodo) e Ângulo de trabalho
(A) Seqüência Transversal
(B) Seqüência Transversal
Figura 3 – Seqüência de Soldagem (continua)
85
(C) Seqüência à Ré Os espaços não soldados são preenchidos após soldagem aos blocos intermitentes.
(D) Seqüência em Bloco
(D) Seqüência em Bloco (E) Seqüência em Cascata
Figura 3 – Seqüência de Soldagem
86
Figura 4 – Tipos de Chanfros
87
Convexidade Perna e Dimensão Garganta Real
Perna e Dimensão
Garganta Efetiva
Garganta Teórica
(A) Solda em ângulo convexa
Perna Garganta real e Garganta efetiva
Dimensão
Perna Concavidade
Dimensão
Garganta teórica
88
(B) Solda em ângulo côncava
FIGURA 5 – DIMENSÃO DA SOLDA, PERNA, GARGANTA TEÓRICA, GARGANTA REAL E GARGANTA EFETIVA DE UMA SOLDA EM ÂNGULO (CONTINUA)
89
Garganta Real
Garganta Efetiva
Falta de Penetração
Garganta Teórica
(C) Solda em ângulo com falta de penetração
Garganta Real e Garganta Efetiva Abertura da raiz
Garganta Teórica
(D) Junta de ângulo em T com abertura da raiz
Perna e Dimensão
Perna e Dimensão
(E) Solda em ângulo com pernas desiguais
90
FIGURA 5 – DIMENSÃO DA SOLDA, PERNA, GARGANTA TEÓRICA, GARGANTA GARGANTA REAL E GARGANTA EFETIVA DE UMA SOLDA EM ÂNGULO Penetração da junta Dimensão da solda
Penetração da raiz
(A)
Penetração incompleta ou parcial da junta
Penetração da junta Dimensão da solda
Penetração da raiz
(B)
Penetração incompleta ou parcial da junta
Penetração da junta Dimensão da solda em chanfro
Penetração incompleta ou parcial da junta Penetração da junta Dimensão da solda em chanfro
(C)
Dimensão da solda em ângulo
(D)
Penetração da raiz Penetração incompleta ou parcial da junta
Penetração da raiz
(E)
Penetração incompleta ou parcial da junta
91
Dimensão da Solda - E (E = A+B)
Penetração da junta Dimensão da solda Penetração da junta Dimensão da solda
(G)
(F)
Penetração da junta e penetração da raiz Figura 6 –
92
Face da Raiz e Face do Chanfro Figura 7 –
Zona afetada pelo calor (área hachurada)
Área do metal de solda
Zona afetada pelo calor (área hachurada)
Face de Fusão Profundidade de Fusão
Zona de Fusão (área escurecida)
Zona de Fusão (área escurecida) Zona de Ligação ou Interface da Solda
Figura 8 – Partes de uma solda (seção transversal)
93
FIGURA 9 – FACE FACE DA SOLDA, MARGEM DA SOLDA,
Figura 10 – Juntas de aresta (edge joint)
94
Junta de ângulo em quina
Junta de ângulo em L Junta de ângulo em L
Juntade deângulo ânguloem emTT Junta
Junta de ângulo em ângulo
Figura 12 – Juntas de topo (butt joint)
95
FIGURA 13 – JUNTAS SOBREPOSTAS
Figura 14 – Tipos de Passes de solda - Passe de solda estreito (A) Passe de solda oscilante (B)
96
Figura 22 – Raiz da junta
97
FIGURA 23 – RAIZ DA SOLDA
98
Figura 24 – Solda de aresta
(A)
(B)
FIGURA 25 – SOLDA DE COSTURA
(A) Solda em cadeia ou descontínua coincidente
(B) Solda em escalão ou solda descontínua intercalada
descontínuas Figura 26 – Soldas descontínuas
99
FIGURA 27 – SOLDA DE TAMPÃO
(A)
(B)
Figura 28 – Solda por pontos
Zona de Ligação
Zona de Ligação
ZAC
ZAC
FIGURA 29 – ZONAS DE UMA JUNTA SOLDADA
100
9.2
PREPARAÇÃO DA JUNTA POR OXICORTE
Os métodos empregados na preparação dos chanfros possuem características diferenciadas de qualidade, custo e eficiência. A escolha do melhor método é função da exigência e da necessidade que o projeto impõe à junta. Invariavelmente, as operações de soldagem são precedidas por operações de corte. Em razão de economia e de características do processo de fabricação, os materiais metálicos são, geralmente, produzidos em dimensões padronizadas, nem sempre adequadas a todos os fins a que se destinam. Por esse motivo, torna-se necessário realizar operações de corte das matériasprimas. O corte pode ser feito por meio de vários métodos: corte por oxicorte, por arco plasma, com eletrodo de grafite (goivagem a carvão), a laser, por jato de água e corte mecânico por abrasivos (rebolo ou disco de desbaste). Dentre os diversos métodos acima, o processo oxicorte apresenta as seguintes vantagens: disponibilidade de diversos tipos de gases combustíveis e oxigênio, os materiais necessários (maçaricos, reguladores e mangueiras) são relativamente baratos se comparados a outros processos de corte (plasma ou laser), a aprendizagem é fácil e não apresenta muitas variáveis, sendo facilmente regulado. Por essas razões, o processo oxicorte é ainda muito utilizado no corte de materiais como o aço carbono. Esta a operação é realizada pela combustão localizada e contínua devido à ação de um jato de oxigênio de elevada pureza, agindo