Apostila Ultra Som

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  • Ed. Set./ 2006

  • E N S A I O P O R U L T R A-S O M R i c a r d o A n d r e u c c i E d . S e t . / 2 00 6 1

    Prefcio

    Este trabalho representa um guia bsico para programas de estudos e treinamento de pessoal em Ensaio por Ultra-Som, contendo assuntos voltados para as aplicaes mais comuns e importantes deste mtodo de Ensaio No Destrutivo. Trata-se portanto de um material didtico de interesse e consulta, para os profissionais e estudantes que se iniciam ou estejam envolvidos com a inspeo de materiais por este mtodo de ensaio."

    O Autor

  • E N S A I O P O R U L T R A-S O M R i c a r d o A n d r e u c c i E d . S e t . / 2 00 6 2

    Copyright

    ANDREUCCI, Assessoria e Servios Tcnicos Ltda

    Esta publicao poder ser obtida gratuitamente atravs de download nos seguintes web sites:

    www.infosolda.com.br/ andreucci

    www.abende.org.br

    Edio:

    Set ./ 2006

    Ricardo Andreucci

    Professor da Faculdade de Tecnologia de So

    Paulo - FATEC/ SP, nas disciplinas de Controle da Qualidade do Curso de Soldagem.

    Professor convidado pela Universidade UNINOVE, na disciplina Iniciao Radiologia Industrial.

    Qualificado e Certificado pelo IBQN como Nvel III nos mtodos de ensaio radiogrfico, partculas magnticas ultra-som e lquidos penetrantes, conforme norma CNEN-NN 1.17

    Membro da Comisso de Segurana e Radioproteo da Associao Brasileira de Ensaios No Destrutivos - ABENDE.

    Diretor Tcnico da ANDREUCCI Ass. e Serv. Tcnicos Ltda.

    Consultor Tcnico como Nvel III de END para importantes empresas brasileiras e do exterior

    Participante como Autor do livro "Soldagem" editado pelo SENAI / SP

    Autor do Livro "Curso Bsico de Proteo Radiolgica" - ABENDE / SP

    Autor do livro "Radiologia industrial"- ABENDE / SP - Ago./05

    Autor do livro "Ensaio por Partculas Magnticas"- ABENDE /SP - Ago./99

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    umrio

    Assunto Pg. Princpios bsicos do mtodo..................................................................

    04

    Limitaes em comparao com outros ensaios.................................... 06

    Vibraes mecnicas ............................................................................. 07

    Frequncia , velocidade e comprimento de onda.................................... 10

    Definies de Bell, e Decibel, Ganho...................................................... 12

    Propagao das ondas acsticas no material......................................... 14

    Gerao das ondas ultra-snicas............................................................ 19

    Interface, Acoplantes.............................................................................. 25

    Diagramas AVG ou DGS .......................................................................

    27

    Tcnicas de Inspeo.............................................................................. 31

    Aparelhagem............................................................................................ 35

    Procedimentos especficos de inspeo................................................. 55

    Avaliao e critrios de aceitao........................................................... 67

    Guia para Exerccios Prticos ................................................................

    68

    Questes para Estudo ................................................... ........................ 72

    Gabarito das Questes .........................................................................

    92

    Obras consultadas.................................................................................. 93

    S

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    rincpios Bsicos do Mtodo

    Introduo: Sons extremamente graves ou agudos, podem passar desapercebidos pelo aparelho auditivo humano, no por deficincia deste, mas por caracterizarem vibraes com freqncias muito baixas , at 20Hz (infra-som) ou com freqncias muito altas acima de 20 kHz (ultra-som), ambas inaudveis. Como sabemos, os sons produzidos em um ambiente qualquer, refletem-se ou reverberam nas paredes que consistem o mesmo, podendo ainda ser transmitidos a outros ambientes. Fenmenos como este apesar de simples e serem freqentes em nossa vida cotidiana, constituem os fundamentos do ensaio ultra-snico de materiais. No passado, testes de eixos ferrovirios, ou mesmos sinos, eram executados atravs de testes com martelo, em que o som produzido pela pea, denunciava a presena de rachaduras ou trincas grosseiras pelo som caracterstico. Assim como uma onda sonora, reflete ao incidir num anteparo qualquer, a vibrao ou onda ultra-snica ao percorrer um meio elstico, refletir da mesma forma, ao incidir num anteparo qualquer, a vibrao ou onda ultra-snica ao percorrer um meio elstico, refletir da mesma forma, ao incidir numa descontinuidade ou falha interna a este meio considerado. Atravs de aparelhos especiais, detectamos as reflexes provenientes do interior da pea examinada, localizando e interpretando as descontinuidades.

    Princpio Bsico da Inspeo de Materiais por ultra-som

    P

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    Finalidade do Ensaio O ensaio por ultra-som, caracteriza-se num mtodo no destrutivo que tem por objetivo a deteco de defeitos ou descontinuidades internas, presentes nos mais variados tipos ou forma de materiais ferrosos ou no ferrosos. Tais defeitos so caracterizados pelo prprio processo de fabricao da pea ou componentes a ser examinada como por exemplo: bolhas de gs em fundidos, dupla laminao em laminados, micro-trincas em forjados, escorias em unies soldadas e muitos outros. Portanto, o exame ultra-snico, assim como todo exame no destrutivo, visa diminuir o grau de incerteza na utilizao de materiais ou peas de responsabilidades.

    Inspeo por ultra-som da chapa de um tubo

    Foto gentileza da VOITH PAPER

    Campo de Aplicao Em 1929 o cientista Sokolov, fazia as primeiras aplicaes da energia snica para atravessar materiais metlicos, enquanto que 1942 Firestone, utilizaria o princpio da ecosonda ou ecobatmetro, para exames de materiais. Somente em l945 o ensaio ultra-snico iniciou sua caminhada em escala industrial, impulsionado pelas necessidades e responsabilidades cada vez maiores. Hoje, na moderna indstria, principalmente nas reas de caldeiraria e estruturas martimas, o exame ultra-snico, constitui uma ferramenta indispensvel para garantia da qualidade de peas de grandes espessuras, geometria complexa de juntas soldadas, chapas. Na maioria dos casos, os ensaios so aplicados em aos-carbonos, em menor porcentagem em aos inoxidveis. Materiais no ferrosos so difceis de serem examinados, e requerem procedimentos especiais.

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    imitaes em Comparao com outros Ensaios Assim como todo ensaio no-destrutivo, o ensaio ultra-snico, possui vantagens e limitaes nas aplicaes, como segue: Vantagens em relao a outros ensaios: O mtodo ultra-snico possui alta sensibilidade na detectabilidade de pequenas descontinuidades internas, por exemplo: Trincas devido a tratamento trmico, fissuras e outros de difcil deteco por

    ensaio de radiaes penetrantes (radiografia ou gamagrafia). Para interpretao das indicaes, dispensa processos intermedirios,

    agilizando a inspeo. No caso de radiografia ou gamagrafia, existe a necessidade do processo de

    revelao do filme, que via de regra demanda tempo do informe de resultados. Ao contrrio dos ensaios por radiaes penetrantes, o ensaio ultra-snico no

    requer planos especiais de segurana ou quaisquer acessrios para sua aplicao.

    A localizao, avaliao do tamanho e interpretao das descontinuidades encontradas so fatores intrnsecos ao exame ultra-snico, enquanto que outros exames no definem tais fatores. Por exemplo, um defeito mostrado num filme radiogrfico define o tamanho mas no sua profundidade e em muitos casos este um fator importante para proceder um reparo.

    Limitaes em relao a outros ensaios. Requer grande conhecimento terico e experincia por parte do inspetor. O registro permanente do teste no facilmente obtido. Faixas de espessuras muito finas, constituem uma dificuldade para aplicao

    do mtodo. Requer o preparo da superfcie para sua aplicao. Em alguns casos de

    inspeo de solda, existe a necessidade da remoo total do reforo da solda, que demanda tempo de fbrica.

    Nenhum ensaio no destrutivos deve ser considerado o mais sensvel ou o mais completo, pois as limitaes e as vantagens fazem com que aplicao de cada ensaio seja objeto de anlise e estudo da viabilidade de sua utilizao, em conjunto com os Cdigos e Normas de fabricao.

    L

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    ibraes Mecnicas

    Tipos de Ondas: Como j vimos, o teste ultra-snico de materiais feito com o uso de ondas mecnicas ou acsticas colocadas no meio em inspeo, ao contrrio da tcnica radiogrfica, que usa ondas eletromagnticas. Qualquer onda mecnica composta de oscilaes de partculas discretas no meio em que se propaga. A passagem de energia acstica no meio faz com que as partculas que compem o mesmo, execute o movimento de oscilao em torno na posio de equilbrio, cuja amplitude do movimento ser diminudo com o tempo em posio de equilbrio, cuja amplitude do movimento ser diminudo com o tempo em decorrncia da perda de energia adquirida pela onda. Se assumirmos que o meio em estudo elstico, ou seja que as partculas que o compem rigidamente ligadas, mas que podem oscilar em qualquer direo, ento podemos classificar as ondas acsticas em quatro tipos: Ondas longitudinais (Ondas de compresso): So ondas cujas partculas oscilam na direo de propagao da onda, podendo ser transmitidas a slidos, lquidos e gases.

    Onda longitudinal

    No desenho acima nota-se que o primeiro plano de partculas vibra e transfere sua energia cintica para os prximos planos de partculas, e passam a oscilar. Desta maneira, todo o meio elstico vibra na mesma direo de propagao da onda (longitudinal),e aparecer zonas de compresso e zonas diludas. As distncias entre duas zonas de compresso determinam o comprimento de onda (l).

    V

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    Em decorrncia do processo de propagao, este tipo de onda possui uma alta velocidade de propagao, caracterstica do meio.

    Velocidades de Propagao das Ondas Longitudinais

    Material Velocidade m/s Ar 330

    Alumnio 6300 Cobre 4700 Ouro 3200 Ao 5900

    Ao inoxidvel 5800 Nylon 2600

    leo(SAE30) 1700 gua 1480 Prata 3600

    Titnio 6100 Nquel 5600

    Tungstnio 5200 Magnsio 5.800

    Acrlico 2.700 Ao Inoxidvel 5.800 Ao Fundido 4.800

    Ondas transversais (ou ondas de cizalhamento): Uma onda transversal definida, quando as partculas do meio vibram na direo perpendicular ao de propagao. Neste caso, observamos que os planos de partculas, mantm-se na mesma distncia um do outro, movendo-se apenas verticalmente.

