Líquido Penetrante 1. Prin Princí cípi pioo do mét métod odoo O ensaio por líquido penetrante é o mais simples dos ensaios não destrutivos e por este motivo muitas vezes realizado de maneira errada. Este ensaio é utilizado como um complemento ao ensaio visual, pois possibilita a visualização de pequenas pequen as fissuras imperceptíveis ao olho nu. Sua aplicação fundamental é a verificação de descontinuidades superficiais. É o ensaio não destrutivo mais antigo, tendo sua origem nas oficinas de manutenção das estradas de ferro. A ruptura de peças de vagões, como eixos, rodas, etc. sem que pudessem ser determinadas as causa era relativamente comum. Algumas trincas eram visíveis mas outras não podiam se detectadas. Foi então desenvolvido um método conhecido como método do óleo e giz. Este método consistia na limpeza das peças com água fervendo, imersão num tanque de óleo misturado com querosene por algumas horas ou até um dia inteiro, até que a mistura penetrasse nas trincas existentes. Depois as peças eram removidas, limpas com estopa e colocadas para secar. Depois de secas, eram pintadas com uma mistura de giz moído e álcool. Em seguida a peça era martelada, fazendo com que a mistura de óleo e querosene saísse dos locais em que houvessem trincas, manchando a pintura de giz e tornando-as visíveis. O método hoje conhecido dos líquidos penetrantes foi melhor desenvolvido a partir de 1942, devido a necessidade da indústria aeronáutica, que se utiliza de diversos materiais não ferrosos que não podem ser ensaiados pelo ensaio de partículas magnéticas. O ensaio de líquido penetrante consiste con siste simplificadamente das seguintes etapas: - limpeza da superfície a ser inspecionada; - aplicação do líquido penetrante; - remoção do excesso de líquido; - aplicação do revelador; - inspeção e laudo final; - limpeza da peça. Veremos mais detalhadamente cada uma das etapas acima e detalhes dos materiais empregados no ensaio. 2. Apli Aplica caçã çãoo do mét métod odoo 2.1 Limpeza Limpeza da superfíci superfíciee Esta etapa inicial do ensaio é de importância fundamental para o resultado final do ensaio. Como o ensaio de líquido penetrante é utilizado para verificação de descontinuidades superficiais, é de suma importância que estas descontinuidades não sejam escondidas devido a algum depósito sobre elas. A limpeza da superfície se divide em duas etapas: remoção de irregularidades da superfície e limpeza. A remoção de irregularidades fará a eliminação de carepas de óxido, escórias, respingos de solda e outros depósitos que possam impedir a penetração do líquido na descontinuidade. Neste processo são utilizadas ferramentas mecânicas para escovamento, esmerilhamento, jateamento ou usinagem. Cuidado especial deve ser dado nesta etapa, pois conforme o material a ser ensaiado, devemos ter o cuidado de não contaminá-lo. Também no emprego das ferramentas mecânicas não pod podee ser ser util utiliz izad adoo mu muit itoo vigor vigor que que venha venha a provo provoca carr o amas amassa same ment ntoo da desc descon onti tinu nuid idad adee e a impossibilidade de penetração do líquido. O jateamento abrasivo deve ser evitado ao máximo, pois provoca com facilidade o mascaramento da descontinuidade e sua impossibilidade de detecção. Deste Pag.C-1
modo o jateamento só deve ser utilizado quando a superfície apresentar um depósito de difícil remoção pelos métodos de escovamento ou esmerilhamento, e posteriormente ser submetido a escovamento ou esmerilhamento. A limpeza da superfície promoverá a remoção de camadas gordurosas como graxas, óleo ou umidade e resíduos da etapa anterior. Nesta etapa utilizaremos um removedor não gorduroso a base de solvente, detergente, desengraxante ou limpeza ultra-sônica ou decapagem. Normalmente utiliza-se nesta etapa solventes como tinner. Não devem ser utilizados materiais que possam prejudicar a boa resolução do ensaio, tais como: panos que deixam fiapos após o uso, panos engordurados. 2.2 Aplicação do líquido penetrante Após efetuada a limpeza da peça, devemos aguardar um tempo para que o solvente utilizado ou qualquer outra umidade evapore. Com a superfície limpa e seca poderemos então fazer a aplicação do líquido penetrante.
