Ensaios não destrutivos por ULTRA-SOM, Notas de estudo de Engenharia Mecânica

Baixe Ensaios não destrutivos por ULTRA-SOM e outras Notas de estudo em PDF para Engenharia Mecânica, somente na Docsity! Aplicação Industrial SRTA dO ULTRA-SOM Ed. Jun./ 2006 AUTOR: Ricardo Andreucci ENSAIO POR ULTRA-SOM Ricardo Andreucci Ed.Jun./06 Prefácio “Este trabalho representa um guia básico para programas de estudos e treinamento de pessoal em Ensaio por Ultra-Som, contendo assuntos voltados para as aplicações mais comuns e importantes deste método de Ensaio Não Destrutivo. Trata-se portanto de um material didático de interesse e consulta, para os profissionais e estudantes que se iniciam ou estejam envolvidos com a inspeção de materiais por este método de ensaio.” O Autor ENSAIO POR ULTRA-SOM Ricardo Andreucci Ed.Jun./06 4 P rincípios Básicos do Método Introdução: Sons extremamente graves ou agudos, podem passar desapercebidos pelo aparelho auditivo humano, não por deficiência deste, mas por caracterizarem vibrações com frequências muito baixas , até 20Hz (infra-som) ou com frequências muito altas acima de 20 kHz (ultra-som), ambas inaudíveis. Como sabemos, os sons produzidos em um ambiente qualquer, refletem-se ou reverberam nas paredes que consistem o mesmo, podendo ainda ser transmitidos a outros ambientes. Fenômenos como este apesar de simples e serem frequentes em nossa vida cotidiana, constituem os fundamentos do ensaio ultra-sônico de materiais. No passado, testes de eixos ferroviários, ou mesmos sinos, eram executados através de testes com martelo, em que o som produzido pela peça, denunciava a presença de rachaduras ou trincas grosseiras pelo som característico. Assim como uma onda sonora, reflete ao incidir num anteparo qualquer, a vibração ou onda ultra-sônica ao percorrer um meio elástico, refletirá da mesma forma, ao incidir num anteparo qualquer, a vibração ou onda ultra-sônica ao percorrer um meio elástico, refletirá da mesma forma, ao incidir numa descontinuidade ou falha interna a este meio considerado. Através de aparelhos especiais, detectamos as reflexões provenientes do interior da peça examinada, localizando e interpretando as descontinuidades. Aparelho de Ultra-Som Fase 1 2 3 4 Transdutor Descontinuidade Princípio Básico da Inspeção de Materiais por ultra-som ENSAIO POR ULTRA-SOM Ricardo Andreucci Ed.Jun./06 5 Finalidade do Ensaio O ensaio por ultra-som, caracteriza-se num método não destrutivo que tem por objetivo a detecção de defeitos ou descontinuidades internas, presentes nos mais variados tipos ou forma de materiais ferrosos ou não ferrosos. Tais defeitos são caracterizados pelo próprio processo de fabricação da peça ou componentes a ser examinada como por exemplo: bolhas de gás em fundidos, dupla laminação em laminados, micro-trincas em forjados, escorias em uniões soldadas e muitos outros. Portanto, o exame ultra-sônico, assim como todo exame não destrutivo, visa diminuir o grau de incerteza na utilização de materiais ou peças de responsabilidades. Inspeção por ultra-som da chapa de um tubo Foto gentileza da VOITH PAPER Campo de Aplicação Em 1929 o cientista Sokolov, fazia as primeiras aplicações da energia sônica para atravessar materiais metálicos, enquanto que 1942 Firestone, utilizaria o princípio da ecosonda ou ecobatímetro, para exames de materiais. Somente em 1945 o ensaio ultra-sônico iniciou sua caminhada em escala industrial, impulsionado pelas necessidades e responsabilidades cada vez maiores. Hoje, na moderna indústria, principalmente nas áreas de caldeiraria e estruturas marítimas, o exame ultra- sônico, constitui uma ferramenta indispensável para garantia da qualidade de peças de grandes espessuras, geometria complexa de juntas soldadas, chapas. Na maioria dos casos, os ensaios são aplicados em aços-carbonos, em menor porcentagem em aços inoxidáveis. Materiais não ferrosos são difíceis de serem examinados, e requerem procedimentos especiais. ENSAIO POR ULTRA-SOM Ricardo Andreucci Ed.Jun./06 6 L| imitações em Comparação com outros Ensaios Assim como todo ensaio não-destrutivo, o ensaio ultra-sônico, possui vantagens e limitações nas aplicações, como segue: Vantagens em relação a outros ensaios: O método ultra-sônico possui alta sensibilidade na detectabilidade de pequenas descontinuidades internas, por exemplo: Trincas devido a tratamento térmico, fissuras e outros de difícil detecção por ensaio de radiações penetrantes (radiografia ou gamagrafia). Para interpretação das indicações, dispensa processos intermediários, agilizando a inspeção. No caso de radiografia ou gamagrafia, existe a necessidade do processo de revelação do filme, que via de regra demanda tempo do informe de resultados. Ao contrário dos ensaios por radiações penetrantes, o ensaio ultra-sônico não requer planos especiais de segurança ou quaisquer acessórios para sua aplicação. A localização, avaliação do tamanho e interpretação das descontinuidades encontradas são fatores intrínsecos ao exame ultra-sônico, enquanto que outros exames não definem tais fatores. Por exemplo, um defeito mostrado num filme radiográfico define o tamanho mas não sua profundidade e em muitos casos este é um fator importante para proceder um reparo. Limitações em relação a outros ensaios. Requer grande conhecimento teórico e experiência por parte do inspetor. O registro permanente do teste não é facilmente obtido. Faixas de espessuras muito finas, constituem uma dificuldade para aplicação do método. Requer o preparo da superfície para sua aplicação. Em alguns casos de inspeção de solda, existe a necessidade da remoção total do reforço da solda, que demanda tempo de fábrica. Nenhum ensaio não destrutivos deve ser considerado o mais sensível ou o mais completo, pois as limitações e as vantagens fazem com que aplicação de cada ensaio seja objeto de análise e estudo da viabilidade de sua utilização, em conjunto com os Códigos e Normas de fabricação. ENSAIO POR ULTRA-SOM Ricardo Andreucci Ed.Jun./06 9 As partículas oscilam na direção transversal a direção de propagação, podendo ser transmitidas somente a sólidos. As ondas transversais são praticamente incapazes de se propagarem nos líquidos e gases, pela características das ligações entre partículas, destes meios . O comprimento de onda é a distância entre dois “vales” ou dois “picos”. Velocidades de Propagação das Ondas Transversais Material Velocidade m/s Ar - Alumínio 3100 Cobre 2300 Acrílico 1100 Alumínio 3100 Ouro 1200 Aço 3200 Aço Inoxidável 3100 Aço Fundido 2400 - Nylon 1100 Óleo(SAE30) - Água - Prata 1600 Titânio 3100 Níquel 3000 Magnésio 3000 Fonte: Ultrasonic Testing, Krautkramer Ondas superficiais ou Ondas de Rayleigh. São assim chamadas, pela características de se propagar na superfície dos sólidos. Devido ao complexo movimento oscilatório das partículas da superfície, a velocidade de propagação da onda superficial entre duas fases diferentes é de aproximadamente 10% inferior que a de uma onda transversal. Para o tipo de onda superficial que não possui a componente normal, portanto se propaga em movimento paralelo a superfície e transversal em relação a direção de propagação recebe a denominação de ondas de “Love”. Sua aplicação se restringe ao exame de finas camadas de material que recobrem outros materiais. Para ondas superficiais que se propagam com comprimento de onda próxima a espessura da chapa ensaiada, neste caso a inspeção não se restringe somente a superfície, mas todo o material e para esta particularidade denominamos as ondas de “Lamb”. ENSAIO POR ULTRA-SOM Ricardo Andreucci Ed.Jun./06 10 As ondas de “Lamb"podem ser geradas a partir das ondas longitudinais incidindo segundo um ângulo de inclinação em relação a chapa. A relação entre o ângulo e velocidade é feita pela relação: O ensaio ultra-sônico de materiais com ondas superficiais, são aplicados com severas restrições, pois somente são observados defeitos de superfícies e nestes casos, existem processos mais simples para a detecção destes tipos de descontinuidades, dentro dos ensaios não destrutivos como por exemplo de Líquidos penetrantes e Partículas magnéticas, que em geral são de custo e complexidade inferior ao ensaio ultra-sônico. Fregiência , Velocidade e Comprimento de Onda Frequência: As ondas acústicas ou som propriamente dito, são classificados de acordo com suas frequências e medidos em ciclos por segundo, ou seja o número de ondas que passam por segundo pelo nossos ouvidos. A unidade “ciclos por segundos” é normalmente conhecido por “Hertz”, abreviatura “Hz”. Assim sendo se tivermos um som com 280 Hz, significa que por segundo passam 280 ciclos ou ondas por nossos ouvidos. Note que frequências acima de 20.000 Hz são inaudíveis denominadas frequência ultra-sônica. INFRA-SOM som ULTRA-SOM Campo de Audibilidade das Vibrações Mecânicas Considera-se 20 kHz o limite superior audível e denomina-se a partir desta, frequência ultra-sônica. ENSAIO POR ULTRA-SOM Ricardo Andreucci Ed.Jun./06 11 Velocidade de propagação. Existem várias maneiras de uma onda sônica se propagar, e cada uma com características particulares de vibrações diferentes. Definimos “Velocidade de propagação” como sendo a distância percorrida pela onda sônica por unidade de tempo. É importante lembrar que a velocidade de propagação é uma característica do meio, sendo uma constante, independente da frequência. Comprimento de onda. Quando atiramos uma pedra num lago de águas calmas, imediatamente criamos uma perturbação no ponto atingido e formando assim, ondas superficiais circulares que se propagam sobre a água. Neste simples exemplo, podemos imaginar o que definimos anteriormente de frequência como sendo o número de ondas que passam por um observador fixo, também podemos imaginar a velocidade de propagação pela simples observação e ainda podemos estabelecer o comprimento entre dois picos de ondas consecutivos. A esta medida denominamos comprimento de onda, e representaremos pela letra grega Lambda “X*. Relações entre velocidade, comprimento de onda e frequência. Considerando uma onda sônica se propagando num determinado material com velocidade “V”, frequência “f”, e comprimento de onda “A, podemos relacionar estes três parâmetros como segue: V=A.f A relação acima, permite calcular o comprimento de onda pois a velocidade é em geral conhecida e depende somente do modo de vibração e o material, por outro lado a frequência depende somente da fonte emissora, que também é conhecida. Exemplo de aplicação: Uma onda longitudinal ultra-sônica, com frequência 2 MHz é utilizada para examinar uma peça de aço. Qual o comprimento de onda gerado no material ? Solução: Como vimos anteriormente, a faixa de frequência normal utilizada para aplicações industriais, compreende entre 1 MHz até 5 MHz. No exemplo acima a frequência de 2 MHz corresponde a 2 milhões de ciclos por segundos ou seja 2 x 10º Hz. ENSAIO POR ULTRA-SOM Ricardo Andreucci Ed.Jun./06 14 Propagação das Ondas Acústicas no Material Campo Próximo ou Zona de Fresnel Para o entendimento dos fenômenos que iremos descrever a seguir, imaginemos que o cristal piezelétrico gerador de ondas ultra-sônicas , seja formado por infinitos pontos oscilantes de forma que cada ponto produz ondas que se propagam no meio. Tal qual uma pedra que caindo num lago de águas calmas produzirá ondas circulares na superfície, cada ponto do cristal também se comportará da mesma forma, ou seja produzirá ondas esféricas no meio de propagação, como mostra a figura seguinte. Propagação de Propagação de duas frentes Propagação de 5 frentes de ondas devido à de ondas devido à ondas devido à pertubação em 5 pertubação em pertubação em 2 pontos. pontos. Note a forte interferência um ponto. Note uma pequena ondulatória na zona próxima da Não existe inter interferência ondulatória na pertubação ferência ondula- zona próxima da pertubação toria O campo sônico nas proximidades do cristal Note que nas proximidades do cristal existe uma interferência ondulatória muito grande entre as ondas. A medida que nos afastamos do cristal , as interferências vão diminuindo e desaparecendo, tornado uma só frente de onda. À região próxima do cristal onde os fenômenos acima se manifestam denomina-se Campo Próximo com uma extensão N que depende do diâmetro do cristal, e do comprimento de onda À da vibração, podendo ser calculado pela fórmula: ENSAIO POR ULTRA-SOM Ricardo Andreucci Ed.Jun./06 15 N=De/4.) ou N=Do”.f/4v onde: De = diâmetro efetivo do cristal. É a área acusticamente efetiva do cristal, que depende da sua forma geométrica. Para cristais circulares , Dg = 0,97 x diâmetro do cristal. Para cristais retangulares, Dy = 0,97 x metade do comprimento do lado maior do cristal. f= frequência ultra-sônica A= comprimento de onda v= velocidade de propagação do som = Axf Exemplo de aplicação: Calcule o campo próximo de um transdutor normal com diâmetro 10 mm e frequência de 4 MHz, quando inspecionando aço. Solução: Para o cálculo é necessário que as unidades estejam coerentes, ou seja: “D“emmm, “f” em Hz, “)X” emmm e “v” em mm/s Sendo: v=5900m/s ou 5900.000 mm/s , para o aço N=Det.2/4 ou N=Def.2f/4v = 10? x 4.000.000 / 4 x 5900.000 mm N=16mm O campo próximo representa para efeitos práticos, uma dificuldade na avaliação ou detecção de pequenas descontinuidades, isto é, menores que o diâmetro do transdutor , situadas nesta região próximas do transdutor. Portanto o inspetor de ultra-som deve ficar atento a este problema. Campo Longínquo ou Distante ou Zona de Fraunhofer A região que vem a seguir do campo próximo é o campo longínquo também denominado pela literatura especializada de Campo Listante. Nesta região a onda sônica se diverge igual ao facho de luz de uma lanterna em relação ao eixo central e ainda diminui de intensidade quase que com o inverso do quadrado da distância. ENSAIO POR ULTRA-SOM Ricardo Andreucci Ed.Jun./06 16 Em razão da existência do campo próximo , do campo distante, e do fenômeno da divergência , na literatura o campo sônico tem a forma geral visualizada conforme o desenho abaixo. Campo Próximo Campo distante Classificação teórica das zonas do campo sônico Campo sônico de um transdutor, representado pela região (1) onde pequenas descontinuidades são difíceis de serem detectadas (campo próximo), a região (2) descontinuidades maiores podem ser detectadas e na região (3) onde qualquer descontinuidade compatível com o comprimento de onda pode ser detectada. As linhas limítrofes do campo no csenho são didáticas, e não significa que não existe nenhuma vibração sônica nestas regiões. Atenuação Sônica: A onda sônica ao percorrer um material qualquer sofre, em sua trajetória efeitos de dispersão e absorção, resultando na redução da sua energia ao percorrer um material qualquer. A dispersão deve-se ao fato da matéria não ser totalmente homogênea, contendo interfaces naturais de sua própria estrutura ou processo de fabricação. Por exemplo fundidos, que apresentam grãos de grafite e ferrita com propriedades elásticas distintas. Para esta mudança das características elásticas de ponto num mesmo material denominamos anisotropia, que é mais significativo quando o tamanho de grão for 1/10 do comprimento de onda. O fenômeno da absorção ocorre sempre que uma vibração acústica percorre um meio elástico. E a energia cedida pela onda para que cada partícula do meio execute um movimento de oscilação , transmitindo a vibração às outras partículas do próprio meio. ENSAIO POR ULTRA-SOM Ricardo Andreucci Ed.Jun./06 19 Geração das Ondas ultra-sônicas Efeito Piezelétrico: As ondas ultra-sônicas são geradas ou introduzidas no material através de um elemento emissor com uma determinada dimensão e que vibra com uma certa frequência. Este emissor pode se apresentar com determinadas formas (circular, retangular).Tanto o elemento emissor e receptor, são denominados transdutores, também designados por cabeçotes. Diversos materiais (cristais) apresentam o efeito piezelétrico. Se tomarmos uma lâmina de certo formato (placa) e aplicarmos uma pressão sobre o mesmo, surgem em sua superfície cargas elétricas. O efeito inverso também é verdadeiro: se aplicarmos dois eletrodos sobre as faces opostas de uma placa de cristal piezelétrico, de maneira que possamos carregar as faces eletricamente, a placa comporta-se como se estivesse sobre pressão e diminui de espessura. O cristal piezelétrico pode transformar a energia elétrica alternada em oscilação mecânica e transformar a energia mecânica em elétrica . emissão de um pulso elético gerando um sinal no aparelho cargas elétricas geradas de ultra-som na superfície da cristal contatos elétricos - 1000 V, AC cristal plozooléctrico revestido com prata motálica em ambos. os lados vibrações mecânicas Figura mostrando a contração e expansão do cristal quando submetido a uma alta tensão alternada na mesma frequência ultra-sônica emitida pelo cristal. É um processo de transformação da energia elétrica em energia mecânica e vice versa Tal fenômeno é obtido aplicando-se eletrodos no cristal piezelétrico com tensão elétrica