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1- 1 - ENSAIO VISUAL E DIMENSIONAMENTO DE SOLDA NÍVEL II 2 © PETROBRAS – Petróleo Brasileiro S.A. Todos os direitos reservados e protegidos pela Lei 9.610, de 19.2.1998. É proibida a reprodução total ou parcial, por quaisquer meios, bem como a produção de apostilas, sem autorização prévia, por escrito, da Petróleo Brasileiro S.A. – PETROBRAS. Direitos exclusivos da PETROBRAS – Petróleo Brasileiro S.A. SILVA, João Engenharia de Tubulações Offshore / Instituição de Ensino. Rio de Janeiro, 2006. 13 p.:il. PETROBRAS – Petróleo Brasileiro S.A. Av. Almirante Barroso, 81 – 17º andar – Centro CEP: 20030-003 – Rio de Janeiro – RJ – Brasil 3 ÍNDICE CAPÍTULO 1 - INTRODUÇÃO........................................................................................... 5 1.1 PRINCÍPIOS FÍSICOS DO ENSAIO....................................................................... 6 1.1.1 Componentes do átomo..................................................................................6 1.1.2 Fundamentos da Luz...................................................................................... 8 1.1.3 Energia Luminosa.......................................................................................... 10 1.2 FENÔMENOS DA LUZ.......................................................................................... 12 1.2.1 Conceitos básicos da Geometria Ótica......................................................... 12 1.3 CORES E LUZ.........................................................................................................16 1.3.1 Cores Primárias............................................................................................ 16 1.3.2 Cores Secundárias........................................................................................ 16 1.4 TÉCNICAS DE ILUMINAÇÃO............................................................................. 19 CAPÍTULO 2 – VISÃO....................................................................................................... 20 2.1 O OLHO E A LUZ................................................................................................... 20 2.2 ANATOMIA DO OLHO HUMANO...................................................................... 21 2.3 ACUIDADE DA VISÃO......................................................................................... 22 2.3.1 Exame da Visão Longínqua......................................................................... 22 2.3.2 Exame da Visão Próxima............................................................................. 24 2.3.3 Exame da Visão Estereoscópica................................................................... 24 2.4 Defeitos e Correção da Visão................................................................................... 24 2.4.1 Miopia e Hipermetropia .............................................................................. 24 2.4.2 Astigmatismo............................................................................................... 25 2.4.3 Daltonismo................................................................................................... 26 CAPÍTULO 3 - APARELHOS E ACESSÓRIOS............................................................... 27 3.1 AUXILIARES VISUAIS......................................................................................... 27 3.1.1 Lupas............................................................................................................ 27 3.1.2 Espelhos....................................................................................................... 28 3.1.3 Endoscopia Industrial................................................................................... 28 3.1.4 Principio da Fibra óptica.............................................................................. 29 CAPÍTULO 4 - PARÂMETROS E CONDIÇÕES DE TRABALHO............................... 31 4.1 ESTADO E PREPARAÇÃO DA SUPERFÍCIE EM MATERIAIS FERROSOS..31 4.2 Graus de Intemperismo na Superfície de Metais Ferrosos..................................... 31 4.2.1 Limpeza com ferramentas mecânicas......................................................... 32 4.2.2 Preparação com Jato Abrasivo.................................................................... 34 CAPÍTULO 5 - TÉCNICAS DE INSPEÇÃO VISUAL..................................................... 37 5.1 Exame Visual Direto................................................................................................ 37 5.2 Exame Visual Remoto............................................................................................. 38 5.3 Exame Visual Translúcido....................................................................................... 38 CAPÍTULO 6 - INSTRUMENTOS DE MEDIÇÃO E TÉCNICAS DE MEDIDA........... 39 6.1 HISTÓRICO DAS MEDIDAS................................................................................ 39 6.2 TRENA.................................................................................................................... 42 4 6.2.1 Graduação.................................................................................................... 43 6.2.2 Características.............................................................................................. 43 6.2.3 Conservação................................................................................................. 44 6.3 ESCALA DE AÇO................................................................................................... 44 6.3.1 Graduação.................................................................................................... 44 6.4 PAQUÍMETRO........................................................................................................ 45 6.4.1 Cálculo da Resolução e Leitura.................................................................... 46 6.4.2 Erros de Leitura............................................................................................ 50 6.4.3 Erros de Medição......................................................................................... 52 6.4.4 Precauções.................................................................................................... 52 6.5 GONIÔMETRO....................................................................................................... 52 6.5.1 Tipos e Uso.................................................................................................. 53 6.5.2 Divisão Angular........................................................................................... 53 6.5.3 Leitura.......................................................................................................... 54 6.6 GABARITOS........................................................................................................... 55 6.6.1 Instrumentos para chanfros e Soldas............................................................ 57 6.6.2 Precisão Dimensional e Conformidade das Soldas...................................... 62 CAPÍTULO 7 - CONCEITOS BÁSICOS DE METROLOGIA.......................................... 65 7.1 METROLOGIA........................................................................................................ 65 7.1.1 Medidas........................................................................................................ 65 7.1.2 Algarismos Significativos............................................................................ 66 7.1.2.1 Regras para Operações para Algarismos Significativos............... 67 7.1.3 Conversão de Unidadese Arredondamento................................................. 68 CAPÍTULO 8 – APLICAÇÕES DO ENSAIO VISUAL.................................................... 70 8.1 INSPEÇÃO EM MATERIAIS METÁLICOS......................................................... 70 8.1.1 Inspeção Visual em Flanges, Válvulas e Acessórios Fundidos................... 70 8.1.2 Inspeção Visual em Metais Conformados.................................................... 72 CAPÍTULO 9 - INSPEÇÃO VISUAL E DIMENSIONAL EM SOLDA........................... 74 9.1 TERMINOLOGIA DE SOLDAGEM...................................................................... 74 9.2 PREPARAÇÃO DA JUNTA POR OXICORTE.....................................................101 9.3 TERMINOLOGIA DE DESCONTINUIDADES.................................................. 103 9.3.1 Descontinuidade em Juntas Soldadas......................................................... 103 9.4 SIMBOLOGIA DE SOLDAGEM......................................................................... 118 9.5 SIMBOLOGIA DE ENSAIOS NÃO DESTRUTIVOS – END............................ 146 BIBLIOGRAFIA............................................................................................................... 