D11_T4_ultrassom

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Ultrassom 
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Ensaio por Ultrassom 
 
Sons extremamente graves ou agudos, podem passar desapercebidos 
pelo aparelho auditivo humano, não por deficiência do mesmo, mas por 
caracterizarem vibrações com frequências muito baixas, até 20Hz 
(infrassom) ou com frequências muito altas acima de 20 kHz (ultrassom), 
ambas inaudíveis. 
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 frequentes em nossa vida cotidiana, constituem os fundamentos 
do ensaio ultrassônico de materiais. 
Assim como uma onda sonora reflete ao incidir num anteparo qualquer, a 
vibração ou onda ultrassônica, 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. 
 
A figura 1 mostra o princípio básico da inspeção de materiais por 
ultrassom. 
 
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Figura 1: Princípio básico da inspeção por ultrassom. 
 
O ensaio por ultrassom 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, escórias em uniões soldadas e muitos outros. 
Portanto, o exame ultrassônico, assim como todo exame não destrutivo, 
visa diminuir o grau de incerteza na utilização de materiais ou peças de 
responsabilidade. 
Na inspeção de soldas por ultrassom, um feixe sônico (energia mecânica 
sob a forma de ondas com frequência acima de 20 KHz), cujas 
características devem ser compatíveis com a estrutura do material a ser 
ensaiado, ao ser introduzido num ângulo favorável em relação a uma 
 
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descontinuidade, encontra uma interface sendo refletido pela mesma, 
com consequente registro na tela do aparelho, como um pico (eco). Na 
figura 2 estão sendo mostrados exemplos do ensaio de ultrassom. 
Figura 2: inspeção por ultrassom em conexão soldada e em um 
virabrequim. 
 
Como já vimos, o teste ultrassônico de materiais é feito com o uso de 
ondas mecânicas ou acústicas colocadas no meio em inspeção, ao 
contrário da técnica radiográfica, que usa ondas eletromagnéticas. 
Qualquer onda mecânica é composta de oscilações de partículas discretas 
no meio em que se propaga. A passagem de energia acústica no meio faz 
com que as partículas que compõem o mesmo, executem o movimento de 
oscilação em torno da posição de equilíbrio, cuja amplitude do movimento 
será diminuída com o tempo em decorrência da perda de energia 
adquirida pela onda. 
 
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Se assumirmos que o meio em estudo é elástico, ou seja, que as 
partículas que o compõem, apesar de rigidamente ligadas, podem oscilar 
em qualquer direção, então podemos classificar as ondas acústicas 
conforme o seu movimento. 
No ensaio de materiais por ultrassom existem diversos tipos de ondas 
sônicas, que dependem do tipo de excitação e da forma do material, 
porém as mais importantes são as ondas longitudinais e transversais. 
 
Ondas longitudinais (Ondas de compressão): 
São ondas cujas partículas oscilam na direção de propagação da onda, 
podendo ser transmitidas a sólidos, líquidos e gases (figura 3). 
 
Figura 3: Ondas longitudinais. 
 
Pelo desenho nota-se que o primeiro plano de partículas vibra e transfere 
sua energia cinética para os próximos planos de partículas, e passam a 
oscilar. Desta maneira, todo o meio elástico vibra na mesma direção de 
 
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propagação da onda (longitudinal), e aparecerão “zonas de compressão” e 
“zonas diluídas”. As distâncias entre duas zonas de compressão 
determinam o comprimento de onda. 
 
Ondas Transversais (Ondas de Cisalhamento): 
Uma onda transversal, também chamada de onda de cisalhamento, é 
definida, quando as partículas do meio vibram na direção perpendicular a 
de propagação. Neste caso, observamos que os planos de partículas, 
mantem-se na mesma distância um do outro, movendo-se apenas 
verticalmente (figura 4). 
 
Figura 4: Ondas transversais. 
 
As partículas oscilam na direção transversal à direção de propagação, 
podendo ser transmitidas somente a sólidos. As ondas transversais são 
praticamente incapazes de se propagarem nos líquidos e gases, pelas 
 
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características das ligações entre partículas, destes meios. O comprimento 
de onda é a distância entre dois “vales” ou dois “picos”. 
O ensaio pela técnica pulso-eco consiste basicamente de pulsos de alta 
frequência (*), emitidos pelo cristal, que caminham através do material. 
Estes pulsos refletem quando encontram uma descontinuidade ou uma 
superfície do material. Esta energia mecânica (ecos de som) é recebida de 
volta pelo cristal que transforma o sinal mecânico em sinal elétrico, que é 
visto na tela do aparelho (ver esquema na figura 5 e o detalhamento da 
chegada do feixe sônico na descontinuidade na figura 5a). 
 