sobre um ponto previamente aquecido por chama oxicombustível. Na temperatura ambiente e na presença de oxigênio, o ferro se oxida lentamente. À medida que a temperatura se eleva, a oxidação se acelera, tornando-se praticamente instantânea a 1350ºC. Dentre os gases combustíveis que podem ser utilizados para ignição e manutenção da chama de aquecimento temos o acetileno (largamente utilizado na indústria), o propano, GLP (gás liquefeito de petróleo), gás nafta, hidrogênio e gás natural. A qualidade de corte está intimamente ligada a velocidade de avanço do maçarico e a distância entre o bico e a peça. Pela velocidade de avanço é possível controlar o tamanho e o ângulo das estrias de corte. A distância correta entre o bico e a peça normalmente é encontrada em tabelas dos fabricantes para cada tipo de bico e espessuras da chapa. Pela espessura da chapa a ser cortada é possível determinar o bico (responsável pela saída de gases sem turbulência), o diâmetro do orifício, a pressão dos gases e a velocidade de corte adequados. Estas são variáveis importantes para obtenção de uma boa qualidade da superfície cortada. Quando a operação de corte por oxicorte é realizada com um equipamento adequado e em boas condições, operador treinado, a superfície de corte mantida razoavelmente limpa e sem oscilação ou vibração, é possível executar o corte com tolerância entre 0,8 a 1,6mm (1/32” a 1/16”) em materiais com até 50 mm de espessura.
101
Dependendo da exigência do projeto é possível determinar o grau de rugosidade desejado para os chanfros preparados por este processo. A norma AWS 4.1 estabelece 4 graus de rugosidade (de 1 – elevada rugosidade a 4 – baixa rugosidade), através de fotos padrões. A figura 30 apresenta, somente como referência, um exemplo dos graus de rugosidade apresentados por este processo de corte.
(A)
(B)
(C)
(D)
Figura 30
102
9.3 TERMINOLOGIA DE DESCONTINUIDADES DESCONTINUIDADES Este módulo define os termos empregados na denominação de descontinuidades em juntas soldadas. Antes de abordarmos sobre descontinuidades, é conveniente que sejam definidas as três palavras seguintes: evidência que requer r equer interpretação para se determinar o seu significado. • Indicação: evidência • Descontinuidades: interrupção da estrutura típica de uma peça, no que se
refere à
homogeneidade de características físicas, mecânicas ou metalúrgicas. • Defeito: Descontinuidade que, por sua natureza, tipo, dimensões, localização ou efeito acumulado, torna a peça imprópria para uso por não satisfazer os requisitos mínimos de aceitação da norma ou especificação aplicável. Das definições podemos concluir que: a) as soldas não são totalmente isentas de descontinuidades, podendo apresentar-se em diferentes condições; b) um defeito é sempre rejeitável; rejeitável; c) uma descontinuidade só pode ser chamada de defeito quando a mesma exceder o padrão de aceitação das normas ou especificações. A seguir serão apresentadas as definições para os termos relacionados.
9.3.1 Descontinuidade em Juntas Soldadas Abertura de arco: Imperfeição local na superfície do metal de base, caracterizada por uma ligeira adição ou perda de metal, resultante da abertura do arco elétrico (Figura 1). Figura 1 – Abertura de Arco
103
Ângulo excessivo de reforço: Ângulo excessivo entre o plano da superfície do metal de base e o plano tangente ao reforço de solda, traçado a partir da margem da solda (Figura 2).
FIGURA 2 – ÂNGULO EXCESSIVO DO REFORÇO Cavidade alongada: Vazio não arredondado com a maior dimensão paralela ao eixo da solda podendo estar localizado: (a) na solda (Figura 3a); (b) na raiz da solda (Figura 3b).
FIGURA 3 – CAVIDADE CAVIDADE ALONGADA ALONG ADA Concavidade: Reentrância na raiz da solda, podendo ser: (a) central, situada ao longo do centro do cordão (Figura 4a); (b) lateral, situada nas laterais do cordão (Figura 4b). Concavidade excessiva: solda em ângulo com a face excessivamente côncava (Figura 5). Convexidade excessiva: solda em ângulo com a face excessivamente convexa (Figura 6).
104
Deformação angular: distorção angular da junta soldada em relação à configuração de projeto (Figura 7), exceto para junta soldada de topo (Ver embicamento). embicamento). Deposição insuficiente: Insuficiência de metal na face da solda (Figura 8). Desalinhamento: junta soldada de topo, cujas superfícies das peças, embora paralelas, apresentam-se desalinhadas, desalinhadas, excedendo à configuração de projeto (Figura 9).
