Ensaios Não Convencionais

CURSO DE INSPETOR DEEQUIPAMENTOS

TERMOGRAFIA EENSAIOS NÃO CONVENCIONAIS

Prof.: Hussiklyphee

FUNDAÇÃO BRASILEIRA DETECNOLOGIA DA SOLDAGEM

ENSAIOS NÃO CONVENCIONAISINTRODUÇÃOCom a evolução tecnológica têm-se disponibilizadoequipamentos cada vez mais complexos e que operam emcondições severas em ambientes, na usa maior parte, hostis aohomem.O cenário atual exige o desenvolvimento paralelo de técnicascapazes de avaliar e monitorar tais equipamentos. Os novosdispositivos de avaliação têm como premissas básicas à altaprodutividade, ou seja, trabalho em sistema de varredura,interação com micro computador, auto avaliação do resultado ecomando a distância do objeto inspecionado.O inspetor cada vez mais se torna especializado em análise,tendo que ser apto a lidar com a informática. Outroposicionamento do inspetor a ser discutido é ter sempre emmente a ideia de selecionar, com base técnica, a melhormetodologia a ser utilizada, pois com o aumento dacomplexidade os custos envolvidos são elevados.

FBTS – Fundação Brasileira de Tecnologia da Soldagem Prof. Hussiklyphee

ENSAIOS NÃO CONVENCIONAISINTRODUÇÃODefine-se então, uma frase antiga mais totalmenteadequada ao momento atual: Escolher a técnicaadequada não é simplesmente escolher o sistema maisnovo ou avançado e sim o adequado à aplicação.Alguns fatos a serem levados em consideração paraaplicação e adequação da técnica:· Requisitos da técnica (como estado de limpeza doequipamento);· Tempo de operação do equipamento;· Custo do equipamento a ser inspecionado;· Custo da contratação da inspeção, entre outros.Adequar é obter o melhor resultado esperado no menortempo e se possível menor custo.


ENSAIOS NÃO CONVENCIONAISO termo Ensaios Não Destrutivos considerados nãoconvencionais é aplicado em função do pouco tempo deutilização dos mesmos em comparação com os demaisensaios não destrutivos. Os ensaios que iremos estudarsão:- Correntes Parasitas;- Campo Remoto;- ACFM;- IRIS;- Phased Array;- Ondas Guiadas;- Emissão Acústica;- Avaliação de dutos com PIG’s.


A inspeção por correntes parasitas, também conhecidascomo corrente de Foucault ou do inglês “eddy currents”, éuma técnica de inspeção não-destrutiva baseada naintrodução da corrente elétrica no material a inspecionar eobservação da interação entre correntes e o material.As correntes parasitas são geradas por meio de bobinaseletromagnéticas, localizadas na sonda ou bobina deinspeção, que têm impedância continuamente monitorada.Como se trata de um ensaio que emprega induçãoeletromagnética, não necessita de contato entre a sonda ea peça, requerendo apenas, que o material seja condutorelétrico.

Correntes Parasitas(Eddy Current)


A inspeção por correntes parasitas é uma técnicade múltiplas aplicações, principalmente emmateriais de menor espessura. Em materiaisespessos, as limitações de penetração implicamapenas em inspeção de camadas superficiais. Alémda detecção das descontinuidades, podem serempregadas para medir indiretamentecaracterísticas mecânicas e metalúrgicas que sejaminfluenciadas por propriedades elétricas emagnéticas.Aspectos geométricos da peça sob inspeção como:espessura, curvatura e distância podem influenciarno fluxo de correntes parasitas, logo podem sermedidas.

Correntes Parasitas


Praticamente, tudo que afeta o fluxo das correntesparasitas ou altera a impedância da sonda, tem que serconsiderado de forma a obter resultados confiáveis. Poressas razões a inspeção por correntes parasitas requerum alto grau de formação e treinamento do inspetor.As aplicações industriais do ensaio são em: cilíndricos,tubos, chapas e camadas de revestimento, fornecendouma maneira de medir condutividade, detectardescontinuidades e determinar espessura derevestimentos. Visto que se obtém uma informaçãocontínua no ensaio, este é particularmente interessantee fácil de ser aplicado em inspeções automáticas, emlinhas de produção.

