6 - Ultra-som

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ENSAIOS 
MECÂNICOS
Cláudia Luisa Mendes
 
Ultrassom
Objetivos de aprendizagem
Ao final deste texto, você deve apresentar os seguintes aprendizados:
  Identificar o princípio do ultrassom.
  Analisar exemplos de aplicações como a descontinuidade em materiais.
  Reconhecer os recursos materiais e humanos necessários para a exe-
cução de ensaios de ultrassom.
Introdução
O ensaio por ultrassom constitui uma ferramenta indispensável para ga-
rantia de qualidade de peças, principalmente em indústrias de caldeiraria 
e estruturas marítimas.
Neste capítulo, você vai aprender sobre o princípio do ultrassom, vai 
conhecer exemplos de aplicações como a descontinuidades em materiais 
e vai compreender os recursos materiais e humanos necessários para a 
execução de ensaio de ultrassom.
Princípios básicos do ultrassom
Os sons são oriundos da vibração de determinado material. Quando extrema-
mente graves ou muito agudos passam despercebidos aos ouvidos humanos, 
situação em que os denominamos de sons inaudíveis. Esses sons podem ser 
com frequências muito baixas, de até 20 Hz (infrassom), ou com frequências 
muito altas, acima de 20 kHz (ultrassom), como mostra a Figura 1.
U N I D A D E 4 
joliveira
Rectangle
joliveira
Rectangle
Figura 1. Campo de audibilidade das vibrações mecânicas.
Fonte: Adaptada de Andreucci (2016, p. 11).
Fonte de som
INFRASSOM SOM ULTRASSOM
20 Hz 20 kHz
Como se sabe, o som é de natureza mecânica e, quando produzido em salas, 
reflete nas paredes e pode ser transmitido para outros ambientes. Basicamente, 
é esse fenômeno que embasa o ensaio mecânico por ultrassom.
De forma mais precisa, podemos dizer que o ensaio de ultrassom consiste 
na emissão de uma onda mecânica (sonora) através de um transdutor. A partir 
do momento em que a onda é emitida, o aparelho começa a contar o tempo. 
Ao encontrar uma descontinuidade, ocorre reflexão da onda e esta retorna ao 
transdutor. Esse retorno, por sua vez, gera um sinal elétrico que é processado 
e mostrado na tela do aparelho de análise. Na leitura do aparelho, a posição 
do eco é proporcional ao caminho percorrido pelo som até a descontinuidade 
da peça. Esse procedimento é representado pela Figura 2.
A velocidade de propagação das ondas sonoras nos materiais depende do 
sentido de vibração e do meio condutor. A Tabela 1 mostra alguns valores de 
velocidade de propagação em diferentes materiais, considerando o sentido 
da onda.
Ultrassom2
Figura 2. Ensaio de ultrassom: a) Emissão do pulso de ultrassom. b) Reflexão do pulso, 
gerado pela descontinuidade.
Emissão do pulso
ultrassônico
Re�exão do 
pulso
ultrassônico
S
Distância (S)
Tempo percorrido
a) b)
Emissor/Receptor Emissor/ReceptorPeça Peça
Material
Velocidade (m/s)
Onda longitudinal Onda transversal
Ar 330 -
Água 1.480 -
Alumínio 6.300 3.100
Chumbo 2.160 700
Aço 5.900 3.250
Aço inoxidável 5.800 3.100
Aço fundido 4.800 2.400
Ferro fundido 3.500 a 5.600 2.200 a 3.200
Latão 3.830 2.050
Vidro 5.570 3.520
Acrílico 2.730 1.430
 Tabela 1. Velocidade de propagação do som 
3Ultrassom
A relação existente entre velocidade, comprimento de onda e frequência 
é dado pela seguinte equação:
V = λ ∙ f
Uma onda longitudinal ultrassônica, com frequência 2 MHz é utilizada para examinar 
uma peça de aço. Qual o comprimento de onda gerado no material?
Solução:
A frequência de 2 MHz corresponde a 2 milhões de ciclos por segundos ou seja 
2 x 106 Hz. Portanto: 
V = λ ∙ f ou λ = V
f
De acordo com a Tabela 1 = 5.900 m/s, então:
λ = 5900 m/s
2 × 106 Hz
λ = 2950 × 10–6 ou λ = 2,95 mm
Finalidade do ensaio
Segundo Andreucci (2016), o ensaio por ultrassom é caracterizado como um 
método de ensaio não destrutivo. Seu objetivo é a detecção de falhas internas 
e pode ser aplicado em materiais metálicos ou não metálicos.
Esse tipo de teste, assim como os demais ensaios não destrutivos, é utilizado 
para inspeção de peças em uso e também para verificação de matéria-prima 
com o objetivo de reduzir o grau de incerteza quanto a falhas oriundas da 
fabricação.
