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Ensaios não destrutivos Prof. Julio Cesar José Rodrigues Junior Descrição Discussão sobre os principais ensaios não destrutivos (ENDs), suas aplicações, limitações, vantagens e desvantagens. Propósito Ensaios não destrutivos (ENDs) auxiliam na detecção de defeitos de peças acabadas, bem como no acompanhamento de algum defeito durante a vida útil do componente. Objetivos Módulo 1 Ensaio dimensional e visual de soldagem Reconhecer o ensaio dimensional e visual de soldagem. 04/05/2024, 08:47 Ensaios não destrutivos https://stecine.azureedge.net/repositorio/00212en/03667/index.html?brand=estacio# 1/69 Módulo 2 Ensaio por líquido penetrante Descrever o ensaio por líquido penetrante. Módulo 3 Ultrassom e medição de espessura por ultrassom Empregar o ultrassom e medição de espessura por ultrassom. Módulo 4 Ensaio radiográ�co Descrever ensaio radiográfico. Introdução Assista ao vídeo introdutório e compreenda os conceitos relacionados aos principais ensaios não destrutivos, dentre os quais: o visual e dimensional de soldas, o por líquido penetrantes, o de ultrassom e o radiográfico. 04/05/2024, 08:47 Ensaios não destrutivos https://stecine.azureedge.net/repositorio/00212en/03667/index.html?brand=estacio# 2/69 1 - Ensaio dimensional e visual de soldagem Ao �nal deste módulo, você será capaz de reconhecer o ensaio dimensional e visual de soldagem. Vamos começar! Ensaio dimensional e visual de soldagem Assista ao vídeo e compreenda os fundamentos do ensaio visual e dimensional em soldas, os instrumentos auxiliares utilizados (lupa, tuboscópios, gabaritos etc.) e os principais defeitos detectados no ensaio. 04/05/2024, 08:47 Ensaios não destrutivos https://stecine.azureedge.net/repositorio/00212en/03667/index.html?brand=estacio# 3/69 Generalidades do ensaio visual O ensaio visual é considerado um ensaio não destrutivo (END) e, certamente, é o mais antigo deles. É uma técnica simples que possibilita uma gama de informações quantitativas e qualitativas. Em regra, antecede outros ENDs (por líquidos penetrantes, por raios X etc.). É importante destacar que o exame não é adequado para a inspeção de descontinuidades internas como bolhas gasosas, contrações internas etc. Uma das principais aplicações do exame visual está relacionada com o processo de soldagem (exame visual em soldas - EVS), por exemplo, para controle de qualidade. É possível detectar defeitos como falta de penetração, penetração excessiva, mordedura na raiz etc. As imagens 1, 2 e 3 apresentam os defeitos de falta de fusão, falta de penetração e mordedura em soldas entre duas peças metálicas: Imagem 1 - Falta de fusão. 04/05/2024, 08:47 Ensaios não destrutivos https://stecine.azureedge.net/repositorio/00212en/03667/index.html?brand=estacio# 4/69 Imagem 2 - Falta de penetração. Imagem 3 - Mordeduras. O exame visual é o primeiro passo para a inspeção de uma peça. Em regra, quando nenhum defeito é encontrado no exame visual, outros ensaios não destrutivos (ENDs) são utilizados para a verificação de possíveis defeitos internos. Quando, na inspeção visual, defeitos (grosseiros) são detectados, a peça é descartada como sucata. Esquematicamente, a imagem 4 apresenta a descrição anterior. Imagem 4 - Esquema para a inspeção visual de uma peça. Instrumentos utilizados no exame visual 04/05/2024, 08:47 Ensaios não destrutivos https://stecine.azureedge.net/repositorio/00212en/03667/index.html?brand=estacio# 5/69 O olho humano apresenta, em média, maior sensibilidade quando a luz visível utilizada possui comprimento de onda na faixa de 5.500 a 5.600 Å. A imagem 5 apresenta a curva de sensibilidade relativa do olho humano em função do comprimento de onda da luz visível. Observe que a sensibilidade máxima ocorre para a faixa anteriormente citada. Imagem 5 - Curva sensibilidade relativa versus comprimento de onda. O exame visual pode ser feito com a vista desarmada ou com o auxílio de equipamentos ópticos, como veremos a seguir: Lupas - Instrumento óptico que proporciona aumento de cerca de dez vezes, permitindo a visualização de descontinuidades de até centésimos de milímetros. Espelhos - Instrumento óptico que auxilia na observação de locais de difícil acesso como pequenos tubos e soldas em ângulo. Em geral, são esféricos e côncavos. Microscópios - São utilizados quando há a necessidade de aumentos maiores que dez vezes. Tuboscópios - São instrumentos que auxiliam na observação de tubos longos de pequenos diâmetros. Câmeras de TV em circuito fechado - São adaptadas ao tuboscópio e particularmente úteis quando existe risco ao inspetor, como instalações com elevado nível de radiação, temperatura elevada etc. As imagens 6, 7 e 8 mostram alguns dos instrumentos ópticos utilizados no exame visual em soldas. A imagem 6 apresenta uma lupa para o auxílio do EVS. Na imagem 7, vemos a utilização do espelho no (λ) 04/05/2024, 08:47 Ensaios não destrutivos https://stecine.azureedge.net/repositorio/00212en/03667/index.html?brand=estacio# 6/69 exame visual de uma solda no interior de um tubo. Por fim, na imagem 8, é apresentado um desenho esquemático de um tuboscópio, destacando suas principais regiões. Imagem 6 - Lupa utilizada no EVS. Imagem 7 - Espelho utilizado no EVS. Imagem 8 - Desenho esquemático de um tuboscópio. 04/05/2024, 08:47 Ensaios não destrutivos https://stecine.azureedge.net/repositorio/00212en/03667/index.html?brand=estacio# 7/69 Vantagens e limitações do ensaio visual Como qualquer procedimento de inspeção, o exame visual apresenta vantagens e limitações. Sobre as vantagens do ensaio visual: Vantagem I A primeira vantagem é que entre os ENDs, é o de maior simplicidade de operação e de mais baixo custo operacional. Vantagem II Permite a identificação de descontinuidades nas soldas (trincas superficiais, mordeduras etc.) de maneira rápida. A inspeção visual é um END muito influenciado pelo treinamento e pela experiência do inspetor. Ademais, depende de condições como acuidade visual do operador e luminosidade. Apresenta, além disso, a limitação de detecção apenas de descontinuidades superficiais e não deve ser considerado um ensaio definitivo, ou seja, na eventualidade de não ser detectada nenhuma descontinuidade superficial, a peça deve ser examinada por outros ENDs (ultrassom, raios X etc.) para verificação de descontinuidades internas. Exame visual e dimensional em soldas A inspeção de soldas pela técnica visual, ou seja, o ensaio visual e dimensional em soldas, é uma das mais antigas atividades nos setores industriais. Com a evolução dos ENDs, o exame visual e dimensional de soldas passou a ser normatizado. Dessa forma, a inspeção exige definição clara e precisa de critérios de aceitação e de rejeição do produto que está sendo inspecionado. Por isso, é importante que o inspetor tenha treinamento frequente, com um conhecimento claro das exigências da peça analisada. 04/05/2024, 08:47 Ensaios não destrutivos https://stecine.azureedge.net/repositorio/00212en/03667/index.html?brand=estacio# 8/69 O objetivo do exame visual e dimensional em soldas é a verificação de descontinuidades superficiais nas soldas, também um importante recurso na verificação de alterações dimensionais e do padrão de acabamento superficial de uma solda. Em um componente soldado com responsabilidade estrutural, a junta deve atender a uma série de parâmetros normatizados, que incluem o não aparecimento de algumas descontinuidades superficiais, assim como dimensões e formas corretas conforme o definido no projeto. Dimensões e formas da solda O projeto de engenharia da estrutura ou do componente apresenta uma série de informações, como a dimensão e a forma da solda, pois isso implica, por exemplo, no seu limite de resistência mecânica. A imagem 9 apresenta perfis corretos de solda, sendo uma côncava e outra convexa, em que e são denominados pernas e , garganta. As dimensões de uma solda podem ser verificadas por meio de réguas egabaritos próprios (imagem 10). Imagem 9 - Perfis corretos de soldas - côncava (a) e convexa (b). p1 p2 g 04/05/2024, 08:47 Ensaios não destrutivos https://stecine.azureedge.net/repositorio/00212en/03667/index.html?brand=estacio# 9/69 Imagem 10 - Gabarito para soldas de filetes. Os perfis incorretos de uma solda, em geral, estão associados a erros no processo de soldagem e podem trazer várias consequências, como a criação de concentradores de tensões e, consequentemente, aumentar a área da tensão atuante, fugindo das especificações estruturais do projeto. Entre outras consequências, podem ser citadas as seguintes: aprisionamento de escórias; modificar as dimensões da solda (projeto). A imagem 11 apresenta uma série de situações em que o perfil da solda é inadequado, ou seja, está em desacordo com a especificações normativas. Imagem 11 - Perfis inadequados para soldas. Você verá a seguir um gabarito de soldagem utilizado no EVS para verificar se os tamanhos da solda de filete, garganta, perna e concavidade/convexidade estão de acordo com a norma: 04/05/2024, 08:47 Ensaios não destrutivos https://stecine.azureedge.net/repositorio/00212en/03667/index.html?brand=estacio# 10/69 Imagem 12 - Gabarito para EVS. Veja em seguida alguns dos instrumentos necessários para realizar o controle visual e dimensional em soldas, tais como lupa, gabaritos de concavidade/convexidade, paquímetros etc.: Imagem 13 - Equipamentos para exame visual e dimensional em soldas. Outro aspecto identificado no exame visual e dimensional em soldas é o desalinhamento de juntas de topo. Observe na imagem 14 como as duas peças metálicas encontram-se desalinhadas, mesmo mantendo o paralelismo entre elas: Imagem 14 - Desalinhamento em junta de topo, inadequado para solda. 