(*)Nota - “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 pelos nossos ouvidos. A 
unidade “ciclos por segundos” é normalmente conhecida 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. As frequências 
acima de 20.000 Hz são inaudíveis, denominadas frequência ultrassônica.
 
 
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Figura 5: Forma mais comum da inspeção ultrassônica pela técnica pulso-
eco. O traço na tela representa as reflexões ocorridas: a primeira (à 
esquerda) ocorre na passagem do feixe do cabeçote paraa peça, a do 
meio é devida à descontinuidade e, a da direita resulta na reflexão no lado 
oposto da peça. 
 
 
Figura 5a : Detalhe da chegada do feixe sônico na descontinuidade. Da esquerda 
para a direita: feixe sonoro antes de atingir a descontinuidade; no momento em 
que atinge a descontinuidade; pulsos sonoros refletidos e, recebimento pelo 
cabeçote do pulso sonoro refletido. 
 
 
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Nas figuras 6 e 6a são mostrados exemplos de, respectivamente, aparelho 
básico de ultrassom e aparelho digital de ultrassom ambos da marca 
Krautkramer. 
 
Figura 6: Exemplo de aparelho básico de ultrassom. 
 
Figura 6a: Exemplo de aparelho digital de ultrassom. 
 
 
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Requisitos básicos para o ensaio 
• Operador treinado e qualificado; 
• Norma técnica e procedimento; 
• Aparelho de ultrassom; 
• Transdutores; 
• Acoplante; 
• Blocos de calibração e de referência; 
• Material a ser ensaiado. 
 
Transdutores 
Os transdutores utilizados na construção dos cabeçotes de ultrassom são 
os responsáveis pela transmissão de energia mecânica para a peça, e 
também são eles que transformam a energia mecânica recebida, no sinal 
elétrico que é visto na tela do aparelho. 
Um transdutor transforma uma tensão pulsante de alta frequência em 
energia mecânica (vibracional) e vice-versa. O transdutor é um cristal 
especial polarizado, que muda de dimensão quando uma tensão elétrica é 
aplicada (efeito piezoeléctrico). Quando a tensão é aplicada, o cristal 
aumenta ligeiramente de espessura, e quando a tensão é retirada, o cristal 
retorna à sua espessura original. Quando o cristal é ligado a um gerador 
de pulsos de alta frequência, o cristal aumenta e diminui de espessura em 
ressonância com os pulsos de tensão. Se o cristal for acoplado à superfície 
 
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de uma peça de aço, ele vai agir como um "martelo" ultrassônico. O som 
ou energia vibracional é transmitido, através do aço, em uma linha 
relativamente reta, a uma Frequência tão alta que não se pode ouvi-lo, e a 
uma amplitude tão pequena que não se pode senti-la. 
Aos cristais que se deformam em função de uma tensão elétrica aplicada, 
e que geram uma tensão elétrica quando deformados, dá-se o nome de 
cristais piezoeléctricos. 
 
Na figura 7 estão sendo mostrados um conjunto de cabeçotes 
transdutores. 
 
Figura 7: Exemplos de cabeçotes transdutores de ultrassom. 
 
 
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Tipos de Ondas Sônicas 
A parte da física que estuda o som denomina-se acústica, na mesma são 
descritos os fenômenos relacionados às oscilações mecânicas (vibrações) 
que originam as ondas sonoras ocorrentes, bem como a propagação das 
ondas nos sólidos, líquidos e gases. 
As ondas sonoras são ondas periódicas, classificadas em audíveis (entre 
20 Hz e 20KHz) e inaudíveis, dependendo dos períodos que ocorram na 
unidade de tempo (frequência). 
No caso dos ensaios de ultrassom, as ondas sônicas são transmitidas a 
uma frequência entre 1 e 20 MHz (entre 1 milhão e 20 milhões de Hertz). 
Nota.: Hertz (Hz) é a unidade de frequência que expressa o número de 
ciclos por segundo. 1 Hz = 1 ciclo por segundo. 
 