Figura 4 - Concavidade
Figura 5 – Concavidade excessiva
Figura 6 – Convexidade excessiva
105
Figura 7 – Deformação angular
Figura 8 – Deposição insuficiente
Figura 9 - Desalinhamento
Figura 10 - Embicamento
106
Embicamento: Deformação angular de junta soldada de topo (Figura 10). Falta de fusão: fusão incompleta entre a zona fundida e o metal de base, ou entre passes da zona fundida, podendo estar localizada: localizada: (a) na zona de ligação (Figura 11a); (b) entre os passes (Figura 11b); (c) na raiz da solda (Figura 11c, 11d, 11e, 11f, 11g).
e
f
g
Figura 11 – Falta de fusão
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Falta de penetração: insuficiência de metal na raiz da solda (Figura 12). Fissura: ver termo preferencial: preferencial: trinca.
Figura 12 – Falta de penetração Inclusão de escória: material não metálico retido na zona fundida, podendo ser: (a) alinhada (Figura 13a e 13b); (b) isolada (Figura 13c); (c) agrupada (Figura 13d).
Figura 13 – Inclusão de escória Inclusão metálica: metal estranho retido na zona fundida. Micro-trinca: trinca com dimensões microscópicas. microscópicas. Mordedura: depressão sob a forma de entalhe, no metal de base acompanhando a margem da solda (Figura 14). Mordedura na raiz: mordedura localizada na margem da raiz da solda (Figura 15).
108
Penetração excessiva: metal da zona fundida em excesso na raiz da solda (Figura 16).
Figura 14 – Mordedura
Figura 15 – Mordedura na raiz
Figura 16 – Penetração excessiva Perfuração: furo na solda (Figura 17a) ou penetração excessiva localizada (Figura 17b) resultante da perfuração do banho de fusão durante a soldagem.
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Figura 17 - Perfuração Poro: vazio arredondado, isolado e interno à solda. Poro superficial: poro que emerge à superfície da solda (figura 18).
Figura 18 – Poro superficial Porosidade: conjunto de poros internos à solda ou superficiais (Figura 19), podendo ser: • Porosidade agrupada: conjunto de poros agrupados (Figura 20). • Porosidade alinhada: conjunto de poros dispostos em linha, segundo uma direção paralela ao eixo longitudinal da solda (Figura 21). • Porosidade vermiforme: conjunto de poros alongados ou em forma de espinha de peixe situados na zona fundida (Figura 22).
Figura 19 – Porosidade aleatória interna
110
Figura 20 – Porosidade agrupada (interna ou superficial) superficial)
superficial) Figura 21 - Porosidade Alinhada (interna ou superficial)
Figura 22 – Porosidade vermiforme Rachadura: ver termo preferencial: trinca. Rechupe de cratera: falta de metal resultante da contração da zona fundida, localizada na cratera do cordão de solda (Figura 23). Rechupe interdendrítico: vazio alongado situado entre dendritas da zona fundida. Reforço excessivo: excesso de metal da zona fundida, localizado na face da solda (Figura 24). Respingos: glóbulos de metal de adição transferidos durante a soldagem e aderidos à superfície do metal de base ou à zona fundida já solidificada.
111
Figura 23 – Rechupe de cratera
Figura 24 – Reforço excessivo Sobreposição: excesso de metal da zona fundida sobreposto ao metal de base na margem da solda, sem estar fundido ao metal de base (Figura 25).
Figura 25 - Sobreposição Solda em ângulo assimétrica: solda em ângulo, cujas pernas são significativamente desiguais em desacordo com a configuração de projeto (Figura 26). Trinca: descontinuidade bidimensional produzida pela ruptura local do material.
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Figura 26 – Solda em ângulo assimétrica Trinca de cratera: trinca localizada na cratera do cordão de solda, podendo ser: (a) longitudinal longitudinal (Figura 27a); (b) transversal (Figura 27b); (c) em estrela (Figura 27c). Trinca em estrela: trinca irradiante de tamanho inferior à largura de um passe da solda considerada (ver trinca irradiante).
Figura 27 – Trinca de cratera Trinca interlamelar: trinca em forma de degraus, situados em planos paralelos à direção de laminação, localizada no metal de base, próxima à zona fundida (Figura 28).
113
Figura 28 – Trinca interlamelar Trinca irradiante: conjunto de trincas que partem de um mesmo ponto podendo estar localizada: (a) na zona fundida (Figura 29a); (b) na zona afetada termicamente (Figura 29b); (c) no metal de base (Figura 29c).
Figura 29 – Trinca irradiante i rradiante Trinca longitudinal: trinca com direção aproximadamente paralela ao eixo longitudinal do cordão de solda, podendo estar localizada: (a) na zona fundida (Figura 30a); (b) na zona de ligação (Figura 30b); (c) na zona afetada termicamente (Figura 30c); (d) no metal de base (Figura 30d).