alternada da ordem de 1000 V, de maneira que o mesmo se contrai e se estende ciclicamente. Se tentarmos impedir esse movimento a placa transmite esforços de compressão as zonas adjacentes, emitindo uma onda longitudinal, cuja forma depende da frequência de excitação e das dimensões do cristal. pesotérico N : N No Use corrente elética desligada corrente elétrica ligada ENSAIO POR ULTRA-SOM Ricardo Andreucci Ed.Jun./06 20 Tipos de Cristais: Materiais piezelétricos são: o quartzo, o sulfato de lítio, o titanato de bário, o metaniobato de chumbo e o zirconato-titanato de chumbo (PTZ). Quartzo é um material piezelétrico mais antigo, translúcido e duro como o vidro sendo cortado a partir de cristais originários no Brasil. Sulfato de Lítio é um cristal sensível a temperatura e pouco resistente. Titanato de Bário e zirconatoitanato de chumbo são materiais cerâmicos que recebem o efeito piezelétrico através de polarização. Esses dois cristais são os melhores emissores, produzindo impulsos ou ondas de grande energia, se comparadas com aquelas produzidas por cristais de quartzo. Para a inspeção ultra-sônica, interessa não só a potência de emissão, mas também a sensibilidade da recepção (resolução). A frequência ultra-sônica gerada pelo cristal dependerá da sua espessura, cerca de 1 mm para 4 MHz e 2 mm para 2 MHz. Os cristais acima mencionados são montados sobre uma base de suporte (bloco amortecedor) e junto com os eletrodos e a carcaça externa constituem o transdutor ou cabeçote propriamente dito. Existem três tipos usuais de transdutores: Reto ou Normal , o angular e o duplo - cristal. Transdutores Normais ou Retos: São assim chamados os cabeçotes monocristal geradores de ondas longitudinais normal a superfície de acoplamento. Os transdutores normais são construídos a partir de um cristal piezelétrico colado num bloco rígido denominado de amortecedor e sua parte livre protegida ou uma membrana de borracha ou uma resina especial. O bloco amortecedor tem função de servir de apoio para o cristal e absorver as ondas emitidas pela face colada a ele. O transdutor emite um impulso ultra-sônico que atravessa o material a inspecionar e reflete nas interfaces, originando o que chamamos ecos. Estes ecos retornam ao transdutor e gera, no mesmo, o sinal elétrico correspondente. A face de contato do transdutor com a peça deve ser protegida contra desgastes mecânico podendo utilizar membranas de borracha finas e resistentes ou camadas fixas de epoxi enriquecido com óxido de alumínio. Em geral os transdutores normais são circulares, com diâmetros de 5 a 24 mm, com frequência de 0,5; 1;2;2,5;5e 6 MHz. Outros diâmetros e frequências existem , porém para aplicações especiais. ENSAIO POR ULTRA-SOM Ricardo Andreucci Ed.Jun./06 21 CONECTOR O transdutor normal tem sua maior utilização na inspeção de peças com superfícies paralelas ou quando se deseja detectar descontinui- dade na direção perpendicular à superfície da peça. E o exemplo de chapas, fundidos e forjados. CARCAÇA CRETAL t t RESINA PROTETORA Transdutor Normal ou Reto (foto extraída do catálogo Krautkramer) O diâmetro do transdutor pode variar dependendo da aplicação. A figura acima utiliza-se um transdutor miniatura com 5 mm de diâmetro para estudo de pontos de corrosão de uma peça. ENSAIO POR ULTRA-SOM Ricardo Andreucci Ed.Jun./06 24 tecnologia dos computadores, com processadores e circuitos mais rápidos, e principalmente de materiais piezocompostos para fabricação de novos cristais, desde os anos 90 foi possível o desenvolvimento de uma tecnologia especial em que num mesmo transdutor operam dezenas (de 10 a 256 elementos) de pequenos cristais, cada um ligado à circuitos independentes capazes de controlar o tempo de excitação independentemente um dos outros cristais. O resultado é a modificação do comportamento do feixe sonico emitido pelo conjunto de cristais ou pelo transdutor. Veja a figura abaixo do lado esquerdo, o conjunto de cristais estão operando em fase, isto é, o aparelho de ultra-som executa a excitação dos cristais todos no mesmo tempo, e o resultado é um onda perpendicular ao plano da superfície. A figura do lado direito, mostra que o aparelho de ultra-som executa a exitação dos cristais de forma defasada, isto é, o tempo em que cada cristal é exitado é retardado no tempo, e o resultado é uma frente de onda angular à superfície. cristais com sinal em fase cristais com sinal defasado no tempo frente de onda resultante Transdutores típico "Phased Array" (extraído do catálogo Krautkramer") ENSAIO POR ULTRA-SOM Ricardo Andreucci Ed.Jun./06 25 As vantagens principais dos transdutores Phased Array são: * Variedade de pontos focais para um mesmo transdutor * | Variedade de ângulos de incidência para um mesmo transdutor * Varredura do material de forma eletronica do feixe sônico * Variedade dos modos de inspeção * Maior flexibilidade para inspeção de juntas complexas Interface , Acoplantes Ao acoplarmos o transdutor sobre a peça a ser inspecionada , imediatamente estabelece uma camada de ar entre a sapata do transdutor e a superfície da peça. Esta camada ar impede que as vibrações mecânicas produzidas pelo transdutor se propague para a peça em razão das características acústicas (impedância acústica) muito diferente do material a inspecionar. A impedância acústica "Z" é definida como sendo o produto da densidade do meio ( p ) pela velocidade de propagação neste meio (V),(Z=pxV)e representa a quantidade de energia acústica que se reflete e transmite para o meio. Em geral podemos calcular as frações de energia sônica que é transmitida e refletida pela interface entre dois materiais diferentes usando as seguintes fórmulas: R= "a (Energia refletida) |, T=1-R (Energia Transmitida) Onde: Z; e Z; são as impedâncias dos dois meios que formam a interface. Como exemplo podemos citar que a interface água e aço , apenas transmite 12% e reflete 88% da energia ultra-sônica. Por esta razão, deve-se usar um líquido que estabeleça uma redução desta diferença, e permita a passagem das vibrações para a peça. Tais líquidos, denominados líquido acoplante são escolhidos em função do acabamento superficial da peça, condições técnicas, tipo da peça. A tabela abaixo descreve alguns acoplantes mais utilizados. Os acoplantes devem ser selecionados em função da rugosidade da superfície da área de varredura, o tipo de material, forma da peça, dimensões da área de varredura e posição para inspeção. ENSAIO POR ULTRA-SOM Ricardo Andreucci Ed.Jun./06 26 Impedância Acústica de Alguns Materiais e Acoplantes Acoplante Densidade | Velocidade da onda | Impedância Acústica (g/em?) long. (m/s) (glemê.s) Oleo ( SAE 30) 0,9 1700 1,5x 10 Agua 1,0 1480 1,48x 10º Glicerina 1,26 1920 24x10 Carbox Metil Celulose (159/1) 1,20 2300 2,76 x 10 Aço 7,8 5.900 46x 10 Ar ou gas 0,0013 330 0,00043 x 10 Aço inoxidável 7,8 5.800 45,4x10' Alumínio 27 6.300 17.1x 10) Acrílico 1,18 2.700 3,1x10' Cobre 89 4.700 41,6x 10) Fonte: SONIC Instruments — catálogo de fórmulas e dados Diagramas AVG ou DGS Os diagramas AVG ou DGS foram preparados para facilitar a avaliação de uma série de parâmetros do ensaio ultra-sônico relacionados ao material, o feixe sônico, o tamanho mínimo da descontinuidade detectável por um determinado transdutor, e outros. A figura a seguir, ilustra um diagrama específico para o transdutor do tipo normal de ondas longitudinais, com 2 MHz de frequência , fornecido pelo fabricante Krautkramer. O diagrama abaixo foi elaborado mediante o estudo da resposta do transdutor em termos de ganho , dos ecos provenientes de vários furos de fundo chato usinados numa peça de aço a diversas profundidades, resultando assim as curvas mostradas no diagrama para cada furo. A título de exemplo de aplicação e uso do diagrama podemos observar que o comprimento do campo próximo do transdutor B 2 S é aproximadamente 50 mm pois a partir da profundidade de 50 mm no diagrama o comportamento das curvas tem a forma linear. Outra característica que podemos observar no diagrama é que só é possível a detecção de um refletor com 1 mm de diâmetro equivalente até 600 mm de profundidade para este transdutor. Uma aplicação interessante do diagrama AVG é a determinação da atenuação sônica do material. ENSAIO POR ULTRA-SOM Ricardo Andreucci Ed.Jun./06 29 e) A partir deste ponto, na mesma perpendicular, reduzir 14 dB, e seguir paralelamente ao eixo da profundidade (eixo x) até cruzar com a perpendicular referente à profundidade da descontinuidade ( 200 mm); aflinch 4 Bo 12 16 2 324 8 12 16 