    Onda transversal

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    As partculas oscilam na direo transversal a direo de propagao, podendo ser transmitidas somente a slidos. As ondas transversais so praticamente incapazes de se propagarem nos lquidos e gases, pela caractersticas das ligaes entre partculas, destes meios . O comprimento de onda a distncia entre dois vales ou dois picos.

    Velocidades de Propagao das Ondas Transversais

    Material Velocidade m/s Ar -

    Alumnio 3100 Cobre 2300 Acrlico 1100

    Alumnio 3100 Ouro 1200 Ao 3200

    Ao Inoxidvel 3100 Ao Fundido 2400

    Nylon 1100 leo(SAE30) -

    gua - Prata 1600

    Titnio 3100 Nquel 3000

    Magnsio 3000 Fonte: Ultrasonic Testing, Krautkramer

    Ondas superficiais ou Ondas de Rayleigh. So assim chamadas, pela caractersticas de se propagar na superfcie dos slidos. Devido ao complexo movimento oscilatrio das partculas da superfcie, a velocidade de propagao da onda superficial entre duas fases diferentes de aproximadamente 10% inferior que a de uma onda transversal. Para o tipo de onda superficial que no possui a componente normal, portanto se propaga em movimento paralelo a superfcie e transversal em relao a direo de propagao recebe a denominao de ondas de Love. Sua aplicao se restringe ao exame de finas camadas de material que recobrem outros materiais. Para ondas superficiais que se propagam com comprimento de onda prxima a espessura da chapa ensaiada, neste caso a inspeo no se restringe somente a superfcie, mas todo o material e para esta particularidade denominamos as ondas de Lamb.

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    As ondas de Lamb podem ser geradas a partir das ondas longitudinais incidindo segundo um ngulo de inclinao em relao a chapa. A relao entre o ngulo e velocidade feita pela relao: O ensaio ultra-snico de materiais com ondas superficiais, so aplicados com severas restries, pois somente so observados defeitos de superfcies e nestes casos, existem processos mais simples para a deteco destes tipos de descontinuidades, dentro dos ensaios no destrutivos como por exemplo de Lquidos penetrantes e Partculas magnticas, que em geral so de custo e complexidade inferior ao ensaio ultra-snico. Freqncia , Velocidade e Comprimento de Onda Freqncia: As ondas acsticas ou som propriamente dito, so classificados de acordo com suas freqncias e medidos em ciclos por segundo, ou seja o nmero de ondas que passam por segundo pelo nossos ouvidos. A unidade ciclos por segundos normalmente conhecido por Hertz, abreviatura Hz. Assim sendo se tivermos um som com 280 Hz, significa que por segundo passam 280 ciclos ou ondas por nossos ouvidos. Note que freqncias acima de 20.000 Hz so inaudveis denominadas freqncia ultra-snica.

    Campo de Audibilidade das Vibraes Mecnicas

    Considera-se 20 kHz o limite superior audvel e denomina-se a partir desta, freqncia ultra-snica.

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    Velocidade de propagao. Existem vrias maneiras de uma onda snica se propagar, e cada uma com caractersticas particulares de vibraes diferentes. Definimos Velocidade de propagao como sendo a distncia percorrida pela onda snica por unidade de tempo. importante lembrar que a velocidade de propagao uma caracterstica do meio, sendo uma constante, independente da freqncia. Comprimento de onda. Quando atiramos uma pedra num lago de guas calmas, imediatamente criamos uma perturbao no ponto atingido e formando assim, ondas superficiais circulares que se propagam sobre a gua. Neste simples exemplo, podemos imaginar o que definimos anteriormente de freqncia como sendo o nmero de ondas que passam por um observador fixo, tambm podemos imaginar a velocidade de propagao pela simples observao e ainda podemos estabelecer o comprimento entre dois picos de ondas consecutivos. A esta medida denominamos comprimento de onda, e representaremos pela letra grega Lambda l. Relaes entre velocidade, comprimento de onda e freqncia. Considerando uma onda snica se propagando num determinado material com velocidade V, freqncia f, e comprimento de onda l, podemos relacionar estes trs parmetros como segue: V = l . f A relao acima, permite calcular o comprimento de onda pois a velocidade em geral conhecida e depende somente do modo de vibrao e o material, por outro lado a freqncia depende somente da fonte emissora, que tambm conhecida. Exemplo de aplicao: Uma onda longitudinal ultra-snica, com freqncia 2 MHz utilizada para examinar uma pea de ao. Qual o comprimento de onda gerado no material ? Soluo: Como vimos anteriormente, a faixa de freqncia normal utilizada para aplicaes industriais, compreende entre 1 MHz at 5 MHz. No exemplo acima a freqncia de 2 MHz corresponde a 2 milhes de ciclos por segundos ou seja 2 x 106 Hz.

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    Teremos: V= l . f ou l = V f sendo V = 5900 m/s vem que: 5900 m/s l = -------------- metros 2 x 106 Hz l = 2950 x 106 m ou l = 2,95 mm O conhecimento do comprimento de onda de significante importncia, pois relaciona-se diretamente com o tamanho do defeito a ser detectado. Em geral , o menor dimetro de uma descontinuidade a ser detectada no material deve ser da ordem de l/2. Assim se inspecionarmos um material de velocidade de propagao de 5900 m/s com uma freqncia de 1 MHz , a mnima descontinuidade que poderemos detectar ser de aproximadamente 2,95 mm de dimetro. Definies de Bell , Decibell e Ganho Nvel de Intensidade Sonora: O Bell abreviado B uma grandeza que define o nvel de intensidade sonora (NIS) que compara as intensidades de dois sons quaisquer, como segue: N.I.S. = log I B I0 Onde I e Io so duas intensidades sonoras medidas em Watts por centmetros quadrados (W/cm2). Por outro lado, o decibell equivale a 1/10 do Bell e em geral normalmente utilizado para medidas de N.I.S., e portanto a equao ser: N.I.S. = 10 log I dB I0 Entretanto, a teoria dos movimentos harmnicos na propagao ondulatria nos ensina que a intensidade de vibrao proporcional ao quadrado da amplitude sonora , I = (A)2 ,e portanto devemos rescrever na forma de N.A.S (nvel de amplitude sonora): N.A.S. = 10log (A)2 dB (Nvel de amplitude sonora). (A0)

    2 N.A.S. = 20 log A dB A0

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    Esta relao pode ser entendida como sendo a comparao efetuada por um sistema eletrnico de duas amplitudes de sinais, emitida e recebida pelo transdutor ultra-snico, ou simplesmente conhecido por Ganho. Exemplo de aplicao: Quais so os ganhos correspondentes a uma queda de 50 % e 20 % nas amplitudes de dois sinais na tela do aparelho de ultra-som , como mostrado na figura abaixo?

    a) para variao de 50% G = 20 log 0,50 dB G = - 6 dB b) para variao de 20 % G = 20 log 0,20 dB G = -14 dB

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    Propagao das Ondas Acsticas no Material Campo Prximo ou Zona de Fresnel Para o entendimento dos fenmenos que iremos descrever a seguir, imaginemos que o cristal piezeltrico gerador de ondas ultra-snicas , seja formado por infinitos pontos oscilantes de forma que cada ponto produz ondas que se propagam no meio. Tal qual uma pedra que caindo num lago de guas calmas produzir ondas circulares na superfcie, cada ponto do cristal tambm se comportar da mesma forma, ou seja produzir ondas esfricas no meio de propagao, como mostra a figura seguinte.

    Propagao de ondas devido pertubao em um ponto. No existe inter- ferncia ondula- toria

    Propagao de duas frentes de ondas dev ido pertubao em 2 pontos. Note uma pequena interferncia ondulatria na zona prxima da pertubao

    Propagao de 5 frentes de ondas devido pertubao em 5 pontos. Note a forte interferncia ondulatria na zona prxima da pertubao

    O campo snico nas proximidades do cristal

    Note que nas proximidades do cristal existe uma interferncia ondulatria muito grande entre as ondas. A medida que nos afastamos do cristal , as interferncias vo diminuindo e desaparecendo, tornado uma s frente de onda. regio prxima do cristal onde os fenmenos acima se manifestam denomina-se Campo Prximo com uma extenso N que depende do dimetro do cristal, e do comprimento de onda l da vibrao, podendo ser calculado pela frmula:

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    N = Def

    2 / 4. l ou N = Def 2 . f / 4.v

    onde: Def = dimetro efetivo do cristal. a rea acusticamente efetiva do cristal, que

    depende da sua forma geomtrica. Para cristais circulares , Def = 0,97 x dimetro do cristal. Para cristais retangulares, Def = 0,97 x metade do comprimento do lado maior do cristal.

    f = frequncia ultra-snica l = comprimento de onda v = velocidade de propagao do som = l x f Exemplo de aplicao: Calcule o campo prximo de um transdutor normal com dimetro 10 mm e frequncia de 4 MHz, quando inspecionando ao. Soluo: Para o clculo necessrio que as unidades estejam coerentes, ou seja: D em mm , f em Hz , l em mm e v em mm/s Sendo: v = 5900 m/s ou 5900.000 mm/s , para o ao N = Def.2 / 4.l ou N = Def.2.f / 4.v = 102 x 4.000.000 / 4 x 5900.000 mm

    N = 16 mm

    O campo prximo representa para efeitos prticos, uma dificuldade na avaliao ou deteco de pequenas descontinuidades, isto , menores que o dimetro do transdutor , situadas nesta regio prximas do transdutor. Portanto o inspetor de ultra-som deve ficar atento a este problema.

    Campo Longnquo ou Distante ou Zona de Fraunhofer A regio que vem a seguir do campo prximo o campo longnquo tambm denominado pela literatura especializada de Campo Distante . Nesta regio a onda snica se diverge igual ao facho de luz de uma lanterna em relao ao eixo central e ainda diminui de intensidade quase que com o inverso do quadrado da distncia.

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    Em razo da existncia do campo prximo , do campo distante, e do fenmeno da divergncia , na literatura o campo snico tem a forma geral visualizada conforme o desenho abaixo.