114
Figura 30 – Trinca longitudinal l ongitudinal Trinca na margem: trinca que se inicia na margem da solda, localizada geralmente na zona afetada termicamente (Figura 31).
Figura 31 – Trinca na margem Trinca na raiz: trinca que se inicia na raiz da solda, podendo estar localizada: (a) na zona fundida (Figura 32a); (b) na zona afetada termicamente (Figura 32b).
115
Figura 32 – Trinca na raiz Trinca ramificada: conjunto de trincas que partem de uma trinca podendo estar localizado: localizado: (a) na zona fundida (Figura 33a); (b) na zona afetada termicamente (Figura 33 b); (c) no metal de base (Figura 33c).
Figura 33 - Trinca ramificada
116
Trinca sob cordão: trinca localizada na zona afetada termicamente não se estendendo à superfície da peça (Figura 34).
Figura 34 – Trinca sob cordão Trinca transversal: trinca com direção aproximadamente perpendicular ao eixo longitudinal do cordão de solda, podendo estar localizada: (a) na zona fundida (Figura 35a); (b) na zona afetada termicamente (Figura 35b); (c) no metal de base (Figura 35c).
Figura 35 – Trinca transversal
117
9.4 SIMBOLOGIA DE SOLDAGEM A simbologia de soldagem trata da à representação gráfica de todas as informações que são necessárias ao desenvolvimento do trabalho dos profissionais da área. As várias normas que regem a simbologia de soldagem correspondem aos processos de trabalho de indústrias européias, americanas e asiáticas, tais como AWS - American Welding Societty; Euronorm, norma européia; ISO - International Standard Organization; JIS - Japanese Industrial Standards. As normas mais utilizadas no Brasil são da AWS e da ABNT, Associação Brasileira de Normas Técnicas. Os símbolos são desenhos que representam orientações para o processo de soldagem, indicando a geometria das juntas, as dimensões e o ângulo do chanfro, a abertura de raiz, o comprimento da solda, o local de trabalho, entre outras informações. Utilizam-se os símbolos para economizar espaço e trabalho nos desenhos dos projetos e, ao mesmo tempo, fornecer tantas informações quanto se poderiam encontrar em longos parágrafos; além disso, os símbolos tornam a interpretação do desenho mais rápida e fácil. Os símbolos de soldagem podem ser classificados em dois grandes grupos: os símbolos básicos e os suplementares. A norma AWS considera um terceiro grupo, o dos símbolos típicos, que reúne todos os símbolos necessários à situação de soldagem, bem como as dimensões e especificações de materiais. Os símbolos básicos de soldagem transmitem as informações elementares do processo. A figura 1 mostra os locais padronizados para os vários elementos de um símbolo de soldagem.
Figura 1 – Localização dos elementos no símbolo de soldagem
118
Onde: A - Ângulo do chanfro, incluindo o ângulo de escariação para solda de tampão. (E) -Garganta efetiva. F -Símbolo de acabamento L -Comprimento da solda (N) -Número de soldas por pontos ou de solda por projeção P -Espaçamento entre centros de soldas descontínuas R -Abertura da raiz; altura do enchimento para soldas de tampão e de fenda S -Profundidade de preparação; dimensão ou resistênci r esistênciaa para certas soldas T -Especificação, processo ou outra referência 1 -Cauda do símbolo. Pode ser omitida quando não se usar nenhuma referência 2 -Símbolo básico de solda ou referência de detalhe de solda a ser consultado 3 -Linha de referência 4 -Seta ligando a linha de referência ao lado indicado da junta 5 -Os elementos constantes desta área, permanecem inalterados mesmo nos casos em que a cauda e a seta do símbolo são invertidas. Segundo a AWS, as partes sempre presentes na representação simbólica da soldagem são a linha de referência e a linha de seta (Figura ( Figura 2). linha de referência
Figura 2 A linha de referência é um traço horizontal utilizado para suporte para as informações a respeito da soldagem. Conforme sua localização, acima ou abaixo da linha de referência, os símbolos utilizados indicam ações diferentes (figura 3). Lado Lado opo sto
Lado Lado opo sto Lad Lado
Lado seta Seta
Lado Lado o posto
Lado Lado o posto Lado Lado op osto Lado seta Lado Seta Lado Lado op osto
Figura 3
119
Lado seta Lado Seta
Um símbolo colocado abaixo da linha de referência determina que o procedimento de soldagem deve ser feito do lado indicado pela linha de seta (Figura 4). Se o símbolo estiver acima da linha de referência a soldagem deverá ser feita no lado oposto da linha de seta (Figura 5).
Figura 4
Figura 5
No caso de soldagem em ambos os lados da peça, são colocados dois símbolos, um acima e outro abaixo da linha de referência (Figura 6).
Figura 6 A linha de seta parte de uma das extremidades da linha de referência e indica a região a ser soldada. O local exato da soldagem é especificado pelo posicionamento do símbolo, acima ou abaixo da linha de referência. Cabe ao desenhista do projeto decidir a localização adequada, de acordo com o espaço e a estética do desenho (Figura 7).
