Materiais II - Aula 19

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MATERIAIS II AULA 19
Materiais II – END – Ultra Som
	O ensaio por ultra-som usa feixes de ondas sonoras de alta frequência, que se introduzem no material para a detecção de defeitos tanto superficiais como internos. 
	As ondas sonoras atravessam o material com certa perda de energia e são refletidas nas interfaces. 
	O feixe refletido é visualizado e analisado com o objetivo de definir a presença e a locação das descontinuidades.
PRINCÍPIO
Materiais II – END – Ultra Som
O som é caracterizado por variação de pressão (vibrações) no ar. 
O ser humano normal médio consegue distinguir, ou ouvir, ondas sonoras na faixa de frequência que se estende de 20Hz a 20.000Hz. 
Ultrassom é um som a uma frequência superior àquela que o ouvido do ser humano pode perceber. 
DENIFIÇÕES BÁSICAS
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	 As ondas mecânicas 
se propagam em meios deformáveis ou elásticos. 
	São originadas de uma perturbação ou distúrbio numa região de um meio elástico. 
Tendo o meio propriedades elásticas, o distúrbio é transmitido sucessivamente de um ponto a outro.
 
As partículas do meio vibram somente ao redor de suas posições de equilíbrio, sem no entanto se deslocar como um todo. 
ONDAS MECÂNICAS
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a perturbação é perpendicular à direção de propagação 
a perturbação é paralela à direção de propagação 
TIPOS DE ONDA
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Um meio elástico é constituído de qualquer material que tende a preservar seu comprimento, forma e volume contra as forças externas. 
	A velocidade de propagação da onda em meio elástico depende, em geral, da elasticidade e densidade do meio.
A densidade e as características de elasticidade do meio variam com a temperatura e a pressão desse meio, logo a velocidade de propagação dependerão da temperatura e da pressão. 
A velocidade do som no ar a 20ºC é de 344 m/s. 
A velocidade é a mesma para o som audível, infra-som e ultra-som. 
VELOCIDADE DE PROPAGAÇÃO
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Quando o feixe sonoro atravessa uma interface entre dois meios com a mesma impedância acústica, não há reflexão e a onda é toda transmitida ao segundo meio. 
Quanto maior a diferença de impedância entre duas estruturas, maior será a intensidade de reflexão. 
A impedância acústica de um meio está relacionada com a resistência ou dificuldade do meio a passagem do som. 
Corresponde ao produto da densidade do material pela velocidade do som no mesmo.
IMPEDÂNCIA ACÚSTICA
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VELOCIDADE DE PROPAGAÇÃO - EXEMPLOS
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Base: o efeito piezoelétrico:
Piezoelétricos:
Naturais: quartzo, turmalina
Artificiais: sulfato de lítio, o titanato de bário e o titanato de zirconato de chumbo (PZT). 
Aplicação : transdutores ultrasônicos
GERAÇÃO DO ULTRA SOM
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Transdutores normais ou retos - cabeçotes de monocristal geradores de ondas longitudinais, perpendiculares a superfície de acoplamento.
TRANSDUTORES
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Trandutores angulares 
 -o cristal forma um determinado ângulo com a superfície do material. 
TRANSDUTORES
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Transdutores duplo-cristal: são utilizados quando se trata de inspecionar ou medir materiais de reduzida espessura, ou quando se deseja detectar descontinuidades logo abaixo da superfície do material. Neste transdutor cada um dos cristais funciona somente como emissor ou somente como receptor, separados por um material acústico isolante possibilitando uma resposta clara. 
TRANSDUTORES
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Transdutores em conjunto (phased array) :operam dezenas de pequenos cristais, cada um ligado à circuitos independentes capazes de controlar o tempo de excitação de cada um destes cristais. 
TRANSDUTORES
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Os transdutores ultra-sônicos convertem energia elétrica em energia mecânica e vice-versa.
Cada transdutor possui uma freqüência de ressonância natural, tal que quanto menor a espessura do cristal, maior será sua freqüência de vibração. 
O mesmo transdutor que emite o sinal ultra-sônico funciona como detector. 
O elemento piezoelétrico é quem determina a freqüência de operação do transdutor. 
TRANSDUTORES
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Para a detecção de descontinuidades, são usadas as freqüências entre 2,25 e 10 MHz.
Freqüências maiores que 10 MHz, permitem maior sensibilidade para a detecção de pequenas descontinuidades mas apresenta baixo poder de penetração.
Freqüências altas são afetadas pela própria estrutura metalúrgica do material, ou seja, a granulação, compostos intermetálicos, precipitados ou qualquer outra característica proveniente do processo de fabricação.
FREQÜÊNCIA
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	Fatores que são responsáveis pela atenuação:
	Dispersão do feixe sônico: ocorre devido ao desvio de partes do feixe por pequenos refletores existentes no interior dos materiais (descontinuidades tais como tamanho de grão, vazios, inclusões etc.), fazendo com que a ondas percam um pouco de energia e se propaguem em todas as direções.
	Absorção: Uma parte da energia ultra-sônica é perdida por atrito, transformando-se em calor. Esse "atrito interno" aumenta com a freqüência. 
		