    Classificao terica das zonas do campo snico Campo snico de um transdutor, representado pela regio (1) onde pequenas descontinuidades so difceis de serem detectadas (campo prximo), a regio (2) descontinuidades maiores podem ser detectadas e na regio (3) onde qualquer descontinuidade compatvel com o comprimento de onda pode ser detectada. As linhas limtrofes do campo no desenho so didticas, e no significa que no existe nenhuma vibrao snica nestas regies. Atenuao Snica: A onda snica ao percorrer um material qualquer sofre, em sua trajetria efeitos de disperso e absoro, resultando na reduo da sua energia ao percorrer um material qualquer. A disperso deve-se ao fato da matria no ser totalmente homognea, contendo interfaces naturais de sua prpria estrutura ou processo de fabricao. Por exemplo fundidos, que apresentam gros de grafite e ferrita com propriedades elsticas distintas. Para esta mudana das caractersticas elsticas de ponto num mesmo material denominamos anisotropia, que mais significativo quando o tamanho de gro for 1/10 do comprimento de onda. O fenmeno da absoro ocorre sempre que uma vibrao acstica percorre um meio elstico. a energia cedida pela onda para que cada partcula do meio execute um movimento de oscilao , transmitindo a vibrao s outras partculas do prprio meio.

    Campo Prximo Campo distante

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    Portanto, o resultado dos efeitos de disperso e absoro quando somados resultam na atenuao snica. Na prtica, este fenmeno poder ser visualizado, quando observamos na tela do aparelho de ultra-som, vrios ecos de reflexo de fundo provenientes de uma pea com superfcies paralelas. As alturas dos ecos diminuem com a distncia percorrida pela onda. O fenmeno da atenuao importante quando inspecionamos peas em que este fator pode inviabilizar o ensaio. o caso de soldas em aos inoxidveis austenticos , peas forjadas em aos inoxidveis , que so exemplos clssicos desta dificuldade. O controle e avaliao da atenuao nestes casos razo para justificar procedimentos de ensaio especiais.

    A tabela abaixo , apresenta alguns valores de atenuao.

    Material ao Cr-Ni Atenuao Snica em ( dB/mm)

    Forjados 0,009 a 0,010 Laminados 0,018 Fundidos 0,040 a 0,080

    A avaliao da atenuao do material na prtica pode ser feita atravs do uso dos diagramas AVG ou DGS mostrados a seguir. Divergncia do Feixe Snico: Outro fenmeno fsico que responsvel pela perda de parte da intensidade ou energia da onda snica a divergncia que se pronuncia a medida que afastamos da fonte emissora das vibraes acsticas. Tal fenmeno pode ser observado detectamos um defeito pequeno com o feixe ultra-snico central do transdutor, em que nestas condies a amplitude do eco na tela do aparelho mxima. Porm quando afastamos o transdutor lateralmente ao defeito, a amplitude diminui ,indicando uma queda da sensibilidade de deteco do mesmo defeito. Este fenmeno medido pelo fator "k" na frmula da divergncia, e assume valores mostrados na tabela abaixo. Quanto mais a borda do feixe snico incide na descontinuidade, menor ser a amplitude do eco e que est relacionado ao fator "k".

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    Sen /2 = k . Velocidade / frequncia x dimetro

    Valores de k em funo da reduo da intensidade snica

    k % dB 0,37 71 -3,0 0,51 50 -6,0 0,70 25 -12,0 0,87 10 -20,0 0,93 6 -24,0 1,09 1 -40,0 1,22 0 0

    A figura abaixo mostra a diferena de sensibilidade (altura do eco de reflexo) quando detectamos o defeito com o feixe ultra-snico central (1) e quando detectamos o mesmo defeito com a borda do feixe ultra-snico (2).

    Variao da sensibilidade de deteco em funo da divergncia

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    Gerao das Ondas ultra-snicas Efeito Piezeltrico: As ondas ultra-snicas so geradas ou introduzidas no material atravs de um elemento emissor com uma determinada dimenso e que vibra com uma certa freqncia. Este emissor pode se apresentar com determinadas formas (circular, retangular).Tanto o elemento emissor e receptor, so denominados transdutores, tambm designados por cabeotes. Diversos materiais (cristais) apresentam o efeito piezeltrico. Se tomarmos uma lmina de certo formato (placa) e aplicarmos uma presso sobre o mesmo, surgem em sua superfcie cargas eltricas. O efeito inverso tambm verdadeiro: se aplicarmos dois eletrodos sobre as faces opostas de uma placa de cristal piezeltrico, de maneira que possamos carregar as faces eletricamente, a placa comporta-se como se estivesse sobre presso e diminui de espessura. O cristal piezeltrico pode transformar a energia eltrica alternada em oscilao mecnica e transformar a energia mecnica em eltrica .

    cristal piezoelctrico revestidocom prata metlica em ambosos lados

    contatos eltricos ~ 1000 V , AC

    ~ ~

    emisso de um pulso eltricogerando um sinal no aparelhode ultra-som

    +++++++++++++++

    cargas eltricas geradasna superfcie do cristal

    vibraes mecnicas

    Figura mostrando a contrao e expanso do cristal quando submetido a uma alta tenso alternada na mesma frequncia ultra-snica emitida pelo cristal. um processo de transformao da energia eltrica

    em energia mecnica e vice-versa Tal fenmeno obtido aplicando-se eletrodos no cristal piezeltrico com tenso eltrica alternada da ordem de centenas de Volts, de maneira que o mesmo se contrai e se estende ciclicamente. Se tentarmos impedir esse movimento a placa transmite esforos de compresso as zonas adjacentes, emitindo uma onda longitudinal, cuja forma depende da freqncia de excitao e das dimenses do cristal.

    piezeltrico

    corrente eltrica desligada corrente eltrica ligada

    piezeltrico

    corrente eltrica desligada corrente eltrica ligada

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    Tipos de Cristais: Materiais piezeltricos so: o quartzo, o sulfato de ltio, o titanato de brio, o metaniobato de chumbo e o zirconato-titanato de chumbo (PTZ). Quartzo um material piezeltrico mais antigo, translcido e duro como o vidro sendo cortado a partir de cristais originrios no Brasil. Sulfato de Ltio um cristal sensvel a temperatura e pouco resistente. Titanato de Brio e zirconato-titanato de chumbo so materiais cermicos que recebem o efeito piezeltrico atravs de polarizao. Esses dois cristais so os melhores emissores, produzindo impulsos ou ondas de grande energia, se comparadas com aquelas produzidas por cristais de quartzo. Para a inspeo ultra-snica, interessa no s a potncia de emisso, mas tambm a sensibilidade da recepo (resoluo). A freqncia ultra-snica gerada pelo cristal depender da sua espessura, cerca de 1 mm para 4 MHz e 2 mm para 2 MHz. Os cristais acima mencionados so montados sobre uma base de suporte (bloco amortecedor) e junto com os eletrodos e a carcaa externa constituem o transdutor ou cabeote propriamente dito. Existem trs tipos usuais de transdutores: Reto ou Normal , o angular e o duplo - cristal. Transdutores Normais ou Retos: So assim chamados os cabeotes monocristal geradores de ondas longitudinais normal a superfcie de acoplamento. Os transdutores normais so construdos a partir de um cristal piezeltrico colado num bloco rgido denominado de amortecedor e sua parte livre protegida ou uma membrana de borracha ou uma resina especial. O bloco amortecedor tem funo de servir de apoio para o cristal e absorver as ondas emitidas pela face colada a ele. O transdutor emite um impulso ultra-snico que atravessa o material a inspecionar e reflete nas interfaces, originando o que chamamos ecos. Estes ecos retornam ao transdutor e gera, no mesmo, o sinal eltrico correspondente. A face de contato do transdutor com a pea deve ser protegida contra desgastes mecnico podendo utilizar membranas de borracha finas e resistentes ou camadas fixas de epoxi enriquecido com xido de alumnio. Em geral os transdutores normais so circulares, com dimetros de 5 a 24 mm, com freqncia de 0,5 ; 1 ; 2 ; 2,5 ; 5 e 6 MHz. Outros dimetros e freqncias existem , porm para aplicaes especiais.

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    Transdutor Normal ou Reto

    (foto extrada do catlogo Krautkramer)

    O dimetro do transdutor pode variar dependendo da aplicao. A figura acima utiliza-se um transdutor miniatura com 5 mm de dimetro para estudo de pontos de corroso de uma pea.

    O transdutor normal tem sua maior utilizao na inspeo de peas com superfcies paralelas ou quando se deseja detectar descontinui-dade na direo perpendicular superfcie da pea. o exemplo de chapas, fundidos e forjados.

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    Transdutores Angulares: A rigor, diferem dos transdutores retos ou normais pelo fato do cristal formar um determinado ngulo com a superfcie do material. O ngulo obtido, inserindo uma cunha de plstico entre o cristal piezeltrico e a superfcie. A cunha pode ser fixa, sendo ento englobada pela carcaa ou intercambivel. Neste ltimo caso temos um transdutor normal que preso com parafusos que fixam a cunha carcaa. Como na prtica operamos normalmente com diversos ngulos (35, 45, 60, 70 e 80 graus) esta soluo mais econmica j que um nico transdutor com vrias cunhas de custo inferior, porem necessitam de maiores cuidados no manuseio. O ngulo nominal , sob o qual o feixe ultra-snico penetra no material vale somente para inspeo de peas em ao; se o material for outro, deve-se calcular o ngulo real de penetrao utilizando a Lei de Snell. A mudana do ngulo deve-se mudana de velocidade no meio. O cristal piezeltrico com dimenses que podem variar entre 8 x 9 mm at 15 x 20 mm , somente recebe ondas ou impulsos ultra-snicos que penetram na cunha em uma direo paralela de emisso, em sentido contrrio. A cunha de plstico funciona como amortecedor para o cristal piezeltrico, aps a emisso dos impulsos.

    conector

    cristal

    sapata de acrlico

    carcaa

    Transdutor angular Transdutores Duplo-Cristal ou SE Existem problemas de inspeo que no podem ser resolvidos nem com transdutores retos nem com angulares. Quando se trata de inspecionar ou medir materiais de reduzida espessura, ou quando se deseja detectar descontinuidades logo abaixo da superfcie do material, a zona morta existente na tela do aparelho impede uma resposta clara.

    O transdutor angular muito utilizado na inspeo de soldas e quando a descontinuidade est orientada perpendicularmente superfcie da pea.