Correntes Parasitas


PRINCÍPIOS BÁSICOSMagnetismo é a propriedade que certos materiais possuem deexercerem forças mecânicas em materiais semelhantes.Corrente elétrica é definida como o movimento de elétronsatravés de um condutor.Condutor é qualquer material capaz de transportar umacorrente elétrica.

Correntes Parasitas


Campo magnético ao redor de um ìmã.

Sabe-se que quando uma corrente elétrica flui através de umfio, tem-se em volta deste a formação de um campo magnético.A direção do campo magnético em volta do fio depende dadireção da corrente e pode ser facilmente determinada atravésda regra da mão direita.

Correntes Parasitas


Campo magnético em volta de um condutor reto.

Uma corrente alternada é injetada em uma bobina de fios (que tem aforma de uma caneta ou sensor) gerando um campo magnéticoprimário (círculos azuis). Na medida em que a sonda se aproxima deum material condutor, as correntes alternadas são induzidas(“correntes parasitas” círculos vermelhos), criando um campomagnético secundário (linhas amarelas). Este campo se opõe aocampo primário, alcançando uma espécie de equilíbrio magnético.

Correntes Parasitas


Quando a sonda passasobre uma falha, ascorrentes parasitas sãoperturbadas, bem como oequilíbrio magnético, eassim a impedância dabobina muda.O sinal proveniente damudança na impedânciaé utilizada para avaliar afalha.

Correntes Parasitas


Vantagens e LimitaçõesA – Vantagem· As indicações são obtidas instantaneamente nãorequerendo tempo de revelação.· Os procedimentos de inspeção são prontamenteadaptáveis a testes passa-não passa.· O método é sensível a muitas variáveis físicas emetalúrgicas. Dessa forma são muitas as aplicaçõespossíveis, desde que as variáveis que não são deinteresse possam ser eliminadas ou suprimidas.· A única ligação entre o aparelho e a peça inspecionadaé o campo magnético.· A maioria dos aparelhos utilizados é portátil e combaterias.

Correntes Parasitas


B – Limitações· O sucesso do procedimento de inspeção édiretamente dependente da habilidade do inspetorem suprimir os efeitos das variáveis que não são deinteresse.· E aplicável apenas a materiais condutores.· Nas aplicações comuns a profundidade depenetração é menor que 5mm.· A inspeção de materiais ferromagnéticos é maisdifícil de realizar e geralmente com menorsensibilidade.

Correntes Parasitas


Fundamentos do Ensaio- O campo remoto é gerado por uma bobina de excitaçãoe detectado por outra de recepção, distanciada de nomínimo dois diâmetros externos.- O campo atravessa as paredes do tubo inspecionado.- Um defeito no tubo gera uma alteração do campo, emsua fase e amplitude.

Correntes Parasitas –Campo Remoto


- Monitorando a voltagem induzida na bobina derecepção pode-se avaliar mudanças no tubo ensaiado.- A intensidade do campo magnético nessa região é bemfraca, mas ainda assim sensível a variações na parede dotubo, tanto no diâmetro externo quanto interno.



Vantagens e Limitações do EnsaioA - Vantagens- Aplicável para inspeção de tubos ferromagnéticos detrocador de calor e caldeira.- Mesma sensibilidade para defeitos internos e externos.- Aplicável também para grandes espessuras de parede.- É requerido um baixo fator de enchimento.- Alta velocidade de inspeção (em torno de 0,3 m/s).- A descentralização da sonda não é um fator crítico.B - Limitações- Pouca sensibilidade da sonda aos efeitos de lift-off.- Não aplicável em materiais não ferromagnéticos.



Noções BásicasO ensaio ACFM se baseia na indução de um campo elétricosuperficial uniforme que gera a formação de um campomagnético.Quando na presença de uma trinca, este campo magnéticosofre deformações, tendendo a contornar as extremidades dodefeito.Essas perturbações são captadas por sensores, permitindo adetecção e dimensionamento do defeito através da mediçãode 3 componentes ortogonais do campo magnético.O dimensionamento é através de modelos teóricos, usando amedida do campo magnético numa determinada fase.

ACFM – Alternating CurrentField Measurement (Medições deCampo com Corrente Alternada)


Quando a corrente é curvada, isto causa umaelevação na densidade do fluxo magnéticoperpendicular à superfície, de maneira similaràs correntes parasitas secundárias.