149 5 CAPÍTULO 1 - INTRODUÇÃO A inspeção por meio do Ensaio Visual é uma das mais antigas atividades nos setores industriais, e é o primeiro ensaio não destrutivo aplicado em qualquer tipo de peça ou componente, estando associado a outros ensaios de materiais. Utilizando uma avançada tecnologia, hoje a inspeção visual é um importante recurso na verificação de alterações dimensionais, padrão de acabamento superficial e na observação de descontinuidades superficiais visuais em materiais e produtos em geral, tais como trincas, corrosão, deformação, alinhamento, cavidades, porosidade, montagem de sistemas mecânicos e muitos outros. A inspeção de peças ou componentes que não permitem o acesso direto interno para sua verificação (dentro de blocos de motores, turbinas, bombas, tubulações, etc), utilizam-se de fibras óticas conectadas a espelhos ou micro-câmeras de TV com alta resolução, além de sistemas de iluminação, fazendo a imagem aparecer em oculares ou em um monitores de TV. São soluções simples e eficientes, conhecidas como técnica de inspeção visual remota. Na aviação, o ensaio visual é a principal ferramenta para inspeção de componentes na verificação da sua condição de operação e manutenção. Não existe processo industrial em que a inspeção visual não esteja presente. Simplicidade de realização e baixo custo operacional são as características deste método, mas que mesmo assim requer uma técnica apurada, obedece a sólidos requisitos básicos que devem ser conhecidos e corretamente aplicados. 6 1.1 PRINCÍPIOS FÍSICOS 1.1.1 Componentes do átomo Antes de tentarmos entender o princípio da radiação eletromagnética (luz), vamos fazer uma breve revisão de física. O átomo é composto de um núcleo e de uma eletrosfera. No núcleo, na parte central do átomo encontramos duas espécies de partículas, relativamente pesadas, conhecidas como prótons e nêutrons. O próton possui carga elétrica positiva e o nêutron é eletricamente neutro. A eletrosfera é composta apenas por elétrons e estes possuem carga elétrica negativa e são muito menores e muito mais leves do que qualquer das partículas do núcleo. Figura 1 - Esquema geral do átomo No centro temos o núcleo e em torno dele a eletrosfera Os elétrons giram em torno do núcleo em locais diversos, mais próximos ou mais afastados, que recebem o nome genérico de orbitais (figura 2). Na realidade, não é bem assim, mas vamos considerar dessa maneira, para maior facilidade didática. Na realidade são chamados de níveis energéticos. Existem orbitais próximos ao núcleo, outros orbitais estão localizados em posições consideradas médias e outros orbitais encontram-se bem afastados do núcleo. Esses orbitais, conforme o elemento considerado, geralmente, em estado natural, podem ser até em número de sete e podemos considerar que dois desses orbitais estão próximos ao núcleo, quatro em posições médias e um deles bem afastado do núcleo. No entanto, certos elementos, como o Hidrogênio, o Hélio e outros, possuem apenas um único orbital ou menos de oito orbitais (figura 2). Mas para a explicação genérica que queremos dar do fenômeno ionização, vamos considerar átomos com vários orbitais e deixar de lado os casos particulares, para economia de tempo e espaço. 7 Figura 2 Os elétrons ao se movimentarem numa camada eletrônica não absorvem nem emitem energia. Mas os elétrons não são rigidamente presos a esses orbitais, podendo deslocar-se de um orbital mais próximo para um mais afastado ou vice-versa. Para que um elétron de um orbital próximo ao núcleo consiga se deslocar para um orbital mais afastado, é necessário que lhe seja fornecida uma certa quantidade mínima de energia (térmica ou elétrica – figura 2) que recebe o nome genérico de "quantum". Quanto mais distante for o deslocamento, maior será o número de "quanta" (plural de "quantum") que o elétron necessitará para efetuar esse deslocamento. Os elétrons de um átomo tendem a ocupar as camadas eletrônicas mais próximas do núcleo, isto é, as que apresentam menor quantidade de energia. Desta forma, podemos deduzir que os elétrons que estão nos orbitais mais afastados do núcleo estão com um número de "quanta" muito maior do que os elétrons dos orbitais mais próximos do núcleo atômico. Em outras palavras, os elétrons mais afastados têm mais energia do que os elétrons que se encontram mais próximos do núcleo. E qualquer átomo, no Universo, a todo instante, está recebendo energia do ou cedendo energia para o meio ambiente - luz, calor, atrito, eletricidade, magnetismo, etc, (trocas, portanto). Quando um átomo recebe energia (térmica ou elétrica), o elétron pode saltar para uma camada mais externa (mais energética). Nessas condições o átomo se torna instável. Dizemos que o átomo se encontra num estado excitado. Os elétrons de um átomo excitado tendem a voltar para as camadas de origem. Quando isso ocorre, ele devolve, sob a forma de onda eletromagnética, a energia que foi recebida na forma de calor ou eletricidade (figura 3). 8 Figura 3 1.1.2 Fundamentos da Luz Segundo Max Planck (físico), qualquer radiação eletromagnética se propagaria em "pacotes" e não de maneira contínua. O fluxo de energia destas ondas seria também "quantizado" e cada "quantum" de energia ou fóton seria proporcional à freqüência. A constante de proporcionalidade, representada pelo símbolo h, chamar-se-ia posteriormente de constante de Planck. A energia E de um quantum é dada por E = hν, onde ν é a freqüência da luz e h é a constante de Planck. Um quantum de luz amarela (ν = 5.1014 vibrações por segundo) tem cerca de 2 elétron-volts de energia. A intensidade de um fóton pode ser comparada a uma vela acesa a 20 km de distância. A luz é composta de diminutas partículas de energia individualmente agrupadas, denominadas fótons. Se fosse possível imaginar um feixe de luz extremamente ampliado, ele provavelmente se assemelharia à figura 4: uma barragem de fótons (em azul) incide numa superfície, a cujos elétrons (em laranja) transmite a energia fotônica. Estes elétrons desprendem-se e deslocam-se a grandes velocidades. Liberados e possuindo energia para queimar, esses elétrons podem ser controlados produzindo eletricidade, o que permite que sejam captados por um medidor de luz. Esse efeito fotoelétrico da luz intrigou os cientistas por muitos anos, até que Albert Eisntein, em 1905, o investigou e concluiu que a luz se propagava em torrentes de “pacotes de energia”, hoje conhecidos por quantade luz ou fótons. Uma teoria posterior explicou que a luz pode ser produzida por elétrons que mudam de órbita em torno de um núcleo atômico, como já explicamos no item Componentes do átomo acima. A energia que liberam toma a forma de fótons, que se agrupam para formar um feixe luminoso. 9 Figura 4 A energia da luz absorvida tem que aparecer de alguma outra maneira. Sentimos calor quando a luz do Sol é absorvida por nossa pele. Quando a luz é absorvida por alguns metais, sua energia é muitas vezes transferida aos elétrons que, então, adquirem tanta energia que saltam do metal. Esse salto é chamado efeito fotoelétrico, e tem utilidade prática quando desejamos transformar pulsos luminosos em pulsos elétricos. No que diz respeito ao efeito da luz sobre a matéria, podemos comparar um feixe de luz com uma rajada de projéteis. Cada projétil está cheio da mesma quantidade de explosivo. Toda vez que um projétil atinge um objeto, ele causa um efeito cuja energia é determinada pela quantidade de explosivo. Luz mais forte significa maior número de explosões da mesma grandeza, e não explosões mais fortes. No efeito fotoelétrico cada quantum de luz (fóton) que atinge o metal força um elétron a saltar do metal. A energia do elétron que salta é uma medida do tamanho do quantum de luz (mede a quantidade de explosivo de cada projétil). O número de elétrons que saltam mede a intensidade do feixe de luz (figura 5). Figura 5 10 A quantidade de energia de um quantum de luz depende do tipo de luz em questão. É diferente para luz de diferentes comprimentos de onda: as ondas mais longas têm unidades menores; as ondas mais curtas têm maiores unidades. O quantum de energia da luz visível é pequeno. Contém uma energia de apenas algum elétron-volts: cerca de 10-12 (um milionésimo de milionésimo) da energia necessária para um toque no seu dedo de maneira que você mal consiga percebê-la. Certamente nossas retinas são muito mais sensíveis à luz do que as pontas de nossos dedos ao toque. Apesar disso, seríamos incapazes de ver quanta de luz individuais porque são fracos demais. Se os víssemos, uma fonte de luz bem fraca pareceria uma fonte intermitente, pois veríamos luz apenas quando um quantum chegasse à retina. 