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Ed. Jul./ 2011

ENSAIO POR ULTRASSOM

Ricardo Andreucci

Ed .Jul./ 2011

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Prefcio

Este trabalho representa um guia bsico para programas de estudos e treinamento de pessoal em Ensaio por Ultrassom, 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

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Copyright ANDREUCCI, Assessoria e Servios Tcnicos Ltda

Esta publicao poder ser obtida gratuitamente atravs de download nos seguintes web sites: www.abendi.org.br Edio: Jul./ 2011

Ricardo Andreucci

Professor da Faculdade de Tecnologia de So Paulo - FATEC/ SP, nas disciplinas de Controle da Qualidade do Curso de Soldagem. Qualificado e Certificado pelo IBQN como Nvel III nos mtodos de ensaio radiogrfico, partculas magnticas ultrassom e lquidos penetrantes, conforme norma CNEN-NN 1.17 Qualificado e Certificado pelo SNQC como Nvel III no ensaio Visual e Radiografia Nr. 0154 Membro da Comisso de Segurana e Radioproteo da Associao Brasileira de Ensaios No Destrutivos - ABENDI. 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" - ABENDI / SP Autor do livro "Radiologia industrial"- ABENDI / SP Autor do livro "Ensaio por Partculas Magnticas"ABENDI /SP Autor do livro Ensaio por Lquidos Penetrantes; ABENDI/SP

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S

umrioPg. 04 06 07 12 14 19 25 27 31 35 52 58 70 71 75 95 96

Assunto Princpios bsicos do mtodo.................................................................. Limitaes em comparao com outros ensaios.................................... Vibraes mecnicas ............................................................................. Definies de Bell, e Decibel, Ganho...................................................... Propagao das ondas acsticas no material......................................... Gerao das ondas ultrassonicas............................................................ Interface, Acoplantes.............................................................................. Diagramas AVG ou DGS ....................................................................... Tcnicas de Inspeo.............................................................................. Aparelhagem............................................................................................ Formas de Representao na Tela dos Aparelhos .............................. Procedimentos especficos de inspeo................................................. Avaliao e critrios de aceitao........................................................... Guia para Exerccios Prticos ................................................................ Questes para Estudo ........................................................................... Gabarito das Questes ......................................................................... Obras consultadas..................................................................................

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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 (infrassom) ou com freqncias muito altas acima de 20 kHz (ultrassom), 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 ultrassonico 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 ultrassonica ao percorrer um meio elstico, refletir da mesma forma, ao incidir num anteparo qualquer, a vibrao ou onda ultrassonica 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.

Aparelho de ultrassom

Princpio Bsico da Inspeo de Materiais por ultrassom

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Finalidade do Ensaio O ensaio por ultrassom, 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 ultrassonico, assim como todo exame no destrutivo, visa diminuir o grau de incerteza na utilizao de materiais ou peas de responsabilidades.

Inspeo por ultrassom da chapa de um tubo 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 ultrassonico 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 ultrassonico, 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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L

imitaes em Comparao com outros Ensaios

Assim como todo ensaio no-destrutivo, o ensaio ultrassonico, possui vantagens e limitaes nas aplicaes, como segue: Vantagens em relao a outros ensaios: O mtodo ultrassonico 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 ultrassonico 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 ultrassonico, 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.

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ibraes Mecnicas

Tipos de Ondas: Como j vimos, o teste ultrassonico 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 ().

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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 MaterialAr Alumnio Cobre Ouro Ao Ao inoxidvel Nylon leo(SAE30) gua Prata Titnio Nquel Tungstnio Magnsio Acrlico Ao Inoxidvel Ao Fundido

Velocidade m/s330 6300 4700 3200 5900 5800 2600 1700 1480 3600 6100 5600 5200 5.800 2.700 5.800 4.800

Fonte: Ultrasonic Testing, Krautkramer

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 MaterialAr Alumnio Cobre Acrlico Alumnio Ouro Ao Ao Inoxidvel Ao Fundido Nylon leo(SAE30) gua Prata Titnio Nquel Magnsio

Velocidade m/s3100 2300 1100 3100 1200 3200 3100 2400 1100 1600 3100 3000 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 ultrassonico 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 ultrassonico. 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 ultrassonica.