04/05/2024, 08:47 Ensaios não destrutivos https://stecine.azureedge.net/repositorio/00212en/03667/index.html?brand=estacio# 11/69 Instrumentos para o exame dimensional em soldas Para o exame dimensional em soldas utilizam-se alguns equipamentos e gabaritos próprios. Genericamente, os instrumentos apresentam maior grau de sofisticação que os gabaritos, sendo, portanto, de utilização mais técnica, exigindo qualificação do inspetor que fará a avaliação. Os principais instrumentos de medição utilizados no ensaio visual e dimensional em soldas são: Régua Paquímetro 04/05/2024, 08:47 Ensaios não destrutivos https://stecine.azureedge.net/repositorio/00212en/03667/index.html?brand=estacio# 12/69 Transferidor Gabaritos de solda Agora que você já os conhece, compreenda adiante a função detalhada de cada um deles: Régua - É uma haste metálica, acrílico ou madeira, normalmente com precisão de milímetro (1 mm), utilizada exclusivamente para medidas lineares (comprimento). No caso de inspeções dimensionais em soldas, a trinca superficial pode ter seu comprimento avaliado diretamente. Paquímetro - Instrumento usado para medir as dimensões lineares internas (utilizando os bicos do paquímetro), externas (utilizando as orelhas do paquímetro) e de profundidade (utilizando a haste de profundidade) de uma peça. Normalmente tem escalas em milímetros e polegadas, apresentando maior precisão que a régua (0,05 mm). Pode ser analógico ou digital. Transferidor - Também denominado goniômetro, é o instrumento utilizado para a medida de grandezas angulares. Gabaritos de solda - São instrumentos com aplicabilidade em juntas soldadas. Existem várias possibilidades de utilização, 04/05/2024, 08:47 Ensaios não destrutivos https://stecine.azureedge.net/repositorio/00212en/03667/index.html?brand=estacio# 13/69 destacando-se as medições de juntas de topo (reforços de cordão, profundidade de mordedura, desalinhamento de junta, abertura do chanfro, nariz da junta e embicamento). Em juntas soldadas em ângulo, são utilizados para a medição dos seguintes parâmetros: garganta, perna, convexidade e concavidade (ver imagem 9). Na imagem 15 é apresentado um cordão de solda, em uma peça metálica, sendo inspecionado, visualmente, com o auxílio de uma lupa. Note a descontinuidade superficial no cordão de solda e a régua, ao lado do cordão: Imagem 15 - Inspeção visual e dimensional em solda. Descontinuidade superficial. As imagens 16 e 17 apresentam dois tipos de paquímetros (analógico e digital) que podem ser utilizados na medição de uma trinca superficial ou da geometria da solda (espessura de soldas, reforço da solda etc.): Imagem 16 - Paquímetro analógico - inspeção dimensional em soldas. 04/05/2024, 08:47 Ensaios não destrutivos https://stecine.azureedge.net/repositorio/00212en/03667/index.html?brand=estacio# 14/69 Imagem 17 - Paquímetro digital para inspeção dimensional em soldas. A imagem 18 apresenta um calibre sendo utilizado na inspeção dimensional para a medida da espessura da solda do filete: Imagem 18 - Inspeção dimensional em soldas - medida de espessura. A imagem 19 apresenta dois pequenos tubos soldados e o equipamento para a inspeção visual e dimensional de soldas. O medidor apresentado é capaz de quantificar as dimensões da solda e do defeito, como a altura do reforço e a profundidade do rebaixo: 04/05/2024, 08:47 Ensaios não destrutivos https://stecine.azureedge.net/repositorio/00212en/03667/index.html?brand=estacio# 15/69 Imagem 19 - Inspeção dimensional em soldas - medidor de altura do reforço da solda. Atenção! O EVS deve ser executado não apenas na etapa final do processo de soldagem, mas também antes e durante a sua execução. 04/05/2024, 08:47 Ensaios não destrutivos https://stecine.azureedge.net/repositorio/00212en/03667/index.html?brand=estacio# 16/69 Falta pouco para atingir seus objetivos. Vamos praticar alguns conceitos? Questão 1 Os ENDs são amplamente utilizados na inspeção de componentes mecânicos. Alguns exigem equipamentos sofisticados e treinamento exaustivo do operador. Para a verificação de defeitos externos e dimensões apropriadas em soldas, o exame visual é inicialmente utilizado. A respeito do EVS, são feitas as afirmativas a seguir. I – O EVS é um exame qualitativo que, uma vez que nenhuma descontinuidade superficial foi detectada, a peça pode ser considerada aceita e colocada em uso. II – O EVS identifica se o perfil da solda está adequado ou não. São perfis inadequados a convexidade excessiva e a perna insuficiente. III – O EVS é atualmente pouco utilizado devido à evolução de outros ensaios não destrutivos, por exemplo, o ensaio por líquidos penetrantes e por raios X. Está correto o que consta em: A Apenas em I 04/05/2024, 08:47 Ensaios não destrutivos https://stecine.azureedge.net/repositorio/00212en/03667/index.html?brand=estacio# 17/69 Parabéns! A alternativa B está correta. O EVS é um ensaio não destrutivo em que é possível a detecção de descontinuidades superficiais e erros de dimensionamento nas soldas. É auxiliado por instrumentos ópticos como lupa e tuboscópio e gabarito para dimensões. É um ensaio que antecede todos os outros ENDs. Caso seja detectada uma descontinuidade no exame visual e dimensional, a solda será rejeitada ou retornará para o devido acerto. Quando nenhum defeito superficial é encontrado, há necessidade de um END que possa identificar defeitos internos. Mesmo com a evolução dos demais ENDs, o exame visual é ainda muito utilizado para a inspeção em soldas. Questão 2 (Ano: 2018 Banca: Instituto Acesso Órgão: SEDUC-AM - Engenheiro Mecânico). Das descontinuidades apresentadas a seguir, marque aquela que só é encontrada em juntas de topo utilizando o método de ensaio visual (ensaio não destrutivo). B Apenas em II C Apenas em III D I e II E II e III A Desalinhamento B Convexidade excessiva C Deformação angular 04/05/2024, 08:47 Ensaios não destrutivos https://stecine.azureedge.net/repositorio/00212en/03667/index.html?brand=estacio# 18/69 Parabéns! A alternativa A está correta. Dos defeitos apresentados nas opções, apenas a letra (A) ocorre em juntas de topo. 2 - Ensaio por líquido penetranteAo �nal deste módulo, você será capaz de descrever o ensaio por líquido penetrante. Vamos começar! Ensaio não destrutivo por líquido penetrante D Concavidade excessiva E Solda em ângulo assimétrica 04/05/2024, 08:47 Ensaios não destrutivos https://stecine.azureedge.net/repositorio/00212en/03667/index.html?brand=estacio# 19/69 Assista ao vídeo e compreenda o ensaio não destrutivo por líquidos penetrantes, suas principais características, aplicações e limitações. Aspectos gerais do ensaio por líquidos penetrantes (LP) Na indústria, é bastante comum a utilização de ensaios não destrutivos (END) para inspecionar um componente (em uso) e, depois, colocá-lo novamente em funcionamento. Dessa forma, o engenheiro pode inspecionar uma peça e, eventualmente, fazer a sua substituição antes de uma falha. Entre os vários ensaios não destrutivos, destaca-se o ensaio por líquidos penetrantes (LP). Observe a imagem 20. Historicamente, Robert C. Switzer aperfeiçoa o método do óleo e giz desenvolvendo o moderno método de END por líquidos penetrantes. Imagem 20 - Ensaio por líquidos penetrantes. Em linhas gerais, em um material com pequenas fissuras superficiais (não detectadas pelo ensaio visual) um líquido colorido (em geral, vermelho) é colocado sobre a superfície e, após certo tempo, é removido da superfície ensaiada. Pelo fenômeno da capilaridade, o líquido dentro do defeito superficial permanece em seu interior. 