  • E N S A I O P O R U L T R A-S O M R i c a r d o A n d r e u c c i E d . S e t . / 2 00 6 23

    O cristal piezeltrico recebe uma resposta num espao de tempo curto aps a emisso, no tendo suas vibraes sido amortecidas suficientemente. Neste caso , somente um transdutor que separa a emisso da recepo pode ajudar. Para tanto, desenvolveu-se o transdutor de duplo-cristal, no qual dois cristais so incorporados na mesma carcaa, separados por um material acstico isolante e levemente inclinados em relao superfcie de contato. Cada um deles funciona somente como emissor ou somente como receptor, sendo indiferente qual deles exerce qual funo. So conectados ao aparelho de ultra-som por uma cabo duplo; o aparelho deve ser ajustado para trabalhar agora com 2 cristais. Os cristais so montados sobre blocos de plstico especial de baixa atenuao. Devido a esta inclinao, os transdutores duplos no podem ser usados para qualquer distncia (profundidade). Possuem sempre uma faixa de inspeo tima, que deve ser observada. Fora desta zona a sensibilidade se reduz. Em certos casos estes transdutores duplos so utilizados com focalizao, isto , feixe concentrado em uma determinada zona do material para a qual se deseja mxima sensibilidade. O transdutor duplo-cristal o mais indicado e largamente utilizado nos procedimentos de medio de espessura por ultra-som.

    Transdutor Duplo-Cristal ou SE

    O Transdutor "Phased Array" Os transdutores convencionais descritos acima, dispe de um nico cristal ou no mximo dois, em que o tempo de excitao do cristal determinado pelo aparelho de ultra-som, sempre realizado de uma mesma forma. Com o avano da tecnologia dos computadores, com processadores e circuitos mais rpidos, e

    O transdutor duplo-cristal tem sua utilizao maior, na deteco de descontinuidades prximas da superfcie , acima de 3 mm de profundidade e em medio de espessura, em razo do seu feixe snico ser focalizado. Em geral, por ocasio da aquisio deste transdutor, deve se verificar qual a faixa de espessura que se pretende medir, e qual o modelo ideal para esta aplicao.

  • E N S A I O P O R U L T R A-S O M R i c a r d o A n d r e u c c i E d . S e t . / 2 00 6 24

    principalmente de materiais piezocompostos para fabricao de novos cristais, desde os anos 90 foi possvel o desenvolvimento de uma tecnologia especial em que num mesmo transdutor operam dezenas (de 10 a 256 elementos) de pequenos cristais, cada um ligado circuitos independentes capazes de controlar o tempo de excitao independentemente um dos outros cristais. O resultado a modificao do comportamento do feixe snico emitido pelo conjunto de cristais ou pelo transdutor. Veja a figura abaixo do lado esquerdo, o conjunto de cristais esto operando em fase, isto , o aparelho de ultra-som executa a excitao dos cristais todos no mesmo tempo, e o resultado um onda perpendicular ao plano da superfcie. A figura do lado direito, mostra que o aparelho de ultra-som executa a excitao dos cristais de forma defasada, isto , o tempo em que cada cristal excitado retardado no tempo, e o resultado uma frente de onda angular superfcie.

    cristais com sinal em fase

    frente de onda resultante

    cristais com sinal defasado no tempo

    frente de onda resultante

    Transdutores tpico "Phased Array"

    (extrado do catlogo Krautkramer")

  • E N S A I O P O R U L T R A-S O M R i c a r d o A n d r e u c c i E d . S e t . / 2 00 6 25

    Devido s particularidades dos transdutores phased-array, possvel numa nica varredura deste inspecionar o material com vrios ngulos de refrao diferentes de uma s vez, j que a mudana do ngulo feita eletronicamente. Isso significa uma maior velocidade de inspeo, principalmente em soldas, onde no mnimo recomendado dois ngulos diferentes.

    Aparelho tpico Phased Array da GE - Phasor XS

    As vantagens principais dos transdutores Phased Array so: Variedade de pontos focais para um mesmo transdutor Variedade de ngulos de incidncia para um mesmo transdutor Varredura do material de forma eletrnica do feixe snico Variedade dos modos de inspeo Maior flexibilidade para inspeo de juntas complexas Interface , Acoplantes Ao acoplarmos o transdutor sobre a pea a ser inspecionada, imediatamente estabelece uma camada de ar entre a sapata do transdutor e a superfcie da pea. Esta camada ar impede que as vibraes mecnicas produzidas pelo transdutor se propague para a pea em razo das caractersticas acsticas (impedncia acstica) muito diferente do material a inspecionar. A impedncia acstica "Z" definida como sendo o produto da densidade do meio ( r ) pela velocidade de propagao neste meio ( V ) , ( Z = r x V ) e representa a quantidade de energia acstica que se reflete e transmite para o meio.

  • E N S A I O P O R U L T R A-S O M R i c a r d o A n d r e u c c i E d . S e t . / 2 00 6 26

    Em geral podemos calcular as fraes de energia snica que transmitida e refletida pela interface entre dois materiais diferentes usando as seguintes frmulas: ( Z2 - Z1)

    2

    R = --------------- (Energia refletida) , T = 1 - R (Energia Transmitida) ( Z2 + Z1)

    2

    Onde: Z1 e Z2 so as impedncias dos dois meios que formam a interface. Como exemplo podemos citar que a interface gua e ao , apenas transmite 12% e reflete 88% da energia ultra-snica. Por esta razo, deve-se usar um lquido que estabelea uma reduo desta diferena, e permita a passagem das vibraes para a pea. Tais lquidos, denominados lquido acoplante so escolhidos em funo do acabamento superficial da pea, condies tcnicas, tipo da pea. A tabela abaixo descreve alguns acoplantes mais utilizados. Os acoplantes devem ser selecionados em funo da rugosidade da superfcie da rea de varredura, o tipo de material, forma da pea, dimenses da rea de varredura e posio para inspeo.

    Impedncia Acstica de Alguns Materiais e Acoplantes

    Acoplante Densidade

    ( g/cm3 ) Velocidade da onda

    long. (m/s) Impedncia Acstica

    ( g/cm2..s ) leo ( SAE 30) 0,9 1700 1,5 x 105

    gua 1,0 1480 1,48 x 105

    Glicerina 1,26 1920 2,4 x 105

    Carbox Metil Celulose (15g/l) 1,20 2300 2,76 x 105

    Ao 7,8 5.900 46 x 105

    Ar ou gas 0,0013 330 0,00043 x 105 Ao inoxidvel 7,8 5.800 45,4 x 105 Alumnio 2,7 6.300 17.1 x 105 Acrlico 1,18 2.700 3,1 x 105 Cobre 8,9 4.700 41,6 x 105

    Fonte: SONIC Instruments catlogo de frmulas e dados

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    Diagramas AVG ou DGS Os diagramas AVG ou DGS foram preparados para facilitar a avaliao de uma srie de parmetros do ensaio ultra-snico relacionados ao material, o feixe snico, o tamanho mnimo da descontinuidade detectvel por um determinado transdutor, e outros. A figura a seguir, ilustra um diagrama especfico para o transdutor do tipo normal de ondas longitudinais, com 2 MHz de frequncia , fornecido pelo fabricante Krautkramer. O diagrama abaixo foi elaborado mediante o estudo da resposta do transdutor em termos de ganho , dos ecos provenientes de vrios furos de fundo chato usinados numa pea de ao a diversas profundidades, resultando assim as curvas mostradas no diagrama para cada furo. A ttulo de exemplo de aplicao e uso do diagrama podemos observar que o comprimento do campo prximo do transdutor B 2 S aproximadamente 50 mm pois a partir da profundidade de 50 mm no diagrama o comportamento das curvas tem a forma linear. Outra caracterstica que podemos observar no diagrama que s possvel a deteco de um refletor com 1 mm de dimetro equivalente at 600 mm de profundidade para este transdutor. Uma aplicao interessante do diagrama AVG a determinao da atenuao snica do material. Frequentemente requerido a determinao da atenuao snica de um material para comparar com o critrio da qualidade requerido, principalmente em forjados, fundidos nas mais variadas aplicaes. A ttulo de exemplo vamos supor uma pea de ao com 100 mm de espessura onde foi acoplado um transdutor normal B 2 S na superfcie.

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    Diagrama AVG ou DGS extrado do "data-sheet" publicado pela

    Krautkramer para o transdutor normal B 2 S O percurso snico no interior da pea ser igual a duas vezes a espessura desta equivalente a 200 mm. O 10 eco de fundo deve ser ajustado para uma altura de 80% da tela. Sem alterar o controle de ganho do aparelho de ultra-som, feita a leitura da diferena de altura entre o 10 eco de fundo e o 20 eco de fundo . No nosso exemplo a diferena foi de 8 dB.

    6 dB

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    No diagrama AVG feita a leitura correspondente a queda da intensidade snica com a distncia percorrida devido divergncia, no diagrama lido sobre a curva do eco de fundo para 200 mm e 400 mm resultando em -6dB. Portanto a atenuao ser igual a 8 dB - 6dB / 200 mm, ou seja 0,01 dB/mm para frequncia de 2 MHz.

    80%

    8 dB

    100 mm

    Determinao do Tamanho do Refletor Equivalente no Diagrama DGS A determinao do tamanho de descontinuidades pelo mtodo AVG ou DGS somente aplicvel a descontinuidades menores que o dimetro do transdutor. A determinao do tamanho da descontinuidade feita por comparao ao refletor equivalente no diagrama AVG ou DGS, seguindo as seguintes etapas: A ttulo de exemplo, vamos considerar um transdutor normal B2S e uma pea forjada com superfcies paralelas de espessura 250 mm contendo um pequeno refletor a uma profundidade de 200 mm a ser determinado. a) O eco de fundo deve ser ajustado de forma que sua altura esteja a 80% da

    altura da tela, numa regio da pea isenta de descontinuidades ; b) O transdutor deve ser posicionado sobre a descontinuidade, e o eco

    correspondente deve ser maximizado; c) Com auxlio do controle de ganho, deve ser feita a leitura em dB da diferena

    entre o eco da descontinuidade e o de fundo a 80% da tela. Vamos considerar a ttulo de exemplo +14 dB;

    d) No diagrama AVG do transdutor B2S levanta-se uma perpendicular na profundidade de 250 mm at encontrar a curva do eco de fundo no diagrama ;

  • E N S A I O P O R U L T R A-S O M R i c a r d o A n d r e u c c i E d . S e t . / 2 00 6 30

    e) A partir deste ponto, na mesma perpendicular, reduzir 14 dB, e seguir

    paralelamente ao eixo da profundidade (eixo x) at cruzar com a perpendicular referente profundidade da descontinuidade ( 200 mm);

    f) A partir do ponto de cruzamento, fazer a leitura da curva do refletor que estiver mais prxima, que no caso ser 8 mm. Este deve ser considerado o tamanho do refletor equivalente encontrado.

