Ensaio Pelo Ultra-som n 1. Introdução n O ensaio pelo ultra-som é um END, onde...

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  • Ensaio Pelo Ultra-som n 1. Introduo n O ensaio pelo ultra-som um END, onde ondas de altas freqncias (f 20.000Hz) so introduzidas no material a ser inspecionado falhas superficiais e falhas internas de uma pea. n Tipos de ondas ultra-snicas: - longitudinais (compresso) - transversais (cisalhamento) - superficiais
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  • Ensaio Pelo Ultra-som Onda Longitudinal Onda transversal n Figura 1. Tipos de Ondas Ultra snicas de maior interesse: a) longitudinal b) transversal
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  • Ensaio Pelo Ultra-som n Incidncia da Onda 1.Normal impedncia acstica (Z) de um material como : Z =. V Figura 2. ONDA TRANSMITIDA INCIDNCIA NORMAL os coeficientes de transmisso ou permeabilidade (T) e de reflexo (R) so obtidos atravs das relaes:
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  • Ensaio Pelo Ultra-som Tabela 1. Densidade, Velocidades de Propagao e Impedncias Acsticas de alguns materiais Material DensidadeVeloc. LongVeloc. Trans.Impedncia (Kg/m 3 ) V L (m/s)V T (m/s)Z (kg/m 2.s) Ao 7.7005.9003.23045. 10 6 gua(20 o C) 1.0001.480xxxx1,5. 10 6 Alumnio 2.7006.3003.13017. 10 6 Ar 1,2330xxxx0,4. 10 3 Borracha 9001.480xxxx1,3. 10 6 Cdmio 8.6002.7801.50024. 10 6 Chumbo 11.4002.16070025. 10 6 Cobre 8.9004.7002.26042. 10 6 Estanho 7.3003.3201.67024. 10 6 Ferro Fundido 7.2205.6003.20040. 10 6 Glicerina 1.2601.920xxxx2,4. 10 6 Lato 8.1003.8302.05031. 10 6 Magnsio 1.7005.7003.1709,7. 10 6 Nquel 8.8005.8003.08051. 10 6 leo(SAE20/30) 9501.250xxxx1,2. 10 6 Ouro 19.3003.2401.20063. 10 6 Plexiglass 1.1802.7301.4303,2. 10 6 Porcelana 2.5005.6603.42014. 10 6 Prata 10.5003.6001.59038. 10 6 Quartzo 2.6005.5703.52014. 10 6 Titnio 4.5406.2403.21028. 10 6 Zinco 7.1004.1702.41030. 10 6
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  • Ensaio Pelo Ultra-som Exemplo1: O material 1 gua e o material 2 ao. Calcular R e T. Da tabela Z 1 = 1,5. 10 6 (kg/m 2.s) e Z 2 = 45. 10 6 (kg/m 2.s) Portanto,neste caso 87,5% da intensidade da onda incidente perdida na reflexo e s 12,5% transmitida ao meio 2 (ao).