04/05/2024, 08:47 Ensaios não destrutivos https://stecine.azureedge.net/repositorio/00212en/03667/index.html?brand=estacio# 20/69 Na sequência, um pó revelador é colocado na superfície, absorvendo o líquido no interior das descontinuidades. Assim, é possível identificar alguns defeitos superficiais. A imagem 21 apresenta algumas indicações de descontinuidades superficiais que podem ser reveladas pelo ensaio por líquidos penetrantes. Destaca-se a revelação de microporosidades superficiais em (d). Imagem 21 - Descontinuidades superficiais reveladas no ensaio por LP. O ensaio por LP tem ampla utilização em diversos materiais, como alumínio, magnésio, aços inoxidáveis austeníticos, ligas de titânio, materiais ferromagnéticos, assim como em cerâmicas vitrificadas, vidros e plásticos. Uma aplicação do END por LP é a identificação de fissuras num passe da solda. Observe a imagem 22, em que uma pequena fissura é identificada no cordão de solda. 04/05/2024, 08:47 Ensaios não destrutivos https://stecine.azureedge.net/repositorio/00212en/03667/index.html?brand=estacio# 21/69 Imagem 22 - Descontinuidade superficial em cordão de solda revelada no ensaio por LP. A seguir, um ponto importante para enriquecer o seu conhecimento: Um parâmetro utilizado no ensaio por líquidos penetrantes é o denominado coeficiente de penetração (CP), dado pela seguinte expressão matemática: Onde: - tensão superficial do líquido; e - viscosidade do líquido. A interpretação para o coeficiente de penetração é que quanto maior seu valor, maior é a velocidade de penetração do líquido na descontinuidade superficial. Vantagens e limitações do ensaio por LP O ensaio por LP apresenta uma série de vantagens, ainda que algumas limitações. Nesse caso, outro END deverá ser utilizado para a inspeção. São vantagens do ensaio por LP: Coeficiente de penetração (CP) CP = √ γ 2. η γ η 04/05/2024, 08:47 Ensaios não destrutivos https://stecine.azureedge.net/repositorio/00212en/03667/index.html?brand=estacio# 22/69 simplicidade na execução; fácil interpretação dos resultados; treinamento simples para o operador; não existe limitação das dimensões e formas da peça; e capacidade de revelar trincas finas. Em relação às limitações do método, podem ser citadas as seguintes: a superfície a ser inspecionada deve ter baixas porosidade e rugosidade; revela apenas descontinuidades abertas para a superfície; faixa de aplicação em torno de 10°C a 52°C, de acordo com a norma de caldeiras e vasos de pressão da Sociedade Norte- Americana de Engenheiros Mecânicos (The American Society of Mechanical Engineers - ASME); capacidade da visão do operador. Ensaio por LP Conforme Garcia, Spim e Santos (2017), no ensaio por LP ocorre a penetração de líquidos com propriedades físicas e químicas particulares, por meio do fenômeno da capilaridade, em pequenas trincas que afloram na superfície do material examinado. Depois de estar “molhada” com o líquido, a superfície é limpa e, em seguida, um revelador é espalhado sobre a superfície inspecionada, desvelando o líquido aprisionado nos defeitos superficiais. Importante destacar que o ensaio por LP é útil para detecção de trincas superficiais em metais não porosos. Em regra, esses defeitos não são detectados no exame visual, e o líquido utilizado apresenta cor vermelha. A imagem 23 apresenta, esquematicamente, as várias etapas do ensaio por LP, ou seja, aplicação do líquido, remoção do excesso de líquido, aplicação do revelador e identificação do defeito superficial: 04/05/2024, 08:47 Ensaios não destrutivos https://stecine.azureedge.net/repositorio/00212en/03667/index.html?brand=estacio# 23/69 Imagem 23 - Etapas do ensaio por líquidos penetrantes. Etapas do ensaio por LP O ensaio não destrutivo por líquidos penetrantes apresenta uma série de etapas que devem ser conduzidas com técnicas e cuidados para que o ensaio seja validado: I - Limpeza (desengraxamento) seguida de 04/05/2024, 08:47 Ensaios não destrutivos https://stecine.azureedge.net/repositorio/00212en/03667/index.html?brand=estacio# 24/69 secagem Essa etapa do ensaio por LP é fundamental, cujo principal objetivo é a desobstrução dos defeitos superficiais de tintas, camadas protetoras, areia, graxa etc. Na etapa de limpeza da peça (ou de parte dela) para o ensaio (LP), os seguintes processos podem ser utilizados: detergentes, banho de decapagem, ultrassom etc. Importante ressaltar que essa etapa deve ser inerte ao metal a ser estudado, isto é, não deve ocorrer ação química como a corrosão. Finda a limpeza, a peça dever ser seca (ver imagem 23). II - Aplicação do líquido penetrante Terminada a etapa de limpeza/secagem da peça, o líquido é aplicado sobre a superfície da peça a ser ensaiada (imagem 23). As principais formas de aplicação do líquido penetrante são: por imersão da peça no líquido; e pulverização do líquido sobre a área a ser estudada ou por meio de um pincel. Os líquidos utilizados no ensaio devem apresentar algumas características, entre as quais: 1. alta capacidade de penetração em pequenas aberturas; 2. estabilidade em relação à evaporação (baixa volatilidade); 3. capacidade de ser aplicado em pequenas camadas; 4. não reagir quimicamente com o metal. III - Retirada do líquido penetrante O excesso do líquido deve ser retirado após um tempo de aplicação (tempo de penetração). Cabe destacar que nessa etapa não ocorre a retirada do líquido do interior dos pequenos defeitos superficiais, conforme a imagem 24. Imagem 24 - Retirada do excesso de LP. 04/05/2024, 08:47 Ensaios não destrutivos https://stecine.azureedge.net/repositorio/00212en/03667/index.html?brand=estacio# 25/69 Dependendo das dimensões do defeito superficial, na etapa da retirada do excesso do líquido penetrante, o líquido no interior do defeito pode ser, também, retirado impossibilitando assim, a revelação do defeito. Observe a imagem 25: Imagem 25 - Efeito das dimensões dos defeitos no ensaio por LP. IV - Aplicação do revelador O revelador pode ser em pó ou líquidos com altas taxas de evaporação (voláteis). Após a remoção do excesso de líquido penetrante, o pó revelador é espalhado na superfície de inspeção (imagem 23). A função é absorver o líquido penetrante do interior dos defeitos superficiais, revelando-os. V - Inspeção e interpretação Após certo tempo de aplicação do pó revelador, ocorre a absorção do líquido do interior dos defeitos, manchando o pó revelador e, consequentemente, revelando os defeitos superficiais. VI - Limpeza pós-ensaioEsta última etapa consiste na remoção de todos os resíduos de produtos utilizados no ensaio. Observação importante O técnico ou o engenheiro com experiência conseguem avaliar a profundidade da trinca a partir da largura revelada no ensaio. 04/05/2024, 08:47 Ensaios não destrutivos https://stecine.azureedge.net/repositorio/00212en/03667/index.html?brand=estacio# 26/69 Paula Leite (1920-2007), em sua obra, apresenta estudo realizado emv idros com fissuras (artificiais) de mesma largura, mas com profundidades distintas. A imagem 26 apresenta um gráfico que relaciona a profundidade da trinca com a sua largura, revelada no ensaio por líquidos penetrantes: Imagem 26 - Gráfico profundidade versus largura de trincas superficiais. Tipos de LP Existem dois tipos básicos de LP com três possibilidades de remoção. Em relação ao líquido, temos: LP fluorescente - visível sob a ação da luz negra (luz ultravioleta - UV); LP com corante - visível sob a ação da luz natural. Para cada tipo de LP, três são as possibilidades de remoção do excesso de líquido aplicado na superfície a ser ensaiada: remoção com água; remoção com água depois de emulsificado o LP; 04/05/2024, 08:47 Ensaios não destrutivos https://stecine.azureedge.net/repositorio/00212en/03667/index.html?brand=estacio# 27/69 remoção com solventes especiais. Atenção! Os LP com emulsificação ulterior apresentam sensibilidade maior que a dos líquidos comuns possibilitando, assim, detecção de alguns defeitos superficiais específicos. A partir do tipo de LP e do agente utilizado para a remoção do excesso na superfície, são seis as técnicas para o ensaio por LP, descritos na sequência. LP �uorescentes removíveis com água Nessa técnica, ocorre a aplicação do LP (a superfície deve estar limpa), tempo de aplicação (tempo de penetração) e posterior remoção do excesso de líquido. A inspeção das descontinuidades é feita utilizando- se luz negra (UV). Em linhas gerais, nessa técnica, as indicações florescem tal que porosidades superficiais se apresentam como pontos brilhantes e fissuras como linhas fluorescentes. LP �uorescentes com emulsi�cação ulterior Essa técnica, em relação a do item anterior, apresenta as seguintes vantagens: detecção de fissuras muito finas (maior sensibilidade) e possibilidade de detecção de descontinuidades superficiais com pouca profundidade, como riscos e marcas de ferramental. A técnica é ligeiramente diferente da anterior, pois não há a remoção do LP com água na sequência do tempo de penetração. A remoção é precedida da operação de emulsificação do líquido. Só então ocorre a remoção do excesso de LP com água. A imagem 27 apresenta, esquematicamente, a aplicação do emulsificador na superfície com o LP. Após o tempo de espera, ocorre a mistura entre o emulsificador e o LP, permitindo-se remover o excesso com água. Note na imagem 27 que o LP no interior da descontinuidade não é emulsificado. 