    -14 dB

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    cnicas de Inspeo A inspeo de materiais por ultra-som pode ser efetuada atravs de dois mtodos ou tcnicas como segue. Tcnica de Impulso-Eco ou Pulso-Eco a tcnica onde somente um transdutor responsvel por emitir e receber as ondas ultra-snicas que se propagam no material. Portanto, o transdutor acoplado em somente um lado do material, podendo ser verificada a profundidade da descontinuidade , suas dimenses, e localizao na pea.

    0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

    A

    B C

    DE

    P P

    Tcnica Impulso-Eco

    T

    Inspeo de barras pela tcnica pulso-eco por contato direto, usando transdutor normal de 12 mm de dimetro.

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    Tcnica de Transparncia uma tcnica onde utilizado dois transdutores separados, um transmitindo e outro recebendo as ondas ultra-snicas. Neste caso necessrio acoplar os transdutores nos dois lados da pea , de forma que estes estejam perfeitamente alinhados. Este tipo de inspeo, no se pode determinar a posio da descontinuidade, sua extenso, ou localizao na pea, somente um ensaio do tipo passa-no passa.

    Emissor

    0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

    A

    B C

    DE

    Receptor

    Tcnica de Transparncia

    A tcnica de transparncia pode ser aplicada para chapas, juntas soldadas, barras e o intuito destes ensaios estabelecer um critrio comparativo de avaliao do sinal recebido ou seja da altura do eco na tela. A altura do sinal recebido na tcnica de transparncia varia em funo da quantidade e tamanho das descontinuidades presentes no percurso das vibraes ultra-snicas . Sendo assim o inspetor no sabe analisar as caractersticas das indicaes porm compara a queda do eco com uma pea sem descontinuidades podendo assim estabelecer critrios de aceitao do material fabricado. Este mtodo pode ser aplicado a chapas fabricadas em usinas, barras forjadas ou fundidas, e em alguns casos em soldas.

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    Com o desenvolvimento da robtica e sistemas digitais de ultra-som, possvel implementar sistemas automticos de inspeo de peas simples ou com geometrias complexas, usando a tcnica por transparncia, como mostrado nas fotos abaixo.

    Sistemas automticos robotizados de inspeo por transparncia usando transdutores com acoplamento por jato de gua (water-jet)

    (gentileza da GE Industrial Technologies)

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    Tcnica de Imerso: Nesta tcnica empregado um transdutor de imerso prova d'gua, preso a um dispositivo. O transdutor pode se movimentar, tanto na distncia at a pea quanto na inclinao do feixe de entrada na superfcie da pea. Na tcnica de imerso a pea colocada dentro de um tanque com gua, propiciando um acoplamento sempre homogneo.

    Transdutorgua como

    AcoplanteTransdutor

    gua como

    Acoplante

    Mas como ocorre as indicaes na tela do aparelho na tcnica de imerso ? Vejamos o ecograma a seguir:

    0 2 4 6 8 10

    1

    2

    3

    4

    1

    0 2 4 6 8 10

    1

    2

    3

    4

    1

    No ponto "0" da escala calibrada para o ao, temos o pulso inicial do transdutor. A primeira reflexo proveniente da superfcie do material (1) aparece na marca 4 da escala. Como a gua possui velocidade snica cerca de 4 vezes maior que a do ao, esse pulso parecer na marca de 4 vezes a espessura da coluna d'gua.O segundo eco de entrada na superfcie do material aparece na marca 8 da escala. Aps primeira reflexo na tela, temos uma seqncia de ecos (2), (3) e (4) correspondendo ao eco de fundo da pea.

    Transdutores para Imerso

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    parelhagem Basicamente, o aparelho de ultra-som contm circuitos eletrnicos especiais, que permitem transmitir ao cristal piezeltrico, atravs do cabo coaxial, uma srie de pulsos eltricos controlados, transformados pelo mesmo em ondas ultra-snicas. Os sinais captados no cristal so mostrados na tela em forma de pulsos luminosos denominados ecos, que podem ser regulados tanto na amplitude, como posio na tela graduada e se constituem no registro das descontinuidades encontradas no interior do material. O aparelho de ultra-som basicamente um osciloscpio projetado para medir o tempo de percurso do som na pea ensaiada atravs da relao: S = V x T onde o espao percorrido (S) proporcional do tempo (T) e a velocidade de propagao (V), no material. Descrio dos Aparelhos Medidores de Espessura por ultra-som Os medidores de espessura por ultra-som podem se apresentar com circuitos digitais ou analgicos, e so aparelhos simples que medem o tempo do percurso snico no interior do material , atravs da espessura, registrando no display o espao percorrido ou seja a prpria espessura. Operam com transdutores duplo-cristal, e possuem exatido de dcimos ou at centsimos dependendo do modelo.

    Medidor de Espessura Digital Ultra-snico (foto extrada do website Eddytronic) So aparelhos bastante teis para medio de espessuras de chapas, tubos, taxas de corroso em equipamentos industriais, porm para a obteno de bons resultados, necessrio sua calibrao antes do uso, usando blocos com espessuras calibradas e de mesmo material a ser medido, com o ajuste correto da velocidade de propagao do som do aparelho.

    A

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    O instrumento deve ser ajustado para a faixa de espessura a ser medida usando o blocos padro graduado e calibrado conforme sugerido na figura da pgina a seguir, construdo com material de mesma velocidade e atenuao snica do material a ser medido. A calibrao do instrumento para uso, deve ser feita usando no mnimo duas espessuras no bloco, conforme a faixa de espessura a ser medida. O instrumento deve ser ajustado para indicar a espessura correta das duas graduaes selecionadas. Os ajustes devem ser feitos de acordo com as instrues do fabricante. Se ambos os valores indicados estiverem corretos, o instrumento estar apto para uso. Se o instrumento estiver corretamente calibrado a leitura de duas diferentes espessuras no devem variar mais que 0,2 mm. Se no for possvel atingir um ou ambos os valores, verificar se o instrumento / transdutor est sendo aplicado na faixa especificada pelo fabricante, assim como se o ajuste da velocidade de propagao snica no instrumento est corretamente calibrada ou ajustada. A norma ASTM E-797 padroniza os mtodos de medio de espessuras. Para medies a altas temperaturas, e maior exatido das medidas, recomenda-se correes devido temperatura da pea dos valores lidos no aparelho medidor de espessura. Valor da espessura real aproximada determinada atravs da aplicao direta da frmula indicada abaixo: Er = Emq x (Vsa - K .DT) Vsa

  • E N S A I O P O R U L T R A-S O M R i c a r d o A n d r e u c c i E d . S e t . / 2 00 6 37

    onde: Er = espessura real (mm); Emq = espessura da medida a quente (mm); Vsa = velocidade do som no bloco temperatura ambiente; DT = diferena entre a temperatura da superfcie do bloco e do material inspecionado ( C). K = constante de reduo da velocidade em funo do aumento da temperatura, igual a 1 m/s /C Para uma melhor preciso nas medidas sobre superfcies com alta temperatura recomendado calibrar o aparelho num bloco separado com caractersticas iguais ao material que ser medido, na mesma temperatura da pea. importante saber que o cristal no transdutor no suporta altas temperaturas, e portanto a medio deve ser feita de forma rpida com resfriamento subseqente em gua. Outros fatores podem gerar erros ou impossibilidade de medies como a dificuldade de acoplamento sobre a superfcie e corroso.

    Os aparelhos medidores modernos de espessura digitais, so dotados de circuitos de memria que podem armazenar centenas de dados referente a espessuras medidas e aps , conectando na impressora , pode-se obter um relatrio completo das medidas efetuadas e as condies usadas. A calibrao do aparelho medidor de espessura deve ser feita usando blocos escalonados com faixas de espessuras prximas da pea a ser medida. Em geral os blocos apresentados a seguir, podem servir de guia para o leitor.

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    Blocos de Calibrao Sugeridos para Medidores de Espessuras

    10,0 8,0 6,0 4,0 2,0

    20 20 20 20 20

    25

    30,0 25,0 20,0 15,0 10,0 5,0

    20 20 20 20 20

    25

    20 Bloco A Bloco B Tolerncias: Dimenses : + 0,5 mm Espessuras: + 0,02 mm Acabamento superficial: faces Ra = 0,8 mm max.

    Faixa de aplicao dos blocos de calibrao A e B

    Espessuras Selecionadas do Bloco A (mm)

    Faixa de Espessura Aplicvel ou a ser medida (mm)

    2,0 e 4,0 1,80 at 4,20 4,0 e 6,0 3,80 at 6,20 6,0 e 8,0 5,80 at 8,20 8,0 e 10,0 7,80 at 10,20

    Espessuras Selecionadas do Bloco B (mm)

    Faixa de Espessura Aplicvel ou a ser medida (mm)

    5,0 e 10,0 4,8 at10,2 10,0 e 15,0 9,8 at15,2 15,0 e 20,0 14,8 at 20,2 20,0 e 25,0 19,8 at 25,2 25,0 e 30,0 24,8 at 30,2

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    Gerao e recepo do pulso no aparelho de ultra-som Na figura o aparelho de ultra-som produz um pulso (1) atravs do cristal. Este se propaga pela pea, e neste instante os circuitos do aparelho iniciam a contagem do tempo.

    descontinuidade( interface )

    Cristal

    distncia ( S )

    1 - pulso ultra-snico indoem sentido da descontinuidade

    Tempo

    Ao incidir numa interface , ou seja na descontinuidade na distncia "S", ocorre a reflexo da onda (2) que detectada pelo cristal, originando um sinal eltrico que interpretado e amplificado pelo aparelho e representado pelo eco de reflexo (3) na tela do aparelho de ultra-som. A posio do eco na tela proporcional ao tempo medido de retorno do sinal como tambm ao caminho percorrido pelo som (S) at a descontinuidade na pea.

