Universidade Federal do Rio Grande do Norte – UFRN Curso de Engenharia de Mecânica
ENSAIOS NÃO DESTRUTIVOS (END): Tipos e Aplicação na ispeção de dispositivos soldados Fundição e soldagem (MTR0712) Luis Henrique Lira Silva,
[email protected] Sérgio Rodrigues Barra,
[email protected] 1 2
Universidade Federal do Rio Grande do Norte, Discente. Universidade Federal do Rio Grande do Norte, Professor.
Resumo: De
modo geral, esse trabalho teve como objetivo a abordagem da relação existente entre a soldagem de uma peça e sua inspeção quando se trata de ensaios que não danifique a mesma que são os chamados ensaios não destrutivos(END). Existem diversos tipos de ensaios não destrutivos que foram abordados e sintetisados.Com sintetisados.Com essa visão, foram apresentados alguns dos principais tipos de END buscando mostrar como funcinam, suas finalidades e alguns exemplos e aplicações na aréa de soldagem. Palavras-chave: Ensaios
não destrutivos, soldagem, inspeção, vantagens, limitações.
1. INTRODUÇÃO
O processo de avaliação de supostas falhas de matérias vem sendo estudada por muitos anos, segundo Garcia, Spim e Santos(2000), peças metálicas quando em serviços são propicias a falha de três maneira: Excesso de deformação plástica, elástica e ruptura, no qual a última, por sua vez, é dividida em fratura frágil, dúctil, por corrosão ou fadiga. Estudos mostram que 90% das falhas mecânicas em componentes metálicos se dão por fadiga, por isso se vê a importância de estudos de ensaios não destrutivos, como uma maneira preventiva, pois esse tipo de ensaio não compromete o uso do equipamento após o mesmo ser fabricado. A verificação de alguns tipos de falhas é muito importante para a melhora de certos processos, mas a melhor forma de não deixar que ocorra certas falhas são prevenindo-as. Depois que o equipamento está montado, ou como no caso em questão, depois que ele já está soldado, acreditamos e desejamos que o mesmo esteja em boas condições, porém a diversos fatores que influenciam nesse processo com tantas variáveis, que qualquer mudança, como por exemplo, na velocidade de soldagem, corrente, tenção, eletrodo, equipamento, mão de obra qualificada, etc., podem levar a centenas de mudanças tanto na zona fundida(ZF), como na zona termicamente afetada(ZTA) e isso faz com que consideramos a soldagem como sendo algo bastante crítico. Por conta do processo de soldagem ser tão complexo e depender de tantas variáveis, devemos verificar se está tudo dentro das normas estabelecidas, para que não ocorra nenhum imprevisto que possa levar a prejuízos, por menor que ele seja. Os ensaios não destrutivos(END) foram as formas elaboradas para que se faça essa verificação sem que ocorra a danificação de nenhum elemento do sistema, pois o mesmo permite essa verificação sem que ocorra mudanças nas características do material sob exame e não interfere no seu uso posteriormente, assim não é necessário que se faça nenhuma correção sem que verdadeiramente seja necessário para que não ocorra nenhum acidente que possa ser previsto, pois isso pode gera custo e prejuízos tanto material quanto físico. Esses ensaios são utilizados em elementos antes dos mesmos serem colocados em uso, depois quando já em funcionamento como manutenção preventiva ou também para se verificar certos tipos de falhas após o ter ocorrido. Os END que serão aqui abordados são: Ispeção Visual; Inspeção com liquido penetrante; Inspeção com partículas magnética; Inspeção com Radiografia e Gamatografia; Inspeção por ultra som;
É com essa linha de raciocino que iremos abordar os ensaios não destrutivos e tentar descrevê-los de forma sucinta e clara, com o objetivo de esclarecer quais são suas limitações e quando serem usadas e tentar exemplificá-las. 2. REVISÃO BIBLIOTGRÁFICA
Como já foi introduzido, é notável a importância desse tipo de ensaio em peças já acabadas ou em fase de desenvolvimento, pois é através dessa verificação que iremos prever certos problemas. Segundo Modenise(2001), a descontinuidade em uma solda é um fator muito importante na verificação de alguns certos problemas, porém não significa que a mesma seja defeituosa, por isso a necessidade já citada anteriormente. Já segundo K. Kesaven, K. Ravisankar, S. Parivallal e S. Sreeshylam (2005), tensões residuais têm influência sobre o comportamento de componentes estruturais durante a sua vida útil. Dependendo de sua natureza, intensidade e distribuição eles podem contribuir para aumentar a vida útil de um componente ou levar a sua falha prematura e o método não destrutivo serve para avaliação desse stress no material. Adriano, Caetano, Santos e Trevisan (2003), conhecer a distribuição inicial de tensões permite a otimização de projetos quando essas tensões atuam de forma a anular ou reduzir as tensões resultantes após a aplicação de carregamentos. Também permite aumentar a segurança de componentes nos quais as tensões pré-existentes se somam ao carregamento, levando os projetistas a reavaliar um eventual projeto que inicialmente desconsiderasse as tensões residuais. A fixação por solda é o principal método utilizado na construção de estruturas. Conjuntos soldados são normalmente de baixo custo e têm propriedades adequadas para a maioria das aplicações que requerem fixação, de forma especial as que não requerem posterior desmontagem. No entanto, a soldagem também gera tensões residuais. 3. ENSAIOS NÂO DESTRUTIVOS