243240 so 120 160 e:0OdB/m B2S-N,-O 1 Serie D 19-78 20 30 V (dB) “o 50 o 70 8 T 80 atmm) 1 2 db do 60 80100 200 300 400 600 800 im 2m 3m ám f) A partir do ponto de cruzamento, fazer a leitura da curva do refletor que estiver mais próxima, que no caso será 8 mm. Este deve ser considerado o tamanho do refletor equivalente encontrado. ENSAIO POR ULTRA-SOM Ricardo Andreucci Ed.Jun./06 30 écnicas de Inspeção A inspeção de materiais por ultra-som pode ser efetuada através de dois métodos ou técnicas como segue. Técnica de Impulso-Eco ou Pulso-Eco É a técnica onde somente um transdutor é responsável por emitir e receber as ondas ultra-sônicas que se propagam no material. Portanto, o transdutor é acoplado em somente um lado do material, podendo ser verificada a profundidade da descontinuidade , suas dimensões, e localização na peça. v ó Técnica Impulso-Eco Inspeção de barras pela técnica pulso-eco por contato direto, usando transdutor normal de 12 mm de diâmetro. ENSAIO POR ULTRA-SOM Ricardo Andreucci Ed.Jun./06 31 Técnica de Transparência É uma técnica onde é utilizado dois transdutores separados, um transmitindo e outro recebendo as ondas ultra-sônicas. Neste caso é necessário acoplar os transdutores nos dois lados da peça , de forma que estes estejam perfeitamente alinhados. Este tipo de inspeção, não se pode determinar a posição da descontinuidade, sua extensão, ou localização na peça, é somente um ensaio do tipo passa-não passa. Emissor Receptor Técnica de Transparência A técnica de transparência pode ser aplicada para chapas, juntas soldadas, barras eo intuito destes ensaios é estabelecer um critério comparativo de avaliação do sinal recebido ou seja da altura do eco na tela. A altura do sinal recebido na técnica de transparência varia em função da quantidade e tamanho das descontinuidades presentes no percurso das vibrações ultra-sônicas . Sendo assim o inspetor não sabe analisar as características das indicações porém compara a queda do eco com uma peça sem descontinuidades podendo assim estabelecer critérios de aceitação do material fabricado. Este método pode ser aplicado a chapas fabricadas em usinas, barras forjadas ou fundidas, e em alguns casos em soldas. ENSAIO POR ULTRA-SOM Ricardo Andreucci Ed.Jun./06 34 O instrumento deve ser ajustado para a faixa de espessura a ser medida usando o blocos padrão graduado e calibrado conforme sugerido na figura da página a seguir, construído com material de mesma velocidade e atenuação sônica do material a ser medido. A calibração do instrumento para uso, deve ser feita usando no mínimo duas espessuras no bloco, conforme a faixa de espessura a ser medida. O instrumento deve ser ajustado para indicar a espessura correta das duas graduações selecionadas. Os ajustes devem ser feitos de acordo com as instruções do fabricante. Se ambos os valores indicados estiverem corretos, o instrumento estará apto para uso. Se o instrumento estiver corretamente calibrado a leitura de duas diferentes espessuras não devem variar mais que 0,2 mm. Se não for possível atingir um ou ambos os valores, verificar se o instrumento / transdutor está sendo aplicado na faixa especificada pelo fabricante, assim como se o ajuste da velocidade de propagação sônica no instrumento está corretamente calibrada ou ajustada. A norma ASTM E-797 padroniza os métodos de medição de espessuras. Para maior exatidão das medidas, recomenda-se correções devido à temperatura da peça dos valores lidos no aparelho medidor de espessura. Os aparelhos medidores modernos de espessura digitais, são dotados de circuitos de memória que podem armazenar centenas de dados referente a espessuras medidas e após , conectando na impressora , pode-se obter um relatório completo das medidas efetuadas e as condições usadas. ENSAIO POR ULTRA-SOM Ricardo Andreucci Ed.Jun./06 35 Blocos de Calibração Sugeridos para Medidores de Espessuras 10,0 80 60 40 20 30,0 250 200 150 10,0 5,0 25 25 «> | ses |+| «| | |<s|j<es|<s| <> 20 20 20 20 20 20 20 20 20 20 20 Bloco A Bloco B Tolerâncias: Dimensões : + 0,5 mm Espessuras: + 0,02 mm Acabamento superficial: faces Ra = 0,8 um max. Faixa de aplicação dos blocos de calibração A e B Espessuras Selecionadas do Faixa de Espessura Aplicável ou Bloco A (mm) a ser medida (mm) 20e 4,0 1,80 até 4,20] 40e 60 3,80 até 6,20 60e 80 5,80 até 8,20 8,0e 10,0 7,80 até 10,20 Espessuras Selecionadas do Bloco B (mm) Faixa de Espessura Aplicável ou a ser medida (mm) 5,0e 10,0 4,8 atéi0,2 10,0 e 15,0 9,8 até15,2 15,0 e 20,0 14,8 até 20,2) 20,0 e 25,0 19,8 até 25,2 25,0 e 30,0) 24,8 até 30,2 ENSAIO POR ULTRA-SOM Ricardo Andreucci Ed.Jun./06 36 Geração e recepção do pulso no aparelho de ultra-som Na figura o aparelho de ultra-som produz um pulso (1) através do cristal. Este se propaga pela peça, e neste instante os circuitos do aparelho iniciam a contagem do tempo. 1 - pulso ultra-sônico indo em sentido da descontinuidade O aparelho de ultrasom produz um a descontinuidade pulso por meio do cristal. Tempo (intoriace ) Este se propaga pela peça. Cristal ] P — inicia-se a contagem do tempo de percurso. Ss distância (S ) Ao incidir numa interface , ou seja na descontinuidade na distância "S", ocorre a reflexão da onda (2) que é detectada pelo cristal, originando um sinal elétrico que é interpretado e amplificado pelo aparelho e representado pelo eco de reflexão (3) na tela do aparelho de ultra-som. A posição do eco na tela é proporcional ao tempo medido de retorno do sinal como também ao caminho percorrido pelo som (S) até a descontinuidade na peça. 3-- eco de reflexão registrado na tela Ao incidir numa Interface , ou na marca equivalente à distância S seja na descontinuidade que está na distância *S” , ocorre a reflexão da onda , detectada pelo 2- reflexão da onda no cristal. cegpd do ora =P origina um sinal elétrico que é interpretado, descontinuidade amplificado, representado pelo (interface ) eco de reflexão na tela do T ] empo aparelho de ultra-som. ENSAIO POR ULTRA-SOM Ricardo Andreucci Ed.Jun./06 39 Da mesma forma, sinais captados no cristal são mostrados na tela do tubo de raios catódicos em forma de pulsos luminosos denominados “ecos”, que podem ser regulados tanto na amplitude, como posição na tela graduada e se constituem no registro das descontinuidades encontradas no interior do material Aparelho de ultra-som digital marca Krautkramer , mod. USN-52. Em geral, os fabricantes oferecem vários modelos de aparelhos com maiores ou menores recursos técnicos, que possibilitam sua utilização nas mais variadas aplicações industriais, entretanto, alguns controles e funções básicas devem ser conhecidas para ser possível sua utilização, que veremos a seguir. Quer seja analógico ou digital, todos os aparelhos apresentam os controles básicos mínimos que permitem utilizar o aparelho para qualquer aplicação prática, como seguem: e Escolha da função: Todo aparelho possui entradas de conectores dos tipos BNC (aparelhos de procedência norte-americana) ou Lemo (aparelhos de procedência alemã), para permitir de transdutores monocristal de duplo-cristal. * Potência de emissão: Está diretamente relacionado com a amplitude de oscilação do cristal ou tamanho do sinal transmitido. Em geral os aparelhos apresentam níveis de potência através de uma chave seletora em número de 2 até 5 posições. ENSAIO POR ULTRA-SOM Ricardo Andreucci Ed.Jun./06 40 controle da escala controle da velocidade controle de ganho [Usa = A controle supressor de ruídos monitor liga-desl ajuste da energia seragem e método foco entradas do cabo coaxial Aparelho Analógico Básico de ultra-som, marca Krautkramer mod. USM-2 (Um dos aparelhos mais antigos , mas de maior sucesso) Formato grande de leitura Ajuste do Ganho . na tela A-Scan Seleciona a variação fina do ganho Indicador da bateria Grupo de 4 funções para acess Eco com alto contraste Led para indicação de alame Seleciona o step do ganho Referencia do eco da tela Linha de base de medição Congela a tela Amplificador da porta (gate) Grupo de função ativa para Linha de operação do ato aumentar a tela A--Scan instrumento (status) Possibilidade de documentação variada Linha do menu e grupo de funções Trava para prevenir ajustes acidentais LigaDesliga Seleciona o menu grupo de funções Conectores dos transdutores Altera entre o grupo de funções principais e asinferiores Seleciona a medição da leitura das indicações da tela A-Scan Aparelho Digital marca Krautkramer Mod. USN-50/52 ENSAIO POR ULTRA-SOM Ricardo Andreucci Ed.Jun./06 41 * Ganho: Está relacionado com a