Comparação Raio-X e Ultra-som

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Comparação entre ensaios de Ultra Som e Radiografia
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16/02/2014
Equipe 1
	
	TÍTULO: comparação entre ensaio e de ultra-som e radiografia. 
Introdução
Será feito, analise comparativa entre os metodo de ensaios de Raios-X e metodo de inspeção por Ultra-Som.
Ensaio de Ultra-Som
Assim como uma onda sonora, reflete ao incidir num anteparo qualquer, a vibração ou onda ultrassonica ao percorrer um meio elástico, refletirá da mesma forma, ao incidir num anteparo qualquer, 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.
Figura 1 - príncipio básico
 
O ensaio por ultrassom, método não destrutivo tem po objetivo a detecção de defetos ou descontinuidades internas, presentes nos mais variados tipos ou forma de materiais ferrosos ou não ferrosos. Os defeitos são caracterizados pelo processo de fabricação da peça ou componentes a ser examinada, tendo como
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 exemplo : bolhas de gás em fundidos, dupla laminação em laminados, micro-trincas em forjados, escorias em uniões soldadas e muitos outros. Portanto, o exame ultrassonico, visa diminuir o grau de incerteza na utilização de materiais ou peças de responsabilidades.
Hoje na indústria moderna, principalmente nas áreas de caldeiraria e estruturas marítimas, o exame ultrassonico, constitui uma ferramenta indispensável para garantia da qualidade de peças de grandes espessuras, geometria complexa de juntas soldadas, chapas. Na maioria dos casos, os ensaios são aplicados em aços-carbonos, em menor porcentagem em aços inoxidáveis. Materiais não ferrosos são difíceis de serem examinados, e requerem procedimentos especiais.
Vantagens e desvantagens
Vantagens
O método ultrassonico possui alta sensibilidade na detectabilidade de pequenas descontinuidades internas, por exemplo: 
• Trincas devido tratamento térmico, fissuras e outros de difícil detecção por ensaio de radiações penetrantes (radiografia ou gamagrafia). 
• Para interpretação as indicações, dispensa processos intermediários, agilizando a inspeção. 
• No caso de radiografia ou gamagrafia, existe a necessidade do processo de revelação do filme, que via de regra demanda tempo do informe de resultados. 
• Ao contrário dos ensaios por radiações penetrantes, o ensaio ultrassonico não requer planos especiais de segurança ou quaisquer acessórios para sua aplicação. 
• A localização, avaliação do tamanho e interpretação das descontinuidades encontradas são fatores intrínsecos ao exame ultrassonico, enquanto que outros exames não definem tais fatores. Por exemplo, um defeito mostrado num filme radiográfico define o tamanho mas não sua profundidade e em muitos casos este é um fator importante para proceder um reparo.
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Desvantagem 
Requer grande conhecimento teórico e experiência por parte do inspetor. 
• O registro permanente do teste não é facilmente obtido. 
• Faixas de espessuras muito finas constituem uma dificuldade para aplicação do método. 
• Requer o preparo da superfície para sua aplicação. Em alguns casos de inspeção de solda, existe a necessidade da remoção total do reforço da solda, que demanda tempo de fábrica.
 Ondas mecânicas
Ondas mecânicas são compostas de oscilações de partículas discretas no meio em que se propagam. A passagem de energia acústica no meio faz com que as partículas que compõem o mesmo, execute o movimento de oscilação em torno na posição de equilíbrio cuja amplitude do movimento será diminuído com o tempo em decorrência da perda de energia adquirida pela onda.
Ondas longitudinais (ondas de compressão)
Ondas cujas partículas oscilam na diração de propagação da onda, podendo ser transmitidas a sólidos, líquidos e gases.
Figura 2 - esquema onda longitudinal
É perceptível, 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 propagação da 
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onda (longitudinal),e aparecerá “zonas de compressão” e “zonas diluídas”. As distâncias entre duas zonas de compressão determinam o comprimento de onda (λ).
Ondas transversais (ou ondas de cizalhamento): 
 