Ensaios não destrutivos(END), são utilizados na inspeção de equipamentos sem deixar vestígio de sua utilização na peça ensaiada, sendo utilizados nas etapas de fabricação, construção, montagem e em manutenção que assim pode apontar o momento exato da substituição antes mesmo de sua ruptura em serviço. As principais vantagens dos END são: Os ensaios são realizados diretamente nos elementos a serem utilizados posteriormente; conseqüentemente, eles anulam a dúvida quanto ao elemento; Os ensaios podem ser realizados em todos os elementos constituídos de uma estrutura, se economicamente justificável; Várias regiões críticas de uma mesma peça podem ser examinadas simultaneamente ou sucessivamente; Os ensaios auxiliam a manutenção preventiva, permitindo repetições de ensaios em uma ou em várias unidades, durante um período de tempo; Materiais e peças de altos custos de produção não são perdidos pelos ensaios; Em geral eles requerem pouca ou nenhuma preparação de amostras, podem ser portáteis e comumente mais baratos e mais rápidos que os ensaios destrutivos. Algumas desvantagens são: Por envolverem medições indiretas de suas propriedades, o comportamento em um serviço de peças ensaiadas é resultado de um significado indireto; São em geral qualitativos e poucas vezes quantitativos; Na interpretação das indicações dos ensaios, são necessárias experiências prévias. Os tipos de defeitos para os quais se requere os ensaios não destrutivos são os defeitos inerentes, que defeitos de processos e os defeitos de séricos que são, por exemplo, as trincas, fissuras, defeitos típicos de fundição, laminação, usinagem e de recobrimento, falta de continuidade, falta de penetração da solda, efeitos gerados por fadiga, corrosão, tamanho de grão, tratamento térmico composição química do material ou da peça, etc. Um grande número de fatores são considerados para se selecionar o melhor tipo de ensaio a ser realizado e a melhor técnica a ser aplicada, entre os principais são citados: Os tipos de matérias da peça quanto a sua característica magnética, massa especifica e composição; O processo de fabricação aplicado a peça; Geometria da peça; Defeitos possíveis esperados; Estagio em que aparece o defeito.
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Também sempre há a necessidade de se comparar os custos de ensaios não destrutivos com a economia nos custos de produção trazidos pelos mesmos no ensaio, como o custo de mão de obra, custos dos materiais, custos das energias consumidas pelos equipamentos, custo das áreas destinadas à inspeção dos equipamentos, sua depreciação e seguro que dentro dos mesmos estão incluídos diversos fatores como número de peças, tamanho o peso do mesmo, sensibilidade do ensaio, grau de instrução do operador e inspetor, etc. Assim, de modo geral, a confiabilidade de um END depende da unicidade e precisão de correlação entre a propriedade medida e a de interesse, de forma a qualificar se o material está apto a uso ou necessita de algum tipo de manutenção, troca, refazer o processo, etc. 3.1. Inspeção Visual
O ensaio visual é um dos ensaios mais antigos utilizados e o mais utilizado para se verificar falhas possíveis de identificar a olho nu, podendo ser utilizado com um auxílio de lupa, microscópio, tuboscópios (são espelhos como os utilizados pelos dentistas), câmaras de tevê em circuito fechado, fibra óticas lidados a espelhos ou microcâmeras e medidos com auxilio régua, gabarito e é de suma importância, pois podemos verificar rapidamente um certo tipo de erro assim, a experiência do operador ou inspetor exerce grande influência nos resultados. Com o ensaio visual podemos determinar as dimensões, formato, acabamento superficial, refletividade, cor, ajustes mecânicos e a presença de descontinuidade. A principal ferramenta para se fazer o ensaio visual são os olhos, porém essa visão varia de cada pessoa e assim é preciso padronizar valores como luminosidade, a distância ou o ângulo em que é feita a observação. A inspeção visual é afetada pela distância entre os olhos e o objeto examinado é de 25cm, abaixo disso começa a haver distorções na visualização do objeto. Alguns fatores que podem influenciar nessa inspeção são: Limpeza da superfície (peça suja pode mascarar alguma descontinuidade); Acabamento da superfície (certos processos de fabricação podem mascarar alguns defeitos); Nível de iluminação e seu posicionamento (luz do dia é a mais recomendada); Contraste entre a descontinuidade e o resto da superfície.