1.1.3 Energia Luminosa A energia luminosa é utilizada, primeiramente, para dois propósitos: avaliação visual em objetos opacos e avaliação interna de objetos transparentes como o vidro, alguns plásticos, líquidos e gases. O ensaio visual pode ser usado para determinar quantidade, dimensão, formato, acabamento superficial, refletividade, cor, ajustes mecânicos e a presença de descontinuidades superficiais. Diferentemente das ondas sonoras, que são vibrações mecânicas do ar, as radiações eletromagnéticas (luz) não necessitam da existência de um meio material para a sua propagação. A luz do Sol, por exemplo, quando chega até nós, passa por regiões onde não existe matéria. Desta forma, pode-se então exemplificar as ondas eletromagnéticas de maior importância nas pesquisas e nas aplicações práticas, em função do comprimento de onda (figuras 6a e 6b). Figura 6a - Espectro de Ondas eletromagnéticas (Comprimento em Angstroms) Figura 6b - Espectro da Luz Visível (Comprimento de Onda em Angstroms) raios cósmicos raios gama raios-X ultra-violeta infra- vermelho Radio Lu z V is ív el 10-5 10-4 10-3 10-2 10-1 1 10 102 103 104 105 106 107 Luz Visível Violeta Azul Verde Amarelo Laranja Vermelho 3800 4300 4700 5600 6000 6500 7800 11 Cada uma das radiações (figuras 6a e 6b) possui energia definida, relacionada com a sua freqüência. Se a radiação for na faixa da luz visível, então cada cor terá sua freqüência característica, que por sua vez, corresponderá a uma determinada energia. Na faixa de luz visível, a luz vermelha é a de menor freqüência e menor energia, a luz violeta é a de maior freqüência e maior energia. Vale lembrar que a porção visível do espectro eletromagnético que varia de 380 a 770nm (3800 a 7800 Å). A freqüência é uma grandeza própria dos movimentos oscilatórios e corresponde ao número de oscilações realizadas por segundo, ou por outra unidade de tempo. Quanto menor o comprimento da onda da radiação, maior sua freqüência. A luz vermelha, por exemplo, tem um comprimento de onda maior do que o da luz azul, o que significa que a freqüência daquela luz é menor (vide figura 7). A figura 6 ilustra a alteração gradativa do comprimento de onda (em metros) no espectro eletromagnético. Figura 7 Em decorrência deste fato, e sabendo-se a freqüência de uma onda eletromagnética (f), no vácuo, pode-se determinar o comprimento de onda (λ desta radiação, através da seguinte equação: λ=c/f (Figura 8). Figura 8 O produto da freqüência pelo comprimento de onda da radiação eletromagnética é sempre igual a uma constante que corresponde à velocidade da luz naquele meio (figura 8). Vale lembrar que ANGSTROM (Å) é uma unidade de comprimento que pode ser usada para expressar o comprimento de onda de radiação eletromagnética, neste caso a luz. Um Angstrom é igual a 0,1 nanômetro (1nm = 10-9m). Logo, o espectro da luz visível fica entre 380nm e 780nm, aproximadamente (comprimento de onda em nanômetros). λ c = Velocidade da Luz no vácuo Æ 3,0 x 108 m/s 12 1.2 FENÔMENOS DA LUZ 1.2.1 Conceitos Básicos de Geometria Óptica Vamos discutir agora dois fenômenos da Ótica Geométrica: a reflexão e a refração. Para tal, supõe-se que haja um plano, ao qual incide um raio luminoso e que parte deste raio seja refletido por este plano e parte seja refratado. Define-se como ângulo de incidência (α) como sendo o ângulo formado pelo raio incidente e a normal a este plano, ângulo de reflexão (α1) entre a normal do plano e raio refletido e ângulo de refração (β) como sendo entre a normal e o raio refratado (figura 9). Figura 9 A luz pode sofrer quatro fenômenos e com efeitos distintos, dependendo do tipo de objeto: Reflexão regular (ou especular), Reflexão difusa, Refração e Absorção. Reflexão regular: é a reflexão que ocorre numa superfície lisa e polida. Exemplo: espelho (figura 11 e 12). Um espelho plano é uma placa de vidro cuja superfície posterior recebeu uma fina película de prata. Quando a luz incide em uma superfície deste tipo, ela é refletida regularmente. Essa regularidade da reflexão é que permite a formação de imagens. Reflexão difusa: é a reflexão que ocorre numa superfície irregular. Nesta reflexão os raios espalham-se desordenadamente em todas as direções (figuras 10a e 10b). As superfícies rugosas, quando iluminadas, nos revelam somente sua própria forma, textura e cor. Figura 10 Superfície Refletora Meio 1 Meio 2 Normal Raio Refletido Raio Refratado α α1 β 13 Refração: a refração corresponde à passagem da luz de um meio material para outro diferente, através de uma superfície que os separa. Nesta passagem pode ou não haver desvio, dependendo da forma como o pincel de luz atinge a superfície. Os meios materiais por onde a luz se propaga antes e depois da refração devem ser transparentes para que a trajetória seja retilínea, ou translúcido quando a luz pode sofrer refração mas a trajetória dos raios de luz não será retilínea e sim com alterações bruscas de direção de propagação. Logo, a refração ocorre em superfícies transparentes ou translúcidas. Se o objeto é transparente, como um vidro de janela, a luz é parcialmente refletida e parcialmente transmitida. Se o objeto é opaco, como um pedaço decarvão, ou parcialmente transparente, como um vidro colorido, uma parte da luz não é refletida nem transmitida. Ela desaparece dentro do objeto. Como a luz é uma forma de energia, ela só pode desaparecer se, de alguma maneira, entregar sua energia à matéria. Esse desaparecimento é chamado absorção da luz. Absorção: a absorção ocorre sempre. Quando a luz atinge uma superfície parte da energia luminosa fica retida nela sendo transformada em outro tipo de energia, como, por exemplo: Energia eletrônica, Energia atômica, Energia molecular ou até mesmo corrente elétrica. Quanto maior for o poder refletor ou refrator de uma superfície, menor será seu poder absorvedor, mesmo assim, a absorção é inevitável. Quando a luz é absorvida por alguns metais, sua energia é muitas vezes transferida aos elétrons que, então, adquirem tanta energia que saltam do metal. Esse salto é chamado efeito fotoelétrico, e tem utilidade prática quando desejamos transformar pulsos luminosos em pulsos elétricos. Reflexão da Luz Vejamos a diferença entre a reflexão da luz numa folha de papel e num espelho. Olhando para a folha de papel, vemos a própria folha, mas olhando para o espelho, apenas vemos a imagem de outros objetos. Essa diferença ocorre devido à superfície refletora da luz: na folha, a superfície é irregular, enquanto no espelho é muito lisa. No espelho ocorre a reflexão regular (figura 11 e 12) e, na folha ou numa superfície metálica com alto grau de corrosão, ocorre reflexão difusa (figura 10 e 11). Leis da reflexão 1a lei: O raio incidente, o raio refletido e a normal pertencem ao mesmo plano. 2a lei: O ângulo de reflexão é igual ao ângulo de incidência (Figura 9). 14 Figura 11 Figura 12 Refração da Luz Quando um feixe de luz incide perpendicularmente sobre a superfície de um tanque de água, parte da luz entra na água e propaga-se para baixo ao longo da mesma direção. Se a luz incidir sobre a água obliquamente, o feixe terá sua direção inclinada para baixo. Esta mudança de direção de propagação da luz, ao passar de uma substância para outra, chamamos refração. O ângulo entre o raio refratado e a normal à superfície é o ângulo de refração (Figura 13). Figura 13 Pela Lei de Snell, quando a luz passa de um meio menos refringente (menos denso) para um meio mais refringente (mais denso), o raio luminoso se aproxima da normal. A seguir, podemos visualizar várias peças que apresentam densidades distintas sendo atingidos por um feixe de luz, incidindo em um ângulo oblíquo à superfície (figura 14). água ar α β n1,2 = n1 / n2 = v2 / v1 onde: n = índice de refração v = velocidade da luz 15 Figura 14 O feixe de luz da peça B é a que apresenta maior índice de refração relativo ao ar. Meios Materiais Podemos classificar os meios materiais por onde a luz se desloca em três grupos: a) Transparentes: A luz pode atravessá-lo em linha reta (figura 15) sem apresentar espalhamento; b) Translúcido: A luz pode atravessá-lo sofrendo desvios (figura 16), ou seja, transmite larga porcentagem da luz, mas uma porção sofre espalhamento devido a difusão; c) Opaco: A luz não consegue atravessá-lo (figura 17). Todo o espectro da luz é absorvido ou refletido pelo objeto opaco. Figura 15 Figura 16 Figura 17 A B C D 16 1.3 CORES E LUZ A cor é uma propriedade da luz. A luz pode ser dividida em diversas partes, cada qual com um comprimento de onda. Cada comprimento de onda determina uma cor específica. A quantidade de luz refletida ou absorvida por um objeto determina o comprimento de onda visível, portanto a cor de um objeto nada mais é que a parte da luz que este objeto não absorve e reflete para nossos olhos. O ajuste de luz de uma sala tem o efeito similar a combinação de cores. Em outras palavras, o tipo de luz usada para iluminar um ambiente afeta nossa percepção das cores. A luz incandescente, por exemplo, reforça nossa percepção das cores chamadas "quentes", que são o amarelo, o vermelho e o laranja, que ficam mais brilhantes sob este tipo de luz. Já a luz fluorescente reforça nossa percepção das cores frias. O azul, o violeta, e o verde escuro ficam mais brilhantes sob esse tipo de luz. Em função do comprimento de onda, o olho percebe todas as cores do espectro solar entre a violeta (aproximadamente 4000 Angstrons ou entre 380nm e 430nm) e o vermelho (aproximadamente 7000 Angstrons ou entre 640nm e 780nm). Esta faixa de luz é pequena comparada com todo o espectro eletromagnético. 