Aula 8 ensaios mecnicos e end - radiografia

DATAS IMPORTANTESEm 1920, na Europa, são iniciados estudos relativos à aplicação dos“Raios-X” na inspeção dos materiais.

Em 1954, explosão em pleno ar do Comet. Criação de sistemas deinspeção periódicas obrigatórias para todas as aeronaves comerciais,impulsionando o desenvolvimento dos ensaios não destrutivos,como o Ultra-Som.

Em 1905, explosão da caldeira da fábrica de sapatos Brockton, USA,morreram 58 pessoas. Os Estados Unidos adotam o Código ASME(American Society of Mechenical Engineers).

Em 1943, preocupação brasileira – foi elaborada a NR-13, normasobre caldeira e vasos de pressão, que em 1994 recebeu um novotexto, publicado pela Secretária de Segurança e Saúde no Trabalho(SSST).

ENSAIO RADIOGRÁFICOObjetivo

A radiografia industrial é usada para detectar variação de umaregião de um determinado material que apresenta umadiferença em espessura ou densidade comparada com umaregião vizinha, em outras palavras, a radiografia é um métodocapaz de detectar com boas sensibilidade defeitosvolumétricos.

ENSAIO RADIOGRÁFICO

Isto quer dizer que a capacidade do processo de detectardefeitos com pequenas espessuras em planos perpendicularesao feixe, como trinca dependerá da técnica de ensaiorealizado.

Defeitos volumétricos como vazios e inclusões queapresentam uma espessura variável em todas direções, serãofacilmente detectadas desde que não sejam muito pequenosem relação à espessura da peça.

ENSAIO RADIOGRÁFICOIntroduçãoRaios X e Gama (ondas eletromagnéticas) penetram nos materiais.

Capacidade de penetração depende de:

• Comprimento de onda

• Tipo e espessura do material

Quanto menor o comprimento de onda maior a penetração.

Parte da radiação atravessa o material e parte é absorvida.

Quantidade de radiação absorvida depende da espessura domaterial (menor espessura – menor quantidade de radiaçãoabsorvida).

A radiação ao atravessar o material irá impressionar o filmeradiográfico (radiografia).


A radiografia é um método usado para inspeção não destrutivaque baseia-se na absorção diferenciada da radiaçãopenetrante pela peça que está sendo inspecionada.

Devido às diferenças na densidade e variações na espessurado material, ou mesmo diferenças nas características deabsorção causadas por variações na composição do material,diferentes regiões de uma peça absorverão quantidadesdiferentes da radiação penetrante.

Conceito

Ensaio Radiográfico

Essa absorção diferenciada da radiação poderá serdetectada através de um filme, ou através de um tubo deimagem ou mesmo medida por detectores eletrônicos deradiação.

Essa variação na quantidade de radiação absorvida,detectada através de um meio, irá nos indicar, entreoutras coisas, a existência de uma falha interna ou defeitono material.

Conceito

ENSAIO RADIOGRÁFICOConceito

ENSAIO RADIOGRÁFICORaios X

Os Raios X, destinados ao uso industrial, são gerados numa ampolade vidro, denominada tubo de Coolidge, que possui duas partesdistintas: o ânodo e o cátodo.


O ânodo e o cátodo são submetidos a uma tensão elétrica daordem de milhares de Volts, sendo o pólo positivo ligado aoanodo e o negativo no cátodo.

O ânodo é constituído de uma pequena parte fabricada emtungstênio, também denominado de alvo, e o cátodo de umpequeno filamento, tal qual uma lâmpada incandescente, poronde passa uma corrente elétrica da ordem de mA.

ENSAIO RADIOGRÁFICOQuando o tubo é ligado, a corrente elétrica do filamento, se aquece epassa a emitir espontaneamente elétrons que são atraídos e aceleradosem direção ao alvo. Nesta interação, dos elétrons com os átomos detungstênio, ocorre a desaceleração repentina dos elétrons,transformando a energia cinética adquirida em Raios X.

ENSAIO RADIOGRÁFICO Unidade Geradora, Painel de Comando

Os equipamentos de Raios X industriais se dividem geralmente emdois componentes:

o painel de controle e o cabeçote (unidade geradora).

O painel de controle consiste em uma caixa onde estão alojadostodos os controles, indicadores, chaves e medidores, além de contertodo o equipamento do circuito gerador de alta tensão.