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  • Ensaio Pelo Ultra-som Incidncia oblqua Figura 3. Incidncia Oblqua L i = onda longitudinal incidente propagando-se no meio 1. T r = onda transversal refletida propagando-se no meio 1. L r = onda longitudinal refletida propagando-se no meio 1. T t = onda transversal refratada (ou transmitida) propagando-se no meio 2. n L t = onda longitudinal refratada (ou transmitida) propagando-se no meio 2
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  • Ensaio Pelo Ultra-som Figura 4. Incidncia Oblqua Os ngulos de refrao podem ser calculados com o auxlio da lei de Snell
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  • Ensaio Pelo Ultra-som FIG. 5. Efeito do Aumento do ngulo de Incidncia n Dois tipos de ondas no podem existir simult- neamente n Quando: n Se haver somente onda transversal n Incidncia obliqua cabeotes angulares, 35 o, 45 o, 60 o, 70 o e 80 o
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  • Ensaio Pelo Ultra-som Exemplo 1: Determinar os ngulos limites 1 e 2 para uma interface plexiglass/ao, e o ngulo de refrao correspondente a 1. Da tabela 7.1: V Li = 2730 m/s plexiglass V Lt = 5900 m/s ao V Tt = 3230 m/s ao n de acordo com a lei de Snell: n a condio para 1 que Lt = 90 o. n como sen90 o = 1, podemos determinar os ngulos 1 e Tt : n n 1 = 27,6 Tt = 33,2 o n n a condio para 2 que Tt = 90 o, ento:
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  • Ensaio Pelo Ultra-som 2 = 57,7 o O ngulo limite de 27,6 o escolhe-se um ngulo limite um pouco maior a fim de certificar-se que no haver nenhuma onda longitudinal na pea. Ento o menor ngulo de refrao da onda transversal ( Tt ) escolhido de 35 o. os cabeotes ultra-snicos angulares so caracterizados pelo ngulo de refrao em ao e sua fabricao padronizada normalmente nos ngulos de 35 o, 45 o, 60 o, 70 o, 80 o e 90 o. O que acontece se desejamos inspecionar um material diferente?
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  • Ensaio Pelo Ultra-som Exemplo 2: Deseja-se inspecionar uma pea de alumnio com um cabeote de 45 o (ngulo de refrao em ao). Qual ser ngulo de refrao em alumnio? 1. Determinar qual o ngulo de incidncia correspondente a um ngulo de refrao de 45 o em ao. V Li = 2730 m/s (plexiglass) V Tt = 3.230 m/s (ao)
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  • Ensaio Pelo Ultra-som Agora devemos calcular qual o ngulo de refrao em alumnio correspondente a um ngulo de incidncia de 36,7 o no plexiglass do cabeote. Temos portanto, uma interface plexiglass/alumnio: V Li = 2730m/s (plexiglass) V Tt = 3130m/s (alumnio)
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  • Ensaio Pelo Ultra-som Tabela 2. ngulos de Refrao para Diferentes Materiais Material ngulo dofeixe snico Ao Tt 35 o 45 o 60 o 70 o 80 o Alumnio Tt 33,8 o 43,3 o 57,1 o 65,6 o 72,6 o Lt ---- Cobre Tt 23,7 o 29,7 o 37,3 o 41,1 o 43,6 o Lt 56,6 o ---- Magnsio Tt 34,3 o 43,9 o 58,2 o 67,3 o 75,1 o Lt ---- Porcelana Tt 37,3 o 48,5 o 66,5 o 84,3 o ---- Lt ---- Lato Tt 21,3 o 26,7 o 33,3 o 36,6 o 38,7 o Lt 42,9 o 57 o ----
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  • Ensaio Pelo Ultra-som 2.Gerao da Onda Ultra-snica A gerao da onda ultra snica realizada pelo conhecido efeito piezoeltrico. Piezoeletricidade a propriedade que possuem certos cristais de se expandir ou contrair quando aplicamos aos mesmos tenses ou voltagens alternadas. Os cristais que apresentam estas propriedades so elementos em que as propriedades fsico-qumicas no so as mesmas em qualquer eixo ou direo (materiais anisotrpicos). Quando uma pequena placa de cristal piezoeltrico cortado paralelo a um certo plano cristalogrfico, e dois eletrodos so colocados em suas extremidades (Figura 6.a) e se for aplicada uma tenso em corrente contnua(c.c.) a estes eletrodos se torna mais fina (Fig.6.b) ou mais grossa (Fig.6.c).
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  • Ensaio Pelo Ultra-som (a) (b) (c ) (d) Figura 6. Efeito Piezoeltrico Tabela 3. Caractersticas dos cristais ultra-snicos *sensvel ** poder de resoluo CristalV(m/s) (kg/mm 3 ) Z (kg/m 2. Seg) Quartzo *5.7002.60014,8. 10 6 Titanato de Brio **5.0005.40027,0. 10 6 Titanato Zirconato de Chumbo 2.3008.90020,5. 10 6
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  • Ensaio Pelo Ultra-som Oscilaes de alta freqncias so intro- duzidas no corpo de ensaio onda longitudinal contnua Transmisso do cristal a pea ensaiada possvel se no existir ar entre a pea e o cristal perfeito acoplamento Eliminao do ar colocando-se entre as duas superfcies um lquido (glicerina, gua, leo, vaselina etc.)
