Apresentação ACFM Nilson

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ACFM – Alternating Current Field Measurement
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ACFM – Alternating Current Field Measurement
SINÓPSE
A técnica ACFM (Alternating Current Field Measurement) foi usada inicialmente
para a detecção de trincas de fadiga em estruturas offshore tanto na região submersa como na emersa. As aplicações desse método de inspeção têm sido estendidas internacionalmente para equipamentos industriais como tubulações e vasos de pressão. Testes realizados em nível de laboratório e em aplicação de campo mostraram a capacidade de detecção e de dimensionamento de descontinuidades da técnica ACFM. 
Características da técnica ACFM
A técnica ACFM foi desenvolvida a partir da técnica de queda de potencial por
corrente alternada (ACPD), que tem sido empregada para localizar e dimensionar
trincas, bem como monitorar o seu crescimento. A técnica ACPD tem sido utilizada
na inspeção submarina apesar da necessidade de ser mantido contato elétrico entre a
sonda e o componente sob inspeção. A técnica ACFM é operacionalmente mais
simples, visto que não depende da medição dos campos magnéticos na superfície, e
sim próximos a ela, não necessitando de contato elétrico com a peça a ser
inspecionada. Os trabalhos teóricos realizados determinaram a relação entre esses
dois campos. Dessa forma, os modelos existentes de campos elétricos em torno de
trincas podem ser utilizados para dimensioná-las pelo emprego da medição dos
campos magnéticos. Essa capacidade de dimensionar sem contato tem por base o
emprego de corrente de entrada unidirecional na região sob inspeção, similar ao que
é exigido para a técnica ACPD. Para a técnica ACFM, a corrente de entrada é
induzida nessa região, fazendo assim com que o sistema seja inteiramente sem contato.
Características da técnica ACFM
Na operação ACFM com uma única sonda, esta envia dois sinais para o software de
detecção e dimensionamento de trincas (WAMI). O primeiro é a intensidade do
campo magnético, medida na direção paralela à borda da trinca (Bx) e o segundo é a
intensidade do campo magnético medida num plano perpendicular à superfície do
metal (Bz). O software (WAMI) em seguida apresenta esses dois sinais em três
formas (figura 1): os gráficos de Bx e Bz contra o tempo separadamente (figura 2);
um display de medidor dual digital e; uma plotagem polar na qual uma componente é
traçada contra a outra (Bx(t) “versus” B z(t)), sendo esta última conhecida como
plotagem em borboleta por causa do gráfico característico produzido por um defeito.
Características da técnica ACFM
A capacidade para dimensionar trinca que aflore a superfície, sem a necessidade de
limpeza na região da solda a ser inspecionada oferece benefícios potencialmente
significativos sobre as técnicas existentes, tais como a inspeção por partículas
magnéticas (MPI), queda de potencial (ACDP) e correntes parasitas (EC). Além de
permitir a estimativa da profundidade das trincas, o emprego de uma corrente de
entrada unidirecional oferece outros benefícios práticos. Em primeiro lugar, a queda
de intensidade do campo de entrada em função da altura da sonda é relativamente
pequena, de maneira que as variações no sinal com o levantamento da sonda (lift off)
são reduzidas. Em segundo, o fluxo de corrente é disposto normalmente ao longo dasolda, de modo que não há perturbação na direção da corrente; por conseguinte, não há sinal oriundo da interface em decorrência da mudança na permeabilidade do
metal. Um benefício final é que a técnica não requer calibração para o dimensionamento de trincas. As técnicas que exigem calibração dependem da
medição da intensidade do sinal numa amostra padronizada com entalhes. Para a
inspeção de soldas, o bloco padrão é invariavelmente de um material diferente
daquele da região a ser inspecionada, o que leva a erros de interpretação.
