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Ensaios Mecânicos de Materiais Aula 15 Ensaio de Partículas Prof. MSc. Luiz Eduardo Miranda J. Rodrigues Magnéticas

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Ensaios Mecânicos de Materiais

Aula 15 – Ensaio de Partículas

Prof. MSc. Luiz Eduardo Miranda J. Rodrigues

Aula 15 – Ensaio de Partículas

Magnéticas

O ensaio por partículas magnéticas é utilizadona localização de descontinuidades superficiaise sub-superficiais em materiaisferromagnéticos e pode ser aplicado tanto a

Finalidade

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ferromagnéticos e pode ser aplicado tanto apeças acabadas quanto semi-acabadas edurante as etapas de fabricação.

Principio de funcionamento

A peça é magnetizada utilizando uma corrente elétricaque cria ou induz um campo magnético.Se uma descontinuidade estiver no sentidoperpendicular ao campo magnético, desviará estecampo, que saltará para fora da peça, criando o que

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campo, que saltará para fora da peça, criando o quechamamos de campo de fuga. Este campo de fugaformará um dipolo magnético, pólo Norte e pólo Sul.Quando as partículas magnéticas são aplicadas sobre apeça, os pólos irão atraí-las e uma indicação destadescontinuidade é formada na superfície.

Siglas que identificam este ensaio

PM- Ensaio por partículas magnéticas

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PM- Ensaio por partículas magnéticas

MPI - Magnetic Particles Inspection

MPT/MT - Magnetic Particle Testing

Algumas etapas básicas para este ensaio

� Estudar os documentos aplicáveis;� Efetuar um pré-limpeza;� Estabelecer na peça um campo magnético adequado;

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� Estabelecer na peça um campo magnético adequado;� Aplicar as partículas magnéticas na superfície da peça;� Examinar e analisar os acúmulos de partículas nasuperfície da peça;� Desmagnetizar, limpar, proteger e identificar a peça; e� Elaborar um relatório com os resultados obtidos.

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Vantagem para este ensaio� é capaz de detectar descontinuidades superficiaise sub-superficiais;� sua realização é relativamente simples e rápida;� a preparação das peças para o ensaio é simples,não havendo necessidade das possíveis

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não havendo necessidade das possíveisdescontinuidades estarem necessariamente abertasà superfície, como no ensaio com líquidospenetrantes;� o tamanho e a forma da peça inspecionada tempouca ou nenhuma influência no resultado.

Limitação para o ensaio� á aplicável apenas aos materiais ferromagnéticos, ouseja, principalmente os aços estruturais ao carbono, debaixa e média liga, feros fundidos ligas a base decobalto;� a forma e a orientação das descontinuidades em

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� a forma e a orientação das descontinuidades emrelação ao campo magnético interferem fortemente noresultado do ensaio, sendo necessário, em muitoscasos, a realização demais de um ensaio na mesmapeça;

� muitas vezes é necessária a desmagnetização dapeça após a inspeção;� em geral são necessárias correntes elétricas

Limitação para o ensaio

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� em geral são necessárias correntes elétricaselevadas, que podem causar o aquecimentoindesejado das partes examinadas.

Norma técnica, manual do fabricante daaeronave ou peça, boletins de serviço,procedimento de ensaio e etc. Nestesdocumentos podem ser encontradas asespecificações do ensaio ou seja, a técnica de

Regulamentação para o ensaio

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especificações do ensaio ou seja, a técnica deensaio, onde são estabelecidas as regras paraa execução do ensaio, as descrições de cadaetapa, bem como os critérios de aceitação erejeição, onde são descritos os limites quantoaos tipos, tamanho, quantidade e localizaçãodas descontinuidades aceitáveis.

Materiais ferromagnéticos colocados nasproximidades de um ímã são atraídos ourepelidos por ele. Este fenômeno échamado magnetismo. Os ímãs podem sernaturais ou artificiais, fabricados a partir de

O que é Magnetismo?

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naturais ou artificiais, fabricados a partir deaços com propriedades magnéticasespecíficas para esse fim, neste casochamados de ímãs permanentes.

A presença de um imã numa região do espaçomodifica este espaço, e diz-se que ele está sob a açãode um campo magnético. O campo magnético pode servisualizado quando limalhas de um materialferromagnético são pulverizadas nesta região, por

Linhas de campo magnético

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ferromagnético são pulverizadas nesta região, porexemplo sobre uma folha de papel colocada sobre umimã, como mostra a figura 1. As extremidades de umímã são chamadas de pólos magnéticos, Norte e Sul e,por convenção, as linhas de campo externas ao ímã sedirigem do pólo Norte ao pólo Sul.