1.3.1 Cores Primárias A percepção de uma cor de um objeto depende de três fatores: a luz, o objeto que está sendo visto e o observador. Existem três comprimentos de onda, o vermelho, verde e azul que constituem a base para todas as cores da natureza; por isso são denominados de cores primárias da luz. Todas demais cores do espectro são criadas pela combinação (adição) de diferentes intensidades desses três comprimentos, por isso as primárias são também chamadas de aditivas (figura 18). Figura 18 1.3.2 Cores Secundárias Quando as cores primárias se sobrepõem, duas a duas, elas geram três cores, ciano, magenta e amarelo, denominadas de cores secundárias (figura 19). Quando todas as cores primárias estão presentes na mistura, tem-se a cor branca. Figura 19 Amarelo Branco Magenta Ciano 17 No final do século XVII, Newton realizou experiências que mostraram ser a luz branca uma mistura de todas as cores. Quando iluminado por luz branca, um objeto pode deixar de refletir todas as cores; ao contrário, pode absorver alguma. Assim, um corpo azul, por exemplo, reflete principalmente o azul e absorve as outras cores (figura 20). Figura 20 Um corpo é branco quando reflete todas as cores e um corpo tem cor negra quando absorve toda a luz que incide sobre ele, isto é, quando não reflete nenhuma das ondas eletromagnéticas do espectro visível. A luz branca é também chamada de luz policromática, enquanto uma luz de cor pura, como o verde, por exemplo, é chamada luz monocromática. A cor não é uma característica própria do objeto, mas depende da luz que o ilumina. Podemos afirmar que a cor é uma sensação provocada pela luz sobre o órgão da visão, isto é, sobre nossos olhos. Um corpo vermelho, quando iluminado por luz branca, absorve todas as cores, exceto a radiação vermelha, que é refletida. Se esse corpo for iluminado por luz monocromática amarela, por exemplo, ele será visto como um objeto preto, pois o amarelo é absorvido e não há vermelho para ser refletido. A seguir podemos observar como as superfícies refletem as diferentes cores para o olho do observador. A figura 21 ilustra a incidência de luz branca em superfícies de diferentes cores. Todas as peças refletiram uma cor diferente, captada pelo olho de um observador (verde, azul e vermelho, respectivamente). Figura 21 18 Na figura 22, temos uma luz de cor vermelha incidente em duas peças (branca e vermelha), apresentando reflexão da cor vermelha captada pelo olho do observador. Na terceira peça temos a incidência de luz verde em uma peça de cor diferente e que foi totalmente absorvida, ou seja, não apresentou luz refletida ao observador (cor negra). Figura 22 Sem Luz refletida 19 1.4 TÉCNICAS DE ILUMINAÇÃO Quando o nível de iluminação à superfície de inspeção é inadequado, todo esforço deve ser feito para prover a iluminação necessária. Para prover a iluminação necessária durante Ensaio Visual podemos consideraras lanternas como fontes de luz portáteis e de alta-intensidade. Outra opção seria posicionar a peça a ser examinada em uma área de inspeção mais luminosa possível. Além da intensidade de iluminação no local de inspeção, a cor da luz também é importante. As superfícies e a detectabilidade de indicações podem variar muito devido às características da fonte de luz. Assim sendo, as características da fonte de luz usada durante uma inspeção devem ser as mesmas previstas pelas normas de referência. A fonte de luz escolhida deve ser coerente com o local e a peça a ser examinada. A distância da fonte de luz e da região examinada assim como sua posição angular determina a intensidade da luz e a quantidade ou ausência de claridade. A utilização de uma ou mais fontes de luz e a quantidade de luz direta ou difusa produzida por cada fonte luminosa é uma condição essencial para inspeções precisas e de alta responsabilidade. 20 2. VISÃO 2.1 O Olho e a Luz Sabemos que na ausência de iluminação, ou seja, de luz, o olho humano encontra muita dificuldade para distinguir objetos. Isso significa que estes existem, independentemente de nossa capacidade de enxergá-los. Por outro lado, uma deficiência visual pode impedir a visão dos objetos, mesmo com a presença de luz. Os físicos entendem, hoje, que o fenômeno da visão resulta da combinação desses dois elementos: a luz e o olho. Em outras palavras, podemos dizer que o olho reage à luz e isso possibilita o desencadeamento em nosso cérebro de uma série de processos como memória, conhecimento, reconhecimento, etc. Para enxergar nitidamente os objetos, distinguindo cor, forma, volume, é necessário que estes estejam iluminados, ou seja, é preciso haver uma fonte de luz, como o Sol ou as lâmpadas. Além disso, é igualmente necessário que nosso “aparelho receptor” da luz (o olho) e nosso “aparelho decodificador” (o cérebro) estejam em perfeito funcionamento. Há mais ainda: o objeto precisa estar dentro do campo de visão dos nossos olhos e seu tamanho influencia na distância máxima em que poderemos reconhecê-lo. A claridade é geralmente o fator mais importante no ensaio visual. A claridade de uma superfície em exame depende de seu fator de reflexão e na quantidade ou intensidade de luz atingindo a superfície. Claridade excessiva ou insuficiente interfere com a habilidade de uma visão clara e numa observação e julgamento crítico. Por estes motivos é que a intensidade de luz e o ângulo de incidência devem ser controlados. Uma intensidade mínima de 1000 lux de iluminação deverá ser usada para exames de detalhes. Valores diferentes poderão estar especificados dependendo dos requisitos das especificações e códigos. Para se garantir o cumprimento do requisito mínimo de iluminação uma fonte de luz conhecida, um dispositivo medidor de luz tal como uma fotocélula ou fotômetro deverá ser usado. A intensidade luminosa de uma superfície dependerá da distância e angulação da fonte luminosa. Assim sendo, deverão ser seguidas as recomendações constantes nos procedimentos. 21 2.2 Anatomia do Olho Humano Figura 23 Córnea: refrata os raios de luz que entram nos olhos e exerce o papel de proteção à estrutura interna do olho. Íris: é a porção visível e colorida do olho logo atrás da córnea. A sua função é regular a quantidade de luz que entra em nossos olhos. Pupila: é a abertura central da íris, através da qual a luz passa. Cristalino: é uma lente biconvexa natural do olho e sua função é auxiliar na focalização da imagem sobre a retina. Ele é composto de numerosas fibras transparentes e envolto por uma membrana clara e elástica. Devido à criação constante de novas fibras, o tamanho do cristalino aumenta com a idade, tornando-se menos flexível e, portanto, diminuindo a sua capacidade de focalizar de perto. Quando se deseja focalizar a visão de longe, o músculo do corpo ciliar permanece descontraído, tensionando as fibras e, conseqüentemente, tornando o cristalino mais fino. Retina: é a membrana fina que preenche a parede interna e posterior do olho, que recebe a luz focalizada pelo cristalino. Contém fotorreceptores (bastonetes e cones) que transformam a luz em impulsos elétricos, que o cérebro pode interpretar como imagens. Nervo ótico: transporta os impulsos elétricos do olho para o centro de processamento do cérebro, para a devida interpretação. O nervo ótico está situado no fundo do olho, correspondendo à parte central da retina, onde há uma interrupção de cones e bastonetes, denominado de ponto cego. 22 Cones: fotorreceptores capazes de distinguir a cor servem para a visão mais detalhada em ambientes bem iluminados ou à luz do dia. A visão colorida, devido aos cones, é chamada de visão fotópica. Bastonetes: fotorreceptores capazes de distinguir o contraste, utilizados para a visão em locais com pouca luz ou à noite. Esses elementos são responsáveis pela visão conhecida como visão escotópica. 2.3 Acuidade da Visão Acuidade Visual (AV) é o grau de aptidão do olho, para discriminar os detalhes espaciais, ou seja, a capacidade de perceber a forma e o contorno dos objetos. Essa capacidade discriminatória é atributos dos cones (células fotossensíveis da retina), que são responsáveis pela Acuidade Visual, central, que compreende a visão de formas e a visão de cores. 2.3.1 Exame de Visão Longínqua A acuidade visual longínqua pode ser medida utilizando-se a escala de sinais de Snellen. O teste, quando aplicado a crianças ou a adultos não alfabetizados, é simples e utiliza a letra "E" (figura 24A), pedindo-se ao examinado que mostre com a mão ou verbalize para que lado o sinal apontado está direcionado. É considerada acuidade visual normal toda criança ou adulto que conseguir ler até a linha 1,0. A pessoas alfabetizadas normalmente é utilizado um quadro (optótipo) composto de letras dispostas em fileiras. Cada fileira é designada por um número, correspondente a distância na qual um olho normal é capaz de ler todas as letras da fileira. É considerada acuidade visual normal, cuja pessoa consegue ler até a fila número 8 da carta de Snellen, isto é, esta pessoa tem uma visão 20/20 (figura 24B). A acuidade visual é expressa em uma fração, cujo numerador é uma constante e corresponde à distância de onde a carta é colocada. Já o denominador é a distância na qual o estímulo visual subentende um ângulo de 1 minuto de arco ao atingir a retina (parte sensorial do olho, ou seja, é uma distância variável que assinala a distância máxima, para cada fila de letras da carta, o qual uma pessoa com acuidade visual normal ainda a diferencia claramente. Durante o exame deve ser testado primeiro o olho direito, tampando-se o esquerdo com a mão em concha para não exercer pressão e prejudicar o teste. Testar o olho esquerdo tampando-se o direito com a mão direita em concha. Normalmente, é portador de limitação visual o examinado que apresente acuidade inferior da linha 1,0 ou da escala 20/20, com cada olho separadamente, ou tenha uma diferença de duas ou mais linhas entre os dois olhos, devendo ser encaminhado para exame com o oftalmologista. É importante frisar que este é um importante teste, mas não substitui o exame oftalmológico. 