    2 - reflexo da onda no sentido do cristal

    3 - eco de reflexo registrado na telana marca equivalente distncia S

    Tempo

    S

    descontinuidade( interface )

    O aparelho de ultra-som produz um pulso por meio do cristal. Este se propaga pela pea. inicia-se a contagem do tempo de percurso.

    Ao incidir numa interface , ou seja na descontinuidade que est na distncia S , ocorre a reflexo da onda , detectada pelo cristal. origina um sinal eltrico que interpretado, amplificado, representado pelo eco de reflexo na tela do aparelho de ultra-som.

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    Descrio do Aparelho Bsico de ultra-som Observe a figura abaixo, mostrando um transdutor ultra-snico acoplado numa pea com espessura de 8 mm, e a tela ao lado do aparelho mostrando o eco "E2", proveniente da espessura da pea.

    Eco de Fundo Vamos analisar o que est ocorrendo: 1 -O cristal piezeltrico do transdutor transmite pea uma onda ultra-snica

    perpendicularmente superfcie que percorre a espessura total de 8 mm do metal;

    2 - A onda incide na interface no fundo da pea, retorna ao cristal e este produz um sinal eltrico que ser amplificado e registrado na tela do aparelho na forma do pulso ou eco, identificado na figura como "E2";

    3 - O caminho do som percorreu a espessura de 8 mm de ida e mais 8 mm na volta - isto sempre ocorre na inspeo por ultra-som os circuitos do aparelho compensam este fenmeno dividindo por 2 os registros na tela.

    Assim portanto, o eco na tela do aparelho representa o caminho percorrido pelo som, em apenas uma vez a espessura, denominado de "Eco de Fundo", que no caso da figura foi de 8 mm.

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    importante mencionar que o som que percorre a espessura do metal se reflete nas interfaces formadas pela fundo da pea e a superfcie da pea, de forma contnua, isto , o ultra-som emitido pelo cristal do transdutor realiza no interior da pea um movimento de zig-zag de ida e volta , se refletindo no fundo da pea e superfcie, continuadamente.

    Cristal piezeltrico

    Reflexes mltiplasdo ultra-som no interiorda pea

    Pea

    Para cada incidncia do ultra-som na superfcie oposta de acoplamento do cristal, um sinal ser transmitido ao aparelho e um eco correspondente a este sinal ser visualizado na tela. Portanto ser possvel observar vrios ecos de reflexo de fundo correspondente mesma espessura. Basicamente, o aparelho de ultra-som contm circuitos eletrnicos especiais, que permitem transmitir ao cristal piezeltrico, atravs do cabo coaxial, uma srie de pulsos eltricos controlados, transformados pelo mesmo em ondas ultra-snicas.

    Aparelho de ultra-som marca SONATEST esquerda e um notebook que incorpora uma placa de ultra-som industrial Krautkramer.

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    Da mesma forma, sinais captados no cristal so mostrados na tela do tubo de raios catdicos em forma de pulsos luminosos denominados ecos, que podem ser regulados tanto na amplitude, como posio na tela graduada e se constituem no registro das descontinuidades encontradas no interior do material

    Aparelho de ultra-som digital marca Krautkramer , mod. USN-52. Em geral, os fabricantes oferecem vrios modelos de aparelhos com maiores ou menores recursos tcnicos, que possibilitam sua utilizao nas mais variadas aplicaes industriais, entretanto, alguns controles e funes bsicas devem ser conhecidas para ser possvel sua utilizao, que veremos a seguir. Quer seja analgico ou digital, todos os aparelhos apresentam os controles bsicos mnimos que permitem utilizar o aparelho para qualquer aplicao prtica, como seguem: Escolha da funo: Todo aparelho possui entradas de conectores dos tipos BNC (aparelhos de procedncia norte-americana) ou Lemo (aparelhos de procedncia alem), para permitir de transdutores monocristal de duplo-cristal. Potncia de emisso: Est diretamente relacionado com a amplitude de oscilao do cristal ou tamanho do sinal transmitido. Em geral os aparelhos apresentam nveis de potncia atravs de uma chave seletora em nmero de 2 at 5 posies.

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    controle de ganhocontrole da velocidade

    controle da escala

    liga-desl.ajuste da energiae mtodo

    zeragem

    controlemonitor

    supressorde rudos

    entradas do cabocoaxial

    foco

    Aparelho Analgico Bsico de ultra-som, marca Krautkramer mod. USM-2 (Um dos aparelhos mais antigos , mas de maior sucesso)

    Ajuste do GanhoSeleciona a variao fina do ganho

    Indicador da bateria Grupo de 4 funes para acesso rpido

    Led para indicao de alarme

    Seleciona o step do ganho

    Referencia do eco da tela

    Congela a tela

    Amplificador da porta (gate)

    Grupo de funo ativa para aumentar a tela A--Scan

    Possibilidade de documantao variada

    Trava para prevenirajustes acidentais

    Conectores dos transdutoresSeleciona o menugrupo de funes

    Seleciona a medio da leitura dasindicaes da tela A-Scan

    Altera entre o grupo de funes principaise as inferiores

    Liga/Desliga

    Linha do menu e grupode funes

    Linha de base de medio

    Linha de operao do instrumento (status)

    Eco com alto contraste

    Formato grande de leiturana tela A-Scan

    Aparelho Digital marca Krautkramer Mod. USN-50 e 52

    Possibilidade de documentao variada

  • E N S A I O P O R U L T R A-S O M R i c a r d o A n d r e u c c i E d . S e t . / 2 00 6 44

    Ganho: Est relacionado com a amplitude do sinal na tela ou amplificao do sinal recebido pelo cristal. Os aparelhos apresentam um ajuste fino e grosseiro, calibrado em dB, num mesmo controle ou separados. Nos aparelhos digitais, pode-se ajustar o controle fino em avanos de at 0,5 dB, impossveis nos aparelhos analgicos. Escala: As graduaes na tela do aparelho podem ser modificadas conforme a necessidade, para tanto a chave vem calibrada em faixas fixas (ex: 10, 50, 250 ou 1000mm). Para os aparelhos digitais, a escala automtica, isto uma vez, calibrada uma escala qualquer, as outras mantm a proporcionalidade. Velocidade de propagao: A velocidade de propagao ao ser alterada no aparelho nota-se claramente que o eco de reflexo produzido por uma interface, muda de posio na tela do osciloscpio, permanecendo o eco original em sua posio inicial. O aparelho de ultra-som basicamente ajustado para medir o tempo de percurso do som na pea ensaiada atravs da relao: S = v x t onde o espao percorrido (S) proporcional do tempo (t) e a velocidade de propagao (n), no material, ajusta-se a leitura para unidade de medida (cm, m, etc.). Nos aparelhos, dependendo do modelo e fabricante, poder existir um controle da velocidade ou simplesmente um controle que trabalha junto com o da escala do aparelho. No primeiro caso, existe uma graduao de velocidade (m/s) em relao aos diferentes materiais de ensaio ultra-snico. Nos aparelhos digitais o ajuste de velocidade separado e deve ser ajustado corretamente para uma perfeita calibrao da escala. Cuidados Referentes Calibrao: No captulo a seguir ser discutido em detalhes, o significado e importncia da calibrao do aparelho de ultra-som. No entanto, o operador dever proceder uma recalibrao dos instrumentos e acessrios sempre que: Houver trocas de transdutores no decorrer de inspeo O aparelho for desligado Transcorrer 90 minutos com o aparelho ligado Houver troca de operadores

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    Os aparelhos de ultra-som devem ter o ganho e escala calibrados conforme a norma BSI 4331 Part.1 ou ASME* Sec. V. como segue; Na verificao da calibrao da linearidade vertical do aparelho de ultra-som, executando no controle de ganho as variaes conforme o recomendado pela tabela abaixo, e verificando na tela do aparelho, as amplitudes dos ecos provenientes do furo de dimetro 1,5 mm do bloco de calibrao Tipo 1. Caso a amplitude dos ecos no correspondam ao esperado, deve-se concluir que o aparelho necessita de manuteno, e deve ser enviado assistncia tcnica especializada.

    Verificao da linearidade vertical do aparelho de ultra-som

    Conforme da norma BS*-4331 Part.1 GANHO

    (dB) Altura esperada do eco em relao altura da tela (%)

    Limites aceitveis da Altura do eco

    +2 100 no menor que 90% 0 80 - -6 40 35% a 45% -18 10 8% a 12% -24 5 deve ser visvel acima da linha de base

    Uma outra forma de verificar a linearidade vertical do aparelho de ultra-som atravs do Cdigo ASME* Sec. V Art.4 ou 5 que difere da tabela anterior. Um transdutor angular deve ser utilizado num bloco contendo dois furos que produziro na tela do aparelho os ecos de referncia para aplicao das tabela a seguir.

    Verificao da linearidade em amplitude da tela do aparelho de ultra-som Conforme Cdigo ASME Sec. V Art. 4 e 5

    Ajuste da Indicao na Altura Total da Tela

    ( % )

    Ajuste do Controle de Ganho ( dB )

    Limites Aceitveis da Altura da menor Indicao

    ( % ) 80 -6 32 a 48 80 -12 16 a 24 40 +6 64 a 96 20 +12 64 a 96

    Outra verificao que deve ser feita a linearidade em altura da tela, onde o transdutor angular deve ser posicionado sobre o bloco bsico de calibrao com o ponto de sada do feixe angular dirigido para ambos os refletores cilindricos do bloco, ajustando a escala do aparelho de modo a obter ecos bem definidos provenientes dos furos e .T. Ajuste o controle de ganho e ao mesmo tempo o posicionamento do transdutor de modo a obter na tela do aparelho os dois ecos numa relao de 2:1em termos de amplitude, sendo o maior com amplitude de 80% da tela.

  • E N S A I O P O R U L T R A-S O M R i c a r d o A n d r e u c c i E d . S e t . / 2 00 6 46

    Sem alterar a posio do transdutor, reduza sucessivamente o controle de ganho, em incrementos de 10% ou "steps" de 2 at que o maior eco esteja a 20% de altura da tela, efetuando a cada decrscimo uma leitura da altura da menor indicao. A leitura da menor indicao deve sempre estar a 50% de altura da maior indicao.

    oo

    80%

    40%

    Bloco de Verificao da Linearidade do aparelho de Ultra-Som conforme Cdigo ASME Sec. V

    * BS = norma Inglesa , British Standard * ASME = cdigo de fabricao de vasos de presso , American Society of Mechanical Engineer

  • E N S A I O P O R U L T R A-S O M R i c a r d o A n d r e u c c i E d . S e t . / 2 00 6 47

    Exemplo de Verificao do controle de Ganho do Aparelho de Ultra-Som Obtenha um eco na tela do aparelho acoplando o transdutor em qualquer pea ou bloco de calibrao. Ajuste o controle de ganho para obter o eco a 80% da altura da tela , conforme mostra os exemplos das figuras abaixo.

