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UNIVERSIDADE DE TAUBATÉ Edson Vasques Moreira

APLICAÇÃO DA RADIOGRAFIA DIGITAL UTILIZANDO DETECTORES PLANOS

PARA INSPEÇÃO DE SOLDAS DE GASODUTOS E OLEODUTOS

Taubaté – SP 2007

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UNIVERSIDADE DE TAUBATÉ Edson Vasques Moreira



Dissertação apresentada para obtenção

do Título de Mestre pelo curso de

Engenharia Mecânica do Departamento

de Engenharia Mecânica da Universidade

de Taubaté.

Área de Concentração: Tecnologia de

Materiais e Processos de Fabricação.

Orientador: Prof. Dr. José Rubens de

Camargo.

Taubaté – SP 2007

EDSON VASQUES MOREIRA



Dissertação apresentada para obtenção do Título

de Mestre pelo curso de Engenharia Mecânica do

Departamento de Engenharia Mecânica da

Universidade de Taubaté.

Área de Concentração: Tecnologia de Materiais e

Processos de Fabricação.

Data: _________________

Resultado: _________________

BANCA EXAMINADORA

Prof. Dr. José Rubens de Camargo - Universidade de Taubaté

Assinatura ____________________________________________

Prof. Dr. Evandro Luis Nohara – Universidade de Taubaté

Assinatura ____________________________________________

Prof. Dr. Edson Cocchieri Botelho – Unesp.

Assinatura ____________________________________________

`A minha esposa, filhos e ao meu neto Matheus.

AGRADECIMENTOS

Aos meus familiares.

À TenarisConfab, pelo apoio técnico e financeiro.

Ao Prof. Dr. José Rubens de Camargo, pelo incentivo e orientação.

Aos colegas e professores da UNITAU pela ajuda e apoio que me deram.

A Yxlon International, pela ajuda e apoio nos testes realizados.

Aos meus colegas da TenarisConfab que direta ou indiretamente me ajudaram.

A coisa mais incompreensível

sobre o universo é que ele é

compreensível.

Albert Einstein

Resumo

APLICAÇÃO DA RADIOGRAFIA DIGITAL UTILIZANDO DETECTORES PLANOS PARA A INSPEÇÃO DE SOLDAS DE GASODUTOS E OLEODUTOS

Uma das inspeções não destrutivas mais importantes para a garantia da qualidade dos tubos

soldados é o ensaio radiográfico no cordão de solda. Neste tipo de ensaio, a utilização de

filmes radiográficos aplicados à área industrial vem sendo realizada por mais de um século.

Nos últimos 10 anos, a implantação da radiografia digital tem sido notada mais fortemente em

vários segmentos, tais como: medicina, aeroespacial, segurança, automobilístico, petróleo e

petroquímico, dentre outros. Além de uma tendência tecnológica, é sabido que a técnica da

radiografia digital traz benefícios em termos de produtividade, sensibilidade, meio ambiente,

ferramentas com tratamento de imagem, redução de custos etc. Este trabalho tem como

objetivo comparar as técnicas da radiografia convencional com a digital, utilizando detectores

planos aplicados na inspeção de juntas soldadas pelo processo de arco submerso em tubos

para oleodutos e gasodutos. Foram confeccionados corpos-de-prova de juntas soldadas,

especialmente preparados com presença de defeitos críticos, para que pudessem ser aplicados

às duas técnicas, comparar os resultados, analisando a possibilidade da substituição da técnica

de filme pela técnica digital. Foi realizado um levantamento bibliográfico das principais

especificações utilizadas neste segmento para verificar se a radiografia digital poderia ser

aplicada (API 5L, 2004; ISO 3183-1, 1996; ISO 3183-2, 1996; ISO 3183-3, 1999; ISO/FDIS

3183(E), 2006). Para atender o objetivo deste trabalho, foram realizados 5 experimentos

variando as espessuras, filtros e técnicas. Após os testes realizados, observou-se uma maior

sensibilidade quanto ao indicador de qualidade de imagem (IQI) de arame e na detecção de

defeitos na técnica digital. Portanto, baseado nos resultados encontrados, pode-se afirmar que

a radiografia digital, com o detector plano, pode ser utilizada neste segmento com vantagens

sobre a técnica convencional.

Palavras-chave: Radiografia digital. Detector plano. Solda. Gasoduto. Oleoduto.