23 Este teste deve ser realizado em local com boa iluminação, onde a escala de Snellen possa ser colocada a uma distância de 6 metros do examinado e na mesma altura da cabeça (figura 25). Quem tiver óculos, deve usá-los durante o teste. (A) (B) (C) (D) Figura 24 24 Figura 25 2.3.2 Exame de Visão Próxima A escala de Jagger é o mais antigo dos métodos para avaliar a acuidade visual parapequenas distâncias, onde o paciente deve efetuar a leitura em cartões de leitura padronizados. A posição normal de leitura é com os braços em ângulo reto, mantendo o cartão a uma distância entre 35 e 40cm do olho. Cada olho deve ser testado independentemente, ou seja, enquanto um olho executa a leitura, o outro olho não examinado é protegido ou tampado. O padrão deve apresentar as dimensões estabelecidas, com fundo branco e com um texto organizado em grupos de tamanho graduais crescentes. Cada grupo apresenta letras ou números na cor preta (figura 24C), expressa como Jaegger. 2.3.3 Exame de Visão Estereoscópica O Teste de Titmus objetiva avaliar se o paciente apresenta ou não estereopsia, ou seja, sentido da terceira dimensão (3D). Este teste é realizado com lentes polarizadas onde uma mosca, grupo de animais ou círculos são vistos estereoscopicamente, ou seja, em 3 dimensões (figura 24D). 2.4 Defeitos e Correção da Visão 2.4.1 Miopia e Hipermetropia Para muitas pessoas, a imagem de um objeto não se forma exatamente sobre a retina e, assim, estas pessoas não enxergam nitidamente o objeto. O motivo pelo qual isto ocorre pode ser ou uma deformação do globo ocular, ou uma acomodação defeituosa do cristalino. Em algumas pessoas, a imagem se forma na frente da retina: estas são as pessoas míopes (figura 26), ou seja, apresentam dificuldade para enxergar de longe. Para se corrigir este defeito, isto é, para que se tenha a imagem do objeto formada sobre a retina, uma pessoa que tem miopia deve usar óculos com lentes divergentes. 25 Por outro lado, em outras pessoas, os raios luminosos são interceptados pela retina antes de se formar a imagem (a imagem se formaria atrás da retina). Isso ocorre porque essas pessoas têm um globo ocular mais curto do que o normal (hipermetropia) ou uma perda da capacidade de acomodação do olho com a idade ("vista cansada"). Normalmente, o portador desta deficiência apresenta dificuldade para ver de perto. Este defeito é corrigido usando-se óculos com lentes convergentes (figura 27). Formação de Imagem em olho com miopia Lente Divergente para correção da imagem em míope Figura 26 Formação de Imagem em Olho com Hipermetropia Lente Convergente para correção da imagem em Hipermetrope Figura 27 2.4.2 Astigmatismo É uma condição causada pela entrada de raios que formam diferentes pontos focais na retina. A córnea normal é um segmento esférico perfeito. No astigmatismo a córnea apresenta diferentes raios em sua curvatura, sendo que ao invés de um ponto focal, existirão dois, levando o indivíduo portador de astigmatismo a não conseguir focalizar simultaneamente num mesmo plano tudo o que vê (Figura 28). Figura 28 26 A pessoa com astigmatismo apresenta uma imagem embaçada e com sombra. Em número considerável de pacientes o astigmatismo está associado com a miopia ou com a hipermetropia. A correção deste defeito se dá por meio de uma lente cilíndrica cuja convergência é maior numa dada direção do que em outra. 2.4.3 Daltonismo O daltonismo é uma deficiência na visão que dificulta a percepção de uma ou de todas as cores. Nem todas as pessoas vêem as cores da mesma maneira. Aproximadamente 10% dos homens e 1% das mulheres apresentam algum grau de deficiência na avaliação das cores. Essa deficiência chama-se daltonismo. Nas pessoas daltônicas os cones não existem em número suficiente ou apresentam alguma alteração. O tipo mais comum de daltonismo é aquele em que a pessoa não distingue o vermelho do verde. Aquilo que, para uma pessoa é normal, é verde ou vermelho, para esse daltônico é cinzento em várias tonalidades. O motorista com esse tipo de daltonismo pode contornar o problema de distinguir as luzes do semáforo observando suas posições, pois pelas cores não é possível. Existem testes especiais que permitem detectar se uma pessoa é ou não daltônica. Dentre os testes podemos citar o de percepção de cores pelo método Ishirara, onde a pessoa deve identificar alguns números ou figuras formadas a partir de pontos com cores e tonalidades discretamente distintos. A figura 29, por exemplo, é observada diferentemente por pessoas de visão normal e por aqueles que sofrem de daltonismo. Figura 29 27 CAPITULO 3 - APARELHOS E ACESSÓRIOS Podemos classificar os aparelhos e acessórios de inspeção visual como boroscópios, fibroscópios, cálibres, instrumentos mecânicos, gabaritos de solda, lentes de aumento (lupa), espelhos, sistemas automatizados, câmaras, sistemas ópticos especiais e televisão de fechado- circuito. 3.1 AUXILIARES VISUAIS 3.1.1 Lupas Se quisermos observar em detalhes pequenos em objetos, recorremos a instrumentos como a lupa, cuja função é ampliar a imagem de objetos que se encontram próximos. As lupas são normalmente utilizadas para se aumentar o poder de resolução no ensaio visual de superfícies críticas. Lentes que aumentam de 1,5 a 10 vezes (1,5X a 10X) são disponíveis comercialmente. Na medida que se aumenta o poder de magnificação, diminui-se a distância de trabalho e o campo de visão. Ver a Tabela 1. A lupa, também denominada microscópio simples, é constituída de uma única lente esférica convergente Quanto maior for o aumento desejado, menor deve ser sua distância focal. A lente só se comportar como lupa quando o objeto estiver colocado numa distância inferior à sua distância focal. Apesar dessa ampliação, a lupa não serve para a observação de objetos muito pequenos, pois nesses casos se faz necessário um aumento muito grande. Tipo de Lente Campo Visual Potência Distância de Trabalho (mm) Poder de Resolução (mm) Lente de Leitura 88,9 x 38,1 1,5x 101,6 0,051 Lupa de Leitura 60,3 2x 88,9 0,038 Lente Dupla 60,3 3,5x 76,2 0,025 Lente Coddington 19,1 7x 25,4 0,01 Lente Tripla 22,2 10x 19,1 0,008 Tabela 1 28 3.1.2 Espelhos Quando não for possível executar um ensaio visual dentro dos limites de visualização estabelecidos (distância 600 mm e ângulo de 30º) poderá ser utilizado um espelho. O espelho é um dos instrumentos auxiliares mais comuns, pois permite a inspeção interna de tubos, orifícios e superfícies internas ou atrás de outros objetos. Além disso, são extremamente fáceis de serem utilizados. Os seguintes pontos devem ser considerados quando espelhos são utilizados durante a inspeção: a) a iluminação da área deve ser mantida durante todo o tempo da inspeção visual; b) lanternas ou outras fontes de luz pequenas podem ser usadas para proverem iluminação adequada. Entretanto, uma iluminação direta muito intensa gerada pela fonte de luz tende a causar sombra e ofuscamento devido à claridade excessiva refletida. A distância ideal para inspeção direta olho-objeto deve ser a mesma da distância olho-espelho- objeto. Quando usamos um espelho, o ângulo de inspeção à superfície inspecionada deve ser adequado para que não ocorram erros de interpretação das indicações. A medição do tamanho da indicação pela reflexão no espelho somente é apropriado quando não for solicitado resultado muito preciso ou quando o espelho estiver próximo da superfície inspecionada. Como alternativa, pode ser utilizado um jogo de arames flexíveis com dimensões conhecidas, posicionados próximos às indicações para determinar o tamanho das mesmas. Durante o manuseio em ambientes industriais podem surgir riscos na superfície do vidro do espelho. Um espelho arranhado é um obstáculo durante a inspeção. Neste caso, mais espelhos devem ser disponibilizados para a troca. 3.1.3 Endoscopia Industrial A endoscopia envolve essencialmente a inspeção visual remota, dentro de uma cavidade através de umboroscópio. Se o espaço a ser inspecionado possui um acesso sem curvas ou ângulos, os boroscópios rígidos que utilizam sistema de lentes em forma de bastão (figura 1). Figura 1 Um sistema básico consiste de Boroscópio, Cabo Condutor de Luz e Fonte de Luz. A luz, que é necessária para iluminar a região a ser inspecionada, é conduzida até a extremidade do boroscópio, desde a fonte de luz, através de um cabo condutor de luz. 29 Recomenda-se a utilização de uma fonte de luz fria evitando o aumento da temperatura. Assim inspeções podem ser realizadas onde o aumento da temperatura poderia causar alguma desvantagem ou onde há risco de explosões. 