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  • Ensaio Pelo Ultra-som Figura 7. Cabeote Ultra-snico O elemento piezoeltrico est alojado junto com: n Bloco amortecedor n Bobina sintonizadora de freqncia n Um conector n Uma carcaa metlica ou plstica
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  • Ensaio Pelo Ultra-som Cristal Piezoeltrico submetido a tenses alternada exibe propriedades de oscilao Submetidos a esforos mecnicos capaz de gerar cargas eltricas Devido a essas particularidades um cristal pode tanto emitir e quanto receber sinais. Geometria do Campo Snico Cabeote normal ondas longitudinais Qual a forma do feixe snico? -estreito e focalizada presso snica -disperso presso snica decresce
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  • Ensaio Pelo Ultra-som Figura 8. D Campo Prximo de um cabeote N Campo prximo N ou Zona de Fresnel o feixe snico cilndrico com dimetro cristal Cabeote angular onda transversal O cristal retangular rea = a. b = D 2 /4
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  • Ensaio Pelo Ultra-som Segundo campo, alm de N campo longnquo O feixe disperso segundo um ngulo Exemplo: Determine N e para ao utilizando um cabeote normal que possui um cristal piezoeltrico com dimetro 24mm e vibra com uma freqncia constante de 2 MHz. Pela tabela 1 v L ao = 5.900m/s = 5,9km/s Cristais grandes e alta freqncia N longo e pouca divergncia feixe snico focalizado
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  • Ensaio Pelo Ultra-som Um equipamento de Ultra-som contm bsica- mente : - o transmissor - o receptor amplificador - o tubo de raios catdicos - o circuito de varredura Figura 9. Diagrama Esquemtico de um Ultra-som
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  • Ensaio Pelo Ultra-som Mtodos de Inspeo a) Impulso eco usa-se um cabeote como emissor e receptor. b) Mtodo da Transparncia aquele que utiliza dois cabeotes separados. c) Mtodo da Ressonncia neste mtodo as ondas recebidas e transmitidas so sobrepostas. A ressonncia ocorre em uma das freqncias naturais de vibrao da pea em teste quando a espessura da pea igual a um mltiplo exato de meio comprimento de onda.
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  • Ensaio Pelo Ultra-som Figura 10. Mtodo da Ressonncia
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  • Ensaio Pelo Ultra-som Tipos de Cabeotes Ultra-snicos a) normais b) angulares c) SE ou duplo cristal Detectabilidade de Defeitos a medida do dimetro mnimo (na direo per- pendicular ao feixe snico) que deve ter a des- continuidade para ser detectada. Onde d o dimetro mnimo da descontinuidade
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  • Ensaio Pelo Ultra-som Qual ser o dimetro mnimo do defeito que pode ser detectado numa pea de ao com um cabeo- te normal de 4MHz de freqncia. Pela Tab1.,No ao v L = 5.900 m/s = 5,9.10 6 mm/s f = 4MHz = 4. 10 6 Hz. Tabela 4. D min. que deve ter uma descontinuidade para ser detectada.
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  • Ensaio Pelo Ultra-som Principais Aplicaes do ensaio Ultra-snico a) Medies de Espessura b) Ensaio de Chapas Metlicas Planas c) Ensaio de Peas com Superfcies Curvas d) Ensaio de Peas Fundidas e forjadas Peas Fundidas localizao tipo e dimenses de descontinuidade projeto de fundidos Peas forjadas trincas, escrias, incluses, Peas grandes processo de fabricao e aquelas que ocorrem em peas acabadas
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  • Ensaio Pelo Ultra-som e)Ensaio em Soldas uma das mais importantes aplicaes do ensaio ultra-snico, e realizado com c