A foto representa uma unidade de comandode um aparelho de Raios X industrialmoderno. O painel, digital, resume uma sériede informações técnicas sobre a exposição,tais como distância fonte-filme, kV, mA,tempo de exposição. As informações nodisplay poderão ser memorizadas erecuperadas quando necessário.


É através do painel de controle que se fazem os ajustes detensão e corrente, além de comando de acionamento doaparelho.

No cabeçote está alojada a ampola e os dispositivos derefrigeração.

A conexão entre o painel de controle e o cabeçote se fazatravés de cabos especiais de alta tensão.

ENSAIO RADIOGRÁFICOEsses dados determinam a capacidade de operação doequipamento, pois estão diretamente ligados ao que oequipamento pode ou não fazer. Isso se deve ao fato dessasgrandezas determinarem as características da radiação geradano equipamento.

A tensão se refere à diferença de potencial entre o ânodo e ocátodo e é expressa em quilovolts (kV). A corrente se refere àcorrente elétrica do tubo e é expressa em miliamperes (mA).

ENSAIO RADIOGRÁFICOOutro dado importante se refere à forma geométrica do ânodono tubo. Quando em forma plana, e angulada, propicia umfeixe de radiação direcional, e quando em forma de cone,propicia um feixe de radiação panorâmico, isto é, irradiação a360°, com abertura determinada.

Os equipamentos considerados portáteis, com tensões até 400kV, possuem peso em torno de 40 a 80 kg, dependendo domodelo. Os modelos de tubos refrigerados a gás são maisleves ao contrário dos refrigerados a óleo.

ENSAIO RADIOGRÁFICOAcessórios do Aparelho de Raios X

Cabos de energia:

O aparelho de Raios X composto pela mesa de comando e unidadegeradora, são ligadas entre si através do cabo de energia. A distânciaentre a unidade geradora e a mesa de comando deve ser tal que ooperador esteja protegido no momento da operação dos controles,segundo as normas básicas de segurança.

Para tanto os fabricantes de aparelhos de Raios X fornecem cabos deligação com comprimento de 20 a 30 metros dependendo da potênciamáxima do tubo gerador.

ENSAIO RADIOGRÁFICOBlindagem de Proteção

O início da operação do aparelho deve ser feita comaquecimento lento do tubo de Raios X, conforme asrecomendações do fabricante.

Neste processo o operador deve utilizar as cintas ou blindagensespeciais que são colocadas na região de saída da radiação,sobre a carcaça da unidade geradora. Este acessório fornecidopelo fabricante permite maior segurança durante oprocedimento de aquecimento do aparelho.

Ensaio Radiográfico

Raios X industrial, de até 300 kV(portáteis)

Inspeção radiográfica de soldasem tubos

ENSAIO RADIOGRÁFICORaios X

Gerados na interação de elétrons em alta velocidade com a matéria.

Quando elétrons com suficiente energia interagem com elétrons de umátomo, são gerados raios-X.

Cada elemento quando atingido por um elétrons em alta velocidade emiteo seu Raio-X característico.

Quando elétrons de suficiente energia interagem com o núcleo de átomos,são gerados Raios-X contínuos, assim chamados porque o espectro deenergia é contínuo.

Condições para geração de Raios-C:Fonte de elétronsAlvo para ser atingido pelos elétrons (foco)Acelerador de elétrons na direção desejada.

ENSAIO RADIOGRÁFICORaios Gama

Os isótopos de alguns elementos têm seus núcleos em estadode desequilíbrio, devido ao excesso de nêutrons, e tendem aevoluir espontaneamente para uma configuração mais estável,de menor energia.

As transformações nucleares são sempre acompanhadas deuma emissão intensa de ondas eletromagnéticas, chamadasraios-.

ENSAIO RADIOGRÁFICOOs raios- são ondas eletromagnéticas de baixo comprimentode onda e com as mesmas propriedades dos raios-X.

Dos isótopos radioativos, o Cobalto 60 e o Irídio 192 são osmais utilizados em radiografia industrial.

Por causa do perigo da radiação sempre presente, as fontesradioativas devem ser manejadas com muito cuidado e sãonecessários aparelhos que permitam guardá-las, transportá-las e utilizá-las em condições de segurança total.