Uma observação a ser feita é o fato do devido treinamento e especialização de inspetor para cada tipo ou família de produtos. Por exemplo, um inspetor de chapas laminadas não poderá inspecionar peças fundidas ou vice-versa sem os devidos treinamentos. Também é de suma importância nesse tipo de ensaio a fadiga visual dos inspetores, quando os mesmos estão muito tempo inspecionado, começa a haver o cansaço da vista e defeitos acabam passando sem ser percebidos, por isso da necessidade de certos intervalos, para que não ocorra nenhum fracasso nesse tipo de inspeção. Um recurso utilizado para verificar esse cansaço e colocar peças propositalmente com defeitos, caso o inspetor não observe o defeito é sinal de que a vista já esta cansada. Voltando nosso foco para soldagem, a Associação brasileira de ensaios não-destrutivos e inspeção (abende) adota a PR-050 que se diz respeito a ensaio visual e dimensional de solda para qualificação e certificação do inspetor de ensaio visual, para isso são feitos procedimentos para verificar condições exigidas à realização de ensaio visual e dimensional de juntas preparadas para soldagem e juntas soldadas. Segundo a abende, não existe nenhum processo industrial em que a inspeção visual não esteja presente devido, principalmente, pela sua simplicidade de realização e baixo custo operacional, porém o mesmo requer uma técnica apurada que obedece requisitos básicos que devem ser conhecidos e corretamente aplicados. Por exemplo, na aviação, o ensaio visual é a principal ferramenta para inspeção de componentes para verificação da sua condição de operação e manutenção (figura 1).
Figura 1 - Exemplo de ensaio visual Universidade Federal do Rio Grande do Norte (2011.1)
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3.2. Inspeção com líquido penetrante
Esse método foi criado antes da primeira guerra mundial principalmente pela industria ferroviária na inspeção de eixo, porém tomou impulso em 1942, quando foi criado no EUA a utilização desse método com penetrantes fluorescentes que foi adotado pela industria aeronáutica que necessitava de um método de detecção de superficiais em ligas não ferrosas. Esse ensaio tem como finalidade detectar descontinuidades superficiais como trinca de ordem de 0,001mm de abertura, poros, dobras, etc; podendo ser aplicados em qualquer material sólido que não tenha superfícies muito porosa, já que não haveria a possibilidade de remover totalmente o excesso de penetrante, ou muito grosseira podendo mascarar resultados, sendo assim muito utilizada em alumínio, magnésio, aços inoxidáveis austeníticos, ligas de titânio, e zircônio, além dos materiais magnéticos, cerâmica vitrificada, vidro, plásticos, etc. Podem ser utilizado também para detecção de vazamento em tubos, tanques, soldas e componentes. Descontinuidade em materiais fundidos tais como gota fria, trinca de tensão provocada por processo de têmpera ou revestimento, descontinuidades de fabricação ou de processos tais como trincas, costuras, dupla laminação, sobreposição de material ou ainda trincas provocadas pela usinagem, ou fadiga do material ou mesmo corrosão sob tensão, podem ser facilmente detectadas pelo método de líquido penetrante. O Líquido penetrante é aplicado com um pincel, pistola ou lata aerossol ou mesmo imersão sobre a superfície a ser ensaiada, que então age por um tempo de penetração. Efetua-se a remoção deste penetrante da superfície por meio de lavagem com água ou remoção com solvente. A aplicação de um revelador (talco) irá mostrar a localização das descontinuidades superficiais com precisão e grande simplicidades embora suas dimensões sejam ligeiramente ampliadas (figura: 2, 3 e 4).