Abstract

Digital radiography application using flat panel detectors

to inspect welds in oil-pipelines and gas-pipelines. One of the most important non-destructive testing for the welded pipes quality guarantee is

the radiographic testing in the weld seam. In this kind of inspection the radiographic films

applied to the industrial area has been used for longer than a century. Over the last ten years

the digital radiography has been more significantly implemented in some segments such as:

medicine, aerospace, security, automobile, petroleum and petrochemical among others.

Besides being a technological trend it is known that the digital radiography has benefits

regarding productivity, sensitivity, environment, image tools treatment, costs reduction, etc.

This work aims to compare the conventional technique to the digital one. It is done by using

flat panel detectors, applied in the inspection of weld seam using submerged arc welding in

oil and gas pipelines, on-shore and off-shore. Critically-defective welded seam samples were

prepared so that the two techniques could be applied, the results compared and the

substitution of the current method by the digital one could be analyzed. A research of the

main specifications used in this segment has been done to check the feasibility of the digital

radiography use (API 5L, 2004; ISO 3183-1, 1996; ISO 3183-2, 1996; ISO 3183-3, 1999;

ISO/FDIS 3183(E), 2006). In order to achieve the goal 5 experiments have been made,

changing the wall thickness, filters and techniques. After the tests, a bigger sensitivity related

to the wire of Image Quality Indicator (IQI) and in detection of real defects has been noticed

with the digital technique. Therefore, based on these results it can be stated that the digital

radiography using flat panel detector can be applied to this segment with advantages over the

conventional method.

Key-words: Digital radiography. flat panel detector. weld. gas-pipeline. oil-pipeline.

LISTA DE FIGURAS

FIGURA 1 - Fluxograma do Processo UOE da fábrica da TenarisConfab. 23

FIGURA 2 - Esquema do fundamento da radiografia. 31

FIGURA 3 - Fontes de Raios X (a) Direcional (b) Panorâmico. 32

FIGURA 4 - Inspeção Radiográfica em Tubos Soldados. 32

FIGURA 5 - Ponto focal. 33

FIGURA 6 - Camada dos filmes radiográficos. 34

FIGURA 7 - Curva característica de filmes radiográficos. 36

FIGURA 8 - Disposição Geométrica entre fonte-filme-objeto. 40

FIGURA 9 - IQI DIN. 42

FIGURA 10 - IQI de arame duplo. 44

FIGURA 11 - Técnica de exposição parede simples - vista simples. 46

FIGURA 12 - Técnica de exposição parede dupla - vista simples. 47

FIGURA 13 - Técnica de exposição parede dupla - vista dupla. 48

FIGURA 14 - Mordedura e Desalinhamento com falta de penetração. 50

FIGURA 15 - Mordedura Interna e Concavidade interna. 51

FIGURA 16 - Falta de penetração e Inclusão de escória entre passes. 51

FIGURA 17 - Escória alongada e Falta de fusão. 51

FIGURA 18 - Porosidade agrupada e Porosidade alinhada na raiz. 51

FIGURA 19 - Trinca transversal e Trinca longitudinal. 52

FIGURA 20 - Inclusão de tungstênio. 52

FIGURA 21 - Aplicações da radiografia digital. 53

FIGURA 22 - Rejeitos da radiografia convencional. 56

FIGURA 23 - Comparação entre Filme, Radioscopia e Detector Plano. 57

FIGURA 24 - Probabilidade de detecção de defeitos. 58

FIGURA 25 - Radioscopia óptica. 59

FIGURA 26 - Radioscopia com captura da imagem. 59

FIGURA 27 - Construção de uma placa de fósforo de armazenamento. 61

FIGURA 28 - Criação da imagem latente. 61

FIGURA 29 - Leitura da imagem. 62

FIGURA 30 - Tomografia industrial. 63

FIGURA 31 - Método cintilador – Fósforo. 64

FIGURA 32 - Esquema de um detector plano. 64

FIGURA 33 - Detector plano semicondutor. 65

FIGURA 34 - Fatores da qualidade da imagem. 66

FIGURA 35 - Fluxograma das etapas do trabalho. 69

FIGURA 36 - Corpos-de-prova de tubos soldados “SAW”. 72

FIGURA 37 - Corpo-de-prova 3 de 1,000” – Solda Interna. Região de trincas

detectadas por partículas magnéticas.

73

FIGURA 38 - Corpo-de-prova 2 de 1,000” – Solda Externa. Região de trincas

detectadas por partículas magnéticas.