ENSAIO RADIOGRÁFICOEstes aparelhos consistem em uma blindagem ou carcaçaprotetora de chumbo, tungstênio ou urânio 238. Esta carcaçaapresenta um furo axial no interior, do qual existe um estojometálico, chamado porta-isótopo, fixado a um comandomecânico flexível, munido de um pequeno volante ou manivelapara manobra à distância.

Bobina demangueiras

Manivela paracontrole remoto

Mangueiras

Chaves desegurança

Porta isótopo

Mangueira

Irradiador

ENSAIO RADIOGRÁFICORaios Gama

Isótopos com núcleo em desequilibro (excesso de nêutrons)tendem a evoluir para situação mais estável (menorenergia), liberando ondas eletromagnéticas (Raios Gama).

Raios Gama são ondas eletromagnéticas de baixocomprimento de onda e com as mesmas propriedadesque os Raios-X.

Principais isótopos radioativos:

Co60

Ir192

Fontes radioativas devem ser manuseadas com muitocuidado pelo perigo da radiação.


Aparelho usando Fonte Radioativa de Cobalto-60, pesando 122 Kg.

ENSAIO RADIOGRÁFICOComparação entre Raios-X e Raios Gama

Raios-X pode regular a tensão anódica e por isso pode ser controlado opoder de penetração (varia o comprimento de onda).

Raios Gama não pode modificar o comprimento de onda (écaracterística do isótopo).

Do ponto de vista da qualidade radiográfica os Raios-X são melhores.

Raios Gama são emitidos espontaneamente. Não necessitar decorrente elétrica.

Para grandes espessuras (acima de 90 mm) o poder de penetração dosRaios-X não é suficiente.

ENSAIO RADIOGRÁFICOEquipamentos de Raios Gama tem mais facilidade de uso.

Instalações de Raios Gama são mais baratas.

Certos casos particulares apresentam problemas de acesso,tornando o uso de raios- mais indicado. Para estes casos, as fontesradioativas são mais maleáveis e tornam possíveis posicionamentoscorretos.

Uma grande vantagem dos raios- é a sua emissão esférica a partirda fonte, permitindo efetuar radiografias circunferenciais em umaúnica exposição (exposição panorâmica).

ENSAIO RADIOGRÁFICOAbsorção da radiação em função do tipo de material


Absorção da radiação em função da espessura

ENSAIO RADIOGRÁFICOTécnica Parede Simples – Vista Simples

ENSAIO RADIOGRÁFICOFilme

O filme radiográfico consiste de uma fina chapa de plásticotransparente, revestida de um ou ambos os lados com umaemulsão de gelatina, de aproximadamente 0,03 mm deespessura, contendo finos grãos de brometo de prata.

Quando exposto aos raios-X, raios- ou luz visível, os cristais debrometo de prata sofrem uma reação que os torna maissensíveis ao processo químico (revelação), que os converte emdepósitos negros de prata metálica.

ENSAIO RADIOGRÁFICOEm resumo, a exposição à radiação cria uma imagem implícita nofilme, e a revelação torna a imagem visível.

Quando o inspetor interpreta uma radiografia, ele está vendo osdetalhes da imagem da peça em termos da quantidade de luz quepassa através do filme revelado.

Áreas de alta densidade (expostas a grandes quantidades deradiação) aparecem cinza escuro; áreas de baixa densidade (áreasexpostas a menos radiação) aparecem cinza claro.

ENSAIO RADIOGRÁFICOA densidade é o grau de enegrecimento do filme. A densidade é medida

por meio de densitômetros eletrônicos. A medição da densidade é feita nonegatoscópio, que é o aparelho usado para a interpretação de radiografias.

É uma caixa contendo lâmpadas, com luminosidade variável, e um suportede plástico ou vidro leitoso, onde o filme é colocado.

Negatoscópio alta intensidadepara radiografia industrial.

ENSAIO RADIOGRÁFICOINDICADORES DE QUALIDADE DE IMAGEM (IQI)

O IQI é um dispositivo, cuja imagem na radiografia é usadapara determinar o nível de qualidade radiográfica(sensibilidade). Não é usado para julgar o tamanho dasdescontinuidades ou estabelecer limites de aceitação dasmesmas.


O IQI padrão adotadopelo código ASME é umprisma retangular demetal com três furos dedeterminados diâmetros,e a sensibilidaderadiográfica é definida emfunção do menor furovisível na radiografia.