1ª representação (Vista Lateral)
2ª representação (Vista Lateral)
Resultado dos símbolos apresentados
Figura 7
120
3ª representação (Vista superior)
Notar que a seta pode partir de uma ou de outra extremidade da linha de referência sem que ocorra inversão nos símbolos de solda. A linha de seta pode ser contínua ou quebrada, esta também chamada de ziguezague. A linha de seta contínua indica que qualquer um dos lados da junta pode apresentar chanfro. A linha de seta quebrada indica o lado da junta que deverá ser chanfrado (Figura 8)
ou
ou
ou
Figura 8
121
A outra extremidade da linha de referência pode apresentar um símbolo semelhante a uma letra V deitada (Figura 9). Este símbolo é chamado de cauda e traz informações como número de sobre procedimento, processo de soldagem, especificação e normas estabelecidas por associações de soldagem. Essas indicações são compostas de algarismos e letras, representativos do procedimento. Se não for necessária nenhuma especificação, o desenho da cauda pode ser dispensado. GMAW
Proc. 01
Figura 9 Os símbolos básicos de juntas com chanfro estão representados na quadro abaixo (figura 10).
Junt Juntaa com com Chan Chanfr froo Reto Reto ou Sem Sem Chan Chanfr froo
Junta Junta com com Chan Chanfro fro em V
Junta com Chanfro em X
Junta com Chanfro em meio V
Junta com Chanfro em K
Junta com Chanfro em J
Junta com Chanfro em duplo J
Junta com Chanfro em U
Junta com Chanfro em duplo U
Figura 10 O símbolo da junta com uma face convexa é o desenho de um quarto de circunferência ao lado de uma linha vertical, colocado acima, abaixo ou em ambos os lados da linha de referência (Figura 11). Indica que a face de um ou dos dois membros da junta é arredondada.
122
Figura 11 Se as duas faces forem convexas, o símbolo será de dois desenhos de um quarto de circunferência colocados acima, abaixo ou em ambos os lados da linha de referência (Figuras 12a, 12b e 12c).
Figura 12 A solda de fechamento ou de aresta pode ser representada por dois símbolos distintos: no caso de peças curvas ou flangeadas, há duas linhas verticais com extremidade curva, acima ou abaixo da linha de referência (Figuras 13 e 14). Este símbolo indica que a preparação da junta deve prever uma aresta. No caso de uma peça curva ou flangeada e uma peça plana a representação é feita com duas linhas, sendo uma reta na posição vertical e a outra também reta com uma extremidade curva, acima ou abaixo da linha de referência (Figuras 15 e 16).
Figura 13
123
ou
Figura 14
Figura 15
ou
Figura 16 Para representação da solda de suporte ou solda por trás utiliza-se um semicírculo colocado acima ou abaixo da linha de referência e do lado oposto ao símbolo do chanfro. O símbolo de solda de suporte indica que deve ser feito um cordão de solda na raiz antes do preenchimento do chanfro (Figura 17a) através da seqüência indicada pelas linhas múltiplas ou por observação descrita na cauda. O símbolo da solda por trás também utiliza o mesmo semicírculo colocado acima ou abaixo da linha de referência, indicando que deve ser feito um cordão de solda na raiz após preenchimento do chanfro (figura 17b) através da seqüência indicada pelas linhas múltiplas ou por observação descrita na cauda.
124
Solda de suporte
(a) Solda por trás
(b) Figura 17 O símbolo da solda de encaixe para junta brasada é indicado por duas linhas paralelas inclinadas, posicionadas acima, abaixo ou em ambos os lados da linha de referência (Figuras 18 e 19).
Figura 18
Figura 19 Para solda por costura o símbolo é representado por um círculo colocado no meio, acima ou abaixo da linha de referência e apresenta dois traços horizontais que cortam este círculo (Figuras 20, 21 e 22).
Figura 20
125
Figura 21
Figura 22 O símbolo da solda em ângulo é representado com um triângulo retângulo colocado acima, abaixo ou em ambos os lados da linha de referência (Figuras 23 e 24). Pode também ser utilizado em combinação com solda em chanfro (Figura 25).
Figura 23
Figura 24
126
Figura 25 A solda tampão é representada por um retângulo colocado acima ou abaixo da linha de referência (Figura 26). O retângulo pode conter algarismos indicando a medida do enchimento em milímetros (Figura 27). A omissão da medida indica que o enchimento é total (Figura 28). A combinação das dimensões da solda tampão incluindo o ângulo do furo escareado pode ser visualizado na figura 29.
Figura 26
12 12
Figura 27
Figura 28
127
Figura 29 O símbolo de solda por ponto é representado com um círculo colocado acima, abaixo ou no meio da linha de referência (Figuras 30, 31 e 32).