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Figura 1 – Visualização de linhas de campo magnético.

Regra da mão direita

Com o polegar da mão direitaindicando o sentido da corrente osdedos envolvendo o condutorindicam o sentido das linhas de

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indicam o sentido das linhas deindução magnética que envolvemo condutor.

Permeabilidade Magnética

A permeabilidade magnética pode ser entendidacomo sendo a facilidade com que um material podeser magnetizado e é representada pela letra grega µ.A permeabilidade magnética de um material é a

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relação entre a condutividade magnética do materiale a condutividade magnética do ar, ou, em outraspalavras, a relação entre o magnetismo adquiridopelo material (B) na presença de uma força demagnetização externa (H).

Materiais que influenciam o campo magnético

� Materiais Ferromagnéticos;

� Materiais Paramagnéticos, e

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� Materiais Paramagnéticos, e

� Materiais Diamagnéticos.

Materiais Ferromagnéticos

Ferromagnéticos: µ > 1

São materiais que são fortementeatraídos por um imã, como o ferro,

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atraídos por um imã, como o ferro,cobalto e quase todos os tipos deaço e são ideais para seremsubmetidos à inspeção pelo métododas partículas magnéticas (PM).

Paramagnéticos: µ = 1

São materiais que são levementeatraídos por um imã, como a platina,

Materiais Paramagnéticos

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atraídos por um imã, como a platina,o alumínio, o cromo, o estanho e opotássio. Não são recomendadospara inspeção por PM.

Materiais Diamagnéticos

Diamagnéticos: µ < 1

São materiais que são levementerepelidos por um imã, como a

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repelidos por um imã, como aprata, o zinco, o chumbo,o cobree o mercúrio. O ensaio por PMnão é aplicável a estes materiais.

Campo de FugaExistindo um campo de fuga, as linhas de fluxo atraem

as partículas magnéticas para que elas funcionem comouma ponte para as linhas de fluxo do campo magnético.No caso de um campo magnético circular criado ouinduzido numa peça tubular, teremos um campocontido, sem a possibilidade da formação dos pólos

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contido, sem a possibilidade da formação dos pólosmagnéticos N e S.Se interrompermos esse campo circular promovendoum corte, possibilitaremos a formação dos pólosmagnéticos no campo de fuga das linhas de força.Para melhor sensibilidade do ensaio por partículasmagnéticas, a descontinuidade deve estar orientada a90o em relação à direção do campo magnético.

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Tipos de corrente de magnetização

� Corrente alternada (monofásica);� Corrente contínua;� Corrente retificada de meia onda (monofásica);

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� Corrente retificada de meia onda (monofásica);� Corrente retificada de onda completa (monofásica);� Corrente retificada de onda completa (trifásica).

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Curva de Histerese

Esta curva mostra a magnetização edesmagnetização de um material, indicandoalgumas propriedades, tais como:

� Permeabilidade:

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� Permeabilidade:� Relutância:� Magnetismo Residual:� Magnetismo Remanente:� Retentividade;� Força Coercitiva.

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Preparação da Superfície

Consideremos aqui a preparação da superfície oulimpeza, como sendo a remoção de camadas maisdensas ou mais espessas de óxido; tintas,produtos de queima de óleos, combustíveis ou

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produtos de queima de óleos, combustíveis ouqualquer lubrificante; carepas de laminação soltasou aderentes; escória ou respingos de solda;rebarbas; camadas de tinta, cromo, níquel ououtros tipos de contaminantes que possaminterferir no ensaio.

Métodos ou produtos impróprios podemcausar danos irreversíveis à superfícieem ensaio, como por exemplo a corrosão.

Preparação da Superfície

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em ensaio, como por exemplo a corrosão.Por esse motivo, o método de limpezadeverá ser criteriosamente especificado.

Preparação da Superfície

Todo produto utilizado para a limpeza deveser testado para verificar se há apossibilidade de causar algum dano àsuperfície. Deve-se aí, controlar o tempo de

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superfície. Deve-se aí, controlar o tempo deexposição da superfície da peça aosprodutos aplicados.

Preparação da Superfície

Toda camada isolante deve ser removida dasregiões de contato elétrico.O tipo de preparação e os materiais a seremutilizados devem ser devidamente

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utilizados devem ser devidamenteautorizados e constarem de um documentoescrito e aprovado.