amplitude do sinal na tela ou amplificação do sinal recebido pelo cristal. Os aparelhos apresentam um ajuste fino e grosseiro, calibrado em “dB”, num mesmo controle ou separados. Nos aparelhos digitais, pode-se ajustar o controle fino em avanços de até 0,5 dB, impossíveis nos aparelhos analógicos. * Escala: As graduações na tela do aparelho podem ser modificadas conforme a necessidade, para tanto a chave vem calibrada em faixas fixas (ex: 10, 50, 250 ou 1000mm). Para os aparelhos digitais, a escala é automática, isto é uma vez, calibrada uma escala qualquer, as outras mantém a proporcionalidade. * Velocidade de propagação: A velocidade de propagação ao ser alterada no aparelho nota-se claramente que o eco de reflexão produzido por uma interface, muda de posição na tela do osciloscópio, permanecendo o eco original em sua posição inicial. O aparelho de ultra-som é basicamente ajustado para medir o tempo de percurso do som na peça ensaiada através da relação: S=vxt onde o espaço percorrido (S) é proporcional do tempo (t) e a velocidade de propagação (n), no material, ajusta-se a leitura para unidade de medida (cm, m, etc.). Nos aparelhos, dependendo do modelo e fabricante, poderá existir um controle da velocidade ou simplesmente um controle que trabalha junto com o da escala do aparelho. No primeiro caso, existe uma graduação de velocidade (m/s) em relação aos diferentes materiais de ensaio ultra-sônico. Nos aparelhos digitais o ajuste de velocidade é separado e deve ser ajustado corretamente para uma perfeita calibração da escala. Cuidados Referentes à Calibração: No capítulo a seguir será discutido em detalhes, o significado e importância da calibração do aparelho de ultra-som. No entanto, o operador deverá proceder uma recalibração dos instrumentos e acessórios sempre que: e Houver trocas de transdutores no decorrer de inspeção * O aparelho for desligado * Transcorrer 90 minutos com o aparelho ligado e Houver troca de operadores ENSAIO POR ULTRA-SOM Ricardo Andreucci Ed.Jun./06 44 Exemplo de Verificação do controle de Ganho do Aparelho de Ultra-Som Obtenha um eco na tela do aparelho acoplando o transdutor em qualquer peça ou bloco de calibração. Ajuste o controle de ganho para obter o eco a 80% da altura da tela, conforme mostra os exemplos das figuras abaixo. m Ajustado em 20 dB. Eco na tela em 80% da altura Mantenha o transdutor fixo sem variações, e em seguida reduza o controle de ganho em 6 dB, como mostra as figuras dos exemplos abaixo Reduzido para 14 dB (-6dB). Eco na tela reduzido para 40% da altura. Você poderá avaliar o resultado deste teste, verificando se o eco reduziu para 40% + 2 % da altura da tela, ou seja pela metade dos 80% inicialmente ajustado. Caso isto não tenha ocorrido, o aparelho não está com o controle de ganho devidamente calibrado. ENSAIO POR ULTRA-SOM Ricardo Andreucci Ed.Jun./06 45 Cuidados no Uso de Transdutores Angulares: Como vimos, as sapatas de acrílico dos transdutores angulares são fabricados para proporcionar ângulos de transmissão bem definidos. Entretanto o uso contínuo, e o consequente desgaste das sapatas, poderão alterar a performance do transdutor. Tal problema poderá ser agravado quando a pressão do dedo do operador sobre o transdutor incidir nas bordas dos mesmos, fazendo com que o desgaste ocorra de modo irregular, alterando significativamente o ângulo nominal. Cuidados no Manuseio dos Controles do Aparelho: Os potenciômetros dos controles do aparelho analógico, de um modo geral, são dotados de um sistema de trava que tem a finalidade de não variar a calibração do aparelho durante seu uso. Portanto, quando se quer modificar a calibração do aparelho deve-se destravar o potenciômetro, pois caso contrario o mesmo será danificado. O mesmo não acontece nos aparelhos modernos digitais , em que os controles e ajustes são por teclas. Cuidados com as Baterias: Em geral os aparelhos são dotados de baterias recarregáveis, que necessitam carga após o uso. Como regra prática, o tempo de carga deverá ser o dobro do período de trabalho do aparelho. Calibração e Blocos Padrão: O termo calibração deve ser analisado no seu sentido mais amplo entendendo o leitor como sendo o perfeito ajuste de todos os controles do aparelho de ultra-som, para uma inspeção específica segundo um procedimento escrito e aprovado pelo cliente / fabricante. Os ajustes do ganho, energia, supressor de ruídos, normalmente são efetuados baseado em procedimentos específicos, entretanto a calibração da escala pode ser feita, previamente independente de outros fatores. Calibrar a escala, significa mediante a utilização de blocos especiais denominados Blocos Padrões, onde todas as dimensões e formas são conhecidas e calibradas, permitindo ajustar os controles de velocidade e zeragem, concomitantemente até que os ecos de reflexão permaneçam em posições definidas na tela do aparelho, correspondentes ao caminho do som no bloco padrão. Tais blocos são construídos segundo normas EN-12223 e EN-27963, de materiais que permitem o exame ultra-sônico em aço carbono não ligado ou de baixa liga, com velocidade sônica de 5920 + 30 m/s para ondas longitudinais e 3255 +15 m/s para ondas transversais. ENSAIO POR ULTRA-SOM Ricardo Andreucci Ed.Jun./06 46 O leitor deve ficar atento pois os blocos aqui mencionados não devem ser confundidos com os antigos blocos V1 da norma extinta DIN 54109. A norma AWS “American Welding Society, D1.1 requer um bloco de calibração construído conforme os requisitos do IIW -Internationl Institute of Welding , Tipo 1, que se assemelha ao antigo bloco V1. 300 mm = Ar Te 100 mm Bloco de Calibração K1 - Norma EN-12223 a 5 1.5 HOLE e E Bloco de Calibração conforme IIW -Internationl Institute of Welding Tipo 1 (à esquerda) e Tipo 2 (à direita) Os blocos de calibração devem ser apropriadamente calibrados quanto às suas dimensões , furos, entalhes e quanto à velocidade sônica do material que constituí o bloco. ENSAIO POR ULTRA-SOM Ricardo Andreucci Ed.Jun./06 49 Posicionando o transdutor angular em "L" sobre o bloco K2 , como mostrado na figura anterior, deverão ser obtidos na tela do aparelho de ultra-som ecos múltiplos de reflexão dos raios de 50 mm e 25 mm, ajustados nas distâncias de 50 mm, 125 mm e 200 mm, com auxílio do controle de velocidades. Formas de Apresentação das Indicações na Tela dos Aparelhos A tela do aparelho de ultra-som pode apresentar de três formas básicas a secção da peça inspecionada, que são: > A-scan > B-scan > C-scan O aparelho de ultra-som deve incorporar circuitos eletrônicos especiais para cada forma de apresentação. Assim, o inspetor deve identificar no aparelho quais as formas de apresentação disponíveis para uso. e Forma de apresentação A-Scan Neste tipo de apresentação a tela do aparelho mostra a forma tradicional de visualização da tela ou seja na forma de ecos de reflexão. Registros da forma de ecos Varredura de topo Na representação A-Scan, os ecos na tela indicam a reflexão do som nas interfaces e Forma de apresentação B-Scan Neste tipo de apresentação, a tela do aparelho mostra a seção transversal da peça , e portanto a visualização da peça é feita em corte. Este tipo de apresentação não é convencional, e somente aparelhos dotados de funções especiais são capazes de mostrar esta forma de apresentação. ENSAIO POR ULTRA-SOM Ricardo Andreucci Ed.Jun./06 50 Varredura de topo . Registros de profundidade da chapa = B-Scan - E muito útil para análise de corrosão em peças e tubos e chapas pois o perfil da espessura é vista diretamente na tela. e Forma de apresentação C-Scan Este tipo de apresentação não é convencional, e somente aparelhos dotados de funções especiais são capazes de mostrar esta forma de apresentação. Varredura de Topo Registros de Topo da chapa C-Scan - neste tipo de apresentação a tela do aparelho mostra a peça no sentido "planta" ou seja a vista de cima da peça. ENSAIO POR ULTRA-SOM Ricardo Andreucci Ed.Jun./06 51 (Pp) rocedimentos Específicos de Inspeção Procedimento para Inspeção de Soldas: A inspeção de soldas por ultra-som ,consiste em um método que se reveste de grande importância na inspeção industrial de materiais sendo uma ferramenta indispensável para o controle da qualidade do produto final acabado |, principalmente em juntas soldadas em que a radiografia industrial não consegue boa sensibilidade de imagem , como por exemplo juntas de conexões , ou mesmo juntas de topo com grandes espessuras. Os procedimentos para inspeção de soldas descritos pelas Normas ou Códigos de fabricação, tais