Cabeçotes 
Cabeçote Normal 
Compõe-se basicamente de um cristal piezoeléctrico, disposto em um 
plano paralelo ao plano da peça a ser examinada, conforme apresentado 
na figura 8. 
São assim chamados os cabeçotes monocristal geradores de ondas 
longitudinais normais à superfície de acoplamento. Os transdutores 
normais são construídos a partir de um cristal piezoeléctrico colado num 
 
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bloco rígido denominado de amortecedor com sua parte livre protegida 
ou por uma membrana de borracha ou por 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 pulso ultrassônico que atravessa o material a 
inspecionar e reflete nas interfaces, originando o que chamamos “ecos”. 
Estes “ecos” retornam ao transdutor e geram, no mesmo, o sinal elétrico 
correspondente. 
 
Figura 8: Cabeçote Normal. 
Cabeçote Angular 
Na inspeção de soldas, a existência do reforço da solda dificulta o 
acoplamento e o uso de cabeçotes retos (nos quais o feixe sônico entra na 
peça perpendicularmente à superfície de contato). Neste caso, é comum o 
uso de cabeçotes angulares (o feixe sônico penetra com um ângulo 
determinado diferente de 90 0). 
 
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O cabeçote angular é composto basicamente de um cristal piezoeléctrico 
disposto em ângulo em relação ao plano da peça a ser examinada, 
conforme apresentado nas figuras 9 e 9a. 
Opera-se normalmente com diversos ângulos (35, 45, 60, 70 e 80 graus), 
sendo que os mais usuais são os de 45 0, 60 0 e 70 0. 
 
Figura 9: Cabeçote angular. 
 
Figura 9a: Esquema de emprego de cabeçote angular em inspeção de 
solda. 
 
 
 
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Cabeçote Duplo-Cristal 
Compõe-se basicamente de dois cristais piezoeléctricos, um agindo como 
emissor e outro como receptor, dispostos em um plano aproximadamente 
paralelo ao da peça a ser examinada ou focados num ponto situado a uma 
distância determinada, conforme apresentado na figura 10. 
Existem problemas de inspeção que não podem ser resolvidos nem com 
transdutores retos nem com angulares. Quando se trata de inspecionar ou 
medir materiais de reduzida espessura, ou quando se deseja detectar 
descontinuidades logo abaixo da superfície do material, a “zona morta” 
existente na tela do aparelho impede uma resposta clara. O cristal 
piezoeléctrico recebe uma “resposta” num espaço de tempo curto após a 
emissão, não tendo suas vibrações sido amortecidas suficientemente. 
Neste caso, somente um transdutor que separa a emissão da recepção 
pode ajudar. Para tanto, desenvolveu-se o transdutor de duplo cristal. 
Neste transdutor, dois cristais são incorporados na mesma carcaça, 
separados por um material acústico isolante, devendo os mesmos estar 
levemente inclinados em relação à superfície de contato. Cada um deles 
funciona somente como emissor ou somente como receptor, sendo 
indiferentequal deles exerce qual função. São conectados ao aparelho de 
ultrassom por um cabo duplo; o aparelho deve ser ajustado para trabalhar 
agora com 2 cristais. 
 
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O transdutor duplo-cristal é o mais indicado e largamente utilizado nos 
procedimentos de medição de espessura por ultrassom. Na figura 10a 
está sendo apresentado um exemplo de medidor de espessura duplo-
cristal do tipo digital. 
 
Figura 10: Cabeçote duplo cristal. 
 
 
Figura 10a: Medidor de espessura digital com transdutor duplo cristal. 
 
 
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Acoplante 
O acoplante é qualquer substância (usualmente líquida, semilíquida ou 
pastosa), introduzida entre o cabeçote e a superfície da peça em inspeção 
com o propósito de transmitir vibrações de energia ultrassônica entre 
ambos. Ele tem a finalidade de fazer com que a maior parcela possível de 
som seja transmitida do cabeçote à peça e vice-versa, o que não 
aconteceria se existisse ar entre o cabeçote e a peça. 
Ao acoplarmos o transdutor sobre a peça a ser inspecionada, 
imediatamente se estabelece uma camada de ar entre a sapata do 
transdutor e a superfície da peça. Esta camada de ar impede que as 
vibrações mecânicas produzidas pelo transdutor se propaguem para a 
peça em razão das características acústicas (impedância acústica) muito 
diferente do material a inspecionar. 
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 e tipo da peça. Os 
acoplantes mais utilizados são: óleo diesel, água, glicerina, óleo SAE 20 
ou 30 e carbox metil celulose (15g/l). 
 