Características da técnica ACFM
A capacidade para dimensionar trinca que aflore a superfície, sem a necessidade de
limpeza na região da solda a ser inspecionada oferece benefícios potencialmente
significativos sobre as técnicas existentes, tais como a inspeção por partículas
magnéticas (MPI), queda de potencial (ACDP) e correntes parasitas (EC). Além de
permitir a estimativa da profundidade das trincas, o emprego de uma corrente de
entrada unidirecional oferece outros benefícios práticos. Em primeiro lugar, a queda
de intensidade do campo de entrada em função da altura da sonda é relativamente
pequena, de maneira que as variações no sinal com o levantamento da sonda (lift off)
são reduzidas. Em segundo, o fluxo de corrente é disposto normalmente ao longo dasolda, de modo que não há perturbação na direção da corrente; por conseguinte, não há sinal oriundo da interface em decorrência da mudança na permeabilidade do
metal. Um benefício final é que a técnica não requer calibração para o dimensionamento de trincas. As técnicas que exigem calibração dependem da
medição da intensidade do sinal numa amostra padronizada com entalhes. Para a
inspeção de soldas, o bloco padrão é invariavelmente de um material diferente
daquele da região a ser inspecionada, o que leva a erros de interpretação.
Vantagens da técnica ACFM
A utilização da técnica ACFM na inspeção de soldas de equipamentos e estruturas
em serviço oferece uma série de vantagens em relação ao ensaio por partículas
magnéticas (EPM), dentre as quais podemos destacar:
- requer uma preparação pouco apurada da superfície a ser inspecionada;
- não sofre limitações ao uso perante condições adversas;
- pode ser executada sobre superfícies pintadas ou com revestimentos não metálicos
de espessura até 5mm;
- permite a determinação do comprimento e da profundidade da indicação ( trinca );
- grande velocidade de execução;
- fornece registro permanente dos resultados em meio magnético;
- aquisição de dados pode ser feita por um inspetor sem grandes habilidades e sua
análise por um técnico em local e data diferentes da primeira operação;
- o equipamento AMIGO é tão portátil quando o de EPM.
Limitações da técnica ACFM
Entre as limitações ao uso da técnica podemos citar:
- custo inicial elevado do equipamento;
- inspetor precisa de treinamento e escolaridade maiores;
- sensibilidade para trincas rasas é menor que o EPM em algumas situações;
- podem ocorrer sinais complexos quando da inspeção de geometrias restritas, bordas
de chapas e trincas ramificadas.
Sondas de Inspeção
Existem diversos modelos de sondas disponíveis com diferentes geometrias para o
melhor desempenho durante a inspeção manual. A sonda padrão para soldas
(mostrada à esquerda na figura 3) é utilizada sempre que possível. Outras sondas
encontram-se disponíveis para inspeção em áreas de acesso restrito, ou próximas de
bordas de chapas. Uma sonda de aplicação especial, freqüentemente usada, é a tipo
lápis (mostrada à direita na figura 3), que foi concebida para inspecionar regiões
onde foi removido material por esmerilhamento ou outras áreas de difícil acesso.
Cada sonda contém um par de bobinas sensoras, consistindo de uma bobina Bx e
outra Bz, enroladas concentricamente. O corpo da sonda é feito de resina epóxi
moldada a quente. Sua face inferior tem sapatas de latão, sendo a chapa frontal
utilizada para desgaste e proteção, sendo ambas componentes intercambiáveis. Os
sensores também são protegidos por meio de um disco branco cerâmico embutido no
epóxi.
Procedimento de Execução
A organização adequada levará o leitor, através de seus dados e teorias de suporte, a
uma conclusão lógica.
A estrutura geral a seguir pode ser aplicada com as adaptações e variações
pertinentes.
Pessoal necessário
Para a execução do ensaio são necessários um técnico com formação específica em
ACFM, que ficará responsável pelo controle das atividades de inspeção, e um
operador de sonda, que fará a varredura nas soldas de acordo com as orientações
fornecidas pelo primeiro.