Técnicas de inspeção
Segundo Andreucci (2016), o ensaio por ultrassom pode ser realizado utilizando 
uma das seguintes técnicas de inspeção:
  técnica de impulso-eco ou pulso-eco; 
  técnica de transparência;
  técnica de imersão. 
Ultrassom4
Exemplos de aplicações do ensaio por ultrassom
A seguir, apresentamos uma descrição sucinta das técnicas utilizadas para 
realizar o ensaio por ultrassom.
Técnica de impulso-eco ou pulso-eco
Essa técnica utiliza um único transdutor, responsável por emitir e receber as 
ondas ultrassônicas que se propagam no material. Permite verifi car a dimen-
são, a localização e a profundidade da descontinuidade. Temos um exemplo 
prático na Figura 3.
Figura 3. Técnica impulso-eco: a) Esboço do ensaio e leitura na tela do equipamento. 
b) Exemplo da inspeção em uma chapa, utilizando o transdutor por impulso-eco.
Fonte: a) Autor. b) GajokFilm/Shutterstock.com.
a) b)
b)
Emissor/Receptor
S
S
Técnica de transparência
Nesse caso, empregam-se dois transdutores, um responsável pela emissão e o 
outro pelo recebimento do sinal sonoro. Por conta disso, é necessário acoplar 
os transdutores dos dois lados da peça, em perfeito alinhamento. Esse tipo 
de inspeção é utilizado apenas em peças menores, para identifi car a presença 
de falhas ou para realizar análises comparativas com peças que não possuem 
5Ultrassom
falhas, estabelecendo critérios de aceitação das falhas. Um exemplo prático 
é apresentado pela Figura 4.
Figura 4. Técnica de transparência: a) Esboço do ensaio utilizando a técnica e a leitura na 
tela do equipamento. b) Exemplo da inspeção por transparência de um tarugo, empregando 
dois transdutores.
Fonte: a) Autor. b) Serviuc [2011?, documento on-line].
a) b)
Emissor
Receptor
Segundo Andreucci (2016), nesse tipo de inspeção não se consegue deter-
minar a posição da descontinuidade, nem sua extensão, nem sua localização. 
É apenas um ensaio do tipo passa–não passa.
A altura do sinal recebido varia em função da quantidade e tamanho das 
descontinuidades captadas. Este método pode ser aplicado em chapas de usinas, 
barras forjadas ou fundidas e em alguns casos de soldas.
Por conta da dificuldade de alinhamento dos transdutores, o método ma-
nual não é utilizado pelas indústrias, substituído por sistemas automáticos 
robotizados como mostra a Figura 5.
Ultrassom6
Figura 5. Exemplos de sistemas automáticos para ensaios pela técnica de transparência.
Fonte: GE Industrial Technologies apud Andreucci (2016, p. 33).
Técnica de imersão
Nessa técnica, é utilizado um transdutor de imersão à prova d’água. O trans-
dutor pode se movimentar, o que permite um controle completo, tanto na 
distância da peça quanto na direção do feixe de som. A peça a ser avaliada é 
colocada dentro de um tanque com líquido (podendo ser água) que proporciona 
o acoplamento homogêneo. Um exemplo prático é oferecido pela Figura 6.
Figura 6. Técnica de Imersão: a) Esboço do ensaio utilizando a técnica e a leitura na tela do 
equipamento. b) Exemplo da inspeção de uma chapa empregando os transdutores de imersão.
Fonte: a) Do autor. b) Ultrassom... (2016, documento on-line).
a)
Líquido como 
acoplante
Transductor
Peça
b)
7Ultrassom
Na Figura 6, vemos um equipamento calibrado para o aço, usando água 
como líquido de acoplamento. No ponto zero, mostra-se o pulso inicial do 
transdutor. No ponto quatro, se verifica a primeira reflexão proveniente da 
superfície do material. No ponto oito, a segunda reflexão, ou seja, a repetição 
do sinal. O ponto seis mostra a descontinuidade detectada na peça. Por fim, 
no ponto sete, se observa a reflexão do fundo da peça. 
Recursos materiais e humanos necessários para 
a execução de ensaios de ultrassom
Segundo Andreucci (2016), no interior do aparelho de ultrassom são instalados 
circuitos eletrônicos especiais, que transmitem pulsos elétricos controlados 
ao cristal piezelétrico, através de um cabo coaxial. Esses pulsos sãotransfor-
mados em ondas ultrassônicas. Os sinais recebidos no cristal são mostrados 
na tela do equipamento na forma de pulsos luminosos, conhecidos como 
“ecos”, que podem ser regulados para a leitura de sua amplitude, registrando 
as descontinuidades encontradas no interior do material.