como ASME Sec. V Art.4 ou EN-1714, variam em função dos ajustes de sensibilidade do ensaio , dimensionamento das indicações , critérios de aceitação das descontinuidades encontradas , e outras particularidades técnicas. Portanto , descrevemos a seguir a técnica básica para inspeção de soldas por ultra-som , entretanto o inspetor deve consultar o procedimento aprovado de sua empresa para o ensaio específico, ou ainda na falta deste , elabora-lo segundo a norma aplicável ao produto a ser ensaiado. Preparação das Superfícies de Varredura: A inspeção da solda se processará através da superfície do metal base adjacente à solda , numa área que se estenderá paralelamente ao cordão de solda , que denominamos área ou superfície de varredura . O resultado do ensaio por ultra-som é dependente da preparação das superfícies, assim devemos remover carepas, tintas, óxidos, pó, graxa e tudo que possa mascarar, ou impedir a penetração do feixe sônico na peça a ensaiar. Limitação de temperatura da peça deve ser levado em conta e está associado ao modelo e tipo do transdutor , pois altas temperaturas ( acima de 60 “C ) podem danificar os transdutores. (a N A Técnica geral para inspeção de soldas de topo , por ultra-som ENSAIO POR ULTRA-SOM Ricardo Andreucci Ed.Jun./06 54 A partir deste procedimento deve ser registrado o ganho do aparelho, que deverá ser mantido até o final da inspeção , porem verificado periodicamente ou quando houver troca de operadores. Caso haja uma diferença de acabamento superficial acentuada entre o bloco e a peça a ser inspecionada, um procedimento de transferência de ganho do bloco para a peça deverá ser aplicado, para restabelecer o nível de sensibilidade original, conforme segue: Determinação do Fator de Correção da Transferência a) Posicionar dois transdutores iguais sobre o bloco de calibração com percurso sônico como mostrado na figura, usando a técnica de transparência. b) Ajustar o controle de ganho para que a amplitude do eco com os transdutores na pos. a e b esteja em 80% da altura da tela. c) Sem alterar o ganho marcar na tela os picos dos ecos das posições ac e a-d. d) Unir os pontos para se obter uma curva de referência. R e) Posicionar os transdutores no componente a ser ensaiado, metal base, obrigatoriamente sobre superfícies paralelas, para se obter o eco a-c sem alterar o ganho conforme ítem b. f) Ajustar, se necessário, a altura do eco obtido no componente a ser ensaiado até a curva descrita no ítem f 9) Esta diferença ( X dB) deverá ser anotada e usada como correção de transferência (CT). ENSAIO POR ULTRA-SOM Ricardo Andreucci Ed.Jun./06 55 ef Correção da Transferência (CT) Realização da Inspeção Para garantir a passagem do feixe sônico para a peça é necessário usar um líquido acoplante que se adapte à situação. Em geral, óleo, água, ou soluções de metil-celulose, podem ser utilizadas para esta finalidade. E recomendado efetuar algumas medidas no mesmo local, pois variações de acabamento superficial, pressão do transdutor sobre a superfície e outros, podem variar os resultados. O transdutor deve ser deslizado sobre a superfície de varredura com o feixe ultra- sônico voltado perpendicularmente à solda , de modo que as ondas atravessem totalmente o volume da solda . Caso houver alguma descontinuidade no volume de solda, haverá reflexão nesta interface, retornando ao transdutor parte da energia ultra-sônica , e consequentemente a indicação na tela do aparelho em forma de eco ou pulso. Através da análise da posição do eco na tela do aparelho, o inspetor poderá localizar a descontinuidade no volume de solda, assim como avaliar sua dimensão e comparar com os critérios de aceitação aplicáveis. 20, Área de varredura Face A HS] á Face B La 20 Delimitação da Área de Varredura para juntas soldadas de Topo ENSAIO POR ULTRA-SOM Ricardo Andreucci Ed.Jun./06 56 A superfície de varredura — 1A ou 1B deve ser inspecionada com trans- mn dutor angular, antes da soldagem do anel de refôrço, a superfície 2A deve ser inspecionada com transdutor duplo cris- tal e transdutor angular, a superfície 1C e 2B deve ser inspecionada com transdutor angular se houver área de varredura suficiente. Áreas de Varredura recomendadas para Inspeção de soldas de conexões em vasos de pressão por ultra-som Visualização da Área de Interesse na Tela do Aparelho Uma das dificuldades do inspetor de ultra-som que se inicia na técnica de ensaio de soldas, é justamente saber onde ele deve monitorar a tela para que nenhuma indicação passe desapercebida. Assim descrevemos abaixo uma técnica que mostra de forma fácil qual a área da tela do aparelho que deve ser observada durante a inspeção da solda. Vamos observar a figura abaixo que mostra o posicionamento do transdutor angular de 60 graus sobre uma chapa com 20 mm de espessura, com o feixe direcionado para o canto inferior da borda da chapa, resultando num eco com caminho de som de 40 mm. Da mesma forma, se posicionarmos o transdutor com o feixe direcionado para a borda superior da chapa, teremos um eco a 80 mm, correspondente ao caminho do som em "V" na chapa. Escala = 100) 0, 1 2 3 4 5 S = 20/cos60 = 40 mm Reflexões nas bordas da chapa ENSAIO POR ULTRA-SOM Ricardo Andreucci Ed.Jun./06 59 Por essa razão é que a inspeção deve ser realizada de forma ágil, segura e veloz para garantir um bom desempenho das juntas. A seguir mostramos os aspectos das soldas ponto e o correspondente ecograma esperado. Solda Boa e Sequência curta de ecos devido à atenuação sonica * Nenhum eco intermediário Solda estreita * Sequência longa de ecos, devido à redução da atenuação sonica Área de solda pequena * Sequência de ecos intermediários devido à bordas não soldadas ENSAIO POR ULTRA-SOM Ricardo Andreucci Ed.Jun./06 Stick E | | mma [mm * Sequência longa de ecos devido a pouca solda * Ecos intermediários Ausência de Solda E Ii mm o kama e Segúência longa de ecos devido somente à chapa superior Queima dos Materiais e Segiúência curta de ecos devido a forte atenuação do som na região da solda 60 ENSAIO POR ULTRA-SOM Ricardo Andreucci Ed.Jun./06 61 masa Equipamento portatil para inspeção de soldas a ponto por ultra-som Procedimento para Inspeção de Fundidos A inspeção por ultra-som de peças fabricadas em aço ou ferro fundido, sempre foi um desafio para a indústria de base, em razão das muitas estruturas que podem apresentar em tais materiais, das espessuras envolvidas, do acabamento superficial das peças, das formas geométricas e outras. Como regra geral, sabemos que as estruturas fundidas não permitem que se use altas frequências ultra-sônicas (igual ou acima de 4 MHz), e portanto baixas frequências em torno de 0,5 a 2 MHz são mais adequadas. Ci Inspeção de uma peça fundida contendo um defeito interno. Note o eco característico na tela do aparelho na figura à direita. ENSAIO POR ULTRA-SOM Ricardo Andreucci Ed.Jun./06 64 [G Jia para Exercícios Práticos Este guia prático poderá ser usado para auto treinamento ou como conteúdo de aula prática. MÓDULO DE EXERCÍCIO PRÁTICO 1 | VERIFICAÇÃO DO PONTO DE SAÍDA DO FEIXE SÔNICO Dados do Transdutor Angular Verificado: Marca:.......ceeeteeeerteeeererererereraeremacenereeaasa Modelo:.. Frequência:... Ângulo Nom......... MÓDULO DE EXERCÍCIO PRÁTICO 2 | VERIFICAÇÃO DO ÂNGULO DE SAÍDA DO FEIXE SÔNICO Dados do Transdutor Angular Verificado: Marca:.......ceeeteeeerteeeererererereraeremacenereeaasa Modelo:.. Frequência:... ÂNGULO MEDIDO: Aprov. [] Reprov. [] Ângulo Nom:. ENSAIO POR ULTRA-SOM Ricardo Andreucci Ed.Jun./06 65 MÓDULO DE EXERCÍCIO PRÁTICO 3 CALIBRAÇÃO DA ESCALA DA TELA DO APARELHO Objetivo: Estabelecer escalas de medição na tela do aparelho, usando os blocos de calibração K1 e KZ Com auxílio do Bloco de Calibração K1 (EN12223) ou K2 (EN27963), estabeleça as escalas na tela do aparelho de ultra-som, conforme solicitado. Selecione um transdutor normal ou duplo cristal e calibre as escalas de 50, e 250 mm, marcando nas telas abaixo os ecos correspondentes às leituras efetuadas: Escala de 50 mm 0 1 2 3 4 5 0 2 4 6 8 10 Escala de 250 mm 0 1 2 3 4 5 ENSAIO POR ULTRA-SOM Ricardo Andreucci Ed.Jun./06 66 MÓDULO DE EXERCÍCIO PRÁTICO 4 CALIBRAÇÃO DA ESCALA DA TELA DO APARELHO Objetivo: Estabelecer escalas de medição na tela do aparelho, usando os blocos de calibração K1 e KZ Com auxílio do Bloco de Calibração K1 (EN12223) ou K2 (EN27963), estabeleça as escalas na tela do aparelho de ultra-som, conforme solicitado. Selecione um transdutor angular e calibre as escalas de 100 e 200 mm, marcando nas telas abaixo os ecos