04/05/2024, 08:47 Ensaios não destrutivos https://stecine.azureedge.net/repositorio/00212en/03667/index.html?brand=estacio# 28/69 Imagem 27 - Aplicação de emulsificador. A etapa da lavagem (remoção do líquido penetrante emulsificado) deve ser executada com o auxílio da luz negra. A imagem 28 mostra, esquematicamente, a correta lavagem para a técnica: Imagem 28 - Lavagem com jato d’água inclinado. LP �uorescentes removíveis com solventes A técnica é similar às duas primeiras descritas, exceto pelo fato de que a remoção do excesso de líquido é feita por solventes, utilizados na forma de aerossol. Dessa maneira, o equipamento para o ensaio por LP é portátil, possibilitando, assim, que a técnica seja aplicada em inspeções de campo. A revelação dos defeitos superficiais é feita sob a incidência da luz negra. A imagem 29 mostra, esquematicamente, o equipamento para a técnica. No campo, a luz negra pode ser substituída por um pano preto, evitando a incidência da luz diurna. 04/05/2024, 08:47 Ensaios não destrutivos https://stecine.azureedge.net/repositorio/00212en/03667/index.html?brand=estacio# 29/69 Imagem 29 - Equipamento para a técnica de LP fluorescente removíveis com solventes. LP corantes removíveis com água Nessa técnica, os líquidos utilizados apresentam coloração (em geral, vermelha) e reveladores, normalmente, em pó da cor branca. Em linhas gerais, ocorre a aplicação do líquido penetrante na superfície previamente limpa com posterior remoção do excesso de líquido com água e aplicação do revelador. A inspeção das descontinuidades é feita utilizando-se luz natural. Na eventualidade de se utilizar a imersão como técnica para espalhar o líquido na superfície da peça, deve-se atentar para que não ocorram bolhas entre a superfície e a camada líquida. LP corantes com emulsi�cação ulterior A inspeção realizada por essa técnica apresenta a particularidade da utilização de um emulsificador antes da etapa de lavagem do excesso do líquido. O emulsificador mistura-se com o líquido penetrante, o que torna possível a utilização de água em sua remoção. A lavagem por água é similar à apresentada na imagem 28. Assim como a técnica anterior, a visualização dos defeitos superficiais revelados é realizada sob a luz natural. 04/05/2024, 08:47 Ensaios não destrutivos https://stecine.azureedge.net/repositorio/00212en/03667/index.html?brand=estacio# 30/69 LP removíveis com solventes Da mesma maneira que nas duas técnicas anteriores, o LP apresenta, em geral, cor vermelha. Seguem-se as etapas de limpeza da superfície, a aplicação do LP, a remoção do excesso de líquido por ação de solventes e a posterior aplicação do revelador. Uma vantagem dessa técnica é a possibilidade de utilização para inspeções em locais sem abundância de água. 04/05/2024, 08:47 Ensaios não destrutivos https://stecine.azureedge.net/repositorio/00212en/03667/index.html?brand=estacio# 31/69 Falta pouco para atingir seus objetivos. Vamos praticar alguns conceitos? Questão 1 (CESGRANRIO - 2011 - Petrobras - Engenheiro de Equipamento Júnior - Inspeção). Uma vantagem do ensaio por líquidos penetrantes em relação aos demais ensaios não destrutivos é que o Parabéns! A alternativa D está correta. O ensaio não destrutivo por líquidos penetrantes é utilizado para detectar defeitos superficiais não revelados no exame visual. A preparação da superfície com limpeza adequada e secagem é uma A ensaio permite avaliar a profundidade da descontinuidade. B ensaio pode detectar qualquer descontinuidade. C método não necessita de preparação da superfície. D método é mais simples e de fácil interpretação dos resultados. E método pode ser aplicado em todos os materiais. 04/05/2024, 08:47 Ensaios não destrutivos https://stecine.azureedge.net/repositorio/00212en/03667/index.html?brand=estacio# 32/69 etapa de fundamental importância. O método apresenta execução bem simples, e a interpretação dos resultados é bem intuitiva, uma vez que haverá uma coloração (vermelha, num fundo branco) para os defeitos superficiais. Não é adequado para materiais porosos. Questão 2 (NC-UFPR - 2017 - COPEL - Técnico Industrial de Mecânica I). As descontinuidades presentes quando se efetua a soldagem de metais podem afetar severamente o componente, ocasionando falhas que podem causar a perda desse componente ou até graves acidentes. Os ensaios não destrutivos, empregados em elementos soldados, têm a finalidade de identificar essas descontinuidades para que, posteriormente, ações corretivas possam ser tomadas. O ensaio de líquido penetrante é um exemplo muito empregado em peças soldadas e por meio dele é possível detectar as seguintes falhas ou propriedades no metal analisado: Parabéns! A alternativa D está correta. O ensaio por líquidos penetrantes é aplicável para a detecção de defeitos superficiais não identificáveis no exame visual. Entre os defeitos possíveis, podemos citar pequenas trincas superficiais, porosidades na superfície de um metal etc. A Microtrincas e zona termicamente afetada. B Trincassuperficiais e tamanho do grão. C Inclusões de escória e trincas superficiais. D Trincas e porosidades superficiais. E Segregações e inclusões. 04/05/2024, 08:47 Ensaios não destrutivos https://stecine.azureedge.net/repositorio/00212en/03667/index.html?brand=estacio# 33/69 3 - Ultrassom e medição de espessura por ultrassom Ao �nal deste módulo, você será capaz de empregar o ultrassom e medição de espessura por ultrassom. Vamos começar! Ensaio não destrutivo por ultrassom e medição de espessura por ultrassom Assista ao vídeo e compreenda o ensaio não destrutivo por ultrassom, os princípios básicos de funcionamento, as aplicações, as vantagens e as desvantagens. 04/05/2024, 08:47 Ensaios não destrutivos https://stecine.azureedge.net/repositorio/00212en/03667/index.html?brand=estacio# 34/69 Aspectos gerais do ultrassom Os ensaios não destrutivos são utilizados para detecção de eventuais defeitos (trincas, porosidades, inclusões no cordão de solda etc.) sem que a peça seja inutilizada. Entre os ENDs, destaca-se o ensaio por ultrassom. Em linhas gerais uma onda com frequência de ultrassom é gerada, atravessa a peça com defeito ocorrendo a reflexão, e, ao ser interpretada, identifica o tipo de defeito. A onda é mecânica (necessita de meio material para a propagação). A imagem 30 apresenta o aparato para o ensaio por ultrassom. Existem dois métodos de ensaio por ultrassom: o da transparência e o da reflexão. A imagem 31, de maneira esquemática, apresenta os dois métodos: Imagem 30 - Ensaio por ultrassom - esquema. 