O cristal piezelétrico é um componente que gera campo elétrico quando submetido a 
uma pressão. Pode-se obter o comportamento inverso, aplicando um campo elétrico 
sobre o material piezelétrico para gerar uma deformação. 
Assim, define-se que o aparelho de ultrassom é um osciloscópio que mede 
o tempo do percurso do som na peça ensaiada através da relação: S = V×T, 
onde S é o espaço percorrido pela onda sonora, T é o tempo e V é a velocidade 
de propagação do som no material. Um exemplo de aparelho para o ensaio de 
ultrassom é mostrado na Figura 7.
Ultrassom8
Figura 7. Aparelho para o ensaio de ultrassom, mostrando a medição da espessura de 
uma peça.
Fonte: GajokFilm/Shutterstock.com.
Os ensaios de ultrassom podem ser utilizados para as seguintes aplicações:
  detecção de descontinuidades internas;
  avaliação de descontinuidades internas;
  medições de espessura;
  controle da taxa de corrosão.
Para obter resultados confiáveis, é preciso calibrar o equipamento antes 
do uso, utilizando blocos com espessuras previstas por norma, como mostra a 
Figura 8, fabricados com o mesmo material da peça a ser avaliada, e ajustando 
corretamente a velocidade de propagação do som para o material em teste.
9Ultrassom
Figura 8. Bloco de calibração.
Fonte: Adaptada de American Society for Testing and Materials (2002, p. 2).
Uma das grandes desvantagens do ensaio por ultrassom é a exigência de 
experiência e profundo conhecimento teórico por parte do inspetor, o que 
envolve alto custo de treinamento. Além da complexidade de interpretação 
dos sinais verificados no ensaio, a qualificação do operador se impõe porque 
o registro permanente do teste não é facilmente obtido.
1. A faixa de frequência 
considerada infrassom é:
a) Acima de 20kHz.
b) Abaixo de 20kHz.
c) Acima de 20kHz.
d) Abaixo de 20kHz.
e) Entre 20Hz e 20kHz.
2. Uma onda longitudinal mecânica 
produzida por um transdutor 
ultrassônico com frequência de 
4 MHz, ao se propagar 
no aço fundido, terá um 
comprimento de onda de:
a) 2,4 mm.
b) 6,8 mm.
c) 1,2 mm.
d) 24,0 mm.
e) 12,0 mm.
3. Qual técnica de ensaio por ultrassom 
emprega dois transdutores, 
um para emissão do sinal e 
outro para o recebimento?
a) Técnica de impulso-eco.
b) Técnica de pulso-eco.
c) Técnica de transparência.
d) Técnica de imersão.
Ultrassom10
e) Técnica de radiação.
4. O cristal responsável pela geração 
e recepção das ondas ultrassônicas 
possui a propriedade:
a) magnética.
b) mecânica.
c) elétrica.
d) piezelétrica.
e) supercondutora.
5. Qual das alternativas indica 
uma grande desvantagem 
do ensaio por ultrassom?
a) Necessidade de experiência 
e profundo conhecimento 
teórico por parte do inspetor.
b) Alto custo de material.
c) Imprecisão dos resultados.
d) Não pode ser aplicado em peças 
com grandes espessuras.
e) Pode ser aplicado em peças 
com geometrias complexas.
AMERICAN SOCIETY FOR TESTING AND MATERIALS. A 609/A 609M -91: standard practice 
for castings, carbon, low-alloy, and martensitic stainless steel, ultrasonic examination 
thereof. ASTM International, Philadelphia, 2002. Disponível em: . Acesso em: 13 jun. 2018.
ANDREUCCI, R. Ensaio por ultrassom. Associação Brasileira de Ensaios Não Destrutivos 
e Inspeção, São Paulo, 2016. Disponível em: . Acesso em: 13 jun. 2018.
SERVIUC, L. M. Ultrassom. Faend, Piracicaba, [2011?]. Disponível em: . Acesso em: 13 jun. 2018.
ULTRASSOM por imersão. Mistras South America, São Paulo, 2016. Disponível em: 
. Acesso em: 13 
jun. 2018.
ZOLIN, I. Ensaios mecânicos e análises de falhas. 3. ed. Santa Maria: Colégio Técnico 
Industrial de Santa Maria: UFSM, 2011. 102 p. Disponível em: . Acesso em: 13 jun. 2018.
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http://www.tlndt/
http://www.abendi.org.br/abendi/
http://faend.com.br/arquivos/ultrassom_faend.ppt
http://www.pasa.com.br/2016/produtos_tanques_imersao.asp
http://redeetec.mec.gov/
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da Instituição, você encontra a obra na íntegra.
 
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