Equipamento
Os equipamentos usados neste trabalho foram desenvolvidos especificamente para
inspeção de unidades industriais, estes sãomostrados nas figuras 4 e 5 e compostos de:
- Um laptop de controle onde é rodado o software QFM de tratamento dos dados da
inspeção;
- A unidade de inspeção contendo os sistemas eletrônicos e com interface para
computador;
- Sondas de inspeção para varredura.
Coleta de dados
Os dados de inspeção são coletados através da varredura das margens das soldas,
com uma sonda de inspeção por ACFM pré-selecionada, a uma velocidade constante.
Os dados enviados pela sonda são processados e armazenados em banco de dados
específicos abertos dentro do programa QFM.
Análise dos dados obtidos
Os dados coletados pela sonda são analisados por um técnico qualificado e
certificado. Uma primeira análise é feita através da reprodução da coleta de dados,
que é possibilitada por um comando de repetição da inspeção fornecido pelo
software. Essa segunda análise pode ser feita em data, local e computadores
diferentes daqueles da inspeção original, bastando para tal que os dados e o software
sejam armazenados dispositivos.
Treinamento e qualificação
Para todas as técnicas de inspeção não destrutivas é importante que os inspetores
sejam adequadamente treinados e certificados. Treinamento e certificação de
inspetores na técnica ACFM é disponibilizado nos sistemas Lloyds, CSWIP e PCN e
desde de julho de 2000 a PETROBRAS possuí implementado no seu próprio sistema
de qualificação de inspetores a modalidade ACFM, prevendo os níveis de
qualificação 1, 2 e 3, sendo este reconhecido pelo TWI (CSWIP).
A Associação Brasileira de Ensaios Não Destrutivos – ABENDE, através do seu
DOCUMENTO COMPLEMENTAR Nº 005 – DC-005, estabelece um programa
mínimo de treinamento para a formação de profissionais de inspeção para a ACFM.
Esse programa atende às exigências do CSWIP-Div.8-96 – Requirements for the
Certification of Personnel Engaged in the Electromagnetic Inspection of Welds Level
1 and Level 2, emitido pelo TWI – The Welding Institute ingles.
Casos Prático
Inspeção do tampo de vaso de pressão
Foi estabelecida uma sistemática de inspeção, na qual, o tampo foi inspecionado
tanto com a técnica ACFM quanto com a técnica por partículas magnéticas - MPI.
Após estas duas inspeções algumas áreas desse tampo foram cortadas tanto para confirmar a existência das trincas, de modo a verificar a sensibilidade de cada técnica
para esta condição específica, quanto conferir a precisão das medidas de sua
profundidade obtidas com a ACFM.
A inspeção foi realizada no laboratório de ensaios não destrutivos da PETROBRAS
em condições ideais para ambas as técnicas, sendo que o tempo despedido com a
ACFM foi 3 vezes inferior ao com a MPI. Os resultados das inspeções, bem como
sua avaliação quantitativa, são apresentados na tabela seguinte.
Casos Prático
Inspeção em Torre da REPLAN
Durante a parada de manutenção programada das unidades da Refinaria de Paulínia
(REPLAN), foi realizada inspeção com a técnica ACFM na solda interna C3 da torre
3251. Nesta solda foi detectada uma trinca em todo o seu comprimento de 7600 mm,
ou seja, em toda a circunferência da torre, no ensaio por partículas magnéticas. Na
inspeção com ACFM, verificou que não se tratava de uma única trinca, mas uma
grande quantidade de pequenas trincas ao longo do comprimento, e a maior
apresentava comprimento de 56,1 mm e profundidade de 2,1 mm.
Devido a esta melhor discriminação das indicações com ACFM, verificou-se que
com a remoção do reforço da solda, todas as trincas seriam removidas, o que foi
confirmado após a devida remoção deste.
ACFM – Alternating Current Field Measurement
Referências bibliográficas
1 – 6ª Conferência sobre tecnologia de equipamentos (COTEC)
2 – NBR-15248