ATENUAÇÃO DAS ONDAS MECÂNICAS
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As ondas sonoras caminham em velocidade constante pela peça, sofrendo atenuação por meio das propriedades físicas de reflexão, absorção e espalhamento. 
Os ecos refletidos ou dispersos são transformados em energia elétrica pelo transdutor e processados eletronicamente pelo equipamento para formação da imagem.
   
FORMAÇÃO DA IMAGEM
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	Técnica de Pulso-Eco - somente um transdutor é responsável por emitir e receber as ondas ultra-sônicas que se propagam no material. 
O transdutor é acoplado em somente um lado do material; pode-se verificar a profundidade da descontinuidade, suas dimensões, e localização na peça. 
TÉCNICAS DE INSPEÇÃO
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Técnica de Transparência -são utilizados dois transdutores separados (nos dois lados da peça), um transmitindo e outro recebendo as ondas ultra-sônicas. 
Não se pode determinar a posição da descontinuidade, sua extensão, ou localização na peça, é somente um ensaio do tipo passa-não passa que estabelece um critério comparativo de avaliação do sinal recebido com uma peça sem descontinuidades. 
TÉCNICAS DE INSPEÇÃO
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Técnica de imersão - é empregado um transdutor de imersão à prova d'água. 
O transdutor pode se movimentar em relação a superfície da peça. A peça é colocada dentro de um tanque com água, propiciando um acoplamento sempre homogêneo. 
TÉCNICAS DE INSPEÇÃO
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Substância líquida ou pastosa, que tem por finalidade, favorecer a transmissão das ondas ultra-sônicas do transdutor para a peça em ensaio, não deixando ar entre a sonda e a peça.
A escolha do acoplante dependerá das condições superficiais da peça e do tipo de material está sendo ensaiado.
Numa superfície com bom acabamento, bastará uma camada de um óleo fino. Em superfícies com rugosidade excessiva, será necessário um acoplante mais viscoso, podendo até ser necessária a utilização de gel ou graxa.
Os acoplantes típicos são: água, óleo em geral, gel, graxa, vaselina líquida e em pasta ou uma mistura das duas, metilcelulose (não para metais ferrosos) e etc.
Deve-se verificar a compatibilidade entre o acoplante e o material a ser ensaiado. Esse cuidado justifica-se por possíveis reações e ataques, propiciando a corrosão.
Após o término do ensaio, a peça deverá ser totalmente limpa, eliminando-se os resíduos do acoplante.
No ensaio por imersão, a água é o acoplante. Portanto, quando forem ensaiadas peças de material ferroso, deve adicionar à água, aditivos para evitar corrosão da peça em ensaio
além de anti-espumante e bactericida.
O ACOPLANTE
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Método TOFD - "Time of Flight Diffraction" ou Tempo de Vôo da Onda Difratada. 
O TOFD utiliza um par de cabeçotes (um transmissor e um receptor) colocados sobre a mesma superfície do objeto de teste. 
MÉTODOS E APLICAÇÕES
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MÉTODOS E APLICAÇÕES
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MÉTODOS E APLICAÇÕES
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MÉTODOS E APLICAÇÕES
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Inspeção de solda pelo método pulso- eco
(representação visual A- scan)
MÉTODOS E APLICAÇÕES
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Alternativa de representação visual do método pulso-eco (B scan)
MÉTODOS E APLICAÇÕES
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Método de imersão, técnica pulso-eco,
(representação visual tipo C-scan)
MÉTODOS E APLICAÇÕES
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Método de transparência , compósito com matriz de titânio, defeitos: trincas superficiais e delaminação
(visualização de C scan)
MÉTODOS E APLICAÇÕES
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Alta sensibilidade na detectabilidade de pequenas descontinuidades internas, como trincas devido a tratamento térmico, fissuras e outros de difícil detecção por ensaio de radiações ionizantes; 
Não requer planos especiais de segurança ou quaisquer acessórios para sua aplicação;
A localização, avaliação do tamanho e interpretação das descontinuidades encontradas são fatores intrínsecos ao exame ultra-sônico. 
VANTAGENS
Materiais II – END – Ultra Som
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. 
LIMITAÇÕES