correspondentes às leituras efetuadas: Escala de 100 mm 0 1 2 3 4 5 Escala de 200 mm 0 1 2 3 4 5 ENSAIO POR ULTRA-SOM Ricardo Andreucci Ed.Jun./06 59 6. O tipo de onda longitudinal é gerado por transdutores: a) angulares b) normais. c) bi-focais d) de banda larga 7. Qual dos transdutores abaixo possuirá maior divergência: a) de diâmetro 24 mm b) de diâmetro 12 mm c) de diâmetro 5 mm d) de frequência 1 MHz 8. O cristal responsável pela geração e recepção das ondas ultra-sônicas ,possui a propriedade: a) magnética magnetoestricção piezoeletricidade. supercondutora b c d Qual dos materiais abaixo possui maior impedância acústica (Z =p xV): a) aço inoxidável b) alumínio c) água d) acrílico 10. A velocidade das ondas acústicas longitudinais no aço é aproximadamente: a) o dobro das transversais b) 5900 m/s c) 1500 m/s d) as alternativas (a) e (b) são corretas -Quando posicionamos o transdutor ultra-sonico sobre o bloco K2 , com o feixe sônico voltado para o raio de 25 mm, devemos obter na tela do aparelho de ultra-som, ecos múltiplos correspondentes aos percursos sônicos de: a) 25, 100, 175 mm b) 50,125,200 mm c)25, 125, 200 mm d) 25,50, 75 mm 12.0 fenômeno da perda de energia na propagação ondulatória , pelos efeitos de espalhamento, vibração das partículas que formam o meio de propagação , é denominado: ENSAIO POR ULTRA-SOM Ricardo Andreucci Ed.Jun./06 70 atenuação sônica perda por transferência interferência ondulatória divergência a b) c d 13.Na inspeção ultra-sônica , a superfície limite , entre o metal base e uma descontinuidade, forma: a) uma interface b) um eco espúrio c) um eco de reflexão d) as alternativas (a) e (c) são possíveis 14.Na inspeção de fundidos por ultra-som , é recomendado o uso de transdutores: a) com maior diâmetro possível b) com maior frequência possível c) com menor diâmetro d) com menor frequência 15.0 transdutor ultra-sônico que possui dois cristais , um que emite as ondas ultra- sônicas e outro que as recebe , denomina-se comumente: a) normal b) transversal c) emissor-receptor d) duplo-cristal. 16.Um eco com amplitude de 100% da tela do aparelho de ultra-som , reduz para 20% de altura. A variação do ganho do aparelho em "dB"será de: a) 6 b) 12 c) -14 d) -20 17.Geralmente um transdutor com baixa frequência , em torno de 0,5 MHz, é utilizado em: a) inspeção de chapas laminadas b) inspeção de fundidos c) inspeção de soldas em aço inoxidável d) inspeção de tubos , por imersão ENSAIO POR ULTRA-SOM Ricardo Andreucci Ed.Jun./06 71 18.A impedância acústica é uma característica de um meio de propagação das vibrações,e pode ser avaliada através da fórmula: a) densidade x velocidade de propagação b) velocidade de propagação x coeficiente de elasticidade c) densidade x coeficiente de atenuação do meio d) velocidade de propagação / densidade 19.Teóricamente ,do ponto de vista das propriedades acústicas, qual dos acoplantes abaixo seria melhor e mais prático, para inspeção de aços laminados: a) óleo diesel b) glicerina c) metil celulose d) água 20.Uma característica da propagação da vibração acústica , nos meios líquidos é que: a) somente se propagam as ondas longitudinais. b) podem se propagar quaisquer tipo de vibrações mecânicas c) a velocidade de propagação das vibrações são muitas vezes maiores que nos materiais metálicos d) as vibrações mecânicas são fortemente atenuadas 21.0 comprimento de onda de uma vibração mecânica ,pode ser calculado: a) pelo produto da frequência e a velocidade de propagação b) pela razão entre a frequência e a velocidade de propagação c) pela razão entre a velocidade de propagação e a frequência d) pelo produto da densidade e a velocidade de propagação 22.0 uso de jateamento ou esmerilhamento para a operação de preparação das superfícies ,para ensaio ultra-sônico : a) não é recomendável b) pode ser aplicado,dependendo do acabamento superficial do material. c) pode ser aplicado desde que seja feita uma pré -usinagem d) não é recomendável apenas quando for utilizado transdutores com alta frequência 23.Se medirmos a intensidade sonora ao longo do eixo central do transdutor ultra- sônico , verificamos que a mesma diminui conforme nos afastamos do cristal. Isto se deve a: a) atenuação sônica b) anisotropia do material c) interferência ondulatória d) divergência do feixe sônico 24.Dos cristais abaixo que podem ser utilizados como cristais ultra-sônicos: ENSAIO POR ULTRA-SOM Ricardo Andreucci Ed.Jun./06 74 Figura 1 A B Õ =oº E 35.0bserve a fig.1 , ao acoplarmos o transdutor na posição "A", obteremos na tela do aparelho de ultra-som : a) ecos múltiplos referente a 200 mm b) um eco de reflexão correspondente a 100 mm , se a escala estiver ajustada para 100 mm c) dois ecos de reflexão , na posição 100 e 200 mm,se a escala estiver ajustada para 200 mm d) as alternativas (b) e (c) estão corretas 36.0bserve a fig.1 , ao posicionar em "B" o transdutor , a intenção do inspetor será provavelmente: a) calibrar a escala do aparelho para 50 mm b) calibrar a escala do aparelho para 25 mm c) verificar o ângulo de saída do feixe sônico do transdutor d) nenhuma das alternativas 37.Ao posicionarmos o trans dutor em "C" na fig.1 , será observado um eco de reflexão, proveniente do furo de: a) diâmetro 2,0 mm b) diâmetro 1 mm c) diâmetro 3 mm d) diâmetro 3,0 mm 38.A espessura do bloco K1 mostrado na fig.1 é de: a) 50 mm b)25 mm c ENSAIO POR ULTRA-SOM Ricardo Andreucci Ed.Jun./06 75 39.Observando a fig.1, em qual posição devemos acoplar o transdutor para verificar o ponto de saída do feixe sônico do transdutor ? a)A bB c)C d) numa outra diferente das apresentadas na figura. 40.A diferença entre ondas de compressão e ondas de cisalhamento é : a) tamanho do comprimento de onda b) direção de vibração das partículas c) amplitude d) frequência 4 -A habilidade dos transdutores em detectar ecos provenientes de pequenas descontinuidades é uma definição para: a) resolução b) sensibilidade c) definição d) ganho 42.0 comprimento do campo próximo de um transdutor normal pode ser calculado através da fórmula: a) Diâmetro / 4 x frequência b) Velocidade / 2 x Comprimento de onda c) Diâmetro / 4 x Comprimento de onda d) nenhuma das alternativas 43.0 critério de aceitação do ensaio por ultra-som de uma peça, deve estar: a) baseado no furo padrão de referência ,em que o aparelho foi calibrado b) baseado no bom senso do inspetor ,ao analisar as indicações produzidas na tela do aparelho c) baseado no procedimento de ensaio ,norma ou projeto de construção da peça ensaiada d) as alternativas (b) e (c) são corretas 44.A inspeção por ultrasom de soldas em materiais inoxidáveis austeníticos............. a) deve ser evitada ,pois a grande atenuação sônica neste material é fator de não confiabilidade b) pode ser feita da mesma forma que em aços carbono c) pode ser feita da mesma forma que aços carbono , porém acrescentando um ganho de 6 dB como fator de segurança d) deve ser evitada,pois a impedância acústica neste material é muito alta,dificultando o ensaio ENSAIO POR ULTRA-SOM Ricardo Andreucci Ed.Jun./06 76 45.Na representação B-scan no ensaio por ultra-som, a imagem na tela do aparelho: a) representará a peça no sistema de dois eixos (x,y) no plano, mostrando a posição das indicações no sistema cartesiano. b) representará os ecos provenientes das interfaces c) representará o volume da secção da peça d) nenhuma das alternativas 46.0 método de inspeção por ultra-som por transparência tem sua aplicação típica,quando: a) se pretende avaliar a profundidade das descontinuidades detectadas b) se pretende avaliar o tamanho das descontinuidades encontradas c) se pretende avaliar a natureza das descontinuidades encontradas d) se pretende apenas aplicar uma inspeção do tipo passa / não passa 47.Qual é o valor em graus da divergência do feixe sônico de um transdutor com diâmetro de 12 mm e 2,0 MHz de frequência , v = 6000 m/s ? (sen 6 = 1,08 x ND) a) 2,5 graus b) 40,5 graus c) 16 graus d) 37,5 graus 48.0 comprimento do campo próximo de um transdutor com 10 mm de diâmetro, com 4 MHz de frequência acoplado no aço é aproximadamente: a) 0,08cm b) 6,25cm c) 55,8cm d) 16mm 49. A dificuldade na obtenção e interpretação de registros no ensaio ultra-sônico , representa uma a) desvantagem na aplicação deste método b) inverdade , que não se aplica ao ensaio ultra-sônico c) característica somente aplicável em obras de campo d) nenhuma das alternativas anteriores 50. Qual dos materiais abaixo possui maior velocidade de propagação do som: a) aço b) água c) alumínio d) chumbo