04/05/2024, 08:47 Ensaios não destrutivos https://stecine.azureedge.net/repositorio/00212en/03667/index.html?brand=estacio# 35/69 Imagem 31 - Métodos do ensaio por ultrassom. Aspectos físicos do ultrassom O pulso de onda utilizado no ensaio por ultrassom é mecânico, ou seja, necessita de um meio para a propagação. A velocidade da onda mecânica depende do meio de propagação - nesse caso, a peça a ser ensaiada. A onda apresenta várias características, entre as quais a amplitude , a velocidade de propagação , o comprimento de onda , frequência de vibração (f), período de vibração (T) etc. É possível escrever as seguintes relações matemáticas: A frequência do ultrassom é superior a 20 kHz, sendo comum para os ensaios valores de 20 kHz a 10 MHz (atingindo-se até 25 MHz). Tomando-se a velocidade da onda sonora (em aços) como cerca de 6.000 m/s e um transdutor de 10 MHz, é possível determinar o (A) (v) (λ) v = λ ⋅ f ou v = λ T 04/05/2024, 08:47 Ensaios não destrutivos https://stecine.azureedge.net/repositorio/00212en/03667/index.html?brand=estacio# 36/69 comprimento de onda associado e, portanto, a ordem de grandeza da dimensão do defeito detectável: Saiba mais Hz - Hertz (rotações/vibrações por segundo); kHz = 103 Hz; MHz = 106 Hz. Em relação à propagação das ondas mecânicas, duas são as possibilidades. Onda longitudinal Vibração na direção de propagação da onda. Onda transversal Vibração transversal à propagação da onda. A imagem 32 apresenta, esquematicamente, as duas possibilidades de propagação das ondas mecânicas: Imagem 32 - Propagação de ondas mecânicas longitudinal/transversal. As ondas ultrassônicas (até 25 MHz) são geradas por transdutores (convertem uma modalidade de energia em outra) construídos a partir de materiais piezoelétricos (convertem energia elétrica em energia mecânica de vibração e vice-versa). Outro aspecto físico que deve ser considerado no ensaio por ultrassom é a impedância acústica que, em linhas gerais, quantifica a resistência oferecida pelo meio material à passagem de ondas sonoras. Se dois meios estão acoplados e possuem impedâncias muito diferentes, a transmissão da onda sonora, na interface, é diminuída. Na prática da inspeção por ultrassom, quando o acoplamento do cabeçote à peça metálica permite a formação de uma pequena camada v = λ ⋅ f → 6.000 = λ ⋅ 10 ⋅ 106 → λ = 0, 6mm 04/05/2024, 08:47 Ensaios não destrutivos https://stecine.azureedge.net/repositorio/00212en/03667/index.html?brand=estacio# 37/69 de ar entre eles, a transmissão é prejudicada. A solução utilizada é a aplicação de líquido acoplante entre as superfícies, fazendo com que a diferença de impedância seja reduzida. Observe, na imagem 33, o equipamento para inspeção de tubo de aço, por teste ultrassônico, para defeito interno. Imagem 33 - Inspeção por ultrassom em tubo de aço. Atenção! Transdutores de ultrassom são constituídos de materiais piezoelétricos, como o quartzo ou o titanato de bário. É possível, por meio de algumas relações matemáticas, calcular o módulo de elasticidade (E) do material inspecionado por meio de ultrassom. Ensaio por ultrassom O ensaio não destrutivo por ultrassom é amplamente utilizado na inspeção de peças (ferrosas ou não ferrosas) com potenciais defeitos internos (vazios, trinas etc.), tendo ampla aplicação na inspeção de componentes aeronáuticos, automobilísticos, da indústria petrolífera etc. O equipamento é formado por um osciloscópio e um transdutor (transmissor/receptor). Observe a imagem 34, evidenciando o transdutor sobre a superfície e o osciloscópio: 04/05/2024, 08:47 Ensaios não destrutivos https://stecine.azureedge.net/repositorio/00212en/03667/index.html?brand=estacio# 38/69 Imagem 34 - Equipamento para inspeção por ultrassom. A partir do transdutor, ondas mecânicas vibratórias são produzidas, e a resposta no osciloscópio são os picos das ondas transmitidas/refletidas que indicam a eficiência, por exemplo, da transmissão. Regiões com alta transmissibilidade/refletividade da onda indicam ausência de defeitos internos (na região inspecionada). Cabe ressaltar que o contato entre o transdutor e a superfície da peça deve ser o mais perfeito possível, sem a presença de bolhas, que dificultam a transmissão da onda mecânica, devido à alta reflexão. A utilização de líquidos acoplantes minimiza a reflexão. Dois são os métodos para a inspeçãopor ultrassom: método da transparência; método da reflexão. Adiante, saiba mais sobre cada um deles. Método da transparência no ensaio por ultrassom Esse método utiliza vibrações ultrassônicas contínuas, oriundas do transdutor de transmissão, que são recebidas pelo transdutor de recepção. No trajeto da onda pelo material inspecionado, havendo encontro com algum defeito interno, parte da energia da onda emitida é refletida (no defeito), e somente um percentual da energia inicial chega ao receptor. No osciloscópio, um gráfico com picos reduzidos revela a presença dos defeitos internos. 04/05/2024, 08:47 Ensaios não destrutivos https://stecine.azureedge.net/repositorio/00212en/03667/index.html?brand=estacio# 39/69 Imagem 35 - Método de transparência por ultrassom. A partir da imagem 35, é possível visualizar “duas telas” do osciloscópio: uma em que a onda emitida é integralmente recebida pelo transdutor de recepção, ou seja, não ocorre interação da onda com nenhum defeito. O gráfico apresenta picos de mesma intensidade. Em oposição, quando a onda interage com o defeito interno, parte da energia é refletida, não alcançando o transdutor de recepção. Graficamente, os picos apresentam diferença nas alturas. De acordo com Garcia, Spim e Santos (2017), várias são as aplicações recomendadas para o método de transparência, dentre as quais destacam-se: inspeção de chapas e placas metálicas; inspeção de barras e perfis metálicos (na seção transversal); inspeção de pequenas peças; determinação de tamanho de defeitos. Saiba mais A principal aplicação do método por transparência é na inspeção de chapas para detecção de descontinuidades planares, tipo dupla laminação, utilizando a técnica por imersão em água. Essa técnica utiliza-se de um transdutor de imersão à prova d’água, para examinar uma peça que esteja submersa em água. A imersão na água garante um acoplamento sempre homogêneo. Método da re�exão no ensaio por ultrassom Também chamado de pulso-eco, esse método utiliza pulsos ultrassônicosoriundos do transdutor (função de transmissor e 04/05/2024, 08:47 Ensaios não destrutivos https://stecine.azureedge.net/repositorio/00212en/03667/index.html?brand=estacio# 40/69 receptor). No trajeto do pulso (pelo material inspecionado), havendoencontro com algum defeito interno, parte da energia da onda emitida é refletida (no defeito) e parteé transmitida. Não havendo interação com algum defeito, a energia sofrerá reflexão na outra superfície da peça (base). Como as distâncias percorridas serão distintas (velocidade do pulso depende do meio), os tempos na recepção serão distintos, e no osciloscópio serão apresentados com picos de alturas distintas. Observe a imagem 36: Imagem 36 - Método de reflexão por ultrassom. De acordo com Garcia, Spim e Santos (2017), várias são as aplicações recomendadas para o método de reflexão, entre as quais destacam-se: inspeção de barras e perfis metálicos (na seção longitudinal); inspeção de peças grandes (forjadas ou fundidas); determinação da profundidade do defeito. Observação importante De acordo com a expressão e considerando dado material (com velocidade de propagação da onda constante), as grandezas e são inversamente proporcionais, ou seja, quanto maior o valor da frequência , menor o comprimento de onda , o que possibilita a investigação de defeitos com menores dimensões. Qualquer um dos métodos de inspeção por ultrassom, reflexão ou transparência apresenta como vantagem a sensibilidade na detecção de descontinuidades internas, sem necessidade de execução elaborada. Em relação ao ensaio não destrutivo radiográfico, não exige revelação v = λ ⋅ f λ f f λ 04/05/2024, 08:47 Ensaios não destrutivos https://stecine.azureedge.net/repositorio/00212en/03667/index.html?brand=estacio# 41/69 de um filme para obtenção dos resultados, uma vez que são lidos diretamente no osciloscópio. Cabeçotes utilizados no ensaio por ultrassom Aqui o cabeçote é responsável pela transmissão e recepção das ondas ultrassônicas utilizadas no ensaio. Em linhas gerais, conforme afirma Santin (2003), um cabeçote-padrão é composto pelas seguintes partes: cristal piezelétrico (um ou mais); bloco amortecedor; face protetora ou bloco de retardamento; conectores elétricos; carcaça. A imagem 37 apresenta um desenho esquemático de um cabeçote- padrão e suas principais partes: Imagem 37 - Cabeçote-padrão. Os cabeçotes do equipamento de inspeção por ultrassom apresentam algumas classificações. Em relação ao ângulo de emissão ou recepção da onda ultrassônica, os transdutores podem ser: cabeçotes de incidência normal (perpendicularmente à superfície) ou cabeçotes de incidência angular (obliquamente à superfície). Cada um dos grupos de cabeçotes pode apresentar um único cristal piezoelétrico (monocristal) ou dois. 04/05/2024, 08:47 Ensaios não destrutivos https://stecine.azureedge.net/repositorio/00212en/03667/index.html?brand=estacio# 42/69 A emissão da onda ou pulso ultrassônico pode ocorrer por acoplamento direto do cabeçote na peça (cabeçotes de contato direto) ou por imersão em água. A imagem 38 apresenta um cabeçote de incidência normal utilizado no ensaio por ultrassom. Uma desvantagem é a falta de sensibilidade para detectar defeitos subsuperficiais (próximos à superfície