Figura 2- Procedimento para se fazer o ensaio líquido penetrante
Esse método está baseado no fenômeno da capilaridade que é o poder de penetração de um líquido em áreas extremamente pequenas devido a sua baixa tensão superficial. O poder de penetração é uma característica bastante importante uma vez que a sensibilidade do ensaio é enormemente dependente do mesmo. A principal vantagem desse método é sua simplicidade, pois é fácil de fazer e interpretar seus resultados, seu aprendizado é simples e requer pouco tempo de treinamento. Por outro lado o inspetor deve estar ciente dos cuidados básicos a serem tomados como limpeza, tempo de penetração, entre outros, pois a simplicidade pode acabar complicando o processo. Outra vantagem é que não há limitação para o tamanho e forma das peças a ensaiar, nem tipo de material. Já em suas principais limitações estão a o fato de só detectar descontinuidades abertas para a superfície, já que o penetrante tem que entrar na descontinuidade para ser posteriormente revelado. Por essa razão está a importância da limpeza da peça. A temperatura da superfície a ser aplicado o líquido penetrante também é especificada, não é recomendado que se faça esse ensaio em superfície com temperatura abaixo de 5°C e acima de 53°C. Em certos casos, quando se necessita a limpeza mais completa do material a ser inspecionado como, por exemplo, em máquinas de indústria de alimentos, material a ser soldado posteriormente, entre outros, isso pode fazer com que esse tipo de ensaio não possa ser utilizado.
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Figura 3- Aplicação do liquido penetrante, remoçao do excesso utilizando água e aplicaçao do revelador, respectivamente.
Figura 4 - Trinca revelada por esse processo. 3.3. Inspeção por partículas magnéticas
Esse ensaio teve sua origem em 1929 por A.V de Forest, um engenheiro pesquisador e professor da MIT (Massachusetts Institute of Technolgy), e foi a base para a criação da empresa MAGNAFLUZ, que é um nome comumente associado a esse processo. Essa método de END estava presente nos últimos 80 anos desde as oficinas que fabricavam aviões para a segunda guerra mundial até os laboratórios de teste da NASA que puseram o primeiro homem na lua. O ensaio não destrutivo por partículas magnéticas consiste na magnetização do corpo de prova, aplicando-se logo em seguida partículas ferro magnéticas (óxido de ferro ou limalha de ferro) sobre ele que pode ser fornecidas na forma de pó, em pasta ou dispersas em líquidos onde em todos os casos as partículas possuem uma dimensão, forma, densidade e com adequada ao exame. Ao colocarmos material limalha de material ferromagnético sobre uma superfície que está magnetizada, tais partículas se comportaram como minúsculos imãs e se alinharam na direção do campo magnético formando a chamada linha de indução ou linha de fluxo. As linhas de fluxos são sempre continuas e mostram claramente a forma do campo magnético. Se o corpo de prova apresentar alguma descontinuidade superficial ou subsuperficial de até 4mm da superfície, as partículas magnéticas forçam a passagem do campo magnético para fora do corpo de prova, formando um campo de fuga que irá atrair as partículas magnéticas. Essa fuga irá fazer com que as partículas se aglomerem nesse ponto, uma vez que serão atraídas devido ao surgimento de dipolo magnético. Essa aglomeração irá fornecer a visualização do formato e da extensão da descontinuidade (figura 5). O método de magnetização pode ser classificado em duas categorias: o método continuo, no qual o resultado é obtido com aplicação das partículas com equipamento ligado e o método residual, no qual as partículas são depositadas após o fechamento do arco elétrico. O segundo método só é aplicável em matérias que apresentam alta remanência elétrica.
Figura 5- Esboço do campo magnético desviado por sua trinca e sua visualização. A magnetização circular consiste em se fazer passar através da peça uma corrente elétrica, que irá produzir um campo ai seu redor, utilizada em peças vazadas. Já a magnetização longitudinal é feita colocando-se a peça entre dois pólos de um eletroímã ou dentro de uma bobina do tipo solenóide. Universidade Federal do Rio Grande do Norte (2011.1)
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Existem diversas técnicas para esse ensaio que são: Técnica dos eletrodos; Técnicas por contato direto; Técnica da bobina; Técnica do Yoke; Técnica do condutos central.