Infrassom

Som

Ultrassom

Campo de Audibilidade das Vibraes Mecnicas Considera-se 20 kHz o limite superior audvel e denomina-se a partir desta, a denominada freqncia ultrassnica.

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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 . 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 , podemos relacionar estes trs parmetros como segue: V=.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 ultrassonica, 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 6 de 2 MHz corresponde a 2 milhes de ciclos por segundos ou seja 2 x 10 Hz.

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Teremos: sendo V = 5900 m/s vem que: = V= . f ou = V f 5900 m/s -------------6 2 x 10 Hz6

metros

= 2950 x 10 m ou

= 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 /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 2 quadrados (W/cm ). 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: I dB I0 Entretanto, a teoria dos movimentos harmnicos na propagao ondulatria nos ensina que a intensidade de vibrao proporcional ao quadrado da amplitude 2 sonora , I = (A) ,e portanto devemos rescrever na forma de N.A.S (nvel de amplitude sonora): N.A.S. = 10log (A) dB (Nvel de amplitude sonora). 2 (A0) N.A.S. = 20 log A dB A02

N.I.S. = 10 log

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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 ultrassonico, 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 ultrassom , como mostrado na figura abaixo?

a) para variao de 50%

G = 20 log 0,50 dB G = - 6 dB G = 20 log 0,20 dB G = -14 dB

b) para variao de 20 %

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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 ultrassonicas , 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 interferncia ondulatoria

Propagao de duas frentes de ondas devido 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 da vibrao, podendo ser calculado pela frmula:

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N = Def / 4. ou N = Def . 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 ultrassonica = comprimento de onda v = velocidade de propagao do som = 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 , em mm e v em mm/s Sendo:2

2

2

v = 5900 m/s ou 5900.000 mm/s , para o ao2 2

N = Def. / 4. ou N = Def. .f / 4.v = 10 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 ultrassom 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.

Campo Prximo

Campo distante

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.

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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 ultrassom, 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 Forjados Laminados Fundidos Atenuao Snica em ( dB/mm) 0,009 a 0,010 0,018 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 ultrassonico 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 = k . Velocidade / frequncia x dimetro Valores de k em funo da reduo da intensidade snicak 0,37 0,51 0,70 0,87 0,93 1,09 1,22 % 71 50 25 10 6 1 0 dB -3,0 -6,0 -12,0 -20,0 -24,0 -40,0 0

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

Variao da sensibilidade de deteco em funo da divergncia

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Gerao das Ondas ultrassonicas Efeito Piezeltrico: As ondas ultrassonicas 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 .cargas eltricas geradas na superfcie do cristal emisso de um pulso eltrico gerando um sinal no aparelho de ultra-som

cristal piezoelctrico revestido com prata metlica em ambos os lados

contatos eltricos ~ 1000 V , AC

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

~

~

vibraes mecnicas

Figura mostrando a contrao e expanso do cristal quando submetido a uma alta tenso alternada na mesma frequncia ultrassonica 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

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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 ultrassonica, interessa no s a potncia de emisso, mas tambm a sensibilidade da recepo (resoluo). A freqncia ultrassonica 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, o duplo cristal, e os especiais como phase-array 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 ultrassonico 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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O transdutor normal tem sua maior utilizao na inspeo de peas com superfcies paralelas ou quando se deseja detectar descontinuidade na direo perpendicular superfcie da pea. o exemplo de chapas, fundidos e forjados.

Transdutor Normal ou Reto

(foto extrada do catlogo Krautkramer)

Transdutor normal miniatura

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.

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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 ultrassonico 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 devese 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 ultrassonicos 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.cristal

conector carcaa

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

sapata de acrlico

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.

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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 ultrassom 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 ultrassom.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.

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 ultrassom, sempre realizado de uma mesma forma. Com o avano da tecnologia dos computadores, com processadores e circuitos mais rpidos, e

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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 ultrassom 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 ultrassom 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

cristais com sinal defasado no tempo

frentfrente de onda resultante

e de

onda resu ltant e

Transdutores tpico "Phased Array"(extrado do catlogo Krautkramer")

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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 Impedncia Acstica, 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 ( ) pela velocidade de propagao neste meio ( V ) , ( Z = x V ) e representa a quantidade de energia acstica que se reflete e transmite para o meio.