 
 
 
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Tipos usuais de ensaio por ultra-som 
Medição de Espessura 
Como o próprio nome diz, é o ensaio que visa determinar a espessura de 
uma peça. 
O ensaio é feito normalmente com o auxílio de cabeçotes duplo-cristal, 
depois de calibrado o aparelho. Esta calibração é feita em blocos de 
dimensões padronizadas, de material similar ao da peça a ser medida. 
 
Detecção de Dupla-Laminação 
É o ensaio feito em chapas, a fim de se detectar as duplas-laminações 
porventura existentes. 
Esta modalidade de ensaio é muito útil na orientação do plano de corte de 
chapas. 
O ensaio é feito com o auxílio de cabeçotes normal e/ou duplo-cristal, 
após feita a calibração da escala e a determinação da sensibilidade do 
ensaio. 
 
Inspeção de Solda 
É a modalidade de ensaio que visa detectar descontinuidades oriundas de 
operações de soldagem, tais como, falta de penetração, falta de fusão, 
inclusões de escória, poros, porosidades, trincas e trincas interlamelares. 
 
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O ensaio é feito com o auxílio de cabeçotes normal e/ou duplo-cristal e 
cabeçotes angulares, depois de feita a calibração da escala e a 
determinação da sensibilidade do ensaio. 
É usual o traçado, sobre a tela do aparelho, de curvas denominadas curvas 
de referência, que servem para avaliar as descontinuidades existentes. 
Estas curvas são traçadas, a partir de refletores padronizados, de acordo 
com a norma de projeto ou de construção e montagem do equipamento. 
 
Calibração da escala do aparelho e determinação da 
sensibilidade do ensaio 
 
Calibração da escala 
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 de materiais que permitem o exame ultrassônico em aço 
carbono não ligado ou de baixa liga, com velocidade sônica de 5920 
 
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+/- 30 m/s para ondas longitudinais e 3255 +/- 15 m/s para ondas 
transversais. 
 
Figura 11: Calibração da escala. 
 
Calibração da sensibilidade do aparelho 
A sensibilidade do aparelho deve ser calibrada através de um bloco com 
espessuras e furos de referência calibrados e de material acusticamente 
similar à peça a ser ensaiada. Caso a calibração do aparelho seja feita 
em bloco e peça de materiais dissimilares, isto afetará a precisão das 
medidas efetuadas. 
A figura 12 descreve o bloco básico de calibração recomendado pela 
norma “ASME Boiler and Pressure Vessel Code - Seção V Artigo 4” (usado 
para estabelecer a sensibilidade do ensaio pelo ajuste do controle de 
ganho do aparelho, que deve ser fabricado com mesmo acabamento 
 
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superficial da área de varredura. Este bloco é válido para superfícies 
planas ou com curvaturas maiores que 20 polegadas de diâmetro. 
 
Figura 12: Bloco básico de calibração. 
 
Sequência de Ensaio 
Medição de Espessura 
Etapa Descrição 
1 Verificar o tipo de material a ser inspecionado; 
2 Escolher o aparelho e cabeçote de acordo com o 
procedimento qualificado; 
3 Calibrar o aparelho em bloco padrão, de material similar ao da 
peça a ser inspecionada e espessura dentro da faixa 
recomendada; 
4 Preparar a superfície tomando os devidos cuidados para peças 
de aços inoxidáveis austeníticos e ligas de níquel; 
5 Aplicar o acoplante; 
6 Posicionar o cabeçote; 
7 Efetuar a leitura; 
8 Relatar os resultados. 
 
 
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Detecção de Dupla-Laminação 
Etapa Descrição 
1 Verificar o tipo de material e espessura do material a ser 
inspecionado; 
2 Escolher o aparelho e cabeçote conforme procedimento 
qualificado; 
3 Calibrar a escala conforme procedimento qualificado; 
4 Ajustar a sensibilidade do ensaio conforme procedimento 
qualificado; 
5 Preparar a superfície tomando os devidos cuidados para peças 
de aço inoxidável austenítico e ligas de níquel; 
6 Aplicar o acoplante;7 Executar a inspeção; 
8 Relatar os resultados. 
 