3.1.4 Princípio da Fibra Ótica Antes do desenvolvimento das fibras ópticas, a telefonia utilizava apenas fios de metal, por onde a mensagem, transformada em pulsos elétricos, é transportada. Em relação aos antigos fios de metal, a capacidade de transmissão de informações com fibras ópticas aumentou milhares de vezes. Há inúmeras vantagens no uso das fibras ópticas sobre o dos cabos metálicos, nas telecomunicações. Quanto ao desempenho, cada fibra óptica tem capacidade equivalente a 400 fios metálicos duplos. Assim, enquanto um cabo com 200 fios de cobre permite a transmissão de 1500 conversas telefônicas. Um cabo com apenas 12 fibras ópticas garante 9600 conversas. Além do fato de terem pequeno peso e volume reduzido, as fibras ópticas não sofrem as interferências magnéticas comuns aos fios metálicos (figura 2). Fonte: saladefisica.cjb.net Figura 2 A fibra óptica foi descoberta há quase um século, mas o desenvolvimento de pesquisas sobre suas propriedades só começou em 1952. A partir daí, ela pôde ser aplicada em diversas áreas do conhecimento. Conhecidas também como tubos de luz, elas são extremamente finas, constituídas de vidro transparente, com alto grau de pureza e esticado até chegar a medir 0,5 mm de diâmetro. A interface núcleo-revestimento funciona como um espelho, refletindo a luz continuamente. A luz penetra numa das extremidades da fibra, passa por dentro dela e atinge a outra extremidade, mesmo que a fibra forme curva. Não importa a distância, as fibras ópticas levam informações de uma parte à outra, quase instantaneamente, ou seja, à velocidade da luz. 30 A fibra óptica pode captar e transmitir, sem distorções, uma imagem de uma extremidade a outra. Há vários tipos de endoscópio que empregam essa propriedade das fibras ópticas para exames visuais do interior do corpo humano. Neles, um tubo muito fino e flexível contém dois feixes de fibras, um para iluminar a região e outro para a visualização. Este tubo também pode ser introduzido, por exemplo, para examinar a superfície inacessível ou de difícil acesso de um equipamento (Figura 3). Fonte: saladefisica.cjb.net Figura 3 Observador 31 CAPÍTULO 4 - PARÂMETROS E CONDIÇÕES DE TRABALHO 4.1 Estado e Preparação da Superfície em Metais Ferrosos O estado da superfície deve ser definido em função da norma aplicável, ou de acordo com os requisitos do projeto. A técnica a ser empregada na preparação da superfície a ser ensaiada não deve conduzi-la a um nível inferior de acabamento em relação ao original. A preparação da superfície não deve contaminar o material ensaiado ou prejudicar ensaios não destrutivos posteriores. Quando o escovamento, lixamento ou esmerilhamento é empregado na preparação da superfície de aços inoxidáveis austeníticos e ligas de níquel, as ferramentas de preparação destes materiais devem ser utilizadas apenas para os mesmos materiais, ser de aço inoxidável ou revestido com este material e ter discos de corte e esmerilhamento com alma de náilon ou material similar. 3.2 Graus de Intemperismo na Superfície em Metais Ferrosos Limpeza é uma exigência básica para um o desempenho do ensaio visual adequado. É impossível juntar dados visuais por camadas de sujeira opaca. Além de obstruir visão, a sujeira, contaminação ou oxidação na superfície do ensaio pode mascarar descontinuidades com falsas indicações. Por exemplo, se elementos soldados de metais ferrosos apresentarem oxidação acentuada, será difícil identificar mordeduras, trincas ou outras descontinuidades a serem detectadas no ensaio visual. Limpezas típicas podem ser feitas por meios mecânicos, químicos, ou ambos. A limpeza evita o risco de descontinuidades não serem detectadas e melhora a satisfação do produto perante o cliente. Antes da utilização de qualquer ferramenta para a limpeza da superfície deve-se remover toda sujeira, óleo ou graxa, utilizando-se panos limpos embebidos em solventes apropriados. É importante saber também que existem quatro graus de intemperismo ou oxidação de um metal ferroso, conforme classificados abaixo: a) Grau A - Substrato de aço sem corrosão, com carepa de laminação ainda intacta (figura 1). b) Grau B - Substrato de aço com início de corrosão e destacamento da carepa de laminação (figura 2); c) Grau C - Substrato de aço onde a carepa de laminação foi eliminada pela corrosão ou que possa ser removida por raspagem, com pouca formação de cavidades visíveis (figura 3); d) Grau D - Substrato de aço onde a carepa de laminação foi eliminada pela corrosão e com grande formação de cavidades visíveis (figura 4). 32 Figura 1 Figura 2 Figura 3 Figura 4 Nota: é importante também definir que corrosão é a perda ou degradação de um material, por processos físicos, químicos ou eletroquímicos. 3.2.1 Limpeza com ferramentas mecânicas Como referência, será detalhados dois tipos de preparação e limpeza com ferramentas mecânicas conforme a ISO 8501, conforme segue: a) Limpeza Mecânica – (St2, SP 2, N 6) Limpeza minuciosa por raspagem, escovamento ou lixamento manual para remoção de toda carepa de laminação solta e outras impurezas. Em seguida, limpar a superfície com ar comprimido limpo e seco, devendo-se obter leve brilho metálico. b) Limpeza Mecânica – (St3, SP 3, N 7) Limpeza minuciosa por raspagem, escovamento ou lixamento (mecânica ou manual) para remoção de toda carepa de laminação solta e outras impurezas, porém mais rigorosa que a feita em St 2. Em seguida, limpar a superfície com ar comprimido limpo e seco, devendo-se obter intenso brilho metálico. A seguir, são apresentados os padrões de Grau de Intemperismo com os respectivos Graus de Limpeza, somente como referência, definidos através fotografias do estado de intemperismo em que a superfície de aço carbono se encontra (Figuras 5 a 7). 33 Figura 5 Figura 6 Limpeza Mecânica (St 2, SP 2, N 6) Limpeza Mecânica (St 3, SP 3, N 7) Grau de Oxidação B Grau de Oxidação C Limpeza Mecânica (St 2, SP 2, N 6) Limpeza Mecânica (St 3, SP 3, N 7) 34 Figura 7 Quando a superfície de um metal ferroso for revestida (material anticorrosivo), normalmente são previstos graus de preparação com jato abrasivo e posterior verificação do perfil de rugosidade compatível com o revestimento a ser utilizado. Os graus de preparação após o jato abrasivo devem ser comparados com padrões visuais (fotografias) previstos pelas normas e especificações. 3.2.2 Preparação com Jato Abrasivo Os graus de preparação com jato abrasivo podem ser classificados em: a) Sa 1, SP 7, NACE 4 - Limpeza por Jateamento ligeiro (brush-off) O jato é aplicado rapidamente e remove carepa de laminação solta e outras impurezas. b) Sa 2, SP 6, NACE 3 - Limpeza por Jateamento comercial O jato deve removerpraticamente toda carepa de laminação e outras impurezas. Caso a superfície possua cavidades (graus C e D), pelo menos 65% de cada área de 6,45 cm2 deverão estar livres de resíduos visíveis no fundo das cavidades. Após o tratamento a superfície deve apresentar uma coloração acinzentada. c) Sa 2 ½, SP 10, NACE 2 - Limpeza por Jateamento ao metal quase branco O jato deve remover toda carepa de laminação e outras impurezas, de modo que possam aparecer apenas leves manchas na superfície. Após a limpeza, 95% de cada área de 6,45cm2 deverão estar livres de resíduos visíveis e apresentar coloração cinza clara. d) Sa 3, SP 5, NACE 1 - Limpeza por Jateamento ao metal branco O jato deve remover toda carepa de laminação ou outras impurezas, de modo que a superfície fique totalmente livre de resíduos visíveis. Após a limpeza, a superfície deverá apresentar coloração cinza clara e uniforme. Grau de Oxidação D Limpeza Mecânica (St 2, SP 2, N 6) Limpeza Mecânica (St 3, SP 3, N 7) 35 A seguir, são apresentados os padrões de Grau de Intemperismo com os respectivos Graus de Limpeza, como referência, definidos através fotografias do estado de intemperismo em que a superfície de aço-carbono se encontra (Figuras 8 a 11). Figura 8 Figura 9 Grau de Oxidação A Grau de Oxidação B Jateamento ao Metal Quase Branco (Sa 2 ½, SP 10, NACE 2) Jateamento ao metal Branco (Sa 3, SP 5, NACE 1) Jateamento Ligeiro (Sa 1, SP 7, NACE 4) Jateamento Comercial (Sa 2, SP 6, NACE 3) Jateamento ao metal Quase Branco (Sa 2 ½, SP 10, NACE 2) Jateamento ao metal Quase Branco (Sa 3, SP 5, NACE 1) 36 Figura 10 Figura 11 Grau de Oxidação C Grau de Oxidação D Jateamento Ligeiro (Sa 1, SP 7, NACE 4) Jateamento Comercial (Sa 2, SP 6, NACE 3) Jateamento ao metal Quase Branco (Sa 2 ½, SP 10, NACE 2) Jateamento Ligeiro (Sa 1, SP 7, NACE 4) Jateamento Comercial (Sa 2, SP 6, NACE 3) Jateamento ao metal Quase Branco (Sa 2 ½, SP 10, NACE 2) Jateamento ao metal Quase Branco (Sa 3, SP 5, NACE 1) Jateamento ao metal Quase Branco (Sa 3, SP 5, NACE 1) Jateamento Ligeiro (Sa 1, SP 7, NACE 4) Jateamento Comercial (Sa 2, SP 6, NACE 3) Jateamento ao metal Quase Branco (Sa 2 ½, SP 10, NACE 2) Jateamento ao metal Quase Branco (Sa 3, SP 5, NACE 1) 37 CAPÍTULO 5 - TÉCNICAS DE INSPEÇÃO VISUAL As técnicas de Exame Visual são classificadas em: - Exame Visual Direto; - Exame Visual Remoto; - Exame Visual Translúcido. 