Figura 30
Figura 31
Figura 32
128
A solda de revestimento é representada com dois semicírculos colocados abaixo ou acima da linha de referência indicando que uma ou mais camadas de cordão serão adicionadas ao metal de base (Figuras 33 e 34).
Figura 33
Figura 34 A simbologia de soldagem também utiliza símbolos suplementares para fornecer informações mais detalhadas a respeito do tipo de trabalho a ser executado. As linhas múltiplas de referência são utilizadas para conter as informações sobre a seqüência desejada de operações de soldagem. A ordem em que essas operações devem ser executadas é determinada pela proximidade da linha de referência em relação à seta, ou seja, a primeira operação será aquela indicada pela linha de referência mais próxima e assim sucessivamente (Figura 35). 1ª operação 2ª operação 3ª operação
Figura 35 Para representar uma operação a ser executada no campo é utilizado um triângulo cheio no símbolo, posicionado posicionado sobre intersecção da linha de referência com a linha de seta (Figura 36). Este símbolo indica que determinada operação deve ser feita no final da montagem do conjunto. Isto acontece no caso de soldagem de conjuntos formados por peças muito grandes que só podem ser montadas na obra.
Figura 36
129
O símbolo da solda em todo o contorno é representado por um círculo colocado na intersecção da linha de referência com a linha de seta, conforme ilustrado nas figuras 37 e 38. Este símbolo indica que todo o local ao redor da junta deve ser executada a operação correspondente ao indicado na linha de referência.
Figura 37
Figura 38
130
2
1 1
2
Figura 38 (cont) NAS FIGURAS 39 E 40 APRESENTAMOS OUTRO EXEMPLO DA APLICAÇÃO DO SÍMBOLO DE SOLDA EM TODO O CONTORNO ONDE UM DOS ELEMENTOS TEM FORMATO CILÍNDRICO. A FIGURA 39 É DE UMA SOLDA NO CHANFRO EM MEIO V COMBINADA COM SOLDA EM ÂNGULO EM TODO O CONTORNO DO MEMBRO 1, CUJA EXTREMIDADE FOI USINADA EM FORMA DE CONE. JÁ NA FIGURA 40 O SÍMBOLO DETERMINA QUE A PRIMEIRA OPERAÇÃO É DE UMA SOLDA NO CHANFRO EM K EXECUTADO PELO LADO SETA E OPOSTO À SETA, E A SEGUNDA OPERAÇÃO É DE UMA SOLDA EM ÂNGULO EM TODO O CONTORNO DO MEMBRO 1.
Figura 39
Figura 40 Para representação do cobre-junta utiliza-se um símbolo caracterizado por um retângulo colocado acima ou abaixo da linha de referência, de acordo com a direção indicada pela seta, podendo conter o símbolo químico ou a classificação do material utilizado. Este símbolo indica que um material deve ser colocado na raiz da junta para servir de suporte para o metal fundido (Figura 41).
131
Cu
Figura 41 O símbolo com espaçador também é caracterizado por um retângulo, indicando indicando a colocação de um material igual ao metal de base e que fará parte da fusão. Este símbolo é colocado no meio da linha de referência e pode conter a indicação do material utilizado (Figuras 42 e 43).
Figura 42 1020
A-36
Figura 43 Para representação da solda executada de um lado com projeção no lado oposto utiliza-se um semicírculo cheio, indicando a exigência de excesso de solda no lado oposto à execução da soldagem. Este símbolo é colocado acima ou abaixo de linha de referência, de acordo com a exigência do projeto (Figuras 44, 45a e 45b).
132
Figura 44
Figura 45 Quando se deseja que o perfil da solda apresente determinadas características de acabamento utilizam-se três símbolos. O primeiro, conforme a figura 46, é o símbolo do perfil de solda externo nivelado ou plano, representado por um traço horizontal colocado sobre o símbolo de chanfro ou solda desejado. Quando este o perfil externo nivelado ou plano é requerido sobre o símbolo de um chanfro, o cordão de solda deve ficar rente ao metal de base (Figura 47).
Figura 46 Metal depositado rente ao metal de base
Figura 47 Para a solda com perfil convexo utiliza-se um semicírculo sobre o símbolo do chanfro ou solda desejado, caracterizando caracterizando que o acabamento do cordão deve ser convexo (Figura 48).
133
Figura 48 Para a solda com perfil côncavo o símbolo é representado também por um semicírculo sobre o símbolo do chanfro ou solda desejada. Entretanto, este semicírculo deve estar com a superfície côncava evidenciada sobre o chanfro ou solda, caracterizando o acabamento com depressão (concavidade), (concavidade), conforme ilustrado na figura 49.
Figura 49 Quando o perfil externo for obtido por ferramentas mecânicas, deve ser incluída uma letra sobre o símbolo de acabamento desejado, conforme figuras 50 e 51. Dentre as usuais, podemos destacar as letras C – Chipping (Calafate), G – Grinding (Esmerilhamento) e M – Machining (Usinagem).