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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) R = --------------- (Energia refletida) , T = 1 - R (Energia Transmitida) 2 ( Z2 + Z1) 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 ultrassonica. 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 AcoplantesAcoplante leo ( SAE 30) gua Glicerina Carbox Metil Celulose (15g/l) Ao Ar ou gas Ao inoxidvel Alumnio Acrlico Cobre Densidade ( g/cm3 ) 0,9 1,0 1,26 1,20 7,8 0,0013 7,8 2,7 1,18 8,9 Velocidade da onda long. (m/s) 1700 1480 1920 2300 5.900 330 5.800 6.300 2.700 4.700 Impedncia Acstica ( g/cm2..s ) 1,5 x 105 1,48 x 105 2,4 x 105 2,76 x 105 46 x 105 0,00043 x 105 45,4 x 105 17.1 x 105 3,1 x 105 41,6 x 1052

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 ultrassonico 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 GE. 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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6 dB

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 0 equivalente a 200 mm. O 1 eco de fundo deve ser ajustado para uma altura de 80% da tela. Sem alterar o controle de ganho do aparelho de ultrassom, feita a 0 0 leitura da diferena de altura entre o 1 eco de fundo e o 2 eco de fundo . No nosso exemplo a diferena foi de 8 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 ;

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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);

-14 dB

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. Outra aplicao a possibilidade de ser utilizada o diagrama AVG / DGS para inspeo de forjados, fundidos e soldas, onde requerido um refletor de referencia (furo de fundo plano) estabelecido pela norma ou Cdigo, para calibrao do ensaio. Alguns aparelhos de ultrassom digitais j possuem essas curvas AVG na memria, a vantagem a no necessidade de fabricao de blocos de referencia com furos, e consequente reduo de custos.

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T

cnicas de Inspeo

A inspeo de materiais por ultrassom 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 ultrassonicas 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.

P

A C

PB E

D

0

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

Tcnica Impulso-Eco

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 ultrassonicas. 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

A C D E

B

0

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

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 ultrassonicas . 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 ultrassom, 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.gua como Acoplante

Transdutor

Transdutores para Imerso

Mas como ocorre as indicaes na tela do aparelho na tcnica de imerso ? Vejamos o ecograma a seguir:1 1

2 3 4

0

2

4

6

8

10

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 menor 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.

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A

parelhagem

Basicamente, o aparelho de ultrassom 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 ultrassnicas. 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 ultrassom 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 ultrassom Os medidores de espessura por ultrassom 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 duplocristal, e possuem exatido de dcimos ou at centsimos dependendo do modelo.

Medidor de Espessura Digital Ultrassonico GE Modelo DM4Ehttp://www.geinspectiontechnologies.com

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

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espessuras calibradas e de mesmo material a ser medido, com o ajuste correto da velocidade de propagao do som do aparelho. 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 .T) Vsa

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onde: Er = espessura real (mm); Emq = espessura da medida a quente (mm); Vsa = velocidade do som no bloco temperatura ambiente; T = 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

30,0 25,0

20,0 15,0 10,0

5,0

25

25

20

20

20

20

20

20

20

20

20

20

20

Bloco ATolerncias: Dimenses : + 0,5 mm Espessuras: + 0,02 mm Acabamento superficial: faces Ra = 0,8 m max.

Bloco B

Faixa de aplicao dos blocos de calibrao A e BEspessuras Selecionadas do Bloco A (mm)2,0 e 4,0 4,0 e 6,0 6,0 e 8,0 8,0 e 10,0

Faixa de Espessura Aplicvel ou a ser medida (mm)1,80 at 4,20 3,80 at 6,20 5,80 at 8,20 7,80 at 10,20

Espessuras Selecionadas do Bloco B (mm)5,0 e 10,0 10,0 e 15,0 15,0 e 20,0 20,0 e 25,0 25,0 e 30,0

Faixa de Espessura Aplicvel ou a ser medida (mm)4,8 at10,2 9,8 at15,2 14,8 at 20,2 19,8 at 25,2 24,8 at 30,2

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Gerao e recepo do pulso no aparelho de ultrassom Na figura o aparelho de ultrassom produz um pulso (1) atravs do cristal. Este se propaga pela pea, e neste instante os circuitos do aparelho iniciam a contagem do tempo.1 - pulso ultra-snico indo em sentido da descontinuidade descontinuidade ( interface ) Tempo

Cristal

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

distncia ( S )

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 ultrassom. 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.