    Ajustado em 20 dB. Eco na tela em 80% da

    altura

    Mantenha o transdutor fixo sem variaes, e em seguida reduza o controle de ganho em 6 dB, como mostra as figuras dos exemplos abaixo

    Reduzido para 14 dB (-6dB). Eco na tela

    reduzido para 40% da altura.

    Voc poder avaliar o resultado deste teste, verificando se o eco reduziu para 40% + 2 % da altura da tela, ou seja pela metade dos 80% inicialmente ajustado. Caso isto no tenha ocorrido, o aparelho no est com o controle de ganho devidamente calibrado.

    80%

    40%

  • E N S A I O P O R U L T R A-S O M R i c a r d o A n d r e u c c i E d . S e t . / 2 00 6 48

    Cuidados no Uso de Transdutores Angulares: Como vimos, as sapatas de acrlico dos transdutores angulares so fabricados para proporcionar ngulos de transmisso bem definidos. Entretanto o uso contnuo, e o conseqente desgaste das sapatas, podero alterar a performance do transdutor. Tal problema poder ser agravado quando a presso do dedo do operador sobre o transdutor incidir nas bordas dos mesmos, fazendo com que o desgaste ocorra de modo irregular, alterando significativamente o ngulo nominal. Cuidados no Manuseio dos Controles do Aparelho: Os potencimetros dos controles do aparelho analgico, de um modo geral, so dotados de um sistema de trava que tem a finalidade de no variar a calibrao do aparelho durante seu uso. Portanto, quando se quer modificar a calibrao do aparelho deve-se destravar o potencimetro, pois caso contrario o mesmo ser danificado. O mesmo no acontece nos aparelhos modernos digitais , em que os controles e ajustes so por teclas. Cuidados com as Baterias: Em geral os aparelhos so dotados de baterias recarregveis, que necessitam carga aps o uso. Como regra prtica, o tempo de carga dever ser o dobro do perodo de trabalho do aparelho. Calibrao e Blocos Padro: O termo calibrao deve ser analisado no seu sentido mais amplo entendendo o leitor como sendo o perfeito ajuste de todos os controles do aparelho de ultra-som, para uma inspeo especfica segundo um procedimento escrito e aprovado pelo cliente / fabricante. Os ajustes do ganho, energia, supressor de rudos, normalmente so efetuados baseado em procedimentos especficos, entretanto a calibrao da escala pode ser feita, previamente independente de outros fatores. Calibrar a escala, significa mediante a utilizao de blocos especiais denominados Blocos Padres, onde todas as dimenses e formas so conhecidas e calibradas, permitindo ajustar os controles de velocidade e zeragem, concomitantemente at que os ecos de reflexo permaneam em posies definidas na tela do aparelho, correspondentes ao caminho do som no bloco padro. Tais blocos so construdos segundo normas EN-12223 e EN-27963, de materiais que permitem o exame ultra-snico em ao carbono no ligado ou de baixa liga, com velocidade snica de 5920 + 30 m/s para ondas longitudinais e 3255 +15 m/s para ondas transversais.

  • E N S A I O P O R U L T R A-S O M R i c a r d o A n d r e u c c i E d . S e t . / 2 00 6 49

    O leitor deve ficar atento pois os blocos aqui mencionados no devem ser confundidos com os antigos blocos V1 da norma extinta DIN 54109. A norma AWS -American Welding Society, D1.1 requer um bloco de calibrao construdo conforme os requisitos do IIW -Internationl Institute of Welding , Tipo 1, que se assemelha ao antigo bloco V1.

    Bloco de Calibrao Tipo 1 - Norma EN-12223

    Bloco de Calibrao conforme IIW -Internationl Institute of Welding

    Tipo 1 ( esquerda) e Tipo 2 ( direita). A diferena deste bloco com o da norma EN-12223 est no dimetro do pequeno furo que na norma IIW de 1,5 mm e na

    EN-12223 de 2,4 mm.

    Os blocos de calibrao devem ser apropriadamente calibrados quanto s suas dimenses , furos, entalhes e quanto velocidade snica do material que constitu o bloco.

    100 mm

    300 mm

    R100

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    O Bloco Tipo 1 deve ser utilizado para calibrar as escalas na tela do aparelho usando as dimenses padronizadas, mas tambm verificar a condio do transdutor angular, com respeito ao ponto de sada do feixe snico (posio 1 da figura) e a verificao do ngulo de refrao do transdutor (posio 2 da figura). Em geral + 2 graus tolervel.

    Verificao do ponto de sada do feixe snico e ngulo do transdutor.

    Bloco de calibrao Tipo 2 (Norma EN-27963). Espessura do bloco 12,5 mm Uma das caractersticas do Bloco de calibrao Tipo 2 a sequencia de repetio dos ecos de reflexo nos raios de curvatura de 25 mm e 50 mm, conforme mostrado na figura. Posicionando o transdutor angular em "J" sobre o bloco Tipo 2, como mostrado na figura abaixo, devero ser obtidos na tela do aparelho de ultra-som ecos mltiplos de reflexo dos raios de 25 mm e 50 mm, ajustados nas distncias de 25 mm , 100 mm e 175 mm, com auxlio do controle de velocidades.

    R25 R50

    1 2

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    0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

    A

    B C

    DE

    Escala de 100 mm

    25 mm

    100 mm

    O eco correspondente 100 mm na verdade representa o caminho do som no raio de 25 mm + o raio de 50 mm + o raio de 25 mm novamente

    Isto ocorre pois o feixe snico que atinge o transdutor na direo contrria ao de sada do feixe no captado pelo cristal.

    O leitor deve ficar atento pois os blocos aqui mencionados no devem ser confundidos com os antigos blocos Tipo 2 da norma extinta DIN 54122.

    0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

    A

    B C

    DE

    Escala de 200 mm

    50 mm

    200 mm

    125 mm

    O eco correspondente 200 mm na verdade representa o caminho do som no raio de 50 mm + o raio de 25 mm + o raio de 50 mm + o raio de 25 mm + o raio de 50 mm novamente

    Isto ocorre pois o feixe snico que atinge o transdutor na direo contrria ao de sada do feixe no captado pelo cristal.

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    Posicionando o transdutor angular em "L" sobre o bloco Tipo 2 , como mostrado na figura anterior, devero ser obtidos na tela do aparelho de ultra-som ecos mltiplos de reflexo dos raios de 50 mm e 25 mm, ajustados nas distncias de 50 mm , 125 mm e 200 mm, com auxlio do controle de velocidades. Formas de Apresentao das Indicaes na Tela dos Aparelhos A tela do aparelho de ultra-som pode apresentar de trs formas bsicas a seco da pea inspecionada, que so: A-scan B-scan C-scan O aparelho de ultra-som deve incorporar circuitos eletrnicos especiais para cada forma de apresentao. Assim, o inspetor deve identificar no aparelho quais as formas de apresentao disponveis para uso. Forma de apresentao A-Scan Neste tipo de apresentao a tela do aparelho mostra a forma tradicional de visualizao da tela ou seja na forma de ecos de reflexo.

    Varredura de topo

    Na representao A-Scan, os ecos na tela indicam a reflexo do som nas interfaces

    Forma de apresentao B-Scan Neste tipo de apresentao, a tela do aparelho mostra a seo transversal da pea , e portanto a visualizao da pea feita em corte. Este tipo de apresentao no convencional, e somente aparelhos dotados de funes especiais so capazes de mostrar esta forma de apresentao.

  • E N S A I O P O R U L T R A-S O M R i c a r d o A n d r e u c c i E d . S e t . / 2 00 6 53

    Varredura de topoRegistros de profundidade da chapa

    B-Scan - muito til para anlise de corroso em peas e tubos e chapas pois o perfil da espessura vista diretamente na tela.

    Forma de apresentao C-Scan Este tipo de apresentao no convencional, e somente aparelhos dotados de funes especiais so capazes de mostrar esta forma de apresentao.

    Tela do aparelho USIP-40 em C-Scan de uma pea com revestimento. As reas amarelas mostram falta de aderncia do revestimento no metal base.

    (gentileza da GE Industrial Technologies)

    Neste tipo de apresentao a tela do aparelho mostra a pea no sentido "planta" ou seja a vista de cima da pea. A representao C-Scan acima foi obtida a partir da varredura automtica da superfcie de uma pea com revestimento, usando o aparelho de ultra-som USIP-40 da GE, onde pode ser vista as reas amarelas (mais claras) indicando a total falta de aderncia do material de revestimento.

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    A palheta colorida do lado direito mostra a variao da amplitude do eco da interface entre revestimento e metal base sobre toda a superfcie da pea. A varredura efetuada conectando um sistema eletrnico de coordenadas X,Y denominado encoder fixado na pea, que emite um sinal ao aparelho de ultra-som sempre que um ciclo do ensaio for completado (por exemplo varredura no sentido da largura ou do comprimento da pea) e uma mudana da regio de varredura requerida.

    Tela do aparelho USIP-40 em C-Scan (ao centro) e P-Scan (gentileza da GE Industrial Technologies)

    O mesmo equipamento de ultra-som tambm pode fornecer na tela outras representaes, como a acima mostrada. Podemos ver a representao C-Scan no centro, e acima a representao P-Scan mostrando a altura do eco de interface no ponto de cruzamento das coordenadas x,y do plano da pea. A varredura automtica e captao de dados pelo aparelho de ultra-som, representa hoje um avano significativo no processo de inspeo industrial, pois uma srie de informa es sobre as indicaes detectadas so coletadas e armazenadas somente pelo aparelho, dispensando a participao do inspetor. O mapeamento obtido gerado pelo software que impossibilita adulteraes.