O IQI padrão adotado pela normaDIN (Deutsche Industrie Normen)é composto de uma série de setearames de metal e de diâmetrospadronizados.

A sensibilidade radiográfica édefinida em função do menorarame visível na radiografia.

ENSAIO RADIOGRÁFICOOs penetrômetros devem ser de material idêntico, ou radiograficamente

similar, ao material radiográfico.

Obs.:Recentemente foram introduzidos no código ASME V, os IQI's dearame na norma ASTM.

ENSAIO RADIOGRÁFICOPreparação do Filme

Preparação dos banhos: a preparação dos banhos devemseguir a recomendação dos fabricantes, e preparados dentrodos tanques que devem ser de aço inoxidável ou da matériasintética, sendo preferível o primeiro material.

É importante providenciar agitação dos banhos, utilizando pásde borracha dura ou aço inoxidável ou ainda de material quenão absorva e nem reaja com as soluções do processamento.As pás devem ser separadas, uma para cada banho, para evitara contaminação das soluções.


Manuseio: após a exposição do filme, o mesmo ainda seencontra dentro do portafilmes plástico, e portanto deverá serretirado na câmara escura, somente com a luz de segurançaacionada.

Nesta etapa os filmes deverão ser fixados nas presilhas de açoinoxidável para não pressionar o filme com o dedo, quepoderá manchá-lo permanentemente.

ENSAIO RADIOGRÁFICORevelação: Quando imergimos um filme exposto no tanquecontendo o revelador, esta solução age sobre os cristais de brometode prata metálica, por ação do revelador.

Esta seletividade está na capacidade de discriminar os grãosexpostos dos não expostos.

A revelação deve ser feita com agitação permanente do filme norevelador, afim de que se obtenha uma distribuição homogênea dolíquido em ambos os lados da emulsão, evitando-se a sedimentaçãodo brometo e outros sais que podem provocar manchas susceptíveisde mascarar possíveis descontinuidades.

ENSAIO RADIOGRÁFICOEm princípio, o revelador deveria somente reduzir os cristaisde haletos de prata que sofrem exposição durante a formaçãoda imagem latente. Na realidade, os outros cristais, emboralentamente, também sofrem redução.

Chama-se “Véu de fundo” o enegrecimento geral resultante,que deve ser sempre mínimo para otimizar a qualidade daimagem radiográfica.


Os filmes devem ser agitados na solução reveladora para quenão haja formação de bolhas grudadas no filme que possamcausar falta de ação do revelador nestes pontos, formandoassim um ponto claro.

Deixar escorrer por alguns segundos o filmes.


Banho interruptor ou banho de parada: O banho interruptorpode ser composto, na sua mistura, de água com ácido acéticoou ácido glacial.

Neste último caso, deve-se ter cuidado especial, prevendo-seuma ventilação adequada e evitando-se tocá-lo com as mãos.Quando se fizer a mistura com água e não ao contrário, poispoderá respingar sobre as mãos e face causando queimaduras.

ENSAIO RADIOGRÁFICOFixação: Após o banho interruptor, o filme é colocado em umterceiro tanque, que contém uma solução chamada de“fixador”.

A função da fixação é remover o brometo de prata das porçõesnão expostas do filme, sem afetar os que foram expostos àradiação.

O fixador tem também a função de endurecer a emulsãogelatinosa, permitindo a secagem ao ar aquecido.


Lavagem dos Filmes: Após a fixação, os filmes seguem para oprocesso de lavagem para remover o fixador da emulsão.

O filme é imergido em água corrente de modo que todasuperfície fique em contato constante com a água corrente.

Cada filme deve ser lavado por, aproximadamente, 30minutos.

ENSAIO RADIOGRÁFICOVantagens

Registro permanente dos resultados;

Detecta facilmente defeitos volumétricos, tais comoporosidades, inclusões, falta de penetração, excesso depenetração.

ENSAIO RADIOGRÁFICODesvantagens

Descontinuidades bi-planares (Tr, DL, FF), somentedetectadas se estiverem no mesmo plano da radiação;

Acesso em ambas as superfícies;

Geometria complexa dificulta o ensaio;

Radiação afeta a saúde dos operadores e público;

Necessário interromper trabalhos próximos;

Custo elevado;

Ensaio demorado – Resultado não é imediato;

Treinamento demorado dos inspetores.

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