de peça - zona morta). Imagem 38 - Cabeçote de incidência normal. A imagem 39 apresenta um esquema do cabeçote por incidência oblíqua (ou angular). Assim como os cabeçotes por incidência normal, apresenta limitações para detecção de defeitos próximos à superfície. Imagem 39 - Cabeçote de incidência oblíqua. Na imagem 40, tem-se um esboço do cabeçote de duplo cristal: 04/05/2024, 08:47 Ensaios não destrutivos https://stecine.azureedge.net/repositorio/00212en/03667/index.html?brand=estacio# 43/69 Imagem 40 - Cabeçote duplo cristal. Os transdutores pulso-eco (método de reflexão) não são adequados para a detecção de descontinuidades próximas à superfície (subsuperficiais), por exemplo, nas peças com pouca espessura. Nesse caso, outro transdutor é utilizado, o transmissor e receptor (TR), por duplo cristal. Nesses cabeçotes, os dois cristais (receptor e transmissor) são elétrica e acusticamente separados, atuando de forma independente. A imagem 41 apresenta, de forma esquemática, o transdutor TR: Imagem 41 - Transdutor TR - esquemático. A partir dos conceitos apresentados, uma ampla utilização do ensaio por ultrassom é a medição de espessuras de peças, por exemplo, de tubos. A ideia básica é que conhecendo-se a velocidade de propagação das ondas ultrassônicas (no meio considerado) e o tempo gasto entre a emissão e a recepção do pulso é possível determinar a distância percorrida pelo pulso e, consequentemente, a espessura da peça. 04/05/2024, 08:47 Ensaios não destrutivos https://stecine.azureedge.net/repositorio/00212en/03667/index.html?brand=estacio# 44/69 Os aparelhos de espessura por ultrassom operam com transdutores duplo cristal. Conforme afirma Andreucci (2008), a técnica pode ser útil para a medição de espessuras de chapas, tubos, taxas de corrosão em equipamentos industriais etc. A imagem 42 mostra, esquematicamente, a medição da espessura de um tubo: Imagem 42 - Representação esquemática da medição de espessura por ultrassom. 04/05/2024, 08:47 Ensaios não destrutivos https://stecine.azureedge.net/repositorio/00212en/03667/index.html?brand=estacio# 45/69 Falta pouco para atingir seus objetivos. Vamos praticar alguns conceitos? Questão 1 (CESGRANRIO – 2014 – Petrobras – Técnico de Projetos, Construção e Montagem Júnior – Estruturas Navais). Há um ensaio não destrutivo usado para detectar descontinuidades em todo o volume do material a ser analisado, tanto em metais ferrosos e não ferrosos como em não metais. Capaz também de localizar, de maneira precisa, descontinuidades existentes nas peças sem utilizar processos intermediários, como, a revelação de filmes, esse ensaio denomina-se: A Visual B Por raios X 04/05/2024, 08:47 Ensaios não destrutivos https://stecine.azureedge.net/repositorio/00212en/03667/index.html?brand=estacio# 46/69 Parabéns! A alternativa C está correta. Entre os ensaios visuais apresentados nas opções da questão, aquele visual, o por líquidos penetrantes e o ensaio por partículas magnéticas são adequados para a detecção de descontinuidades superficiais. Os demais prestam-se à detecção de descontinuidades interiores, sendo que no ensaio por raios X há a necessidade de revelação de filme, enquanto por ultrassom não há. Questão 2 (Petrobras: CESGRANRIO – 2008 – BR Distribuidora – Profissional Júnior – Engenharia Mecânica). Numa inspeção de vaso de pressão usando técnica de ensaio não destrutivo por ultrassom, utiliza-se um líquido acoplante entre o cristal e a superfície da peça. Sua utilização justifica-se, pois o(a) C Por ultrassom D Por líquido penetrante E Por partícula magnética A lubrificante é necessário para eliminar o atrito do transdutor. B líquido é necessário para fechar o circuito elétrico do transdutor. C líquido é necessário para garantir o contato elétrico do cristal. D cristal não vibra se colocado em contato direto com a parede externa do vaso. 04/05/2024, 08:47 Ensaios não destrutivos https://stecine.azureedge.net/repositorio/00212en/03667/index.html?brand=estacio# 47/69 Parabéns! A alternativa E está correta. Em linhas gerais, o ensaio de ultrassom requer que o cabeçote ultrassônico e a peça estejam intimamente unidos, a fim de se evitar a formação de bolhas de ar e, com isso, dificultar a transmissão do pulso ultrassônico. 4 - Ensaio radiográ�co Ao �nal deste módulo, você será capaz de descrever o ensaio radiográ�co. Vamos começar! Ensaio não destrutivo radiográ�co Assista ao vídeo e compreenda os conceitos relacionados ao ensaio não destrutivo radiográfico (por raios X). Serão detalhados os aspectos E transmissão da vibração ultrassônica não ocorre se houver ar entre o cristal e a superfície do vaso. 04/05/2024, 08:47 Ensaiosnão destrutivos https://stecine.azureedge.net/repositorio/00212en/03667/index.html?brand=estacio# 48/69 físicos dos raios X e as principais vantagens, desvantagens e aplicações do ensaio. Generalidades do ensaio radiográ�co Os ensaios não destrutivos (ENDs) têm ampla utilização na indústria para a inspeção de componentes mecânicos antes de sua utilização inicial ou durante seu ciclo de vida, como parte do programa de manutenção preditiva. Entre os diversos ENDs, estudaremos o ensaio radiográfico ou por raios X, o que possibilita a detecção de defeitos internos da matéria tais como bolhas, trincas, microtrincas, inclusões etc. Ademais, é capaz de identificar a variação da massa específica do material inspecionado . Sucintamente, um equipamento gerador de raios X é utilizado acima da peça a ser examinada. Os raios X percorrem internamente a peça e atingem um filme fotográfico fotossensível, colocado sob essa peça, produzindo um esboço da imagem, apresentando tonalidades distintas em função da intensidade da radiação que o atingiu. A imagem 43 mostra, de maneira esquemática, o aparelho gerador de raios X, a incisão dos raios numa peça a ser examinada e o filme fotossensível exposto, revelando a existência do vazio na peça. (ρ = m V ) 04/05/2024, 08:47 Ensaios não destrutivos https://stecine.azureedge.net/repositorio/00212en/03667/index.html?brand=estacio# 49/69 Imagem 43 - Esquema do gerador de raios X. A imagem 44 apresenta a absorção de raios X por uma peça com vazio interno. O filme é revelado com diferentes tonalidades de cinza, devido à intensidade dos raios X que chegam e sensibilizam o filme. 04/05/2024, 08:47 Ensaios não destrutivos https://stecine.azureedge.net/repositorio/00212en/03667/index.html?brand=estacio# 50/69 Imagem 44 - Absorção dos raios X por peça com vazio interno. A imagem 45 ilustra um aparato do exame radiográfico de soldas de tubos de paredes espessas usando um aparelho de raios X pulsado. Imagem 45 - Aparato de raios X para inspeção de soldas em tubos. Natureza e propriedades dos raios X As ondas eletromagnéticas são formadas pelos campos elétrico e magnético variáveis e se propagam, inclusive, no vácuo. São exemplos de ondas eletromagnéticas as ondas de TV, as ondas do ( →E) ( →B) 04/05/2024, 08:47 Ensaios não destrutivos https://stecine.azureedge.net/repositorio/00212en/03667/index.html?brand=estacio# 51/69 espectro visível, as micro-ondas, os raios etc. Todas elas têm velocidade máxima no vácuo de 300.000 km/s. A imagem 46 apresenta um esboço de uma onda eletromagnética, destacando-se os campos elétrico e magnético, que são perpendiculares entre si: Imagem 46 - Esboço de onda eletromagnética. Conforme afirma Andreucci (2013), em relação ao ensaio por raios X devemos salientar algumas propriedades: deslocam-se em linha reta; podem atravessar materiais opacos à luz e, ao fazê-lo, são parcialmente absorvidos por esses materiais; podem sensibilizar películas fotográficas, formando imagens; provocam o fenômeno da fluorescência em alguns materiais; o comprimento de onda é da ordem de 0,01 a 10 Å Produção dos raios X Quando um elétron da camada de valência de um átomo é “arrancado” de sua trajetória, ocorre a liberação de energia na forma de raios X. Diferentemente dos materiais nucleares que emitem naturalmente a radiação, os raios X são gerados em aparelhos que podem ser “ligados” e “desligados”. Os raios são gerados numa ampola de vidro, denominada tubo de Coolidge, que possui o ânodo (polo positivo) e o cátodo (polo negativo). É ligado em alguns milhares de volts. A alta diferença de potencial (d.d.p.) provoca, numa lâmpada de filamento, uma emissão de elétrons atraídos contra uma placa de tungstênio (ânodo). A interação com a matéria gera os raios X. A X 04/05/2024, 08:47 Ensaios não destrutivos https://stecine.azureedge.net/repositorio/00212en/03667/index.html?brand=estacio# 52/69 imagem 47 