Nesse tipo de ensaio é importante salientar que para que as descontinuidades sejam detectadas é importante que elas estejam de tal forma que sejam interceptadas ou cruzadas pelas linhas do fluxo magnético induzido; conseqüentemente, a peça deverá ser magnetizada em pelo menos duas direções defasadas de 90°. A principal desvantagem da aplicação da indução por partículas magnéticas, no caso de peças de grandes dimensões, consiste no fato de que o parelho de indução magnética pode produzir faíscas no ponto de contato, podendo haver contaminação com o cobre do eletrodo ou originar pontos de temperas no corpo de teste. Esse tipo de ensaio não se aplica em peças usinadas acabadas ou em locais que contenham gases inflamáveis, devido ao perigo de explosão. Alguns exemplos típicos de aplicação são fundidos de aço ferrítico, forjados, laminados, extrudados, soldados peças que sofreram usinagem ou tratamento térmico (porcas e parafusos), trincas por retifica e muitos outras aplicações em materiais ferrosos.
Figura 6 - Técnica de Yoku, técnica de Yoku de um chanfro preparado pra soldagem e a ultima referente a mesma técnica utilizando pernas articuladas para inspeção de fundidos. 3.4. Radiografia e gamatografia
Com a descoberta dos Raios X pelo físico W. C. Roentegen em 1985, imediatamente iniciaram-se os estudos sobre emissões de partículas, provenientes de corpos radioativos, observando suas propriedades e interpretando os resultados. Não se sabe ao certo quando se começou a utilizar a radiografia na indústria, mas sabe-se que a radiografia foi o primeiro método de ensaio não destrutivo introduzido na indústria para descobrir e quantificar defeitos internos em materiais com descontinuidade de poucos milímetros de extensão. A radiografia é uma técnica baseada em variações da absorção de radiação eletromagnética penetrante (raio X ou raio Gama) devidas a alterações de densidade, composição e espessura da peça sob inspeção (figura 8). O raio X e o raio gama apresenta uma série de propriedades e comum com a luz como, por exemplo, possuem a mesma velocidade de propagação(300.000 Km/s), desloca-se em linha reta, não são afetados por campos elétricos ou magnéticos, possuem a propriedade de impressionar emulsões fotográficas, formado imagens, podem atravessar materiais opacos a luz, ao fazê-lo, são parcialmente absorvidos por esses materiais, provocam o fenômeno de fluorescência, provocam efeitos genéticos e provocam ionização nos gases. A radiografia é realizada com raios X que são gerados pelo impacto contra um alvo metálico de elétrons acelerados no vácuo por uma fonte de alta tensão. A gamatografia utiliza radiação gama resultante da reação nuclear em uma fonte de material radioativo. Como esta última não necessita de energia elétrica para a sua operação, ela é particularmente usada em inspeções no campo. Em algumas aplicações especiais, radiação corpuscular (feixes de elétrons e de neutros) pode ser usada. Em qualquer caso, devido aos efeitos extremante perigosos da radiação penetrante para os seres vivos, são necessários cuidados especiais de segurança para a realização desde ensaio. Como já foi dito, esse método é usado para detectar a presença de descontinuidades internas e externas em metais ferros e não ferrosos e em matérias não metálicos e permite a obtenção de um registro permanente do resultado do ensaio. Ele tem um importante uso na inspeção de peças soldadas e fundidas, com espessura de ate cerca de 100mm (aço) e particularmente quando destinados a aplicações críticas. O processo tente a ser relativamente caro e lento, podendo necessitar, no caso de peças de maior espessura, tempos de exposição de muitos minutos ou, mesmo, horas. A realização deste ensaio exige o acesso aos dois lados da peça; Como o método é baseado em diferenças de exposição, defeitos como trincas, cuja orientação não seja paralela à direção de propagação da radiação, são dificilmente detectados Universidade Federal do Rio Grande do Norte (2011.1)
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por este ensaio. O resultado do ensaio é, em geral, registrado em filme ou, monos comumente, em telas fluorescentes. Este resultado é interpretado em temo das diferenças de exposição do filme devido às diferenças de espessura, densidade ou composição da peça associadas com as suas descontinuidades e variações dimensionais As principais vantagens de utilização da radiografia são: alta sensibilidade de inspeção; facilidade de interpretação; exatidão dimensional da imagem resultante, pois a impressão permanece por um tempo indeterminado. As principais vantagens do raio gama em relação ao raio X são: o equipamento de raios gama, são relativamente pequenos, ou seja, de fácil transporte; divido ao menos comprimento de onda dos raios gamas, a penetração é maior; permitindo o ensaio de objetos de espessuras maiores; o custo do equipamento é relativamente baixo; o funcionamento do equipamento independente do suprimento de carga de energia elétrica e de água de refrigeração; esse ensaio permite maiores variações de espessura do objeto sem perda de qualidade da imagem. Já as desvantagens do raio gama em relação ao raio X são: os isótopos geralmente emitem raios de menos intensidade, exigindo um maior tempo de exposição; algumas fontes radioativas têm meia-vida relativamente curta, requerendo substituição freqüente; devido à constante emissão de radiação na utilização de isótopos radioativos, faz-se necessidade de usar proteção especial para o pessoal de operação. Assim, existe um enorme campo de aplicação incluindo ensaios em soldas de chapas para tanques, navios, oleodutos plataforma offshore; uma vasta aplicação em peças fundidas principalmente para as peças de segurança na indústria automobilística como porta-eixos, carcaças de direção, rodas de alumínio, airbags, assim como bloco de motores e de câmbio; produtos moldados, forjados materiais compostos, plásticos componentes para engenharia aeroespacial, etc, são alguns dos exemplos (figura 8).