O líquido penetrante pode ser aplicado de diversas maneiras dependendo da superfície a ser inspecionada, do local onde esta instalada e das condições do ambiente. Para a aplicação pode ser utilizado um dos seguintes métodos: imersão, aspersão ou pincelamento. O processo de imersão é utilizado preferencialmente em linhas de produção, onde existem cubas com capacidade para mergulhar totalmente a peça possibilitando que o líquido atinja toda a superfície da peça. O processo de aspersão é utilizado quando se tem uma área pequena para inspecionar ou então o local do ensaio é bem ventilado. Este cuidado deve ser tomado pois na aspersão do líquido penetrante, é utilizado aerosol e o propelente pode ser inflamável ou tóxico. O uso de propelentes a base de CFC tem sido evitado devido ao ataque a camada de ozônio. O processo de pincelamento é utilizado para grandes áreas e em locais enclausurados com dificuldade de ventilação. O líquido penetrante é espalhado pela superfície a ser ensaiada com o auxílio de um pincel. Para todos os métodos acima descritos devemos assegurar que a superfície a ser ensaiada seja totalmente molhada pelo líquido penetrante. Também devemos verificar a temperatura da superfície, pois normalmente os líquidos penetrantes são elaborados para serem utilizados na faixa de temperatura de 16 ºC a 52 ºC . Para temperaturas abaixo de 16ºC é necessário o aquecimento da superfície a ser inspecionada, pois pequenas trincas fecham-se inviabilizando o sucesso do ensaio. O tempo de penetração do líquido dependerá do tipo de material ensaiado. A prática tem indicado um tempo médio de 15 minutos para o aço carbono, nunca inferior a 10 minutos. A penetração do líquido no interior de uma fissura é devido a força capilar. O ar é retirado do interior da fissura para que o líquido penetre em função da s forças capilares no seu interior, tal força Pag.C-2
pode chegar até uma atmosfera. A relação da pressão capilar com a abertura da fissura é dada pela expressão abaixo. p = 2 . γ . cos θ W p = pressão capilar γ = tensão superficial do líquido θ = ângulo de equilíbrio do líquido e a superfície da fissura W = abertura ou largura da fissura. Quanto maior o valor da tensão superficial e quanto menor o ângulo de equilíbrio, maior será a pressão capilar p. Quanto menor o ângulo , maior facilidade do líquido penetrante molhar a superfície dos metais. Evidentemente, vemos pela expressão acima, que quanto menor for a abertura ou largura da fissura, maior será também a pressão capilar. Felizmente, no caso das fissuras dos metais, não existe, em geral, uma única largura para a fissura, isto é, o valor de W varia ao longo do comprimento da fissura. Assim, o ar aprisionado no interior da fissura sai pela entrada do líquido penetrante, em geral escapa pelas zonas onde a largura L da fissura é maior, devido à pressão capilar ser muito maior nas seções onde W é pequeno e menor onde W é grande. L
W
D
O líquido penetrante é uma composição de vários produtos para atender determinadas propriedades físicas que garantirão um bom desempenho. Algumas dessas características são as seguintes: - Capilaridade – capacidade de penetrar em pequenas fissuras como verificamos acima; - Viscosidade – influi na velocidade que o líquido penetrante entra e sai de uma fissura; - Tensão superficial – para manter o líquido aderido na superfície da peça; - Molhabilidade – capacidade do líquido se espalhar sobre a superfície da peça; - Densidade – geralmente um pouco menor que 1 não influi na capacidade do líquido; - Volatilidade – dificuldade para evaporar, o líquido não deve evaporar da superfície da peça; - Ponto de fulgor – é a temperatura que um líquido começa a emitir vapores que podem se inflamar, o líquido penetrante não deve se inflamar na temperatura de ensaio; - Inércia química – o líquido utilizado não deve agredir a peça ensaiada, não pode provocar corrosão na peça, não pode reagir com a peça; - Solubilidade – o líquido deve ser removido facilmente da peça; - Toxidade – o líquido penetrante deve ter um baixo índice de toxidez, pois muitas vezes é utilizado em lugares confinados com pouca ventilação. Pag.C-3
Pelas características acima podemos entender a dificuldade e complexidade na elaboração de um bom líquido penetrante. Quanto a visibilidade os penetrantes podem receber corantes para melhor visualização como também podem ter pigmentação fluorescente. A composição pode também indicar o modo de remoção do excesso do líquido da peça. O líquido pode ser removido por água, por solvente ou por água após emulsificação. Pela combinação da visibilidade e o meio de remoção podemos fazer uma composição do líquido e uma classificação quanto a sensibilidade, conforme podemos ver na tabela abaixo.