73

FIGURA 39 - Ampola de Raios-X e Negatoscópio. 75

FIGURA 40 - Sistema Kodak Industrex de digitalização de filmes. 76

FIGURA 41 - Laboratório de aplicação. 77

FIGURA 42 - Detector plano XRD 0820 NA. 78

FIGURA 43 - Esquema do arranjo utilizado e arranjo da exposição detalhado. 79

FIGURA 44 - Determinação da resolução espacial. 81

FIGURA 45 - Determinação da resolução espacial pelos valores de cinza. 81

FIGURA 46 - Detalhe da medição da resolução espacial realizada. 82

FIGURA 47 - Radiografia convencional 1,250” – Sensibilidade W11 visível. 84

FIGURA 48 - Radiografia convencional – Região das trincas. 84

FIGURA 49 - Radiografia digital – Sesibilidade – W12 (W13 parcialmente)

visível. 85

FIGURA 50 - Radiografia digital – Sensibilidade W13 visivel - Filtro Passa

Alto 17x17p.

85

FIGURA 51 - Radiografia digital - Trincas. 85

FIGURA 52 - Radiografia digital - Trincas - Filtro Passa Alto 17x17 p. 86

FIGURA 53 - Radiografia convencional 1,000” – Sensibilidade W12. 87

FIGURA 54 - Radiografia convencional – Trincas. 87

FIGURA 55 - Radiografia Digital – Sensibilidade – W13 visível. 88

FIGURA 56 - Radiografia Digital – Sensibilidade W13 (14 parcial) visível.

Filtro 17x17 p.

88

FIGURA 57 - Radiografia digital – Trincas. 89




FIGURA 61 - Radiografia digital – Sensibilidade - W 14 visível. 91

FIGURA 62 - Radiografia digital – Sensibilidade W13 (14 parcial) visível.

Filtro 17x17 p.

92




FIGURA 66 - Radiografia convencional – Região de Trincas. 94

FIGURA 67 - Radiografia digital – Sensibilidade – W 14 (15 em 16 bits)

visível.

95

FIGURA 68 - Radiografia digital – Sensibilidade W16 visível. Filtro Passa

Alto 17x17 p.

95



FIGURA 71 - Radiografia convencional 0,250” – sensibilidade W14. 97


FIGURA 73 - Radiografia digital – Sensibilidade W 15 (16 em 16 bits)

visível.

98

FIGURA 74 - Radiografia digital – Sensibilidade W15 (16 em 16 bits) visível.

Filtro 17x17 p.

99



FIGURA 77 - Resolução espacial para espessura de 1,250”. 101



FIGURA 80 - Medida da resolução espacial - Espessura de 1,250”. 103

FIGURA 81 - Medida da resolução espacial - Espessura de 0,750”. 103

LISTA DE TABELAS

TABELA 1 - IQI de arame – DIN 54109. 42

TABELA 2 - IQI de arame duplo. 45

TABELA 3 - Custo total entre as técnicas. 56

TABELA 4 - Características técnicas típicas de filmes, CR e DR. 57

TABELA 5 - Composição química especificada para os tubos. 70

TABELA 6 - Análise química encontrada dos tubos. 70

TABELA 7 - Resultado das análises químicas do cordão de solda. 71

TABELA 8 - Espessura das amostras de tubos soldados “SAW”. 71

TABELA 9 - Tipos de filmes por marca (fabricante). 74

TABELA 10 - Parâmetros médios utilizados. 74

TABELA 11 - Especificação do sistema de digitalização de filmes. 76

TABELA 12- Amostras selecionadas para radiografia digital. 77

TABELA 13- Especificação do Detector plano PerkinElmer XRD 0820 NA. 79

TABELA 14- Parâmetros utilizados para radiografia digital. 80

TABELA 15- Sensibilidade IQI de arame para as 5 especificações. 100

TABELA 16- Resultados obtidos com filme e digital. 101

TABELA 17- Resolução espacial com IQI de arame duplo. 104

TABELA 18- Arame essencial para IQI de arame ISO, API 5L. 114

TABELA 19- Arame essencial exigido, ISO 3183-1. 115

TABELA 20 Arame essencial exigido, ISO 3183-2. 116

Abreviaturas e símbolos

ACCP American Society for NonDestructive Testing – Central

Certification Program.

API American Petroleum Institute.

ASTM American Society for Testing and Materials.

AWS American Welding Society.

BSR Basic Spacial Resolution.

CNEN Comissão Nacional de Energia Nuclear.