Figura 7- Formação de indicação radiografica. (a) Exemplo de radiografia de solda com descontinuidade, (b) falta de penetração e (c) Porosidade agrupada
Figura 8 - Técnica de radiografia digital em uma solda de tubulação. Nafoto do meio, a placa digitalizadora da imagem, gira ao redor da solda, por uma guia fixado no tubo. 3.5. Inspeção por ultra Som
A percussão de uma peça metálica por meio de um martelo e a observação do som gerado pela peça são técnicas utilizadas por inspetores da qualidade com objetivo de identificar possíveis falhas na peça, por exemplo, em testes com martelo, em que o som produzido pela peça, denunciava a presença de rachaduras ou trincas grosseiras pelo som característico. Em 1929 o cientista Sokolov, fazia as primeiras aplicações da energia sônica para atravessar materiais metálicos, enquanto que em 1942, Firestone, utilizaria o princípio da ecosonda ou ecobatísmo, para exames de materiais. Somente em 1945 o ensaio ultra-sônico iniciou sua caminhada em escala industrial, impulsionado pelas necessidades e responsabilidades cada vez maior. Universidade Federal do Rio Grande do Norte (2011.1)
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Na maioria dos casos, os ensaios são aplicados em aços carbonos, em menor porcentagem em aços inoxidáveis. Materiais não ferrosos são difíceis de serem examinados, e requerem procedimentos especiais. Os ultra-som são ondas mecânicas de freqüência elevada(acima da capacidade da audição humana), usualmente faixa de 25KHz a 40 MHz. Para a inspeção de peças metálicas, este ensaio apresenta um grande poder de penetração(até cerca de 6 m), uma levada sensibilidade e a capacidade de localizar descontinuidade com precisão. Os transdutores de ultra-som são construídos utilizando-se o efeito piezelétrico do quartzo. O efeito piezelétrico, que foi descoberto pelos cientistas Perre e Jacques Cuir, consiste no seguinte: ao se cortar uma lâmina cristalina de quartzo, e se aplicarem cargas mecânicas em suas duas faces opostas, será observada a formação de cargas elétricas, isto é, uma face conterá cargas positivas e a outra cargas negativas. O efeito inverso também acontece, ou seja, se for aplicada tensão elétrica nas faces da lâmina, esta tende a alterar o tamanho, como se fosse posicionada por uma carga mecânica. Esses materiais têm a capacidade de converter um sinal elétrico em energia acústica que se propaga nos meios e vice-versa. Para os ensaios de materiais por ultra-som são aplicados, geralmente, dois métodos de ensaios diferentes e que são complementares: o método de transparência, utilizando-se vibrações constantes ultrasônicas e o método de reflexão, utilizando pulsos ultra-sônicos. A escolha de um ou de outro método depende do formato da peça e da natureza do tipo de defeito a ser detectado. Assim como uma onda sonora, reflete ao incidir num anteparo qualquer, a vibração ou onda ultra-sônica ao percorrer um meio elástico, refletirá a mesma forma, ao incidir num anteparo qualquer, a vibração ou onda ultra-sônica ao percorrer um meio elástico, refletirá da mesma forma, ao incidir numa descontinuidade ou falha interna a este meio considerado. Através de aparelhos especiais, detectamos as reflexões provenientes do interior da peça examinada, localizando e interpretando as descontinuidades (figura 10).
Figura 9 - Princípios básicos da inspeção de materias por ultra-som.