Para a remoção de espessas camadas de óxido,se faz necessária a aplicação de soluções ácidasou alcalinas para fazer o que geralmente é

Preparação da SuperfícieRemoção de oxidação e carepas ou carbonização

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ou alcalinas para fazer o que geralmente éconhecido como decapagem. Cuidado deve sertomado para que os produtos usados não venhama corroer demasiadamente o material. Deve-seneutralizar a ação do decapante com uma outrasolução inibidora e logo em seguida, lavar comágua em abundância.

Remoção de tintasExistem no mercado vários tipos de removedores detinta, porém deve-se consultar o manual dofabricante da peça em ensaio para verificar se épermitida a utilização de qualquer removedor ou se

Preparação da Superfície

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permitida a utilização de qualquer removedor ou seexiste uma linha mais adequada e menos nociva àsuperfície.O tempo que a peça fica em contato com oremovedor, deve ser monitorado pois, osremovedores podem iniciar um processo deoxidação.

As partículas magnéticas

As partículas são feitas de material ferromagnético.Geralmente utiliza-se uma combinação de ferro e óxido deferro, tendo alta permeabilidade e baixa retentividade.Tendo alta permeabilidade magnética, são facilmenteatraídas pelo campo de fuga gerado pela descontinuidade.

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atraídas pelo campo de fuga gerado pela descontinuidade.A baixa retentividade é requerida para evitar que fiquemmagnetizadas.Podem ser visíveis (com luz branca), nas cores: vermelha,preta, cinza e etc., ou fluorescentes (com luz negra).As partículas fluorescentes são as mais sensíveis e devemser adotadas para peças aeronáuticas

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Formas de Aplicação

O meio de aplicação das partículas magnéticasinterfere diretamente na mobilidade das mesmasdevido à maior ou menor facilidade que elasencontram de se deslocar até um campo de fuga.

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encontram de se deslocar até um campo de fuga.Existem dois tipos de forma de aplicação que seresumem basicamente em via seca e via úmida.

� Via Seca : Veículo "ar“

� Via Úmida: Veículos "água, destilados de petróleo e óleos especiais".A via úmida é a adotada para uso aeronáutico

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aeronáuticoNota:A norma ASTM 1444 e outras normas militares não permitem a utilização de partículas fluorescentes e visíveis juntas.

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Concentração das partículas em suspensãoDe acordo com a norma ASTM 1444, as

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De acordo com a norma ASTM 1444, asconcentrações são:Partículas fluorescentes: de 0,1 a 0,4 ml em 100 mlPartículas visíveis: de 1,2 a 2,4 ml em 100 ml

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Métodos de ensaio

Método contínuo

É mais rápido e eficiente que o residual e não limita-se às descontinuidades superficiais.Consiste em aplicar as partículas tanto pela técnica

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Consiste em aplicar as partículas tanto pela técnicaseca como pela técnica úmida durante amagnetização, ou seja, durante o período em que aforça magnetizante está sendo aplicada.

Método residualConsiste em aplicar as partículas magnéticas após aforça de magnetização ter sido removida.

*Para peças aeronáuticas, utiliza-se o métodocontínuo úmido fluorescente.

Métodos de ensaio

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contínuo úmido fluorescente.Para casos especiais o método residual será aplicadomas somente tendo em mãos uma técnica devidamenteelaborada e aprovada. Existem casos em quefabricantes de aeronaves recomendam o métodoresidual, mas a técnica detalhada deverá serencontrada no manual ou boletim.

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A magnetização total ou parcial vai depender dotamanho das peças ou da área a ser examinada e dosequipamentos disponíveis. A figura 13 mostra estastécnicas, usando um equipamento estacionário ebarras de contato, respectivamente. Em ambos os

Magnetização

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barras de contato, respectivamente. Em ambos oscasos a magnetização é obtida pela passagem decorrente elétrica pelas peças em exame.

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A magnetização longitudinal é indicada paradetecção de descontinuidadesperpendiculares ao eixo principal da peça eem geral pode ser feita com o uso debobinas ou de um “yoke”, como mostra a

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Magnetização Longitudinal

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bobinas ou de um “yoke”, como mostra afigura 14.

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A magnetização transversal ou circular éindicada para detecção dedescontinuidades paralelas ao eixoprincipal da peça e em geral pode ser feita

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Magnetização Transversal

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com o uso de barras de contato ou de umcondutor central, como mostra a figura 15.