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    rocedimentos Especficos de Inspeo

    Procedimento para Inspeo de Soldas: A inspeo de soldas por ultra-som ,consiste em um mtodo que se reveste de grande importncia na inspeo industrial de materiais sendo uma ferramenta indispensvel para o controle da qualidade do produto final acabado , principalmente em juntas soldadas em que a radiografia industrial no consegue boa sensibilidade de imagem , como por exemplo juntas de conexes , ou mesmo juntas de topo com grandes espessuras. Os procedimentos para inspeo de soldas descritos pelas Normas ou Cdigos de fabricao, tais como ASME Sec. V Art.4 ou EN-1714, variam em funo dos ajustes de sensibilidade do ensaio , dimensionamento das indicaes , critrios de aceitao das descontinuidades encontradas , e outras particularidades tcnicas. Portanto , descrevemos a seguir a tcnica bsica para inspeo de soldas por ultra-som , entretanto o inspetor deve consultar o procedimento aprovado de sua empresa para o ensaio especfico, ou ainda na falta deste , elabora-lo segundo a norma aplicvel ao produto a ser ensaiado. Preparao das Superfcies de Varredura: A inspeo da solda se processar atravs da superfcie do metal base adjacente solda , numa rea que se estender paralelamente ao cordo de solda , que denominamos rea ou superfcie de varredura . O resultado do ensaio por ultra-som dependente da preparao das superfcies, assim devemos remover carepas, tintas, xidos, p, graxa e tudo que possa mascarar, ou impedir a penetrao do feixe snico na pea a ensaiar. Limitao de temperatura da pea deve ser levado em conta e est associado ao modelo e tipo do transdutor , pois altas temperaturas ( acima de 60 oC ) podem danificar os transdutores.

    Tcnica geral para inspeo de soldas de topo , por ultra-som

    P

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    Calibrao da Sensibilidade do Aparelho A escala do aparelho deve ser calibrada atravs dos blocos padres calibrados mencionados. A sensibilidade do aparelho deve ser calibrada atravs de um bloco com espessuras e furos de referncia calibrados e de material acusticamente similar pea ser ensaiada. Caso a calibrao do aparelho seja feita em bloco e pea de materiais dissimilares, isto afetar a preciso das medidas efetuadas. A figura abaixo descreve o bloco de calibrao de forma simplificada, recomendado pela norma ASME Boiler and Pressure Vessel Code Sec.V usado para estabelecer a sensibilidade do ensaio pelo ajuste do controle de ganho do aparelho , que deve ser fabricado com mesmo acabamento superficial da rea de varredura.

    Bloco Bsico de Calibrao da Sensibilidade Simplificado para o Ensaio de

    Soldas, conforme o Cdigo ASME Sec. V .

    Seleo do Bloco de Calibrao para superfcies planas Espessura da solda t

    (mm) Espessura T do bloco

    (mm) * Dimetro D do furo de

    referncia (mm) 1(25 ) ou menor (20 ) ou t 3/32 (2,5)

    Acima de 1(25 ) at 2(50) 1.1/2(38) ou t 1/8 (3,0)

    Acima de 2(50) at 4(102) 3(75) ou t 3/16 (5,0)

    Acima de 4" (102) t + 1 (25) nota 1

    Fonte: Cdigo ASME Sec.V Art. 4 e 5 * Bloco de calibrao vlido para superfcies planas ou com curvaturas maiores que 20

    polegadas ( 508 mm ) de dimetro, Nota 1 : Para cada aumento de 2(50) ou frao acima de 4"(102 mm) o dimetro do furo deve ser aumentado em 1/16 da pol.(1,5 mm).

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    A freqncia e ngulo do transdutor selecionado pode ser significativo, dependendo da estrutura metalrgica do material ensaiado e espessura. Em geral utiliza-se 4 MHz de freqncia e ngulos de 60 e 70 graus para espessuras do metal base at 15 mm ; e 45 e 60 graus para espessuras de metal base acima de 15 mm A curva de sensibilidade estabelecida de acordo com o procedimento descrito, atravs do posicionamento do transdutor angular (pos.1,2 ,3 e 4) de modo a detectar o furo de referncia do bloco nas quatro posies indicadas. O controle de ganho do aparelho deve ser ajustado a partir da pos.1 da figura abaixo, onde o controle ajustado at que o eco correspondente reflexo do furo tenha uma altura de 80% da tela do aparelho. Acompanhe o processo abaixo descrito: Preparao da Curva de Correo Distncia Amplitude (DAC) e Ajuste a Sensibilidade do Ensaio

    a) Posicionar o transdutor sobre o bloco padro de modo a obter resposta do furo que apresentar maior amplitude ;

    b) Ajustar a amplitude do eco a 80% da altura da tela. Este ganho denominado Ganho Primrio-Gp da curva de referncia (DAC).

    c) Para completar a curva de referncia e, sem alterar o ganho, posicionar o transdutor de forma a se obter ecos dos furos do bloco padro a vrias distncias, at o alcance desejado, e traar a curva unindo os pontos obtidos.

    d)Traar as curvas de 50% e 20% da curva de referncia (DAC).

    1 2 34 56

    1

    2

    3

    4

    56

    Traagem da Curva de Referncia ou Curva DAC

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    A partir deste procedimento deve ser registrado o ganho do aparelho, que dever ser mantido at o final da inspeo , porem verificado periodicamente ou quando houver troca de operadores. Caso haja uma diferena de acabamento superficial acentuada entre o bloco e a pea a ser inspecionada, um procedimento de transferncia de ganho do bloco para a pea dever ser aplicado, para restabelecer o nvel de sensibilidade original, conforme segue: Determinao do Fator de Correo da Transferncia a) Posicionar dois transdutores iguais sobre o bloco de calibrao com percurso

    snico como mostrado na figura, usando a tcnica de transparncia. b) Ajustar o controle de ganho para que a amplitude do eco com os transdutores

    na pos. a e b esteja em 80% da altura da tela. c) Sem alterar o ganho marcar na tela os picos dos ecos das posies a-c e a-d. d) Unir os pontos para se obter uma curva de referncia.

    a

    ab

    ac

    ad

    b

    c

    d

    e) Posicionar os transdutores no componente a ser ensaiado, metal base, obrigatoriamente sobre superfcies paralelas, para se obter o eco a-c sem alterar o ganho conforme tem b.

    f) Ajustar, se necessrio, a altura do eco obtido no componente a ser ensaiado at a curva descrita no tem f

    g) Esta diferena ( X dB) dever ser anotada e usada como correo de transferncia (CT).

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    a c

    ac

    CT

    Correo da Transferncia (CT)

    Realizao da Inspeo Para garantir a passagem do feixe snico para a pea necessrio usar um lquido acoplante que se adapte situao. Em geral, leo, gua, ou solues de metil-celulose, podem ser utilizadas para esta finalidade. recomendado efetuar algumas medidas no mesmo local, pois variaes de acabamento superficial, presso do transdutor sobre a superfcie e outros, podem variar os resultados. O transdutor deve ser deslizado sobre a superfcie de varredura com o feixe ultra-snico voltado perpendicularmente solda , de modo que as ondas atravessem totalmente o volume da solda . Caso houver alguma descontinuidade no volume de solda, haver reflexo nesta interface, retornando ao transdutor parte da energia ultra-snica , e consequentemente a indicao na tela do aparelho em forma de eco ou pulso. Atravs da anlise da posio do eco na tela do aparelho, o inspetor poder localizar a descontinuidade no volume de solda, assim como avaliar sua dimenso e comparar com os critrios de aceitao aplicveis.

    Face A

    Face B

    rea de varredura20

    20

    Delimitao da rea de Varredura para juntas soldadas de Topo

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    reas de Varredura recomendadas para Inspeo de soldas de conexes em vasos de presso por ultra-som

    Visualizao da rea de Interesse na Tela do Aparelho Uma das dificuldades do inspetor de ultra-som que se inicia na tcnica de ensaio de soldas, justamente saber onde ele deve monitorar a tela para que nenhuma indicao passe desapercebida. Assim descrevemos abaixo uma tcnica que mostra de forma fcil qual a rea da tela do aparelho que deve ser observada durante a inspeo da solda. Vamos observar a figura abaixo que mostra o posicionamento do transdutor angular de 60 graus sobre uma chapa com 20 mm de espessura, com o feixe direcionado para o canto inferior da borda da chapa, resultando num eco com caminho de som de 40 mm. Da mesma forma, se posicionarmos o transdutor com o feixe direcionado para a borda superior da chapa, teremos um eco a 80 mm, correspondente ao caminho do som em "V" na chapa.

    0 2 4 6 8 10

    0 1 2 3 4 5

    1 2

    20 mm

    600600

    S = 20/cos60 = 40 mm

    Escala = 100

    1

    2SS

    S

    Reflexes nas bordas da chapa

    A superfcie de varredura 1A ou 1B deve ser inspecionada com trans - dutor angular, antes da soldagem do anel de refro, a superfcie 2A deve ser inspecionada com transdutor duplo cris - tal e transdutor angular, a superfcie 1C e 2B deve ser inspecionada com transdutor angular se houver rea de varredura suficiente.

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    Repare que na tela do aparelho a regio compreendida entre 40 e 80 mm correspondem borda inferior e a borda superior. Agora, observe a figura abaixo e compare com a anterior. O leitor ver que um eco proveniente da raiz da solda ser observado na marca de 40 mm e um eco proveniente do reforo, ser observado na marca de 80 mm.

    Portanto a rea da solda estar compreendida entre 40 e 80 mm na tela, e caso apaream indicaes, estas devem estar nesta regio da tela.

    Delimitao da Extenso da descontinuidade A delimitao da extenso da descontinuidade pode ser feita utilizando a tcnica da queda do eco em 6 dB , ou seja o transdutor deve ser posicionado no centro geomtrico da descontinuidade , de forma a maximizar a altura do eco de reflexo. Este ponto deve ser pesquisado pelo inspetor. Aps, o transdutor deslocado para a esquerda e para a direita at que se observe a altura do eco na tela do aparelho reduzir pela metade da altura que tinha inicialmente (- 6dB). Sobre a superfcie da pea, deve ser marcado estes pontos onde o eco diminui em 6 dB, e o tamanho da descontinuidade ser a linha que uni os dois pontos (para a esquerda e para a direita) Outros mtodos , podem ser utilizados para pequenas indicaes (menores que 10 mm) , ou mesmo a tcnica da queda do eco em 20dB , que se assemelha tcnica descrita acima. A delimitao ou estimativa de pequenas descontinuidades deve ser feita p