As aplicações recomendadas para métodos de penetração: chapas e placas metálicas, barras e perfis metálicos (através da seção transversal), peças pequenas na localização da área com defeito, na determinação do tamanho do defeito, em ensaios contínuos e automatizados. Já para o método da reflexão: barras com perfis metálicos (através do eixo longitudinal), peças pequenas, na localização da área com defeito e na determinação da profundidade do defeito. Vantagens em relação a outros ensaios são: O método ultra-sônico possui alta sensibilidade na detectabilidade de pequenas descontinuidades internas como, por exemplo, Trincas devido a tratamento térmico, fissuras e outros de difícil detecção por ensaio de radiações penetrantes (radiografia ou gamagrafia); Para interpretação das indicações, dispensa processos intermediários, agilizando a inspeção; No caso de radiografia ou gamagrafia, existe a necessidade do processo de revelação do filme, que via de regra demanda tempo do informe de resultados; Ao contrário dos ensaios por radiações penetrantes, o ensaio ultra-sônico não requer planos especiais de segurança ou quaisquer acessórios para sua aplicação; A localização, avaliação do tamanho e interpretação das descontinuidades encontradas são fatores intrínsecos ao exame ultra-sônico, enquanto que outros exames não definem tais fatores. Por exemplo, um defeito mostrado num filme radiográfico define o tamanho, mas não sua profundidade e em muitos casos este é um fator importante para proceder um reparo. Limitações em relação a outros ensaios: Requer grande conhecimento teórico e experiência por parte do inspetor; O registro permanente do teste não é facilmente obtido; Faixas de espessuras muito finas constituem uma dificuldade para aplicação do método; Requer o preparo da superfície para sua aplicação. Em alguns casos de inspeção de solda, existe a necessidade da remoção total do reforço da solda, que demanda tempo de fabricação. Hoje, na moderna indústria, principalmente nas áreas de caldeiraria e estruturas marítimas, o exame ultrasônico, constitui uma ferramenta indispensável para garantia da qualidade de peças de grandes espessuras, geometria complexa de juntas soldadas, chapas.
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Figura 10 – Equipamento portátil para inspeção de soldas a ponto por ultra-som e as duas ultimas imagem refere-se a inspeção de uma peça fundida contendo um defeito interno, notando-se assim o eco característico na tela do aparelho. 4. APLICAÇOES TECNICOS CIENTIFICAS
Adriano, Caetano, Santos e Trevisan (2003), estudaram a aplicação da acustoelasticidade para avaliação de tensões em soldas e aço API 5L X65. Essa técnica se baseia na variação da velocidade de ondas ultrassonicas longitudinais criticamente refratadas e sua relação com a variação da tensão aplicada. Essa variação da velocidade também tem relação direta com as propriedades e com as características de fabricação do material analisado. As tensões foram medidas na direção longitudinal ao cordão de solda. As chapas originais sofreram prévio alívio de tensões. Os resultados mostram excelente concordância com o perfil de tensões esperado. Mostram também que são necessários estudos mais profundos para a avaliação da magnitude das tensões na região afetada termicamente, devido à mudança estrutural e da adição do material da solda. Já K. Kesaven, K. Ravisankar, S. Parivallal e S. Sreeshylam (2005), estudaram o método de ensaio não-destrutivo baseado em emissões Barkhausen a partir de materiais ferromagnéticos é sensíveis às mudanças na características das micro estruturas e do estado de stress do material. Embora outros nãodestrutivos técnicas como raios-X, difração de nêutrons e ultra-sônicos métodos estão disponíveis, o método do ruído Barkhausen é mais útil para determinar as tensões residuais nos materiais.ferromagnéticos Difração de raios X pode ser usado para quantitativos análise de macro e micro nível de tensões residuais separadamente, mas é muito difícil de usá-lo para monitoramento contínuo de tensões em processos industriais. Outro importante método é o método ultra-sônico que se baseia na mudanças na velocidade de ondas ultra-sônicas, devido ao stress. Porém, com o método de Barkhausen , o tempo de resposta é de ordem de 0,1 nanosegundo para medição precisa. de ruído. Os autoeres descrevem a técnica de ruído Barkhausen para a avaliação de tensões residuais devido à processos de soldagem em uma amostra de placa ferromagnética. As vantagens da técnica de ruído Barkhausen para medições de tensão são de que ele é rápido, confiável, e não requer nenhuma preparação da superfície. A principal vantagem é a exigência de calibração adequada para obter o valor absoluto do stress. A tecnica de Barkhausen é baseado em um conceito relativamente simples que foi descoberto em 1919. Materiais ferromagnéticos possuem pequenas regiões