ACFM


Um yoke é usado paragerar o campomagnético inicial.Bobinas ou sensoresde Efeito Hall podemser usados paradetectar os camposmagnéticos.

Interpretação do SinalO dimensionamento de trincas é realizado através de modelosteóricos, usando a medida do campo magnético numa determinadafase.- Os sinais na tela do equipamento são uma representação direta doscampos magnéticos, separados numa base de tempo ou combinados.

ACFM


EquipamentosACFM


Vantagens e Limitações do EnsaioA - Vantagens do Ensaio- Detecção e dimensionamento (comprimento eprofundidade) preciso de trincas de fadiga em açoabertas para a superfície.- Pode ser usado sobre superfícies com revestimentosisolantes elétricos com espessura até 10 mm.- Pode ser usado com baixa luminosidade.- Pode ser usado também em outros materiais comoalumínio, aço inox, dúplex, titânio, necessitando para talalguns fatores de correção.- Não é afetado pela direção que a trinca assume abaixoda superfície sob inspeção.- Facilidade de automação.

ACFM


B - Limitações do Ensaio- Não pode ser utilizado em materiais não condutoreselétricos (não há perspectiva que isso venha ser possível).- Não detecta descontinuidades sub-superficiais em aço.- Não é possível dimensionar trincas ramificadas ou múltiplas.- Não detecta confiavelmente, em soldas de materiaisferríticos, trincas com comprimento muito inferior a 10 mm eprofundidade inferior a 1 mm (essa limitação pode serminimizada com o uso de micro sondas em superfícies lisas).- Trincas perto de bordas somente são detectadas utilizandosondas padrão.- É de difícil dimensionamento trincas cujas extremidades nãopossam ser perfeitamente definidas (trincas tomando 360ºou aquelas muito compridas e rasas, onde os sinais dasextremidades são difíceis de associar um com o outro).

ACFM


ConclusõesA técnica por ACFM vem nos últimos anossendo utilizada em diversas aplicaçõesindustriais. A tendência é que esta técnica possavir a substituir o ensaio com partículasmagnéticas sendo, portanto de grande interessepara a inspeção de equipamentos.

ACFM


Comparações com ensaio LP e PMACFM


Fundamentos- É empregado o princípio convencional depulso-eco para medição de espessuras, porémsão utilizados novos métodos paraapresentação dos resultados das medições.- Uma pequena turbina possibilita a inspeçãoem 360° da seção do tubo.- O sistema possui coleta de sinais, sendo muitofácil suas interpretações.

IRIS - Internal Rotating InspectionSystem


IRIS


ResultadosTodas as medições feitas durante a varredura circunferencialcompleta do tubo são mostradas na tela do computador,produzindo imagens retangulares ou circulares em temporeal.

IRIS


Aplicações- Inspeção de tubosde trocador de calore caldeira.- Detecção decorrosão, abrasão,pitting.

Vantagens e Limitações do EnsaioA - Vantagens- Mede espessuras remanescentes maiores que 0,5mm.- Alta velocidade de varredura (velocidade máxima de 2,5 m/min).- Mede pits maiores que 1,5mm de diâmetro.-Sistema de fácil visualização possibilitando leitura da espessuraremanescente bem como apresenta o perfil do tubo.- Inspeciona tubos de 10 mm até 100 mm de diâmetro interno.B - Limitações- Não detecta trinca.- Necessária limpeza rigorosa na tubulação, preferencialmente comHidrojateamento com no mínimo 15.000 psi. Pode ser necessárialimpeza química.- A água utilizada deve estar isenta de impurezas e bolhas de ar.

IRIS


Noções BásicasAtualmente, são utilizados equipamentos automatizados noBrasil vindos do exterior, como por exemplo, o sistema P-Scanque funciona plotando os resultados em um sistema gráfico quemostra uma vista em planta da peça, com as dimensões eposições das possíveis descontinuidades.

Esse método é muito usado nos EUA e Canadá há anos,apresentando-se com um laboratório móvel (num furgão) ondeexistem embarcados: computadores portáteis acoplados acabeçotes, que seguem paralelo a linha de dutos,inspecionando-a junta por junta.