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Inspeção/ AnaliseUma vez estando a peça corretamente magnetizada e as partículasaplicadas, a peça estará pronta para ser inspecionada sob luz negra.O operador, para sua segurança, não deve olhar diretamente para ofoco de luz ultravioleta.Fazer incidir sobre a área a ser inspecionada, o facho de luz negra oubranca

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Observar atentamente a área a ser inspecionada; havendodescontinuidades elas serão denunciadas pela manifestação dofenômeno da fluorescência ou indicações características da cor daspartículas visíveis.O operador deve deixar que seus olhos acostumem-se com a cabineescura e com a luz negra acesa, por um período mínimo de 1 (um)minuto antes de iniciar a inspeção.

O tempo de permanência do operador dentro dacabine deve ser de no máximo 2 (duas) horas,necessitando após este período, de um intervalo de 15(quinze) minutos para evitar a fadiga visual.A intensidade mínima da luz negra é de 1.000 m w/cm2

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Permanência do Operador

A intensidade mínima da luz negra é de 1.000 m w/cm2A luz branca dentro da área de inspeção compartículas fluorescentes, não pode ultrapassar 20 lux.

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DescontinuidadesAs descontinuidades podem surgir durante a fabricaçãoda peça, isso dependerá do processo, podem ser: bolhasde gás, porosidade, inclusão, contração, dobras, costura,delaminação, trincas e etc.ou quando as peças sãoaprovadas após a fabricação, são montadas em umconjunto de uma aeronave, onde estão sujeitas a esforços

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conjunto de uma aeronave, onde estão sujeitas a esforçosestáticos e dinâmicos bem como variações detemperatura, corrosão e etc..A descontinuidade mais encontrada nas peças emserviço é a trinca por fadiga, geralmente muito fina epequena. Requer técnica, conhecimento, qualificação ebons equipamentos e materiais.

Critérios de Aceitação

Antes de se avaliar as indicações na superfícieensaiada, o inspetor deve ter em mãos e conhecer ocritério de aceitação e rejeição que rege o ensaio. Estecritério é fornecido por uma norma técnica, manual,

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critério é fornecido por uma norma técnica, manual,boletim ou ordem de serviço elaborada pelorequerente.

Todas as descontinuidades reprovadas devem ser registradas.Todas as descontinuidades aprovadas mas que estão no limite deaprovaçãoTodas as descontinuidades mesmo que aprovadas mas que localizadasem regiões críticas (mudança de geometria, próxima de furos, bordas,regiões com início de corrosão, próximas a marcas de ferramenta e etc..)

Descontinuidades Registráveis

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regiões com início de corrosão, próximas a marcas de ferramenta e etc..)Todas as descontinuidades que de alguma forma ofereça algum riscocom o decorrer do tempo, mesmo que abaixo do limite de rejeição.O registro é importante por vários motivos, um deles é permitir quequalquer operador e pessoal da engenharia saiba que existe naquelapeça, um motivo de atenção, auxiliando no estudo de evolução dedescontinuidades.

Em muitas situações é necessária a desmagnetização dapeça após a inspeção com partículas magnéticas, pois omagnetismo residual pode ser prejudicial aofuncionamento ou ao uso posterior do material ensaiado.Por exemplo, se a peça vai ser usinada após o ensaio,

Desmagnetização

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Por exemplo, se a peça vai ser usinada após o ensaio,cavacos de usinagem podem ficar grudados na peça,prejudicando ou até mesmo impedindo a operação.

A desmagnetização, em geral, é feita usando-seum campo magnético alternado decrescente com ouso de bobinas de desmagnetização. O campodecrescente pode ser obtido usando-se umacorrente elétrica decrescente ou aumentando-se a

Desmagnetização

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corrente elétrica decrescente ou aumentando-se adistância entre a peça e a bobina, através damovimentação de um ou outro.

Após a desmagnetização, deve-se realizar a limpezafinal, para eliminar os resíduos provenientes doensaio.

Limpeza final

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Após a limpeza final, se a peça for para o estoque ouse for passível de corrosão, deve ser aplicada umacamada de óleo protetor.

Depois da limpeza após ensaio, a peça deve serdevidamente identificada através de etiquetas ou porcores que indiquem se ela está aprovada ou rejeitada. Otipo de identificação deve estar descrito no procedimentode ensaio e o operador ou inspetor deverá encaminhar a

Identificação

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peça para a operação subseqüente, seja a montagem nosistema da aeronave ou uma outra etapa do processo defabricação.Nunca esquecer de preencher a ficha deacompanhamento da peça ou lote de peças.

Quando é necessário registrar umadescontinuidade, adotar o hábito de desenharas descontinuidades uma a uma, torna-sedemorado e impreciso. Pode-se utilizar odesenho da peça para indicar a região dasdescontinuidades.