3 - eco de reflexo registrado na tela na marca equivalente distncia S S 2 - reflexo da onda no sentido do cristal descontinuidade ( interface )

Tempo

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 ultrassom.

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Descrio do Aparelho Bsico de ultrassom Observe a figura abaixo, mostrando um transdutor ultrassonico 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 ultrassonica 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 ultrassom 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 ultrassom 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

Pea

Reflexes mltiplas do ultra-som no interior da pea

Para cada incidncia do ultrassom 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 ultrassom 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 ultrassnicas.

Aparelho de ultrassom marca GE modelo USM GO

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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 ultrassom digital marca GE, 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 da escala controle de ganho controle da velocidade

supressor de rudos

controle monitor

liga-desl. ajuste da energia e mtodo

zeragem foco

entradas do cabo coaxial

Aparelho Analgico Bsico de ultrassom, marca Krautkramer mod. USM-2(Um dos aparelhos mais antigos , mas de maior sucesso na poca dos anos 60 )

Aparelho Digital marca GE Mod. USM GO

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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 ultrassom 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 ultrassonico. 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 ultrassom. 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 ultrassom 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 ultrassom, 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 ultrassomConforme da norma BS*-4331 Part.1

GANHO (dB) +2 0 -6 -18 -24

Altura esperada do eco em relao altura da tela (%) 100 80 40 10 5

Limites aceitveis da Altura do econo menor que 90%

35% a 45% 8% a 12%deve ser visvel acima da linha de base

Uma outra forma de verificar a linearidade vertical do aparelho de ultrassom 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 ultrassomConforme Cdigo ASME Sec. V Art. 4 e 5

Ajuste da Indicao na Altura Total da Tela (%) 80 80 40 20

Ajuste do Controle de Ganho ( dB ) -6 -12 +6 +12

Limites Aceitveis da Altura da menor Indicao (%) 32 a 48 16 a 24 64 a 96 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.

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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.

80%

40%

o oBloco de Verificao da Linearidade do aparelho de Ultrassom conforme Cdigo ASME Sec. V

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

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Exemplo de Verificao do controle de Ganho do Aparelho de Ultrassom 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.

80%

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

40%

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.

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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 ultrassom, 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 ultrassonico 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.

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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. 300 mm

100 mm

R100

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.

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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.

2

1

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

R25

R50

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 ultrassom 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.

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25 mm 100 mmA

B

C D E

0

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

Escala de 100 mmO 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.

50 mmA C

125 mm

200 mm

B

D

E

0

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

Escala de 200 mmO 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 ultrassom 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.

F

ormas de Representao na Tela dos Aparelhos

A tela do aparelho de ultrassom pode apresentar de trs formas bsicas a seco da pea inspecionada, que so: A-scan B-scan C-scan O aparelho de ultrassom 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

Figura extrada do www.olympus.com

web

site

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

A representao B Scan tambm pode ser realizada com o transdutor Phased Array. No exemplo da figura ao lado, o transdutor no movimentado, a sequencia de ecos realizada eletronicamente com os vrios cristais do transdutor.Figuras extradas do web site www.olympus.com

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.

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C-Scan - neste tipo de apresentao a tela do aparelho mostra a pea no sentido "planta" ou seja a vista de cima da pea. A varredura do transdutor, geralmente mecanizada, mostra as indicaes na tela do aparelho visualizadas por cima, no entanto o software permite que seja obtido mais informaes sobre cada uma das indicaes, tal como profundidade, amplitude, etc....

Varredura C-Scan com mtodo Phased Array. Mais rpido em razo dos inmeros cristais no transdutor.