CS Contrast Sensibility

CR Computed Radiography.

DR Direct Radiography.

DSAW Double Submerse Arc Welding.

GMAW Gas Metal Arc Welding.

IQI Indicador de Qualidade de Imagem.

ISO International Organization for Standardization.

PSL Product Specification Level.

SAW Submerged Arc Welding.

SNQC Sistema Nacional de Qualificação e Certificação.

SNR Signal Noise Ratio.

SUMÁRIO

1. INTRODUÇÃO 19

2. REVISÃO DA LITERATURA 21

2.1 Fabricação de tubos. 21

2.1.1 Materiais. 21

2.1.2 Processo de Fabricação – UOE. 22

2.1.3 Soldagem por Arco Submerso – SAW. 27

2.2 Radiografia convencional. 30

2.2.1 Aparelhos de Raios-X. 31

2.2.2 Filmes radiográficos. 34

2.2.3 Processamento do Filme Radiográfico. 37

2.2.4.1 Processamento manual. 38

2.2.4.2 Processamento automático. 39

2.2.4 Telas Intensificadoras de Imagem. 39

2.2.5 Penumbra. 40

2.2.6 Indicadores da Qualidade da Imagem - IQI's (Penetrâmetros). 41

2.2.6.1 IQI DIN. 41

2.2.6.2 Localização e posicionamento dos IQI's. 43

2.2.7 IQI de arame duplo. 44

2.2.8 Curvas de exposição para radiografia. 45

2.2.9 Técnicas de exposição. 46

2.2.9.1 Técnica de Parede Simples -Vista Simples (PSVS). 46

2.2.9.2 Exposição Panorâmica. 46

2.2.9.3 Técnica de Parede Dupla - Vista Simples (PDVS). 47

2.2.9.4 Técnica de Parede Dupla - Vista Dupla (PDVD). 47

2.2.10 Descontinuidades. 48

2.2.10.1 Aparência das descontinuidades. 48

2.2.10.2 Defeitos típicos em juntas soldadas com imagem

radiográfica. 50

2.3 Radiografia Digital. 52

2.3.1 Vantagens. 54

2.3.2 Tipos de detectores. 58

2.3.2.1 Radioscopia. 58

2.3.2.2 Radiografia computadorizada (CR). 59

2.3.2.3 Tomografia. 63

2.3.2.4 Detectores planos. 63

2.3.2.5 Processamento da imagem digital. 65

2.4 Especificações aplicáveis. 67

3 PROPOSIÇÃO. 68

4 MATERIAIS E MÉTODOS. 69

4.1 Planejamento experimental. 69

4.2 Materiais. 69

4.3 Corpos-de-prova. 69

4.4 Técnicas. 73

4.4.1 Técnica convencional. 74

4.4.2 Técnica digital. 76

4.4.2.1 Amostras selecionadas para o técnica digital. 76

4.4.2.2 Equipamentos e acessórios utilizados. 77

4.4.2.3 Detector plano digital. 78

4.4.3 Determinação da resolução espacial. 80

5 RESULTADOS E DISCUSSÃO. 83

5.1 Experiência 1 – Tubo com espessura de 1,250”. 83















5.6 Avaliação da sensibilidade do IQI de arame. 100

5.7 Avaliação da resolução espacial (Penumbra) por IQI de arame duplo. 101

5.7.1 Medida da resolução espacial - Tubo com espessura de 1,250”. 102

5.7.2 Medida da resolução espacial - Tubo com espessura de 0,750”. 103

5.7.3 Discussão sobre os resultados da resolução espacial. 104

6 CONCLUSÕES. 106

REFERÊNCIAS. 107

APÊNDICE 114

21

2 REVISÃO DA LITERATURA

2.1 Fabricação de tubos

Tubos de aço podem ser basicamente divididos de acordo com o método de

fabricação, como sem costura e soldados. Os tubos soldados são divididos em: soldados por

resistência elétrica (ERW – Electric Resistance Welding), tubos espirais (SAWH – Helicoidal

Submerged Arc Welding) e tubos UOE (SAWL – Longitudinal Submerged Arc Welding) de

acordo com o processo de formação e o processo de soldagem. Tubos soldados pelo processo

ERW são produzidos utilizando-se bobinas de aço, e o diâmetro do tubo é determinado pela

largura da bobina. Tubos espirais são feitos de bobinas na forma de uma espira, e assim

obtêm-se tubos de grandes diâmetros. O processo UOE é utilizado normalmente para grandes

diâmetros e espessuras, formando uma peça por vez pela conformação de chapas de aço.