5.1 Exame Visual Direto O exame visual direto pode ser realizado de forma usual, quando o acesso visual, ao material em exame, é suficiente para que a vista se localize a uma distância que, de acordo com alguns códigos e normas, não deve ser maior do que 610 mm, com relação a um ponto da superfície a ser examinada, dispondo de um ângulo não inferior a 30º, em relação a mesma superfície (figura 1). Podem ser usados espelhos para melhorar o ângulo visual, bem como outros dispositivos auxiliares, tais como lentes de aumento. É requerida uma iluminação (natural ou luz branca artificial) para componentes, partes especificas ou seções de equipamentos. A mínima intensidade de luz na superfície/lado em exame deve, também de acordo com algumas normas nacionais e internacionais, ser de 1000 lux (100 footcandles). Nota: Vale ressaltar que o uso de espelhos ou lentes de aumento (lupas) no ensaio visual direto tem a finalidade de melhorar a resolução, de modo a se obter o detalhe em determinado ponto da superfície examinada, dentro dos limites de acesso visual, conforme figura 1 (abaixo). Figura 1 A fonte de luz, a técnica usada e a verificação da intensidade de luz requerida no momento do exame visual são informações que devem ser documentadas e mantidas em arquivo. Algumas literaturas determinam que a luz proveniente de uma fonte artificial (Ex: uma lanterna) seja posicionada em ângulo que pode variar entre 5º a 45º em relação à superfície a ser inspecionada, conforme ilustra a figura 2, de modo a facilitar a detecção de descontinuidades visuais. Entretanto, é importante manter a luz refletida fora da direção dos olhos do inspetor, de modo a evitar o ofuscamento e a conseqüente perda de sensibilidade no ensaio. Observador 30º 30º 3 00 m m Ponto de Exame Peça em exame Máximo 610mm Má xim o 61 0mm Observador 38 Figura 2 Recomenda-se que o pessoal que executa o ensaio comprove a visão de perto anualmente para assegurar, com ou sem lentes corretivas, a acuidade visual de modo que seja capaz de visualizar as letras J-1 do padrão Jaeger ou outros testes equivalentes de visão próxima. 5.2 Exame Visual Remoto Quando os componentes a serem examinados se apresentam inacessíveis, ou seja, além dos limites previstos no exame visual direto, poderemos utilizar a técnica do exame visual remoto. O exame visual remoto pode utilizar-se de elementos auxiliares, tais como espelhos, boroscópios, câmaras, fibras óticas, ou outros instrumentos adequados. Esses sistemas devem ter uma capacidade de resolução que seja equivalente, no mínimo, àquela obtida pelo exame visual direto. 5.3 Exame Visual Translúcido O exame visual translúcido é uma suplementação do exame visual direto. O método de exame visual translúcido utiliza o auxílio da iluminação artificial que pode ser incluído um iluminador que produza luz direcional. O iluminador deve fornecer luz cuja intensidade seja suficiente para iluminar e dispersar a luz, suavemente, pela área ou região em exame. A iluminação ambiental deve ser disposta de forma a evitar brilhos ou reflexos da superfície em exame, e deve ter intensidade inferior à iluminação aplicada sobre a área ou região em exame. A fonte de luz artificial deve ter intensidade suficiente para possibilitar a detecção de qualquer variação de espessuras em laminados translúcidos como, por exemplo, o vidro. 5º à 45º Fonte de Luz Luz Refletida Linha da visão do inspetor Trinca aberta à superfície 39 CAPÍTULO 6 - INSTRUMENTOS MECÂNICOS DE MEDIÇÃO E TÉCNICAS DE MEDIDA 6.1 UM BREVE HISTÓRICO DAS MEDIDAS Como fazia o homem, cerca de 4.000 anos atrás, para medir comprimentos? As unidades de medição primitivas estavam baseadas em partes do corpo humano (figura 1), que eram referências universais, pois ficava fácil chegar-se a uma medida que podia ser verificada por qualquer pessoa. Foi assim que surgiram medidas padrão como a polegada, o palmo, o pé, a jarda, a braça e o passo. A braça é a distância que há entre os extremos do maior dedo da mão esquerda e direita, com os braços esticados. A Braça A Polegada O Pé Figura 2 Figura 3 Figura 4 O Palmo O Pé O Palmo 40 Figura 5 A jarda corresponde à distância entre o nariz e a extremidade do polegar com o braço esticado. Algumas dessas medidas padrão continuam sendo empregadas até hoje. Veja os seus correspondentes em centímetros: 1 polegada = 2,54 cm 1 pé = 30,48 cm = 304,8mm 1 jarda = 91,44 cm O Antigo Testamento da Bíblia é um dos registros mais antigos da história da humanidade. E lá, no Gênesis, lê-se que o Criador mandou Noé construir uma arca com dimensões muito específicas, medidas em côvados. O côvado (figura 6) era uma medidapadrão da região onde morava Noé e é equivalente a três palmos, aproximadamente, 66 cm. Em geral, essas unidades eram baseadas nas medidas do corpo do rei, sendo que tais padrões deveriam ser respeitados por todas as pessoas que, naquele reino, fizessem as medições. Há cerca de 4.000 anos, os egípcios usavam, como padrão de medida de comprimento, o cúbito: distância do cotovelo à ponta do dedo médio (figura 7). Figura 6 A Jarda O Passo O Côvado 41 Figura 7 Como as pessoas têm tamanhos diferentes, o cúbito variava de uma pessoa para outra, ocasionando as maiores confusões nos resultados nas medidas. Para serem úteis, era necessário que os padrões fossem iguais para todos. Diante desse problema, os egípcios resolveram criar um padrão único: em lugar do próprio corpo, eles passaram a usar, em suas medições, barras de pedra com o mesmo comprimento. Foi assim que surgiu o cúbito-padrão. Com o tempo, as barras passaram a ser construídas de madeira, para facilitar o transporte. Como a madeira logo se gastava, foram gravados comprimentos equivalentes a um cúbito - padrão nas paredes dos principais templos. Desse modo, cada um podia conferir periodicamente sua barra ou mesmo fazer outras, quando necessário. Nos séculos XV e XVI, os padrões mais usados na Inglaterra para medir comprimentos eram a polegada, o pé, a jarda e a milha. Na França, no século XVII, ocorreu um avanço importante na questão de medidas. A Toesa, que era então utilizada como unidade de medida linear, foi padronizada em uma barra de ferro com dois pinos nas extremidades e, em seguida, chumbada na parede externa do Grand Chatelet, nas proximidades de Paris. Dessa forma, assim como o cúbito - padrão, cada interessado poderia conferir seus próprios instrumentos. Uma toesa é equivalente a seis pés ou, aproximadamente, 182,9 cm. Entretanto, esse padrão também foi se desgastando com o tempo e teve que ser refeito. Surgiu, então, um movimento no sentido de estabelecer uma unidade natural, isto é, que pudesse ser encontrada na natureza e, assim, ser facilmente copiada, constituindo um padrão de medida. Havia também outra exigência para essa unidade: ela deveria ter seus submúltiplos estabelecidos segundo o sistema decimal. O sistema decimal já havia sido inventado na Índia, quatro séculos antes de Cristo. Finalmente, um sistema com essas características foi apresentado por Talleyrand, na França, num projeto que se transformou em lei naquele país, sendo aprovada em 8 de maio de 1790. Estabelecia-se, então, que a nova unidade deveria ser igual à décima milionésima parte de um quarto do meridiano terrestre. O Cúbito 42 Essa nova unidade passou a ser chamada metro (o termo grego metron significa medir). Hoje, o padrão do metro em vigor no Brasil é recomendado pelo INMETRO, baseado na velocidade da luz, de acordo com decisão da 17ª Conferência Geral dos Pesos e Medidas de 1983. O INMETRO (Instituto Nacional de Metrologia, Normalização e Qualidade Industrial), em sua resolução 3/84, assim definiu o metro: Metro é o comprimento do trajeto percorrido pela luz no vácuo, durante o intervalo de tempo de 1 ÷ 299.792.458 do segundo. É importante observar que todas as definições visaram somente estabelecer maior exatidão do valor da mesma unidade: o metro. A tabela a seguir apresentada os múltiplos e submúltiplos do metro, baseada no Sistema Internacional de Medidas (SI). Múltiplos e Submúltiplos do metro Nome Símbolo Fator pelo qual a unidade é multiplicada Exametro Em 1018 = 1 000 000 000 000 000 000 m Peptametro Pm 1015 = 1 000 000 000 000 000 m Terametro Tm 1012 = 1 000 000 000 000 m Gigametro Gm 109 = 1 000 000 000 m Megametro Mm 106 = 1 000 000 m Quilômetro km 103 = 1 000 m Hectômetro hm 102 = 100 m Decâmetro dam 101 = 10 m Metro m 1 = 1 m Decímetro dm 10-1 = 0,1 m Centímetro cm 10-2 = 0,01 m Milímetro mm 10-3 = 0,001 m Micrometro µm 10-6 = 0,000 001 m Nanometro nm 10-9 = 0,000 000 001 m Picometro pm 10-12 = 0,000 000 000 001 m Fentometro fm 10-15 = 0,000 000 000 000 001 m Attometro am 10-18 = 0,000 000 000 000 000 001 m 6.2 Trena O mais elementar instrumento de medição utilizado em caldeiraria é a trena graduada. É usada para tomar medidas lineares, quando não há exigência de grande precisão. Para que seja completa e tenha caráter universal, deverá ter graduações do sistema métrico e do sistema inglês. (Figura 8). Em geral, a fita está acoplada a um estojo ou suporte dotado de um mecanismo que permite recolher a fita de modo manual ou automático. Tal mecanismo, por sua vez, pode ou não ser dotado de trava. 