apresenta um esquema de um aparelho de raios X e seus principais componentes. Imagem 47 - Esboço de onda eletromagnética. É possível determinar o comprimento de onda mínimo (em Å) dos raios gerados, a partir da diferença de potencial (d.d.p.) aplicada, de acordo com a seguinte equação. O comprimento de onda mínimo está associado a uma maior energia transportada pelos raios X ou, ainda, ao maior poder de penetração. Dessa forma, para peças pouco espessas, devemos utilizar raios X com maior comprimento de onda (menor energia) e menor comprimento de onda (maior energia) para peças com grande espessura. Da equação anterior, pode-se inferir que o comprimento de onda e a d.d.p. aplicada são inversamente proporcionais, ou seja, para valores maiores da d.d.p. o comprimento de onda é pequeno - logo, com alto poder de penetração na matéria. Para d.d.p. de 60 kV e 120 kV, os comprimentos de onda mínimos serão iguais a: Ensaio radiográ�co O ensaio industrial por raios X tem como objetivo a detecção de descontinuidades no interior da matéria. Para sua execução, são λminimo X λmínimo = 12 ⋅ 412 d.d.p. λmínimo = 12.412 60.000 ∼ 0, 2Å/λmínimo = 12.412 120.000 ∼ 0, 1Å 04/05/2024, 08:47 Ensaios não destrutivos https://stecine.azureedge.net/repositorio/00212en/03667/index.html?brand=estacio# 53/69 utilizados o tubo de Coolidge e um filme fotossensível. Dessa forma, o feixe de raios X que vier a emergir da peça sensibilizará o filme, posicionando as falhas contidas no material. Em termos matemáticos, a intensidade emergente da peça é dada pela expressão a seguir. - intensidade inicial dos raios ; - espessura do material; - coeficiente de absorção (depende do material e do comprimento de onda dos raios ); - intensidade emergente dos raios . A diferença de intensidade dos raios X no filme radiográfico fotossensível auxilia na formação da imagem. Observe a imagem 48, em que uma peça apresenta grande porosidade: Imagem 48 - Absorção dos raios X por peça com grande porosidade. Outra grande aplicação do ensaio radiográfico é a verificação dos cordões de soldas em peças com relevância estrutural. A imagem 49, por exemplo, apresenta a radiografia de um tubo metálico soldado, indicando escória e corrosões por pites: I = Io ⋅ e−μ⋅x I0 X x μ X I X 04/05/2024, 08:47 Ensaios não destrutivos https://stecine.azureedge.net/repositorio/00212en/03667/index.html?brand=estacio# 54/69 Imagem 49 - Absorção dos raios X por peça com vazio interno. De acordo com Garcia, Spim e Santos (2017), existem várias aplicações do ensaio radiográfico na indústria atualmente, como veremos a seguir. Em produtos fundidos, o ensaio por raios X permite a determinação de defeitos como contrações, porosidades, inclusões etc. Em produtos em que ocorreu o processo de soldagem, o ensaio radiográfico permite avaliação do cordão da solda em relação aos seguintes aspectos: porosidade devido a gases, aprisionamento de escórias, falta de fusão ou penetração incompleta do metal de adição, trincas etc. No caso de produtos cujo processo de fabricação foi a moldagem ou a extrusão, o ensaio permite avaliar em materiais poliméricos e sólidos cristalinos bolhas, contrações, trincas etc. Atenção! Existe a técnica de microrradiografia, cujo objetivo é a inspeção de microdefeitos ou heterogeneidades (segregações, estruturas dendríticas etc.). As imagens 50 e 51 apresentam os resultados dos exames radiográficos de uma peça soldada. Na primeira, o cordão de solda apresenta porosidades e, na segunda, aprisionamento de escória durante os vários passes da solda. 04/05/2024, 08:47 Ensaios não destrutivos https://stecine.azureedge.net/repositorio/00212en/03667/index.html?brand=estacio# 55/69 Imagem 50 - Radiografia de cordão de solda com porosidades. Imagem 51 - Cordão de solda com escórias aprisionadas. Os ensaios não destrutivos denominados radiográficos e por ultrassom são utilizados para inspeção de peças com defeitos internos. No caso de descontinuidades volumétricas (poros e inclusões deescória em soldas), o ensaio radiográfico é o mais indicado e, para descontinuidades planas (trincas de solidificação, falta de fusão e penetração na solda) o ensaio adequado é o por ultrassom. 04/05/2024, 08:47 Ensaios não destrutivos https://stecine.azureedge.net/repositorio/00212en/03667/index.html?brand=estacio# 56/69 Radioscopia industrial Uma variação do ensaio por raios X é a radioscopia industrial, também considerado END. Uma fonte de raios X emite energia sobre uma peça e, por essa técnica, a detecção da radiação X que emerge é feita em uma tela fluorescente (tungstato de cálcio - luz azul), cujo princípio é a emissão de luz com maior ou menor intensidade, dependendo da intensidade dos raios X detectados. As telas fluorescentes se baseiam no fenômeno da fluorescência. Assim, a radioscopia industrial pode, resumidamente, ser apresentada como uma técnica para inspeção de defeitos internos em materiais a partir da radiação de raios X que atravessam a peça, atingindo uma tela fluorescente, onde se forma a imagem. Observe na imagem 52 a fonte de raios X e a tela fluorescente. Imagem 52 - Radioscopia Industrial. A radioscopia é particularmente aplicável quando deseja-se inspecionar peças pequenas e com pequenas espessuras, sendo a técnica de radioscopia um ensaio rápido e de baixo custo. De acordo com Andreucci (2013): I Não é possível se inspecionar peças de grande espessura ou de alto número atômico, pois nesse caso a intensidade dos raios X não seria fi i t t lt d i i 04/05/2024, 08:47 Ensaios não destrutivos https://stecine.azureedge.net/repositorio/00212en/03667/index.html?brand=estacio# 57/69 Vale a pena ressaltar que fluorescência é o fenômeno pelo qual uma substância emite luz quando exposta a radiações do tipo ultravioleta ou raios X. As radiações absorvidas (fora do espectro visível) transformam- se em luz visível, ou seja, com um comprimento de onda maior que o da radiação incidente. Uma vez cessada a causa (a absorção dos raios X, por exemplo), o efeito de fluorescência desaparece. A cor emitida é característica do material. Formação da imagem no ensaio por raios X A fim de que ocorra o perfeito entendimento da imagem formada no filme radiográfico e as variáveis envolvidas, serão estudadas propriedades de óptica geométrica, tais como propagação retilínea, independência dos raios etc. Cabe ressaltar que os raios X, assim como suficientemente alta para produzir uma imagem clara sobre a tela fluorescente. II Devido às características próprias das telas fluorescentes e à baixa distância foco tela usada, a qualidade de imagem na radioscopia não é tão boa quanto a da radiografia. III A radioscopia, com imagem visualizada diretamente na tela fluorescente, não permite a localização precisa na peça das áreas que contêm descontinuidades inaceitáveis. 04/05/2024, 08:47 Ensaios não destrutivos https://stecine.azureedge.net/repositorio/00212en/03667/index.html?brand=estacio# 58/69 a luz visível, são ondas eletromagnéticas que, no vácuo, viajam com . Fundamentos da óptica geométrica Para o entendimento da formação da imagem por raios X será utilizada uma analogia com a luz visível. Inicialmente, duas fontes de luz são possíveis: a pontual ou puntiforme. Ou seja, cujas dimensões são desprezíveis ante os objetos que estão sendo “iluminados” ou a fonte extensa, cujas dimensões apresentam a mesma ordem de grandeza dos objetos envolvidos. A seguir, veremos alguns conceitos (referentes à luz no espectro visível) que serão apresentados como analogia para o entendimento dos raios X: Em linhas gerais, o caminho percorrido pela onda eletromagnética independe da presença de outros. Quando há a interseção, o fenômeno da interferência ocorre localmente, mas, ao final, cada raio segue seu caminho. A imagem 53 apresenta o princípio descrito para a onda eletromagnética, no espectro visível. Imagem 53 - Princípio da independência. Desconsiderando a presença de grandes massas próximas ao caminho da radiação, aceita-se que se propaga retilineamente. A imagem 54 apresenta um experimento que evidencia a trajetória retilínea da luz: uma fonte de luz e dois objetos opacos com pequeno furo em cada um. Só é possível que o observador v = 3.108m/s Princípio da independência dos raios de luz Princípio da propagação retilínea da luz 04/05/2024, 08:47 Ensaios não destrutivos https://stecine.azureedge.net/repositorio/00212en/03667/index.html?brand=estacio# 59/69 perceba o raio luminoso se a fonte e os dois furos estiverem alinhados. Imagem 54 - Propagação retilínea da luz. Suponha o seguinte arranjo experimental: