DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA DE MATERIAIS
ESCOLA DE ENGENHARIA DE SO CARLOS
UNIVERSIDADE DE SO PAULO
(SMM-EESC-USP)
SMM-311 ENSAIOS NO-DESTRUTIVOS
4. ULTRASSOM
- Ultrasom = freqncias de onda acima
de 20 kHz (> 100 kHz - END)
- Ondas elsticas-mecnicas, de
deformao compressiva, que so
geradas e se propagam por intermdio da
vibrao de tomos e molculas ligaes interatmicas e intermoleculares
(mdulo de elasticidade)
- So refletidas, transmitidas e refratadas
pela matria
GERAO DE ONDAS DE COMPRESSO NA MATRIA
Impedncia (W) = Vel. Som (v) * Densidade (d) = (E.g.d)
Impedncia acstica de um sistema vibratrio ou meio de propagao,
a OPOSIO ou RESISTNCIA que este oferece passagem da onda
sonora, em funo de sua frequncia e velocidade
v = (E.g / d)
VCUO 0; AR = 0,41 ton/m2.s
R ( IMPEDNCIA) + T (-1 IMPEDNCIA) = 1
(R) Reflectncia ou Atenuncia
(T) Transmitncia ou Permeabilidade
VALORES DETERMINADOS POR INTERMDIO DA PASSAGEM DA ONDA SONORA DO
ELEMENTO EM QUESTO PARA O QUASE-VCUO (IMPEDNCIA 0)
DEMAIS CORRELACOES INTERESSANTES
Reflectncia ou Atenuncia = W1 W2 / W1 +W2
Transmitncia ou Permeabilidade = 2.W2 / W1 + W2
Onda ultrasnica se deslocando do meio 1 para o meio 2:
1 = Ao e 2 = gua
R = 93,5%, T=6,5%
1 = Ao e 2 = Cobre
R = 3,4%, T=96,6%
1 = Ao e 2 = Ar
R 100%, T 0%
(i.e., de maior para menor impedncia maior a Reflectncia quanto
maior a diferena entre as Impedncias Absolutas)
1 = Ar e 2 = Ao
R 0%, T 100%
(i.e., de menor para maior Impedncia 100% de Transmitncia)
ATENUACAO ACUSTICA /
ISOLAMENTO ACUSTICO
Acoustic attenuation is a measure of
the energy loss of sound propagation in
media. Most media have viscosity, and
are therefore not ideal media. When
sound propagates in such media, there
is always thermal consumption of
energy caused by viscosity.
For inhomogeneous media, besides
media viscosity, acoustic scattering is
another main reason for removal of
acoustic energy. Acoustic attenuation in
a lossy medium plays an important role
in many scientific researches and
engineering fields, such as medical
ultrasonography, vibration and noise
reduction.
EFEITOS PIEZO-ELTRICO DIRETO E INVERSO
TEMPO DE VO (TECNICA PULSO-ECO)
Slido
Ar/vazio
TRANSDUTORE SIMPLES
(CRISTAL EMISSOR & RECEPTOR)
DIRETO
EM NGULO
- Quartzo = estabilidade trmica e eltrica,
insolubidade na maioria dos lquidos, alto
resistncia mecnica e ao desgaste, excelente
uniformidade e resistncia ao envelhecimento.
Relativamente baixa eficincia de converso
eletromecnica;
- Sulfato de ltio = timo amortecimento acstico
para alta resoluo, eficincia intermediria de
converso;
- Cermicas polarizadas = alta eficincia de
converso para alta sensibilidade, baixa
resistncia mecnica (tenacidade) e relativamente
alta capacitncia eltrica, que restringe seu uso a
freqncias abaixo de 15 MHz.
CRISTAIS
DIRETO
EM NGULO
TRANSDUTOR DUPLO
(CRISTAIS EMISSOR + RECEPTOR)
TCNICA PULSO-ECO ou DE
REFLEXO (MODO A DE VARREDURA
ESTIMATIVA DA
PROFUNDIDADE
DO(S) DEFEITO(S),
ALEM DA
GRAVIDADE DO(S)
MESMO(S)
TCNICA TRANSMISSO
ou DE TRANSPARNCIA
SEM QUALQUER
ESTIMATIVA DA
PROFUNDIDADE
DO(S) DEFEITO(S),
PORM SIM DA
GRAVIDADE DO(S)
MESMO(S)
ESCOLHA
DA
TCNICA
EQUIPAMENTO
BSICO
ATRASO DO PULSO INICIAL
Delay Line Transducer
Dead Zone
( Reverberacao )
Delay Line Transducer: The sound is transmitted into
the workpiece via an additional delay-line made of
plastics with low ultrasonic absorption. The time
delay until the ultrasonic signal enters the workpiece
avoids that echoes from flaws close to the surface
appear within the dead zones of the ultrasonic flaw
detector, which are caused by the high voltage
excitation pulses. Use of delay-line probes is a simple
measure to have an excellent near field resolution.