ULTRASSOM AUTOMATIZADO


Basicamente durante a inspeção com o P-Scan, o cabeçote émovido sobre a peça por um sistema manual ou automático devarredura que possibilita correlacionar a posição do cabeçotecom o registro das áreas defeituosas ou não, apresentadas numregistro gráfico permanente e em tempo real, onde asespessuras registradas aparecem numa escala de cores, sendopossível inspecionar chapas, tubos e soldas.

Através da utilização de transdutores especiais (B-Scan), que tema mesma finalidade dos existentes no aparelho de ultrassommanual, torna-se possível o dimensionamento dasdescontinuidades com a técnica TOFD (Time-of-flight diffraction)em trabalho conjunto com o P-Scan.



O registro de imagem dos cordões de solda, sua posiçãoquilométrica, os sinetes dos soldadores e o registro do IS-N1liberando quanto a qualidade, estes dados serão gravados emCD-Rom e arquivados para posterior consulta técnica dacontratante da obra. Esta metodologia está sendo aplicada comsucesso no projeto de construção e montagem de dutosterrestres e esferas de armazenamento de GLP.

Considera-se a técnica ultrassônica localizada, principalmentequando realizada de forma automática ou semiautomática,extremamente precisa no dimensionamento dasdescontinuidades em dutos.



Equipamentos de Ultrassom Mecanizado ConvencionalO equipamento de ultrassom mecanizado (Multi-probe)consiste de:- Pequeno gerador- Scanner com painel de transdutores- Cabo umbilical (cabo de energia, cabos eletrônicos emangueiras do acoplante)- Computador portátil e monitor- Instrumentos eletrônicos- Três trilhos- Corpo de prova com anéis de diâmetros e espessuras do dutoinspecionado.



Equipamento deultrassom mecanizadoconvencional



Vantagens e Limitações do Ultrassom Mecanizado (Multi-probe)A - Vantagens:- Sem riscos de radiação ionizante para os demais profissionaisenvolvidos na obra.- Melhor detectabilidade/confiabilidade do ensaio.- Eliminação da subjetividade do US manual.- Melhor dimensionamento de defeitos.- Proporciona melhorias no controle dos processos de soldagem.- Índices de rejeição reduzidos.- Alta produtividade.- Sem interferência nas demais atividades de montagem.- Redução de custos para o cliente final.



B - Desvantagens:- Grande número de painéis de transdutores para cobrir gama dediâmetros aumenta os custos.- Diversidade de diâmetros diminui a produtividade- Tubulação com elevada espessura de parede exige um grandenúmero de transdutores.- Pequeno diâmetro com parede espessa torna difícil umainspeção adequada- Um grande número de partes móveis aumenta a probabilidadede problemas mecânicos ao longo da obra.- Pesado e difícil de configurar para espessuras variadas,reduzindo a produtividade.



Ultrassom Phased ArrayConsiste de um feixe de cristais, que pulsam de formaindividualmente programada.Uma programação precisa permite que se crie interferênciasconstrutivas e destrutivas, direcionando e focalizando o feixesônico.A tecnologia Phased Array permite:– Deflecção Eletrônica do Feixe– Escaneamento Eletrônico Setorial do Feixe– Inspeções Complexas



Principios Basicos do Phased Array

- Para escaneamentos lineares, os feixes são multiplexados utilizando-se amesma lei focal.- Para escaneamentos setoriais (ângulos múltiplos), os mesmos elementossão utilizados, mas as leis focais são modificadas.- Para focalizar em determinada profundidade, as leis focais são modificadas.



Equipamentos Phased Array



Vantagens do Ultrassom Phased Array- Substitui a radiografia e o ultrassom manual, com vantagenstécnicas, operacionais e econômicas.- Substitui todos os transdutores do mecanizado convencionalpor apenas um ou dois transdutores trabalhandosimultaneamente.- Sem limite de ângulos para inspecionar, o que melhora aqualidade da inspeção.- Permite inspecionar, com alta confiabilidade, dutos de pequenodiâmetro (a partir de 48mm) e espessura (a partir de 5mm).- Inspeção de juntas tubo-conexão por apenas um lado da solda.- Maior flexibilidade para diferentes configurações dediâmetro/espessura.- Inspeções mais rápidas



Fundamentos do Ensaio- O ensaio é baseado na utilização de ondas superficiais guiadasde ultrassom, que podem se propagar por distâncias longas emmetais, com atenuação mínima, sendo refletidas quando daexistência de eventuais descontinuidades.