Método A fluorescente B Visível Colorido
Água A-1 B-1
Quanto á remoção Pós – emulsificável A-2 B-2
Solvente A-3 B-3
Ordem de sensibilidade: A-2, A-3, A-1, B-2, B-3, B-1 Os penetrantes removíveis com água são pré-emulsificados, em sua composição já possuem o emulsificante. Estes penetrantes são largamente utilizados devido a sua facilidade de remoção e menor toxidez por não utilizar solventes. A facilidade de remoção com água implica numa restrição do uso em descontinuidades rasas devido a possibilidade de remoção do penetrante de dentro da descontinuidade. Os penetrantes removíveis a solvente, são solúveis a solvente permitindo assim sua remoção. A restrição de uso destes líquidos é devido a locais confinados onde o ambiente pode ficar saturado implicando na segurança do inspetor.
Esquema de execução do ensaio de líquido penetrante removível a água ou solvente Onde: 2- aplicação do líquido penetrante 3- remoção do excesso 4- aplicação do revelador 5- laudo Os penetrantes removíveis após emulsificação, são mais difíceis de serem removidos da superfície. Não são solúveis em água, necessitam do emulsificante. A utilização do emulsificante aumenta o tempo e o custo do ensaio. Como restrição deste penetrante temos um maior tempo na inspeção final, dificuldade de remoção de superfícies rugosas, maior custo, dificuldade de remoção de peças com geometria complexa.
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Esquema de execução do ensaio de líquido penetrante removível a água após emulsificação Onde: 2- aplicação do líquido penetrante 3- aplicação do emulsificante 4- tempo para emulsificação 5- remoção do excesso 6- aplicação do revelador 7- laudo 2.3 Remoção do excesso de penetrante Após completado o tempo para penetração do líquido penetrante devemos remover o excesso. A remoção do excesso é a retirado do líquido que não penetrou na fissura, que ficou sobre a superfície da peça. O penetrante no interior da fissura não deve ser removido, para o sucesso do ensaio.
Esta etapa também deve ser efetuada com cuidado para não causar um mascaramento do ensaio, pela remoção do líquido de dentro da fissura. O excesso do líquido deve ser primeiramente removido com auxílio de papel ou panos não absorventes, seguido do removedor indicado ao tipo de líquido utilizado. Pag.C-5
Para líquidos penetrantes removíveis a água, a peça pode ser lavada com água tomando o cuidado de não se aplicar um jato de água pleno com grande pressão sobre a superfície para agilizar a remoção do penetrante. Este procedimento pode remover o penetrante de dentro das fissuras. Outro cuidado a ser tomado é quanto a temperatura da água para que também não remova o penetrante das fissuras. A prática indica uma pressão máxima de 50 psi e uma temperatura máxima de 43ºC para água. Os líquidos penetrantes removíveis após emulsificação, precisam ser emulsionados com o produto indicado pelo fabricante do líquido. O processo de emulsificação deve respeitar o tempo necessário para que todo o líquido sobre a superfície seja emulsionado. Após o tempo indicado, o penetrante pode ser removido com água observando os cuidados acima relatados. A remoção do penetrante removível a solvente deve ser efetuada pela aplicação do solvente num pano e nunca aplicar o solvente diretamente na peça. A remoção dos líquidos penetrantes fluorescentes deve ser sempre acompanhada da lâmpada de luz negra que possibilita sua visualização. Qualquer que seja o penetrante utilizado, a etapa de remoção do excesso é fundamental na execução do ensaio, pois combinada com a limpeza inicial deficiente pode provocar o aparecimento de indicações sobre a superfície que atrapalharão no laudo final podendo levar o inspetor a uma avaliação errada. 2.4 Aplicação do revelador Após a remoção do excesso de penetrante deve ser observado um tempo para que a superfície da peça fique totalmente seca, isenta de umidade e solvente. O revelador é um produto formulado e balanceado que é aplicado sobre a superfície examinada após a remoção do excesso de penetrante, sob forma de uma fina camada porosa. Por efeito da capilaridade o líquido se espalha (“efeito mata borrão”) na camada de revelador fazendo com que a largura da indicação seja bem maior que a da descontinuidade, o que permite sua visualização.