Figuras extradas do web site www.olympus.com

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Tela do aparelho GE modelo 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 ultrassom USIP-40, onde pode ser vista as reas amarelas (mais claras) indicando a total falta de aderncia do material de revestimento. Na figura abaixo, 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 ultrassom 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.

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

O mesmo equipamento de ultrassom 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 ultrassom, representa hoje um avano significativo no processo de inspeo industrial, pois uma srie de informaes 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. Forma de apresentao para Varredura Setorial Angular por Phased Array (SScan)

Este tipo de apresentao no convencional, e somente aparelhos dotados de funes especiais phased array so capazes de mostrar esta forma de apresentao.

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Varredura angular usando um transdutor phased array, tambm conhecido por S-Scan

A varredura efetuada sem movimento do transdutor. O feixe sonico produzido angularmente pelo transdutor mostrando na tela a posio das indicaes a partir do centro do transdutor.

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P

rocedimentos Especficos de Inspeo

Procedimento para Inspeo de Soldas: A inspeo de soldas por ultrassom ,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 ultrassom , 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 ultrassom 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 o tipo do transdutor , pois altas temperaturas ( acima de 60 C ) podem danificar os transdutores.

Tcnica geral para inspeo de soldas de topo , por ultrassom

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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 planasEspessura da solda t (mm)1(25 ) ou menor Acima de 1(25 ) at 2(50) Acima de 2(50) at 4(102) Acima de 4" (102)

Espessura T do bloco (mm) *(20 ) ou t 1.1/2(38) ou t 3(75) ou t t + 1 (25)

Dimetro D do furo de referncia (mm)3/32 (2,5) 1/8 (3,0) 3/16 (5,0) 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 (ver tabela abaixo) pode ser significativo, dependendo da configurao da junta, material e espessura.Espessura do material base (mm) 8 - 15 16 - 25 26 - 40 Maior que 40 ngulo do Transdutor (graus) 60 e 70 45 e 60 ou 60 e 70 45 e 60 ou 45 e 70 45 e 60

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).

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 Perda por Transferncia (PT) 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.

ab

ac ad a c

b

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 (PT).

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ac

a

c

Correo da Transferncia (PT) A correo da perda por transferncia pode tambm ser realizada usando a prpria curva DAC como referencia para avaliar a PT ao invs da traagem de uma nova curva, conforme descrito acima. Isso evita que o inspetor perca tempo em recalibrar o aparelho na traagem da curva para PT. 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 ultrassonico 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 ultrassonica , 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 20 rea de varredura

Face B

20

Delimitao da rea de Varredura para juntas soldadas de Topo

CT

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

reas de Varredura recomendadas para Inspeo de soldas de conexes em vasos de presso por ultrassom Visualizao da rea de Interesse na Tela do Aparelho Uma das dificuldades do inspetor de ultrassom 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.Escala = 1000 1 2 3 4 5

1 600 600

2

1 2 S 20 mm S

S

0

2

4

6

8

10

S = 20/cos60 = 40 mm

Reflexes nas bordas da chapa

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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 pelo mtodo do diagrama AVG ou DGS.

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Delimitao da extenso do defeito pelo mtodo da queda de 6 dB ( esquerda) e ensaio de solda longitudinal de emenda de um tubo ( direita)

Delimitao da extenso de uma dupla laminao em uma chapa, usando a tcnica da queda do eco em 6 dB , com transdutor normal.Foto extrada do catlogo da Krautkramer

Procedimento para Inspeo de Soldas a Ponto (Spot weld) A solda a ponto ou solda por resistncia um importante mtodo de partes unio metlicas, principalmente nas indstrias automotivas e ferroviarias. A caracterstica dessas soldas so a rapidez com que so executadas e a quantidade que se distribuem nos componentes.

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Por essa razo que a inspeo deve ser realizada de forma gil, segura e veloz para garantir um bom desempenho das juntas. A seguir mostramos os aspectos das soldas ponto e o correspondente ecograma esperado.