ENSAIO POR ULTRA-SOM Ricardo Andreucci Ed.Jun./06 79 ) 1MHz ) 2 MHz ) 4MHz ) 5 MHz 64.A frequência de uma vibração mecânica depende: a) do material ) da temperatura c) do modo de vibração d) da fonte emissora da vibração mecânica 65.A presença de uma descontinuidade no material não produzirá nenhuma indicação na tela do aparelho quando usado: a) transdutor normal pela técnica pulso-eco b) transdutor angular pela técnica pulso -eco c) ondas superficiais d) método de ensaio por transparência 66.0 fenômeno da perda gradual da energia sônica que ocorre quando um feixe de ultra-som se propaga num material , é devido: a) à reflexão b) a refração c) ao líquido acoplante d) a atenuação 67.Um bloco metálico com dimensões conhecidas e calibradas contendo furos ou entalhes que deve ser usado para ajustes do aparelho de ultra-som antes do início do ensaio , é denominado: a) bloco de calibração b) bloco de ajuste c) bloco comparador d) bloco dimensional para inspeção por ultra-som 68.Em geral o controle de ganho dos aparelhos de ultra-som é responsável pela amplificação do sinal ou eco na tela do aparelho , e é calibrado em: a) metros/segundos b) unidades de energia c) decibel d) Angstrons ENSAIO POR ULTRA-SOM Ricardo Andreucci Ed.Jun./06 80 69.0 processo de comparação de instrumento com um padrão é denominado: a) angulação b) padronização c) calibração d) correlação 70.A habilidade dos transdutores em detectar ecos provenientes de pequenas descontinuidades é uma característica para: a) resolução b) sensibilidade c) definição d) ganho 7 -Qual dos transdutores abaixo terá tamanho maior para o campo próximo, para um mesmo material ? a) 224mm b) 910mm c) 215mm d 45mm 72.No aço, a velocidade do som será maior em qual dos seguintes modos de vibração ? a) longitudinal b) transversal c) superficial d) a velocidade do som é idêntica em todos os modos, para um dado material 73.Porque a inspeção ultra-sônica de materiais fundidos são geralmente difíceis de serem executadas ? a) porque geralmente a estrutura do material fundido é grosseira causando atenuação do feixe sônico e ruídos espúrios na tela do aparelho. b) porque o inspetor deve utilizar sempre dois ou mais transdutores com frequências diferentes porque os defeitos são muito menores que a sensibilidade do ensaio porque geralmente requer blocos de calibração muito pesados c d 74.A falta de paralelismo entre a superfície de entrada do feixe sônico e a superfície de fundo: a) podem resultar numa tela do aparelho de ultrasom que não contém reflexões de fundo b) tornam difíceis em localizar descontinuidades paralelas à superfície de entrada c) usualmente indicam que porosidade podem existir no material d) reduzirá a sensibilidade do ensaio ENSAIO POR ULTRA-SOM Ricardo Andreucci Ed.Jun./06 81 75.Transdutores que contém dois cristais individuais são frequentemente referidos aos do tipo: a) transdutores duplo -cristal b) transdutores SE c) transdutores de duplos elementos d) as alternativas (a) e (b) são corretas 76.Um outro nome para zona de Fresnel é: a) zona de Fraunhofer b) campo próximo c) campo longínquo d) zona morta 77.A rugosidade superficial de uma peça a ser submetida ao ensaio por ultra-som, pode resultar em: a) uma perda da amplitude de ecos provenientes de descontinuidades b) uma perda da amplitude do eco de fundo c) desgaste prematuro dos transdutores d) todas as alternativas são verdadeiras 78.Um outro nome para as ondas de compressão é: a) ondas de Rayleigh b) ondas transversais c) ondas longitudinais d) ondas de Fresnel 79.Uma onda mecânica produzida por um transdutor ultra-sonico com freguência de 4 MHz, se propagando no aço (v=6000 m/s), terá um comprimento de onda de: a)2 mm b)1,5mm c) 4 mm d)3 mm 80.0 tipo de onda transversal é gerado por transdutores: a) angulares b) normais c) bi-focais d) de banda larga 81.Qual dos diâmetros de furos de fundo chato abaixo, representará uma reflexão com amplitude maior de eco na tela do aparelho de ultra-som ? ENSAIO POR ULTRA-SOM Ricardo Andreucci Ed.Jun./06 84 89.Num processo de medição de espessura, o operador encontrou o resultado mostrado no ecograma abaixo. Qual o resultado da medida encontrada, considerando que a calibração da escala está correta? Esc. 50 mm 0 2 4 5 5 10 Figura 4 a) 40mm b) 10mm c) 20mm d) 80 mm 90.0 inspetor de ultra-som no processo de medição da velocidade sônica de um material obteve os ecogramas abaixo. Qual a velocidade de propagação encontrada ? Escala= 500 mm HH | LILA l | 1234567891 0 01234 5678910 Bloco Vi, V = 5920 + 30 m/s peça , diâmetro real = 300 mm Responda a seguir: ENSAIO POR ULTRA-SOM Ricardo Andreucci Ed.Jun./06 85 A velocidade de propagação na peça será aproximadamente: a) 5.980 m/s b) 6.458 m/s c) 5.426 m/s d) nenhuma das alternativas 91.Se durante o ensaio por ultrasom num cilindro fundido, o eco de fundo desaparece, então: a) provavelmente o cabo coaxial deve ter defeito b) a peça pode apresentar defeito interno nesta seção c) a atenuação do material pode ser muito alta nesta região d) as alternativas (b) e (c) são possíveis 92.0 critério de aceitação do ensaio por ultra-som de uma peça , deve estar: a) baseado no furo padrão de referência ,em que o aparelho foi calibrado. b) baseado no bom senso do inspetor ,ao analisar as indicações produzidas na tela do aparelho. c) baseado no procedimento de ensaio ,norma ou projeto de construção da peça ensaiada. d) as alternativas (b) e (c) são corretas 93.Erros significantes na medição de espessura por ultra-som podem ocorrer se: a) a frequência de teste varia a uma taxa constante b) a velocidade de propagação se desvia de forma significativa do valor constante do material. c) água for usada como acoplante entre o transdutor e a peça d) nenhuma das anteriores 94.De acordo com ASME Sec. V Art. 4, o limite de registro ( furo de referência ) para calibração da sensibilidade do ensaio em soldas com espessura do material base de 45 mm, deve ser de diâmetro: a) 1,5 mm com transdutores angulares b) 4,0 mm c) 3,0 mm para transdutores angulares d) não há limite de registro neste caso 95.Para espessuras de material base de 38 mm , as soldas que compõe partes de um vaso de pressão projetado conforme ASME Sec. VIII Div. 2 ,devem ser inspecionadas com nível de referência ajustado para um refletor (furo) , de diâmetro: a) 1,5 mm b) 3/16" c) 3/32" d) 3,18 mm (1/8) ENSAIO POR ULTRA-SOM Ricardo Andreucci Ed.Jun./06 86 96.Uma junta soldada com espessura de 20 mm, inspecionada conforme ASME Sec. VIII Div. 1, foi observado uma descontinuidade isolada com um eco de amplitude de 50% do nível de referência. Neste caso: a) deverá ser rejeitada se o comprimento for acima de 6,7 mm e se tratar de inclusão de escória b) deverá ser rejeitada caso tratar-se de trinca c) deverá ser aprovada , caso tratar-se inclusão de escória d) todas as alternativas são verdadeiras. 97Uma descontinuidade do tipo duplalaminação, numa chapa com espessura de 40 mm, com extensão de 80 mm de comprimento, deve ser tratada conforme ASME Sec. V SA-435 como: a) uma descontinuidade permitida b) uma descontinuidade inaceitável c) uma descontinuidade que poderá ser rejeitada , dependendo da localização «com relação à espessura da chapa d) nenhuma das anteriores 98.0 ecograma abaixo representa uma indicação observada durante a inspeção de uma solda por ultra-som. A que profundidade em relação à superfície , se encontra a descontinuidade detectada na solda? 50 pd 0 80 200 Fig. 5 a) 15 mm b) 40 mm c) 30 mm d) o eco na tela é proveniente do reforço do lado oposto da solda ENSAIO POR ULTRA-SOM Ricardo Andreucci Ed.Jun./06 89 foras Consultadas 1. American Society of Mechanical Engineers - ASME Boiler and Pressure Vessel Code , Section V ; 2. Leite, Paulo G.P , “Curso de Ensaios Não Destrutivos”, Associação Brasileira de Metais-ABM , 8a. edição 1966 ; 3. American Society of Mechanical Engineers - ASME Boiler and Pressure Vessel Code , Section VIII Div.1; 4. Mac Master R ; "Non Destructive Testing Handbook, N.York , Ronald Press, 1959 Vol. 1 5. SENAI, "Soldagem", São Paulo , SP, 1997 6. Krautkramer, "Ultrasonic Testing of Materials", Alemanha, second edition ENSAIO POR ULTRA-SOM Ricardo Andreucci Ed.Jun./06 90 DIREITOS RESERVADOS PARA PUBLICAÇÃO E VENDAS COM AUTORIZAÇÃO DO AUTOR. E7.na ASsOCução nrusLORA DE ENSAIOS NÃO DESTRUTIVOS E MEREÇÃO ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE ENSAIOS NÃO DESTRUTIVOS Rua Guapiaçu 05, 04024-020 , São Paulo / SP Tel: 0XX11-5516-3199 , e-mail : abendeDabende.org.br website: www.abende.org.br