ZONA MORTA
Dead Zone: The Dead Zone in ultrasonic testing,
is the interval (in terms of time or distance)
following the initial pulse where the transducer
ringdown (reverberacao eco: 0,1 s entre
emissao e reflexao) prevents detection or
interpretation of reflected energy (echoes). In
contact ultrasonic testing, the area just below
the surface of a test object that can not be
inspected because of the transducer is still
ringing down and not yet ready to receive
signals.
In a nutshell: Dead zone is the distance (or
correspondent time for a constant speed of
sound) from the transducer face to the first
identifiable & reliable echo.
DEMAIS
PROBLEMAS
REFLEXO
EM NGULO DEFLEXO DO FEIXE
NA PAREDE LATERAL
- Gel ou lquido de acoplamento.
- Arquivo de dados muito extenso, e
requer interpletao complexa.
- No efetivo para materiais com
estrutura interna complexa.
- Varredura mecnica (manual ou
automtica) requerida, aumentadando
o tempo de inspeo, a complexidade
mecnica e limitando a portabilidade
do sistema.
DESVANTAGENS
- Sensibilidade = habilidade do instrumento
detectar pequenas quantidades de energia
refletida por um defeito (modo pulso-eco), ou a
pequena energia atenuada pelo mesmo
(transmisso).
- Resoluo = habilidade do instrumento detectar
defeitos muito prximos da superfcie, ou
discrimimar defeitos prximos uns dos outros.
- Discriminao de rudos = capacidade da
instrumentao diferenciar entre sinais devidos
presena de defeitos dos rudos indesejveis
de natureza eltrica ou acstica (relao
sinal/rudo).
DEFINIES E
CONCEITOS IMPORTANTES
- Efeito da freqncia = maiores freqncias incrementam a
sensibilidade e a resoluo do sistema (transdutores de at 400
MHz), porm incrementam tambm a relao rudo/sinal e a
atenuao do feixe (baixa penetrao).
- Ondas de maior amplitude (e menores freqncias e energias) se
propagam mais facilmente (menor atenuao) ondas guiadas.
- A menor descontinuidade detectvel da ordem de metade do
comprimento de onda, ou maiores. Ondas mais energticas sofrem
reflexo em um nmero maior de descontinuidades
microestruturais (super-sensibilidade + forte atenuao ou
reflectncia do feixe em microestruturas complexas).
- Uso em laminados compsitos finos (comprimento de onda x
espessura da pea).
- PMC exerce alta atenuao do feixe devido grande diferena
entre os mdulos de elasticidade da matriz polimrica e das fibras
de reforo.
- Sombras entre defeitos (interferncia de ecos) pulso-eco duplo,
ou transmisso direta e inversa.
DEMAIS OBSERVAES
A, B & C
SCANS
MAPEAMENTO 3-D (D-SCAN) DE MLTIPLOS DANOS POR
IMPACTO (DELAMINAES) EM LAMINADOS COMPSITOS
EXPERIMENTO LABORATORIAL
OBJETO
TRANDUTOR
PULSO-ECO
LAMINADOS COMPSITOS TERMOPLSTICOS
IMPACTADOS E RECONSOLIDADOS
(a) C-EPX 5 J; (b) 30 J; (c) C-PPS 5 J; (d) 30 J
THERMOGRAFIA
DDR-X
ULT
RA
-SO
NO
GR
AF
IA P
UL
SO
-EC
O
5 J
10 J
20 J
VARREDURA PULSO-ECO E
IMAGEAMENTO TRANSMISSO
ESCALA DE CONVERSO
COR / TRANSMITNCIA
FADIGA EM
LAMINADOS COMPSITOS
ESCALA
DE
TRANSMITNCIA
OU
DE
REFLECTNCIA ???
MONITORADORES
PORTTEIS
BREVE COMPARAO PARA
LAMINADOS COMPSITOS FIBROSOS
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