Solda Boa

Seqncia curta de ecos devido atenuao sonica Nenhum eco intermedirio

Solda estreita

Seqncia longa de ecos, devido reduo da atenuao sonica

rea de solda pequena

Seqncia de ecos intermedirios devido bordas no soldadas

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Stick

Seqncia longa de ecos devido a pouca solda Ecos intermedirios

Ausncia de Solda

Seqncia longa de ecos devido somente chapa superior

Queima dos Materiais

Seqncia curta de ecos devido a forte atenuao do som na regio da solda

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Equipamento portatil para inspeo de soldas a ponto por ultrassom Procedimento para Inspeo de Fundidos A inspeo por ultrassom de peas fabricadas em ao ou ferro fundido, sempre foi um desafio para a indstria de base, em razo das muitas estruturas que podem apresentar em tais materiais, das espessuras envolvidas, do acabamento superficial das peas, das formas geomtricas e outras. Como regra geral, sabemos que as estruturas fundidas no permitem que se use altas frequncias ultrassonicas (igual ou acima de 4 MHz), e portanto baixas frequncias em torno de 0,5 a 2 MHz so mais adequadas.

Inspeo de uma pea fundida contendo um defeito interno. Note o eco caracterstico na tela do aparelho na figura direita.

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Devido s inmeras aplicaes dos materiais fundidos, desde pequenas peas para indstrias automotivas, de calderaria, de petrleo e petroqumicas, at componentes gigantescos aplicados nas indstrias de gerao de energia. Essas inmeras aplicaes tambm se verifica nas normas, cdigos e especificaes tcnicas para o ensaio por ultrassom em peas fundidas, assim 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. Uma das normas mais utilizadas a ASTM E-609. Essa norma foi elaborada para ensaio por ultrassom em aos fundidos em carbono, baixa liga e martensticos, com tratamento trmico, usando transdutores normais. estabelecido dois mtodos de ensaio: Mtodo A e o Mtodo B. No Mtodo A, a calibrao da sensibilidade do ensaio realizada usando um bloco cilndrico (ver figura abaixo) fabricado no mesmo material a ser inspecionado, e que contm um furo de fundo plano, na base do bloco.

Bloco de Calibrao - Norma ASTM E-609 No Mtodo B, requerido uma calibrao da sensibilidade do ensaio usando o eco de fundo de uma srie de blocos. A norma no estabelece critrios de aceitao, mas sugere alguns nveis identificados de 1 a 7 que esto relacionados com a rea do defeito e o seu comprimento, avaliados pelo ultrassom. A engenharia do produto deve selecionar o nvel ou nveis de aceitao aplicvel ao seu produto.

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A

valiao e Critrios de Aceitao:

O julgamento da descontinuidade encontrada deve ser feita de acordo com o procedimento escrito , norma aplicvel , especificao do cliente , ou por outro documento da Qualidade aplicvel. Em geral, as descontinuidades so julgadas pelo seu comprimento, e amplitude do eco de reflexo , que so quantidades mensurveis pelo inspetor de ultrassom. Entretanto, algumas normas, estabelecem que o tipo da descontinuidade encontrada tambm deve ser avaliada e decisiva na aceitao ou rejeio da junta soldada. Por exemplo: se o inspetor interpretou uma indicao como trinca, falta de fuso ou falta de penetrao, a junta soldada deve ser rejeitada, independente do seu comprimento ou amplitude de eco na tela do aparelho , de acordo com o Cdigo ASME. Mas nem sempre a identificao do tipo da descontinuidade fcil ou possvel de ser avaliada, pois isto depender da complexidade da junta , experincia e conhecimento do inspetor. Critrio de Aceitao de Juntas Soldadas , conforme Cdigo ASME Sec. VIII Div.1 , Div. 2 e Sec. I. (Traduo livre) Imperfeies as quais produzirem uma resposta maior que 20% do nvel de referncia deve ser investigada a extenso para que o operador possa determinar a forma, identificar, e localizar tais indicaes e avaliar as mesmas em termos do padro de aceitao dado em (a) e (b) abaixo. (a) Indicaes caracterizadas como trincas, falta de fuso ou penetrao incompleta so inaceitveis independente do comprimento ; (b) Outras imperfeies so inaceitveis se indicaes excedem o em amplitude o nvel de re