magnéticas assemelhando-se a ímãs de barra individuais chamadas de domínio. Cada domínio é magnetizado ao longo de uma direção cristalográfica de fácil magnetização. Os domínios são separados um do outro por fronteiras conhecidas como paredes de domínio. Um intenso campo magnético fará com paredes de domínio se mova. Para que uma parede de domíni se mova, o domínio de um lado do muro tende a aumentar de tamanho enquanto a parede do domínio do lado oposto encolhe. O resultado é uma mudança geral na magnetização da amostra. Se uma bobina de fio condutor é colocado perto da amostra, enquanto o domínio move a parede, a mudança resultante da magnetização vai induzir um pulso elétrico na bobina. Quando os pulsos elétricos produzidos por todos os movimentos de domínio são somados, um sinal de ruído, chamado de ruido de Barkhausen é gerado. O ruido de Barkhausen tem um espectro de potência e a partir da magnetização se estendem para a freqüências além de mais 2 MHz em materiais ferromagnéticos. A frequencia é exponencialmente amortecida em função da distância percorrida no interior do material. A extensão de amortecimento determina a profundidade a partir do qual informações podem ser obtidas (mediçãoda profundidade). Os principais fatores que afetam esta profundidade são: a faixa de freqüência do sinal de ruído Barkhausen analisados, e a condutividade e permeabilidade do material de teste. Duas características importantes do material afetará a intensidade do sinal de ruído Barkhausen. Esse fenômeno das propriedades elásticas interagindo com estrutura de domínio e as propriedades magnéticas do material é chamado de ''interação magneto-elástica.'' Como resultado da interação magneto-elástica em materiais com anisotropia magnética positiva (ferro, aço e cobalto), a compressão irá diminuir a intensidade do ruído de Barkhausen enquanto a tensões de tração irá aumenta-la. Este fato pode ser explorado para que através da medição da intensidade do ruído Barkhausen a quantidade de stress residual possa ser determinada. A medição também define a direção de tensões principais. O característica de outras matérias importantes que afetam os ruidos de Barkhausen é a estrutura metalúrgica. Este efeito pode ser amplamente descritos em termos de dureza: a intensidade do ruído diminui continuamente em microestruturas caracterizadas por aumento de dureza. Desta forma, medições de ruído Barkhausen fornecer informações sobre a condição da microestrutura do material. Universidade Federal do Rio Grande do Norte (2011.1)
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Schenk, Nguyen, Gastaidi, Rainhart e colaboradores, dicutiram A geração de imagens por raio X no estudo da solidificação direcional de ligas de aluminio. O objetivo do trabalho foi apresentar resuldados mais recentes sobre a caracterização da formação dinâmica da micro estrutura sólida durante o processamento de materiais. Para tanto, é descrita a expansão do campo de aplicação técnica de geração de imagens usando Raio X sincroton, por meio de análise de doissistemas: o AL-3,5%Ni(com e sem refinador) e o AlPdMn, com uma composição que gera quase-cristais. Os resultado obtidos foram promissores e permitiram um conhecimento aprofundado dos fenômenos que ocorrem durante o processo de solidificação. Contudo, num futro mais proximo, a combinação de radiografia e topografia oferecerá novas possibilidades, particularmente para investigação sobre deformações, tensões e defeitos a solidificação direcional. 5. CONCLUSÃO
Os ensaios não destrutivos são de suma importância no dia a dia da indústria, tanto na parte de manutenção quanto na parte de fabricação. Com a tendência de crescimento cada dia maior das indústrias no país é de grande importância que o mercado começa a se especializar cada vez mais nessa área. Com o pré sal a necessidade desses tipos de inspeção em dutos, por exemplo, é muito importante a inspeção através dos END’s, pois uma falha não prevista pode ocasionar desastres naturais e ate mesmo físicos, que pode geral mudanças muitas vezes irreversíveis, No caso do pré sal, a 6000 metros de profundidade é uma pressão muito grande, por isso esses tubos devem descer a essa profundidade já devidamente inspecionados se vendo assim, mais uma vez, a importância do END. Esse é apenas um exemplo que estamos vivendo agora no país, ainda existem outros como de grandes portes como em Suape em recife, indústrias que estão vindo para o país, e assim por diante. Outro fator importante é a escolha adequada do ensaio a ser feito para que não haja um grande gasto sem a necessidade, podendo se fazer um ensaio mais simples que irá atender aos requisitos que se quer atingir. Dessa forma foi discutido alguns tipos de ensaios, suas qualidades e algumas curiosidades junto com exemplificações ligadas a área estuda que é a soldagem. 6. REFERÊNCIAS
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