O revelador é pigmentado de forma a proporcionar fundo contrastante com o penetrante. O revelador pode ser de três diferentes formas: a seco, úmido ou em suspensão. A aplicação pode ser por imersão, pulverização ou em câmaras fechadas. Quanto menor a espessura da película do revelador sobre a peça, maior será a sensibilidade do ensaio. O revelador a seco é uma mistura de sílica e talco e pode ser aplicado através de pulverização a seco, manualmente com peneiras de malha fina, em câmaras fechadas ou com pistolas eletrostáticas. Este tipo de revelador é mais empregado em sistemas estacionários pela necessidade de grandes equipamentos. É um sistema que tem caído em desuso devido a sua confiabilidade. A dificuldade em se conseguir uma camada uniforme e uma cobertura de toda a superfície como a necessidade de uma boa ventilação são limitações para sua utilização. O revelador úmido pode ser aquoso ou não. O método úmido aquoso pode ser utilizado em suspensão, onde o pó seco é misturado com água e aplicado por pulverização, derramamento sobre a Pag.C-6
superfície da peça ou por imersão da peça em recipiente contendo a solução. Sua utilização é restrita a sistemas estacionários e possui limitações a sua utilização devido a dificuldade de uma camada uniforme, cobertura de toda a superfície, manutenção de uma suspensão homogênea e possibilidade de contaminantes no processo. O revelador úmido aquoso em solução é composto de um pó cristalino que quando mistura com água numa determinada concentração proporciona uma solução clara. Pode ser aplicado do mesmo modo que o revelador úmido aquoso em suspensão, tendo também as mesmas restrições de uso. O revelador úmido não aquoso é composto por um pó misturado com solvente que pode ser uma nafta ou álcool. Sua aplicação é feita por pulverização sobre a peça, geralmente sistema portátil, obtendo-se uma facilidade na uniformidade da camada e cobertura da superfície alcançando assim uma alta sensibilidade. Como o propelente utilizado pode ser inflamável deve-se ter o cuidado no local de aplicação com a possibilidade de causar fogo. É o método mais utilizado. Um outro sistema de revelador consta de um filme plástico formado por laca clara ou resina coloidal onde são adicionadas partículas de revelador. Este sistema permite a remoção da película e o arquivamento do resultado. Possui custo elevado e por esse motivo é pouco utilizado apesar de sua alta sensibilidade. 2.5 Laudo final Para execução do laudo final deve ser observado um tempo mínimo que permita o penetrante sair da fissura em que se encontra e ser depositado sobre o revelador. Este tempo não deve ser inferior a 10 minutos. Nesta etapa, a iluminação do ambiente tem que ser condizente com o penetrante empregado. Para penetrantes visíveis coloridos, a iluminação indicada é de no mínimo 350 lux na superfície da peça, isto pode ser obtido com uma luminária com uma lâmpada de 60 Watts a 30 centímetros da peça. Para penetrantes fluorescentes, o ambiente deve ter uma luminosidade máxima de 32 lux e a lâmpada de luz ultravioleta uma intensidade de 800 µ W/cm2 na superfície da peça. Para um bom resultado do ensaio, a lâmpada deve ser ligada pelo menos 5 minutos antes do laudo e o inspetor estar no ambiente escuro pelo menos 5 minutos para adaptação da vista. As descontinuidades verificadas devem ser marcadas na peça para que posteriormente na luz visível possa ser identificada sua localização exata. A avaliação final deve seguir normas de fabricação ou procedimentos que definam as dimensões aceitáveis de descontinuidades. Os registros das descontinuidades e o respectivo laudo aprovando ou reprovando devem ser efetuados em formulários específicos que possibilitem identificar o método utilizado, localização composta de croqui e dimensões. 