Uma onda transversal é definida, quando as partículas do meio vibram na direção perpendicular ao de propagação. Neste caso, observamos que os planos de partículas, mantém-se na mesma distância um do outro, movendo-se apenas verticalmente. 
Figura 3- esquema ondas transversais
As partículas oscilam na direção transversal a direção de propagação, podendo ser transmitidas somente a sólidos. As ondas transversais são praticamente incapazes de se propagarem nos líquidos e gases, pela características das ligações entre partículas, destes meios . O comprimento de onda é a distância entre dois “vales” ou dois “picos”. 
Ondas superficiais ou Ondas de Rayleigh
São assim chamadas, pela características de se propagar na superfície dos sólidos. Devido ao complexo movimento oscilatório das partículas da superfície, a velocidade de propagação da onda superficial entre duas fases
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 diferentes é de aproximadamente 10% inferior que a de uma onda transversal. Para o tipo de onda superficial que não possui a componente normal, portanto se propaga em movimento paralelo a superfície e transversal em relação a direção de propagação recebe a denominação de ondas de “Love”. Sua aplicação se restringe ao exame de finas camadas de material que recobrem outros materiais. 
Para ondas superficiais que se propagam com comprimento de onda próxima a espessura da chapa ensaiada, neste caso a inspeção não se restringe somente a superfície, mas todo o material e para esta particularidade denominamos as ondas de “Lamb”.
As ondas de “Lamb” podem ser geradas a partir das ondas longitudinais incidindo segundo um ângulo de inclinação em relação a chapa. A relação entre o ângulo e velocidade é feita pela relação: 
O ensaio ultrassonico de materiais com ondas superficiais, são aplicados com severas restrições, pois somente são observados defeitos de superfícies e nestes casos, existem processos mais simples para a detecção destes tipos de descontinuidades, dentro dos ensaios não destrutivos como por exemplo de Líquidos penetrantes e Partículas magnéticas, que em geral são de custo e complexidade inferior ao ensaio ultrassonico.
Frequência,velocidade e comprimento da onda
Frequência 
As ondas acústicas ou som propriamente dito, são classificados de acordo com suas freqüências e medidos em ciclos por segundo, ou seja o número de ondas que passam por segundo pelo nossos ouvidos. A unidade “ciclos por segundos” é normalmente 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. Note que freqüências acima de 20.000 Hz são inaudíveis denominadas freqüência ultrassonica
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Velocidade de propagação
Existem várias maneiras de uma onda sônica se propagar, e cada uma com características particulares de vibrações diferentes. Definimos “Velocidade de propagação” como sendo a distância percorrida pela onda sônica por unidade de tempo. É importante lembrar que a velocidade de propagação é uma característica do meio, sendo uma constante, independente da freqüência.
 
Comprimento da onda
Quando atiramos uma pedra num lago de águas calmas, imediatamente criamos uma perturbação no ponto atingido e formando assim, ondas superficiais circulares que se propagam sobre a água. Neste simples exemplo, podemos imaginar o que definimos anteriormente de freqüência como sendo o número de ondas que passam por um observador fixo, também podemos imaginar a velocidade de propagação pela simples observação e ainda podemos estabelecer o comprimento entre dois picos de ondas consecutivos. A esta medida denominamos comprimento de onda, e representaremos pela letra grega Lambda “λ“. 
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 Relações entre frequência, velocidade da onda e comprimento de onda
Considerando uma onda sônica se propagando num determinado material com velocidade “V”, freqüência “f”, e comprimento de onda “λ“, podemos relacionar estes três parâmetros como segue:
A relação acima, permite calcular o comprimento de onda pois a velocidade é em geral conhecida e depende somente do modo de vibração e o material, por outro lado a freqüência depende somente da fonte emissora, que também é conhecida.
Ensaio de Radiografia
O ensaio se basea na absorção diferenciada da radiação pela peça inspecionada. Isso ocorre devido diferenças na densidade e variações na espessura do material, diferenças nas características de absorção causada por variação na composição do material. Essa diferença é detectada por um filme, ou um tubo de imagem ou medida por detectores eletrônicos de radiação, indicando a existência de uma falha interna ou defeito no material. O método é capas de detectar com boas sensibilidades defeitos volumétricos, como vazios e inclusões
Figura 4 - ensaio com a utilização de um filme para a obtençaõ dos resultados
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Para ensaios não destrutivos, é de extrema importância que os raios-X desloquem-se em linha reta, possam atravessar materiais, sendo absorvido parcialamente, possam impressionar peliculas fotográficas, formando imagens. Que provocam os fenômenos da fluorescência e provocam ionização nos gases. O poder na penetração dos raios X, são caracterizadas pelo seu comprimento de onda.
Onde: E = energia (Joule). 
 h = constante de Planck ( 6.624 x 10-34 Joule x segundo). 
 c = velocidade da luz. 
 l = comprimento de onda. 
 A energia das radiações emitidas tem importância no ensaio já que a capacidade de penetração nos materiais está associada a esta propriedade.
Os Raios-X
	