Registrar uma descontinuidade

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descontinuidades.Pode-se adotar alguns meios de registro:� Líquidos registradores;� Fitas adesivas transparentes� Fotografias digitais, e� Fotografias convencionais.

Esta etapa deve ser cumprida, registrando em formulário padronizado,no mínimo estas informações: os documentos aplicáveis; a técnica deensaio; a identificação do peça; número do lote; ou identificação daaeronave; método e técnica utilizados, tipo e valores da corrente demagnetização, direções de magnetização, resultados obtidos,quantificando, localizando e indicando as dimensões dasdescontinuidades detectadas; se a peça está aprovada ou rejeitada; o

Elaboração do registro de ensaio

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descontinuidades detectadas; se a peça está aprovada ou rejeitada; otipo de identificação utilizada na peça; nome do operador, nome doinspetor e datas.Em se tratando de peça acabada e aprovada, depois da limpezaestará pronta para uso. Quando, porém, tratar-se de peça semi-acabada ou bruta, depois da limpeza estará liberada para oprosseguimento do seu processo de fabricação.

Para assegurar que o ensaio será realizado dentro dascondições ideais, deveremos manter alguns controles quegarantam a eficiência dos produtos, isoladamente, bemcomo a eficiência de um sistema de ensaio.Verificação da performance do sistemaA performance do sistema inclui os equipamento,

Calibração e Controles

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A performance do sistema inclui os equipamento,materiais e iluminação, a serem utilizados, que devem serverificados antes do início do ensaio ou em intervalosestabelecidos.Todas as normas utilizadas exigem que todo o sistema deensaio seja verificado (calibrado) em períodos regulares,e seus resultados mantidos em arquivo.

Quando for utilizado material fluorescente, o inspetornão deve usar óculos com lentes fotocromáticas ou delentes escuras, porém o operador deverá utilizar um

Segurança

Óculos

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lentes escuras, porém o operador deverá utilizar umprotetor ocular desde que permitido pelo documentoespecífico do ensaio ( manual do fabricante, normatécnica ou contrato entre as partes envolvidas).A lâmpada de luz negra deve estar instalada demaneira que seu foco não incida diretamente nos olhosdo operador.

O inspetor deve utilizar durante todo o ensaio,luvas que não interfiram com a facilidade de

Luvas

Segurança

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luvas que não interfiram com a facilidade demanuseio do material em ensaio. Mas queprotejam da pele do operador contra osprodutos utilizados e aos efeitos nocivos daradiação ultravioleta.

Lençol de Borracha

Segurança

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Deve-se instalar um tapete de borracha em frentedas máquinas, por onde o operador se posicionadurante a magnetização ou inspeção. Isso evita orisco de choques elétricos e danos à peça emcaso de queda.

É recomendado que a intensidade de luz negra que

Luz Negra

Segurança

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É recomendado que a intensidade de luz negra queincidir sobre a pele não protegida ou olhos não excedamuito o valor de 1.000 m w/cm2 .Lâmpadas danificadas ou quebradas devem sersubstituídas imediatamente, pois continuam a emitirenergia de radiação ultravioleta.

O operador não deve tomar a iniciativa ou ser indicadopara a realização de manutenções preventivas ou

Choques Elétricos

Segurança

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corretivas na parte elétrica (cabos, fios, conectores,retificadores, fusíveis, etc..), sem antes passar por umtreinamento específico.A manutenção do equipamento deve ser feita porpessoal habilitado, visando evitar ao máximo os perigosde acidentes contra o operador.

As cabines de inspeção ou máquinas estacionárias

Renovação de ar

Segurança

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As cabines de inspeção ou máquinas estacionáriasenvolvidas com tecidos ou plásticos para tornar oambiente ideal para luz negra, devem contar comventilação e exaustão para uma perfeita renovação dear.

Para a realização do ensaio o operador deve ser qualificado. A normautilizada para a qualificação na área aeronáutica é a NAS 410.É de responsabilidade da empresa que somente operadoresqualificados de acordo com a norma exigida pelo requerente, venhama realizar os ensaios por partículas magnéticas.

Qualificação funcional

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a realizar os ensaios por partículas magnéticas.Os operadores qualificados devem ter uma ficha de registros, na qualdeve constar o nível de qualificação com as datas de validade e dosexames de acuidade visual, assim como os respectivos registros queatestem estes requisitos.A validade de qualificação para Níveis I e II é de 36 meses.

Próxima Aula

� Ensaio de Ultra-som.

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