Figura 50
Figura 51 As dimensões da solda são apresentadas por algarismos colocados ao lado do símbolo ou dentro dele, indicando a dimensão da solda em ângulo, a profundidade de preparação ou
134
ângulo do chanfro, a abertura da raiz, a penetração da solda, o comprimento e o espaçamento do cordão de solda. A dimensão da solda em ângulo é colocada à esquerda do símbolo (Figura 52). Quando a solda tiver de ser executada pelos dois lados, cotam-se os dois símbolos e as duas medidas, sejam elas iguais (Figura 53) ou diferentes (Figura 54).
Figura 52
6
6
6
Figura 53
4 4 6
66
4 6
Figura 54 No caso de solda com pernas desiguais (solda em ângulo assimétrica), as dimensões devem seguir a orientação do desenho (Figura 55).
6 (6 x 9)
9
Figura 55
135
A medida do ângulo do chanfro é colocada dentro do símbolo do chanfro (Figuras 56 e 57).
Figura 56
Figura 57 A profundidade de preparação do chanfro deve ser colocada do lado esquerdo do símbolo (Figuras 58 e 59).
136
8 8
9
Figura 58
8 8
Figura 59 A abertura da raiz é a distância, na raiz da junta, entre os dois membros a serem soldados. A medida é colocada dentro do símbolo que representa a junta (Figuras 60, 61 e 62).
1
1
2
Figura 60 1
1 3
3
1 1
Figura 61
137
1
1
2
2
Figura 62 A medida da penetração da solda ou a garganta efetiva é colocada à esquerda do símbolo de solda e entre parêntesis (Figuras 63, 64 e 65). (18) (12)
(10)
(18)
(10)
Figura 63 (12)
12
19 (6) (19)
19
6
25
Figura 64
138
(19) 25 19
15 9 6
6 (9)
Note sobreposição
(9) 6
6 9
Figura 65 Para juntas com chanfros, quando não houver indicação quanto a dimensões no símbolo (profundidade de preparação da junta ou penetração da solda), significa que a solda deve ser executada com penetração total (Figuras 66a e 66b).
(a) 19
38 19
(b) Figura 66
O comprimento da solda, em milímetros, é colocado do lado direito do símbolo, conforme Figuras 67 e 68.
139
Figura 67
Figura 68 O espaçamento de uma solda descontínua também é indicado à direita do símbolo. As dimensões de comprimento e espaçamento (distância entre centros dos cordões), respectivamente, são indicadas ao lado direito do símbolo, separadas por um traço. O comprimento é conhecido pela letra L (da palavra inglesa “length”) e o espaçamento é identificado identificado pela letra P (de “pitch”), conforme as figuras 69 e 70.
Figura 69
Figura 70 No caso de solda descontínua coincidente, o símbolo é colocado acima e abaixo da linha de referência (Figuras 71 e 72).
140
Figura 71
Figura 72 A dimensão do espaçamento de uma solda descontínua intercalada (em escalão) também é indicada à direita do símbolo, seguida pela dimensão do comprimento (Figuras 73 e 74).
Figura 73
Figura 74 Os símbolos típicos indicam os procedimentos mais usuais de soldagem e trazem indicações, nos símbolos básicos, que são relacionadas a detalhes do processo, tais como a dimensões de solda, espaçamento entre centros de incrementos, altura do depósito, ângulo e outras.
141
Visão geral dos símbolos típicos de soldagem - AWS
Solda por trás Solda por trás
Solda de suporte
142
Visão geral dos símbolos típicos de soldagem - AWS
A figura 75 abaixo apresentam outros símbolos previstos na AWS. Na interpretação de símbolos pouco usuais ou de elevado grau de complexidade, recomenda-se utilizar a norma AWS A 2.4, que apresenta um conjunto bastante grande de exemplos de situações relacionadas aos símbolos correspondentes.
Figura 75 (continua na página seguinte)
143
Penetra ão da unta
S = Raio com início no ponto de tangência até o topo dos membros.
Figura 75 (continua na página seguinte)
144
Para penetração completa S < E.
Dimensões em polegadas
Figura 75
145
9.5 SIMBOLOGIA DE ENSAIOS NÃO DESTRUTIVOS - END Os símbolos utilizados para representar os ensaios não destrutivos são semelhantes aos de soldagem (Figura 76). Existem os símbolos básicos, como a linha de referência, linha de seta e cauda. Os símbolos suplementares são os algarismos indicativos da quantidade de ensaios, as siglas representativas de cada tipo de ensaio, o local onde o ensaio deve ser executado e o comprimento da secção a ser examinada.
Figura 76 Os diversos tipos de ensaios não destrutivos são designados pelas letras ou siglas e aparecem acima abaixo ou no meio da linha de referência (com interrupção da linha). As seguintes notações são empregadas para os ensaios não-destrutivos não-destrutivos em uso:
Ensaio Radiografia Ultra-som Partículas Magnéticas Líquido Penetrante Teste de Estanqueidade Visual Teste por pontos
AWS RT UT MT PT LT VT -
Petrobrás RAD US PM LP ES EV TP
A figura 77 abaixo indica os diversos tipos de símbolos de ensaios não destrutivos. Quando não houver obrigatoriedade de executar o ensaio de um determinado lado, os símbolos serão colocados na interrupção da linha de referência.