Os raios X, detinados a indústria, são gerados numa ampola de vidro – tubo de Coolidge, que possui o ânodo e o cátodo. O ânodo e o cátodo são submetidos a uma tensão elétrica da ordem de milhares de Volts, sendo o polo positivo ligado ao anodo e o negativo no cátodo. O ânodo é constituído de uma pequena parte fabricada em tungstênio, também denominado de alvo, e o cátodo de um pequeno filamento, tal qual uma lâmpada incandescente, por onde passa uma corrente elétrica da ordem de miliamperes.
Figura 5 - esquema de tubos convecionas de Raios X Industrial. O tubo da esquerda é um tubo metálico e o da direita de vidro.
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Quando o tubo é ligado, a corrente elétrica do filamento se aquece e passa a emitir espontaneamente elétrons que são atraídos e acelerados em direção ao alvo. Nesta interação, dos elétrons com os átomos de tungstênio, ocorre a desaceleração repentina dos elétrons, transformando a energia cinética adquirida em Raios X.
Aparelhos de Raios-X
Do ponto de vista da radiografia, uma atenção especial deve ser dada ao alvo, contido no ânodo. Sua superfície é atingida pelo fluxo eletrônico, proveniente do filamento, e denomina-se foco térmico. É importante que esta superfície seja suficiente grande para evitar um superaquecimento local, que poderia deteriorar o ânodo, e permitir uma rápida transmissão do calor. Define-se “carga focal” como sendo a carga em Watts por milímetro quadrado (por exemplo: 200 W/mm2) na área focal. Nas áreas focais de pequenas dimensões, pode ser aplicada uma carga relativamente mais elevada que as grandes; esta diferença é devida a diferença no modo de transmissão do calor, a partir do centro. 
Figura 6 - corte tranversal do ânodo, na ampola de Raios X.
A fim de obterem-se imagens com nitidez máxima, as dimensões do foco óptico devem ser os menores possívies. As especificações de aparelhos geralmente mencionam as dimensões do doco óptico. Ao focar-se no calor gerado, que é considerável, deve-se atenção especial aos sistemas e métodos para refrigerar o ânodo.
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Unidade geradora e painel de comando
A unidade geradora ou cabeçote e o mpainel de controle são os dosi componentes dos equipamentos de raios-X. O painel de controle consiste em uma caixa onde estão os controles indicadores, chaves e meddidores, todo equipamento do circuito gerador de alta voltagem e amperagem, além do comando de acionamento. No cabeçote se encontra a ampola e os dispositivos de refrigeração. Os dois componentes estão ligador por cabos especiais de alta tensão.
As principais características de um equipamento de Raios X são: tensão e corrente máaima, tamanho do ponto focal e tipo de feixe de radiação e peso e tamanho. Sendo as responsávies por determinar a capacidade de operação do equipamento, pois, essas grandezas determinaram as características da radiação gerada no equipamentto. A coltagem se refere à diferença de potencial entre o ânodo e o cátodo, sendo expresa em quilovolts (kV). Acorrente elétrica do tubo é expressa em miliamperes (mA). A formageométrica do ânodo no tubo, também interfere, quando plana, e angulado propicia um feixe de radiação direcional, e quando em forma de cone, propicia um feixe de radiação panorâmico, ou seja, irradiação a 360°, com abertura determinada.
Comparação entre os dois metódos
Em termos de segurança do trabalhador o ensaio de ultra- som dispensa a utilização de EPI – equipamento de proteção individual - específico ou isolamento, já que naõ emite ruído e qualquer resíduo; já o ensaio de radiografia, requer isolamento de área por emitir energiaa radioativa, além de cadastramento em entidades reguladores de porte de material radioativo. Nos dois processos o inspetor deve ser deve ser qualificado de acordo com a norma utilizado pelo cliente, sendo o relatório obtido um atestado de garantia da qualidade do produto sendo aceito por qualquer cliente no Brasil.
O ensaio de ultrassom é llimitado para baixas espessuras, sendo necessárias espessuras superiores a cinco mm; conseguindo detectar descontinuidades milimétricas de qualquer tipo em qualquer orientação determinando também a localização profundidade, tamanho, orientação e tipo do defeito com precisão de 
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décimo de milímetros. A inpeção manual é demorada, e o inspetor deve fazer relatório após a inspeção, podendo também obter laudo instantâneo – logo após o ensaio. Possui maior importância, por sua eficiência substituindo a radiografia industrial, além alta disponibilidade de técnicos no mercado com alto nível de renovação.
Enquanto a radiografia possui penetração máxima de 40 mm, conseguindo detectar defeitos de médio e grande porte dependendo ainda da orientação e tipo de defeito determinando apenas a localização do defeito. Em si, o ensaio é rapido, porém exige isolar a área. Para a obtenção do laudo requere a revelação do filme. Utilizado soemnte quando extremamente vantajoso ou somente em situações em que só pode ser utilizada a radiografia, com baixa disponiblidade de técnicos no mercado, pois naõ há mais tanta formação.
O processo radiográfico tem uma leitura mais simples, uma aparelhagem relativamente barata, mas que precisa ser trocada com certa periodicidade. Pode ser necessário o uso de diferentes raios, como o raio x e o raio gama. Este processo, por usar radiação, só é usado quando o ganho no seu uso é maior do que o prejuízo. 
Ambos os processos podem ser prejudiciais a saúde, porém o uso da radiação é mais perigoso por ter seu resultado mais imprevisível, então, quando outro processo, como o de ultra som, pode ser usado sem perder a eficiência dos resultados, se usa este processo.
Referências bilbiográficas
http://blog.bcend.com.br/por-que-substituir-radiografia-por-ultrassom-com-registro/
Apostilas Ricardo Andreucci Radiografia e Ultra -som
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