43 Figura 8 – Trena graduada (graduação universal) 6.2.1 Graduação A graduação das trenas, normalmente, é apresentada em milímetros (mm), sendo que, 1 mm = 1/1000m Algumas trenas também podem apresentar a graduação dos instrumentos é apresentada em polegadas (”), sendo que, 1” = 1/12 pé A trena graduada é construída de aço, tendo sua graduação situada na extremidade esquerda. É fabricada em diversos comprimentos: 2 m., 3 m., 5 m., 10 m., 20 m., 30 m. e etc. As trenas de pequeno comprimento podem apresentar, em sua extremidade, um gancho que permite medições com um único operador, isto é, sem a necessidade de um elemento auxiliar. As de maior comprimento podem apresentar um elo em sua extremidade. Algumas trenas possuem o zero um pouco deslocado de sua extremidade. Nestes casos devemos cuidar para que o ponto zero coincida com a extremidade da peça que se quer medir. A trena graduada apresenta-se em vários tipos como, por exemplo, modelos de trena convexa ou plana. A convexidade destina-se adotar a trena de maior rigidez, de modo a permitir medidas na vertical, de baixo para cima. 6.2.2 Características da boa trena Graduada 1 - A trena deve ser de aço; trenas de fibra não devem ser utilizadas. 2 - Ter graduação uniforme. 3 - Apresentar traços bem finos e salientes. 6.2.3 Conservação 1 - Evitar quedas e contato com ferramenta de trabalho. 2 - Evitar dobrá-la ou torcê-la, para que não se empene ou quebre. 3 - Limpar após o uso, para remover a sujeira. 44 6.3 Escala de Aço A escala de aço é um dos instrumentos mais utilizados na verificação dimensional (figura 9). Nela estão gravadas as medidas em centímetro (cm) e milímetro (mm), conforme o sistema métrico. Algumas escalas podem apresentar também medidas em polegadas e suas frações, conforme sistema inglês. Figura 9 6.3.1 GRADUAÇÕES DA ESCALA DE AÇO Cada centímetro na escala encontra-se dividido em 10 partes iguais e cada parte equivale a 1 mm. Assim, a leitura pode ser feita em milímetro. A figura 10 mostra, de forma ampliada (5:1), como se deve executar a leitura na escala graduada. Figura 10 No sentido da seta da figura 10 acima podemos ler 13mm. A seguir temos as representações da polegada do Sistema inglês comum: (") Æ 1" = uma polegada (in) Æ 1 in = uma polegada (inch) Æ palavra inglesa que significa Polegada Figura 11 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 1mm 1cm ? 0 1” Intervalo referente a 1” (ampliado - escala 5:1) 45 As graduações da escala são feitas dividindo-se a polegada em 2, 4, 8, e 16 partes iguais, existindo, em alguns casos, escalas com 32 divisões (figuras 12 a 16). Figura 12 Figura 13 Figura 14 Figura 15 FIGURA 16 6.4 PAQUÍMETRO O paquímetro é um instrumento usado para mediras dimensões lineares internas, externas e de profundidade de uma peça. Consiste em uma régua graduada, com encosto fixo, sobre a qual desliza um cursor (figura 17). É um instrumento finamente acabado, com as superfícies planas e polido. O cursor é ajustado à régua, de modo que permita a sua livre movimentação com um mínimo de folga. Ele é 0 1” 0 1” ½” ½”¼” ¾” 0 1” ½”¼” ¾”1/8 ” 3/8” 7/8” 5/8” 0 1” ½”¼” ¾”1/8 ” 3/8” 7/8” 5/8” 7/16”3/16” 11/16”1/16 ” 5/16” 13/16” 9/16” 15/16” 0 1” ½” ¼” ¾” 1/8 ” 3/8” 7/8” 5/8” 7/16” 3/16” 11/16” 1/16 ” 5/16” 13/16” 9/16” 15/16” 15/32” 7/32” 23/32”3/32 ” 11/32” 27/32” 19/32”13/32”5/32” 21/32”1/32 ” 9/32” 25/32” 17/32” 29/32” 31/32” 46 dotado de uma escala auxiliar, chamada nônio ou vernier. Essa escala permite a leitura de frações da menor divisão da escala fixa. O paquímetro é usado quando a quantidade de peças que se quer medir é pequena. Os instrumentos mais utilizados apresentam uma resolução de 0,05 mm, 0,02 mm, 1/128" ou .001". Geralmente é construído de aço inoxidável e suas graduações referem-se a 20° C. Com este instrumento facilmente podemos executar medições internas, externas, de profundidade e de ressaltos. Figura 17 6.4.1 Cálculo da Resolução e Leitura do Paquímetro Para se calcular a resolução (também chamada sensibilidade) dos paquímetros, divide-se o menor valor da escala principal (escala fixa), pelo número de divisões da escala móvel (nônio). Observação 1 - O cálculo da resolução obtido pela divisão do menor valor da escala principal pelo número de divisões do nônio, é aplicado a todo e qualquer instrumento de medição possuidor de nônio, tais como: paquímetros, goniômetros, etc. Observação 2 - Normalmente, para maior facilidade do inspetor, a resolução do paquímetro já vem gravada neste (ver figura 17). No uso do Paquímetro no Sistema Internacional de Unidades, cada traço da escala fixa corresponde a um múltiplo do milímetro. Na figura 18 o valor de cada traço da escala fixa é igual a 1 mm. Se deslocarmos o cursor do paquímetro até que o zero do nônio coincida com o primeiro traço da escala fixa, a leitura da Nônio ou Vernier (polegada) Parafuso de trava Cursor Escala Fixa em polegadas Encosto Fixo Encosto Móvel Nônio ou Vernier (milímetro) Haste de Profundidade Escala Fixa em milímetros Impulsor Resolução (mm) 47 medida será 1 mm (figura 19), no segundo traço 2 mm (figura 20), no terceiro traço 3 mm (figura 21), no décimo sétimo traço 17 mm (figura 22), e assim sucessivamente. A resolução se obtém com a fórmula: Figura 18 Figura 19 Figura 20 Figura 21 Figura 22 De acordo com a procedência do paquímetro e o seu tipo, podemos ter diferentes resoluções, isto é, o nônio com número de divisões diferentes. Tem-se normalmente o nônio com 10, 20 e 50 divisões, o que corresponde a uma resolução de 1mm/10 = 0,1mm, 1mm/20 = 0,05mm e 1mm/50 = 0,02mm respectivamente. Para se efetuar uma leitura, conta-se o número de intervalos da escala fixa ultrapassados pelo zero do nônio e a seguir, conta-se o número de intervalos do nônio que transcorreram até o ponto onde um de seus traços coincidiu com um dos traços da escala fixa (figura 23). 0 0 1 mm 2 4 6 8 10 1 2 Escala Fixa Resolução 0 0 1 mm 2 4 6 8 10 1 2 Escala Fixa Nônio ou Vernier (mm) 0 0 1 0 1 0 0 0 1 1 0 2 0 48 Figura 23 Na figura 23 acima vemos que o décimo intervalo da escala fixa foi ultrapassado pelo zero do nônio, portanto a leitura da escala fixa é 10. No zero do nônio até o traço que coincidiu com o traço da escala fixa existem 4 intervalos, cada um dos quais é igual a 0,02 mm; portanto a leitura do nônio é 0,08. A leitura, portanto, da medida é 10,08 mm. Na figura 24 a leitura da medida é 6,04mm. Figura 24 O uso do paquímetro no Sistema Inglês Decimal (polegada milesimal) é idêntico no uso do Sistema Internacional de Unidades. Tem-se apenas que determinar os valores correspondentes a cada intervalo da escala fixa e a cada intervalo do nônio. Como exemplo, na figura 25 o valor de cada intervalo é 0,025” pois no intervalo de 1” temos 40 intervalos (1” ÷ 40 = 0,025”). Figura 25 0,025” Nônio, resolução = 0,02 mm Nônio, resolução = 0,02 mm Traço do nônio que coincidiu com um traço da escala fixa 0 1 2 Traço do nônio que coincidiu com o traço da escala fixa 0 1 2 0 1 2 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 1” 1 2 3 4 5 Escala Fixa 0 2 49 Se deslocarmos o cursor do paquímetro até que o zero do nônio coincida com o primeiro traço da escala, a leitura será 0,025 (figura 26), no segundo traço 0,050” (figura 27), no terceiro traço 0,075” no décimo traço 0,250” e assim sucessivamente. Figura 26 Figura 27 Neste sistema podemos também ter nônios de diferentes resoluções. Por exemplo, se a menor divisão da escala fixa é 0,025” e o nônio possui 25 divisões a resolução será de 0,025”/25 = 0,001” (Figura 28). Figura 28 Para compor a medida da figura acima, temos: Leitura da escala fixa= 0,250” Leitura do Nônio = 0,009” Leitura da medida = 0,259” O uso do paquímetro no Sistema Inglês comum (polegada fracionária) é idêntico ao dos demais sistemas anteriormente descritos. A característica deste sistema é que os valores de medida são expressos na forma de frações de polegada. Assim, por exemplo, teremos para a escala fixa e para o nônio as seguintes graduações (figura 29): 0 1 2 0 0 1 2 0 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 1” 1 Traço do nônio que coincidiu com o traço da escala fixa 0 5 10 15 20 25 Escala Fixa Nônio, resolução = 0,001” 50 Figura 29 A escala fixa apresenta os valores de: 1/16”, 1/8” (=2/16”), 3/16”, 1/4" (= 4/16”), 5/16”, 3/8”(=6/16”) e assim por diante. O nônio apresenta os valores de: 1/128”, 1/64” (= 2/128”), 3/128”, 1/32” (= 4/128”), 5/128”, 3/64” (= 6/128”), 7/128” e 1/16” (= 8/128”) A figura 30 apresenta um exemplo de medida com resultados em polegada fracionária. Figura 30 Para compor a medida da figura 30 acima, temos: Leitura da escala fixa = 6/16” Leitura do nônio = 1/128” Leitura da medida = 6/16” + 1/128” = 49/128” 6.4.2 Erros de Leitura Erros de leitura do paquímetro: são causados por dois fatores: a) paralaxe; b) pressão de medição. 1/16” 0 0 4 1” 8 1/128” Traço do nônio que coincidiu com traço da escala Nônio, resolução = 1/128” 0 1” 1/128” 0 4 8 51 Paralaxe: o cursor onde é gravado o nônio, por razões técnicas, tem uma espessura mínima “a”. Assim, os traços do nônio TN são mais elevados que os traços da régua TM (figura 31). Figura 31 Se colocarmos o paquímetro perpendicularmente à nossa vista teremos superpostos os traços TN e TM, que correspondem a uma leitura correta (Figura 32). Caso contrário, teremos uma leitura incorreta, pois o traço TN coincidirá não com o traço TM1, mas sim com o traço TM2 (figura 33). Leitura Correta Leitura Incorreta Figura 32 Figura 33 Pressão de Medição: é a pressão necessária para se vencer o atrito do cursor sobre a régua, mais a pressão de contato com a peça por medir. Em virtude do cursor sobre a régua, que é compensado pela mola F (figura 34), a pressão pode resultar numa inclinação do cursor em relação à perpendicular
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