2.6 Limpeza final A limpeza final da peça se faz necessária, pois pode ocorrer a necessidade de execução de ensaios complementares que ficariam prejudicado pelos resíduos deixados. Também o ensaio de líquido penetrante pode ser a última etapa de um produto antes da embalagem para entrega e por este motivo a peça deve ser limpa. 3.Cuidados adicionais Utilizar somente produtos (LP, Removedor, Reveladores) que sejam qualificados pelo Sistema Nacional de Qualificação. Os produtos (LP, Reveladores, Removedores) podem ser utilizados em ligas a base de titânio, aços inoxidáveis austeníticos, ligas à base de níquel, desde que o teor de elementos contaminantes (cloro, enxofre e flúor) não ultrapasse limites especificados em norma. Pag.C-7
Nas embalagens dos materiais penetrantes e reveladores deve constar o número do lote de fabricação e a data da validade. 4.Controle de qualidade Para garantir um bom resultado do ensaio de líquido penetrante, devemos garantir a sensibilidade do ensaio. Isto é conseguido através do recebimento do produto conforme procedimento que faça a verificação da sensibilidade do conjunto penetrante/revelador em blocos padrões, com descontinuidades artificiais. Para verificação da sensibilidade existem dois tipos de bloco, um confeccionado segundo a norma japonesa JIS e outro conforme norma Petrobras. O bloco JIS consta de um bloco usinado com finas ranhuras com larguras de 10 e 20 micra. O bloco de 10 micra é utilizado na verificação de penetrantes fluorescentes e o de 20 micra na verificação de penetrantes visíveis. O bloco da norma Petrobras é confeccionado a partir de uma chapa de aço de 4 mm onde é depositada uma camada de cromo duro de 0,1 mm. No lado oposto do revestimento de cromo são efetuadas três mossas com esfera de 10 mm de diâmetro com carregamentos de 1 tonelada, 2 toneladas e 3 toneladas. Deste modo são geradas trincas no revestimento de cromo duro de diferentes dimensões. Bloco padrão comparador conforme norma Petrobras.
Foto de Teste com Líquido Penetrante Visível no Bloco Comparador norma Petrobras
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Foto de Teste com Líquido Penetrante Fluorescente em Bloco Comparador norma JIS 5. Aplicações O ensaio de líquido penetrante pode ser empregado em materiais magnéticos e não magnéticos, em metais e não metais, sempre para verificação de descontinuidades superficiais. Pode ainda no caso de determinação de vazamentos, ser empregado o ensaio de líquido penetrante, necessitando para isso acesso ao interior e ao exterior da peça. Neste caso aplica-se o penetrante pelo interior da peça e após algum tempo aplica-se o revelador pelo exterior da peça verificando-se os locais de vazamento. 6. Vantagens e desvantagens Como vantagens do ensaio de líquido penetrante podemos listar: - Facilidade em aplicação do método e interpretação do laudo; - Treinamento simples necessitando de pouco tempo; - Sem limitações de tamanho, forma e material da peça. Como desvantagens podemos listar: - Detecção de descontinuidades somente abertas a superfície; - Impossibilidade de aplicação em superfícies porosas ou absorventes; - Inviabilidade do ensaio em peças de geometria complexa que exijam absoluta limpeza após o ensaio, no caso de industrias alimentícias, farmacêuticas ou hospitalar.
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