ONDAS GUIADAS - Guided Waves


Tipos de Ondas- As ondas guiadas possuem 3 modos de propagação:longitudinal, flexional e torsional, que podem ser geradas emfunção do modo de carregamento e das características dotransdutor em uso.

ONDAS GUIADAS


Equipamentos

ONDAS GUIADAS


- A figura apresenta esquema nos quais as ondas guiadas são geradas epercorrem a parede do tubo, refletindo no flange e retornando aoequipamento gerador.- Nas regiões com cordão de solda e perda de espessura (metal loss) oretorno do eco ultra-sônico propicia o crescimento de picos na tela doosciloscópio.

ONDAS GUIADAS


A técnica é,portanto, similar àmetodologiaempregada noensaio comultrassomconvencional(Pulso-eco).

- A criticidade da descontinuidade irá influenciar no retorno daamplitude sonora e consequentemente na altura do pico na telado equipamento.- É uma característica desse ensaio a utilização de ondas de baixafrequência. Dessa forma, obtemos um maior comprimento deonda e um maior alcance de inspeção.- Alguns fatores influenciam no alcance do sinal. São eles:a) Fluido interno e externo.b) Existência de revestimento.c) Existência de curvas, derivações etc.d) Quantidades de soldas e flanges.e) Estado do duto.

ONDAS GUIADAS


Vantagens e LimitaçõesA - Vantagens- Não é necessário acoplamento fixo.- Normalmente não é necessária preparação da superfície.- Pode ser utilizado em superfícies quentes atéaproximadamente 200° C- Dezenas de metros podem ser inspecionadas a partir de umúnico posicionamento.- Regiões de difícil acesso, podem ser inspecionadas: travessiasde rios, estradas, “splash zone”, etc.

ONDAS GUIADAS


B – Limitações- Difícil interpretação dos sinais, requer muito treinamento eexperiência do operador. Ver figura- Apresenta resultado qualitativo e requer se possível enecessário, ensaio complementar para dimensionamento deindicações.

ONDAS GUIADAS


A técnica de inspeção por Emissão Acústica consiste na detecçãode descontinuidades através de ondas acústicas emitidas pelomaterial quando aplicada uma tensão sobre a sua estrutura.O ensaio nos oferece uma opção de verificação da integridadefísica do equipamento com muito pouca intervenção no seuprocesso produtivo, uma vez que o ensaio pode ser realizadocom o equipamento em operação e com o seu próprio produtode processo, diminuindo em muito o custo da inspeção.

Fundamentos do Ensaio- Em contraste com a maioria dos métodos complementares deensaios não destrutivos, a descontinuidade produz seu própriosinal (resposta à tensão) e emissão acústica detecta movimento(outros métodos detectam descontinuidades geométricas).

EMISSÃO ACÚSTICA


- O princípio usado nesta técnica de inspeção é que ocrescimento de uma descontinuidade provocado por um campode tensão irá emitir um sinal sonoro.- A propagação do sinal pela estrutura do material e a detecçãopor sensores montados na superfície do equipamento em ensaioirá permitir a localização das descontinuidades que podem serestimadas mediante os tempos de chegada dos sinais aossensores.

EMISSÃO ACÚSTICA


- Há a detecção de descontinuidades que liberamenergia de deformação quando a estrutura écarregada.- Detecção de crescimento de trincas de fadiga, danosinduzidos pela ação do hidrogênio, corrosão sobtensão, empolamentos, corrosão avançada e quebra defibras em materiais plásticos reforçados com fibra devidro.

EMISSÃO ACÚSTICA


Equipamentos- Equipamento emissor de som;- Sensores: piezoelétricos, eletromagnéticos, capacitivos eóticos. Piezoelétricos são mais usados.Obs.:1) O número de sensores deverá ser previsto levando emconsideração o fenômeno acústico da atenuação.2) Atenuação é a perda da amplitude do sinal com o aumento dadistância da fonte.3) Causas da atenuação: espalhamento das ondas pelageometria ou por perda em meio adjacente, absorção da onda,obstáculos, diferentes modos de onda propagando-se emdiferentes velocidades, dispersão da velocidade.