Inspeção de Solda 
Etapa Descrição 
1 Verificar o tipo e espessura do material a ser inspecionado; 
2 Escolher o aparelho e cabeçote a serem utilizados, conforme 
procedimento qualificado; 
3 Determinar a área de varredura para os cabeçotes angulares, 
de modo que toda a solda seja inspecionada; 
4 Calibrar a escala para os cabeçotes normal e/ou duplo-cristal; 
5 Ajustar a sensibilidade de inspeção conforme procedimento 
qualificado; 
6 Preparar a superfície, tomando os devidos cuidados para 
peças de aço inoxidável austenítico e ligas de níquel; 
7 Aplicar o acoplante; 
8 Examinar a área de varredura dos cabeçotes angulares; 
 
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9 Calibrar a escala para os cabeçotes angulares; 
10 Traçar as curvas de referência para os cabeçotes angulares; 
11 Ajustar a sensibilidade de inspeção conforme procedimento 
qualificado; 
12 Aplicar o acoplante; 
13 Efetuar a inspeção; 
14 Relatar os resultados. 
 
Vantagens 
• Pode ser executado em materiais metálicos e não metálicos. 
• Não necessita, para inspeção, do acesso por ambas as superfícies da 
peça. 
• Permite localizar e dimensionar com precisão as descontinuidades. 
• É um ensaio mais rápido do que a radiografia. 
• Pode ser executado em juntas de geometria complexa, como nós de 
estruturas tubulares. 
• Não requer paralisação de outros serviços durante a sua execução e 
não requer requisitos rígidos de segurança, tais como os requeridos 
para o ensaio radiográfico. 
 
Limitações e Desvantagens 
• Não se aplica em peças cuja forma, geometria e rugosidade superficial 
impeçam o perfeito acoplamento do cabeçote à peça. 
• O grão grosseiro de certos metais de base e de solda (particularmente 
ligas de níquel e aço inoxidável austenítico) pode dispersar o som e 
causar sinais que perturbem ou impeçam o ensaio. 
• Materiais com alta atenuação acústica (madeira, concreto, certos 
fundidos), ou em alta temperatura, são ensaios de difícil realização; 
 
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• O reforço da raiz, cobre-juntas e outras condições aceitáveis podem 
causar indicações falsas. 
• Peças pequenas ou pouco espessas são difíceis de inspecionar. 
• O equipamento de ultrassom é caro. 
• Os inspetores de ultrassom requerem, para sua qualificação, de maior 
treinamento e experiência do que para os outros ensaios não-
destrutivos. 
• A melhor detecção da descontinuidade depende da orientação do 
defeito na solda. 
• A identificação do tipo de descontinuidade requer grande treinamento 
e experiência, porém mesmo assim não é totalmente segura. 
 
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Você estudou neste texto que o ensaio por ultrassom visa descobrir 
descontinuidades internas através de ondas mecânicas e/ou acústicas 
colocadas no interior da peça examinada durante a inspeção. Com este 
ensaio é possível detectar os mais variados defeitos de peças de 
material ferroso e não-ferrosos, muitas vezes ocasionadas pelo 
processo de fabricação ou componente a ser examinado. 
Teste agora o seu nível de compreensão do texto respondendo às 
questões de revisão. Caso seja necessário releia o texto e/ou recorra 
aos tutores para resolver suas dúvidas. 
 
Ultrassom 
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Fundação Brasileira de Tecnologia da Soldagem | ‐ FBTS 
Este texto complementar é parte integrante do material on line disponibilizado para o Curso de Inspetor 
de Soldagem 
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Questões de Revisão 
 
1 - Existem diversos tipos de ondas sônicas que podem ser utilizadas 
no ensaio por ultrassom, contudo as mais recorrentes são as Ondas 
Longitudinais e as Ondas Transversais. Estabeleça a diferença entre 
esses dois tipos de ondas a partir de suas definições. 
2 – O procedimento do ensaio por ultrassom requer uma série de 
requisitos básicos para que o ensaio possa ser realizado. Dentre os 
requisitos que devem estar presente estão os Trandustores, Cabeçotes e 
Acoplantes. No que tange esses requisitos básicos: 
a) No que consiste os Transdutores e qual a sua funcionalidade? 
b) Informe os tipos de cabeçotes usualmente utilizados na inspeção, 
não se esquecendo de apresentar suas conceituações. 
c) O que corresponde os Acoplantes e qual a sua finalidade? 
3 – Descreva como se realizam cada uma das principais técnicas que 
podem ser utilizadas no ensaio por ultrassom, detalhando a sequência 
de seus ensaios. 
4 – A localização e interpretação das falhas nos ensaios por ultrassom é 
realizado mediante o uso de aparelhos especiais. A respeito desses 
aparelhos, explique o que seriam: 
(a) Calibração da escala; (b) Calibração da Sensibilidade do Aparelho.