uma fonte de luz puntiforme, um disco opaco (não permite a transmissão da luz) e um anteparo (parede), dispostos como na imagem 55. Imagem 55 - Formação apenas da sombra. A região com a forma de um tronco de cone circular não apresenta raios de luz, sendo chamada de sombra. O disco no anteparo é a região projetada. O aparato seguinte (imagem 56) é similar ao primeiro, possuindo um disco opaco e uma parede. A diferença é que, nesse experimento, a fonte é extensa, ou seja, suas dimensões não são desprezíveis ante os demais objetos. Por essa razão, uma nova região é verificada: a penumbra, onde parcialmente os raios incidentes estão presentes. Assim como no experimento anterior, a sombra e a sombra projetada continuam a existir. Penumbra e sombra 04/05/2024, 08:47 Ensaios não destrutivos https://stecine.azureedge.net/repositorio/00212en/03667/index.html?brand=estacio# 60/69 Imagem 56 - Formação apenas da sombra. Penumbra e sombra no ensaio por raios X Na formação de raios X, a partir da lâmpada incandescente, os elétrons chocam-se com o alvo de tungstênio. Essa interação com a matéria gera os raios X. Para efeitos de analogia, essa é a fonte luminosa (pontual ou extensa). Utilizando um objeto de chumbo (absorvedor dos raios X). A sombra é a “imagem” no filme fotográfico. Observe a imagem 57: 04/05/2024, 08:47 Ensaios não destrutivos https://stecine.azureedge.net/repositorio/00212en/03667/index.html?brand=estacio# 61/69 Imagem 57 - Formação da “imagem” por raios X com fonte puntiforme. A imagem 58 apresenta uma fonte extensa, um objeto de chumbo. Nesse caso, no filme aparece a penumbra em torno da sombra, fazendo com que a imagem perca a nitidez. 04/05/2024, 08:47 Ensaios não destrutivos https://stecine.azureedge.net/repositorio/00212en/03667/index.html?brand=estacio# 62/69 Imagem 58 - Formação da “imagem” por raios X a partir de fonte extensa. Dessa forma, para evitar a formação de penumbra (o que influencia a nitidez) e a distorção da imagem, os seguintes cuidados devem ser tomados no exame de inspeção por raios X: o foco deverá ser pequeno, o mais próximo possível de um ponto; o tubo gerador de raios X deve ser posicionado o mais afastado possível do objeto (para diminuir a penumbra); o filme radiográfico deve estar o mais próximo possível do objeto; deve-se garantir a perpendicularidade (ou o valor mais próximo) entre os raios X e o filme radiográfico (evitar distorção da imagem). Saiba mais 04/05/2024, 08:47 Ensaios não destrutivos https://stecine.azureedge.net/repositorio/00212en/03667/index.html?brand=estacio# 63/69 Existe a possibilidade de ensaio (gamagrafia) por raios gama gerados, a partir de isótopos radioativos (irídio-192, selênio-75 e cobalto- 60 etc.). É uma radiografia obtida por meio de raios gama. Apresenta comprimento de ondas menor que o dos raios X, na faixa de 0,01 a 0,05 Å, portanto, com maior poder de penetração na matéria. Ademais, a fonte é menor que a de raios X, com custo menor e possibilidade de avaliação de peças com mais espessas. (γ) 04/05/2024, 08:47 Ensaios não destrutivos https://stecine.azureedge.net/repositorio/00212en/03667/index.html?brand=estacio# 64/69 Falta pouco para atingir seus objetivos. Vamos praticar alguns conceitos? Questão 1 (INB – Prova: FUNDEP, Gestão de Concursos – 2018 – Soldador Oxigás –adaptada) Descontinuidades são defeitos detectados por ensaios não destrutivos após soldagem. Assinale a alternativa que representa o ensaio mais indicado para detectar uma descontinuidade volumétrica. Parabéns! A alternativa A está correta. Os cinco ensaios apresentados nas opções de resposta são não destrutivos. O exame visual é adequado para defeitos superficiais cuja resolução da vista humana seja suficiente para a identificação. O ensaio de líquidos penetrantes é aplicável quando os defeitos são superficiais. O ensaio de correntes parasitas identifica defeitos superficiais, sendo limitado a materiais que conduzem eletricidade. Os ensaios radiográficos e por ultrassom são adequados para A Radiográfico B Correntes parasitas C Ultrassom D Líquido penetrante E Exame visual 04/05/2024, 08:47 Ensaios não destrutivos https://stecine.azureedge.net/repositorio/00212en/03667/index.html?brand=estacio# 65/69 detecção de defeitos internos, sendo o radiográfico mais indicado para descontinuidades volumétricas e o ultrassom para uma descontinuidade plana. Questão 2 Sobre o ensaio não destrutivo denominado ensaio radiográfico, são feitas as afirmativas a seguir. I – Quanto maior a energia dos raios X, maior seu comprimento de onda e maior a penetração da radiação. II – O comprimento de onda mínimo e a diferença de potencial aplicada ao equipamento gerador de raios X são grandezas diretamente proporcionais. III – Os raios X têm comprimento de onda na ordem de 10-12 a 10-9 m. Está correto o que consta na alternativa: Parabéns! A alternativa C está correta. Quanto maior a energia dos raios , maior o poder de penetração na matéria. Raios com pequeno comprimento de onda apresentam alto poder de penetração. A expressão matemática entre o comprimento de onda mínimo e a diferença de potencial (d.d.p.) é dada por , ou seja, são grandezas inversamente proporcionais. Os raios têm A Apenas I B Apenas II C Apenas III D I e II E II e III X X (λmínimo ) λmínimo = 12.412 d.d.p. X 04/05/2024, 08:47 Ensaios não destrutivos https://stecine.azureedge.net/repositorio/00212en/03667/index.html?brand=estacio# 66/69 comprimento de onda na ordem de 0,01 a 10 Å. Como , tem-se, portanto, que a faixa do comprimento de onda é a . Considerações �nais Neste conteúdo foram abordados os principais ensaios não destrutivos (ENDs) utilizados para a detecção de defeitos e descontinuidades em peças acabadas. Inicialmente, foi abordado o ensaio visual e dimensional em soldas, tipicamente utilizado para a detecção de defeitos superficiais e incorreções dimensionais. Foram apresentados e descritos os principais instrumentos utilizados no ensaio: lupa, tuboscópio, paquímetro, transferidor, gabaritos, etc. Em seguida, foi abordado o ensaio por líquidos penetrantes. Foram feitas também descrições das principais etapas do ensaio, aplicações (descontinuidades superficiais) e limitações (não adequado para materiais com porosidade superficial elevada). Na sequência, o ensaio por ultrassom foi estudado, bem como o transdutor utilizado na geração das ondas mecânicas. Apresentaram-se as características das ondas mecânicas, a faixa de variação das ondas ultrassônicas, os objetivos do ensaio e suas limitações. Por fim, o ensaio não destrutivo por raios X foi abordado. Inicialmente, fez-se um breve estudo sobre a geração dos raios X. Em seguida, foi explicada a relação entre comprimento de onda dos raios X, diferença de potencial (d.d.p.) aplicada na fonte e o poder de penetração dos raios X na matéria. As principais aplicações do ensaio foram apresentadas. Nitidez e distorção da imagem no filme radiográfico foram destacadas, em particular, como atenuar o fenômeno da penumbra. Diferenças entre os ensaios com fonte de raios X e raios gama foram apresentadas. Podcast 1Å = 10−10m 10−12 10−9m 04/05/2024, 08:47 Ensaios não destrutivos https://stecine.azureedge.net/repositorio/00212en/03667/index.html?brand=estacio# 67/69 Ouça o conteúdo preparado especialmente para enriquecer o seu conhecimento. Explore + Acesse o site da Associação Brasileira de Ensaios Não Destrutivos e Inspeção (ABENDI) e saiba mais sobre o tema. Referências ANDREUCCI, R. Ensaio por ultrassom. São Paulo: Abende, jul. 2008. ANDREUCCI, R. Radiologia industrial. São Paulo: Abende, nov. 2013. GARCIA, A.; SPIM, J. A.; SANTOS, C. A. dos. Ensaios dos materiais. 2. ed. Rio de Janeiro: LTC, 2017. LEITE, P. G. P. Ensaios não destrutivos. São Paulo: ABM, 1984. MODENESI, P. J. Descontinuidades e inspeção em juntas soldadas. Belo Horizonte: UFMG, 2001. SANTIN, J. L. Ultrassom: técnica e aplicação. 2. ed. Curitiba, PR: Artes Gráficas e Editora Unificado, 2003. VILLAS-BÔAS, N.; DOCA, R. H.; BISCOULA, G. J. Tópicos de física. 19. ed. São Paulo: Saraiva, 2012. v. 2. 04/05/2024, 08:47 Ensaios não destrutivos https://stecine.azureedge.net/repositorio/00212en/03667/index.html?brand=estacio# 68/69 Material para download Clique no botão abaixo para fazer o download do conteúdo completo em formato PDF. Download material O que você achou do conteúdo? Relatar problema 04/05/2024, 08:47 Ensaios não destrutivos https://stecine.azureedge.net/repositorio/00212en/03667/index.html?brand=estacio# 69/69 javascript:CriaPDF()
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