146
Dimensões em mm US
RAD
Radiografia pelo lado da seta
Ultra-som sem lado específico
PM 100 LP 300
Ensaio de partículas magnéticas, a ser executado numa extensão de 100mm, pelo lado oposto à seta s eta
Ensaio de líquido penetrante a ser executado num a extensão de 300mm, pelo lado da seta
US 300 2
RAD – 17” (5)
Ensaio de ultra-som a ser executado em 2 trechos de 300mm
5 radiografias de 17” a serem executadas
EV
LP + PM
US + RAD
Ensaios combinados de líquido penetrante e partículas magnéticas, a serem executados pelo lado da seta
Ensaios combinados ultra-som e radiografia pelo lado da seta e ensaio visual do lado oposto
LP 50%
Proc. 01
LP
Ensaio de líquido penetrante a ser executado em 50% 5 0% de toda a extensão soldada, em locais selecionados do lado da seta
Ensaio de líquido penetrante a ser executado em todo o contorno do lado oposto à seta, conforme c onforme procedimento 01
Figura 77 Os símbolos de ensaios não-destrutivos podem ser utilizados em combinação com os símbolos de soldagem, conforme figura 78. LP
PM
LP
PM
Após operações de soldagem do chanfro em V e soldagem de suporte (raiz) executar ensaio de líquido penetrante em ambas as superfícies da solda s olda
Após soldagem do chanfro em X executar, no campo, ensaio de partículas magnéticas em ambas as superfícies da solda
Figura 78 (continua na próxima página)
147
US
EV + RAD
Após operações de soldagem do chanfro em V, executar ensaio visual e radiográfico pelo lado oposto à seta
Executar soldagem pelo chanfro em V, goivar pelo outro lado, soldar pelo lado do chanfro em U e examinar o lado seta por ultra-som
Figura 78
148
BIBLIOGRAFIA 1 - ASME BOILER AND PRESSURE VESSEL CODE. Section V Nondestructive Test Examination. American Society of Mechanical Engineers, EUA, 2001. 2 - METALS HANDBOOK NINTH EDITION– Nondestructive Evaluation and Quality Control – Editora AMERICAN SOCIETY FOR METALS – Vol. 17. 3 - Apostila da FBTS, Inspetor de Soldagem, Editora Fundação Brasileira de Tecnologia da Soldagem. 4 - PETROBRAS N-1438C - Soldagem. Petróleo Brasileiro S/A, março de 1997. 5 - PETROBRAS N-1738A – Descontinuidades em Juntas Soldadas, Fundidos, Forjados e Laminados. Petróleo Brasileiro S/A, julho de 1997. 6 - AMERICAN WELDING SOCIETY - AWS 3.0-2001. Standard Welding Terms and Definitions. 7 - AMERICAN WELDING SOCIETY - AWS 2.4-98. Standard Symbols for Welding, Brazing, and Nondestructive Nondestructive Examination. 8 - NONDESTRUCTIVE TESTING HANDBOOK, Second Edition. Visual and Optical Testing, Volume 8. The American Society for Nondestructive Testing – 1993. 9 - MANUFACTURERS STANDARDIZATION SOCIETY - MSS Standard Practice SP-551975. Quality Standard for Steel Castings for Valves, Flanges and Fittings and Other Piping Components. 10 – LUZ E VISÃO, Biblioteca Científica Life – Livraria José Olympio Editora S.A. Rio de Janeiro, 1970. 11 – JUNIOR, Ricardo Forneris, Holografia e Interferometria Holográfica. Anais do VIII Seminário Nacional de Ensaios Não Destrutivos, São Paulo, 1988. 12 – Artigo técnico – biblioteca on-line. GE Plastics, site: www.geplastics.com.br/resins. 13 - Artigo técnico – artigo on-line. BASF S.A - Glasurit, site: www.glasurit.com.br. www.glasurit.com.br. 14 - Ferraresi, D., “ Fundamento da Usinagem dos Metais “, Editora Edgard Blucher – São Paulo – 1977. 15 – Soldagem – Coleção Tecnologia Senai, Serviço Nacional de Aprendizagem Industrial. Senai-SP, 1997.
149
16 - PETROBRAS N-1204B – Inspeção Visual de Superfícies de Aço para Pintura. Petróleo Brasileiro S/A, novembro de 1997. 17 - PETROBRAS N-1515A – Pintura. Petróleo Brasileiro S/A, dezembro dezembro de 1988. 18 - Metrologia – biblioteca on-line. TELECURSO 2000, site:www.bibvirt.futuro.usp.br/textos/tem_outros/cursprofissionalizante/tc2000/. – Janeiro de 2004. 20 – Catalogo G.A.L. Gage Co. – 1993 21 – Catalogo Starret
150