EMISSÃO ACÚSTICA


Vantagens e LimitaçõesA - Vantagens- Emissão acústica é capaz de detectar a propagação dedescontinuidades.- Inspeção relativamente rápida, de uma grande área, detectandoapenas descontinuidades ativas estruturalmente.- Necessidade de carregamento da estrutura.- Pode ser ensaiada grande variedade de estruturas, materiais eespessuras em diversas temperaturas.B – Limitações- Principal problema: forte ruído ambiental nas plantas de processo,embora a separação de ruído e sinal seja possível pela utilização demodernos equipamentos que utilizam técnicas de filtragem eletrônica.- Descontinuidades geradas no processo de fabricação podem não serdetectadas.

EMISSÃO ACÚSTICA


A crescente utilização de dutos para o transporte defluidos em diversos segmentos da indústria levou aodesenvolvimento de novas técnicas para limpeza einspeção.O PIG, equipamento especialmente desenvolvido paraeste fim, é inserido nos dutos através de canhõeslançadores ou scrapers que localizam-se em basesintermediárias e viajam por dentro do duto como fluxodo próprio fluído transportado, muitas vezes água ouaté ar comprimido, atuando como impelidor.

PIG - Pipeline Inspection Gauge


Tipos de PIGO PIG mais básico é utilizado para limpeza, enchimento esecagem do duto. Ele é constituído de escovas, raspadores,copos retos ou cônicos e espumas de alta, média e baixadensidade.



Os demais PIG utilizados são denominados de instrumentados,em função da existência de sensores com objetivos específicos.São eles:- Geométricos;- Inercial para levantamento do Isométrico;- Magnético para detecçãode corrosão (interna eexterna) a parede;- Ultrassônico para detecçãode trincas nas soldas eparede;

PIG geométrico no berço



Normalmente utilizam-se os PIG´s em sequência(acoplados), aproveitando o momento de limpeza dalinha para a posterior inspeção.



Fundamentos do equipamentoO PIG instrumentado utiliza basicamente osprincípios dos ensaios magnéticos Figura A e deultrassom Figura B. Os sensores posicionados aolongo dos pontos de contato da parte inicial doequipamento, encaminham ondas (magnéticasou mecânicas) para o material. Essas ondas,caso não encontrem interferência, são recebidosnos sensores localizados na parte posterior doequipamento.



Figura A – PIG Magnético

Figura B – PIG Ultrassônico



Caso ocorra qualquer interferência, como por exemplo, perda deespessura proveniente de corrosão interna ou externa, essescampos sofremperturbações captadaspor sensores econsequentementeindicam adescontinuidade Figura C.



O PIG possui, em seus módulos, hodômetro,bateria para fornecimento de energia, sistemacomputacional de armazenamento dos dados,processados e analisados após a sua retirada doduto. Desta forma, a equipe de avaliação doduto não necessita presenciar a operação depassagem do PIG.



Vantagens e Limitações do EnsaioA - Vantagens- Registro permanente dos resultados.- Boa velocidade de varredura.- Utilização do próprio fluido da linha como agente impelidor.B - Limitações- Alto custo do equipamento.- Somente utilizável em dutos previamente preparados para esteensaio.- Necessidade de PIG específico para detecção de cada tipo dedescontinuidade.



DÚVIDAS????

ENSAIOS NÃO CONVENCIONAIS


Impedância: é uma grandezaelétrica medida em ohms que é arelação entre voltagem e acorrente elétrica; está relacionadoa resistência elétrica simples e ofluxo magnético.

TERMINOLOGIA


Yoke: é um gerador de campomagnético.

YOKE


O efeito Hall esta relacionado ao surgimento deuma diferença de potencial em um condutorelétrico, transversal ao fluxo de corrente eum campo magnético perpendicular a corrente.

Efeito Hall


Pitting/pit é uma forma de corrosão, que consistena formação de pequenas cavidades (alvéolosou pites) que iniciam na superfície da peçametálica que podem chegar a perfurar toda aespessura da peça

Pitting / Pit


Ensaios Não Convencionais

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