Primeiramente a chapa de aço é prensada em forma de “U”, por uma prensa U, e então em

forma de “O”, por uma prensa O. A principal aplicação para tubos espirais são tubos para

estaca (JFE, 2003). Os tubos UOE são utilizados em grande quantidade em linhas de

transporte de petróleo e gás natural. Este processo possui alta reprodutibilidade, garantindo

um padrão de qualidade elevado e é próprio para fabricação de produtos com exigências

rigorosas.

2.1.1 Materiais

Para a fabricação de tubos são utilizadas chapas laminadas de aço carbono, de acordo

com as exigências estabelecidas nas especificações envolvidas (API 5L, 2004; ISO 3183-1,

1999; ISO 3183-2, 1999; ISO 3183-3, 2004). Para a produção de tubos de alta resistência, as

usinas devem produzir aços microligados com alto nível de controle dos parâmetros

fundamentais durante todo o processo de fabricação (ROZA, 2006). Aços microligados são

conhecidos como aços de alta resistência (limite de escoamento a partir de 60.000 psi) e baixa

22

liga, sendo constituídos por um grupo específico de aços com composição química

especialmente desenvolvida para alcançar elevados valores de propriedades mecânicas. Na

prática, são adicionadas pequenas quantidades de elementos químicos, como o nióbio (Nb), o

vanádio (V) e o titânio (Ti). Cada elemento apresenta uma aplicação mais adequada. O titânio

é mais indicado para o controle do tamanho de grão durante o reaquecimento. O nióbio para o

controle do tamanho de grão austenítico durante o processamento retardando a recristalização

(NEVES, REGONE, BUTTON, 2002).

As linhas de desenvolvimento para novos produtos em aço aplicados nesta área são

bem conhecidas. A busca por menores custos de instalação dos dutos e reparos requer o

menor peso possível, e isto impõe a redução da espessura com a contrapartida do aumento da

resistência mecânica. Porém, para manter uma alta soldabilidade são utilizados pequenos

valores de carbono equivalente com máximo de 0,43%. Também a tenacidade não pode ser

afetada, pois uma trinca, uma vez iniciada, pode se propagar facilmente ao longo de grandes

extensões produzindo enormes danos, inclusive ecológico. A resistência à corrosão é outro

aspecto muito importante para o material, pois muitos poços apresentam alto teor de sulfeto

de hidrogênio (H2S). Este gás forma uma solução aquosa chamado de gás azedo (sour gas),

extremamente corrosivo, podendo provocar trincas internas. Este fenômeno é conhecido como

fragilização induzida por hidrogênio (HIC, Hydrogen Induced Cracking) (GORNI,

SILVEIRA, REIS, 2006).

2.1.2 - Processo de Fabricação – UOE

Para fabricação de tubos pelo processo de fabricação “UOE” são apresentadas as

principais etapas envolvidas, conforme apresentado na Figura 1 e o respectivo fluxograma da

fábrica da TenarisConfab:

23

Figura 1 – Fluxograma do processo UOE da fábrica da TenarisConfab.

a) Entrada de chapas

Neste posto as chapas são identificadas e armazenadas na área de inspeção da fábrica

onde essas são inspecionadas conforme procedimento e Plano de Inspeção e Ensaios. As

chapas são numeradas e seus dados são inseridos no sistema computadorizado (PIE-F4-126,

2006).

b) Usinagem de bordas

As bordas longitudinais das chapas são usinadas na largura determinada da chapa por

meio de dois cabeçotes fresadores, um em cada lado. Por fresa são feitos os chanfros

longitudinais das bordas das chapas para soldagem dos tubos (PIE-F4-126, 2006).

c) Prensa de bordas

A pré-formação das bordas longitudinais é realizada por meio de prensa hidráulica

equipada com ferramentas especialmente projetadas, objetivando formar um raio nas bordas

24

das chapas próximo ao do tubo a ser fabricado, facilitando, assim, a formação posterior na

prensa “O” (PIE-F4-126, 2006).

d) Prensa U

A prensagem das chapas é feita por equipamento hidráulico constituído de um punção

raiado e de laterais interligadas por um sistema de tesouras. A operação de prensagem é

realizada colocando-se a chapa sobre a "mesa", que a apóia em suas laterais, e descendo-se o

punção bem no centro da chapa e assim a chapa passa a ter uma forma de "U" (PIE-F4-126,

2006).

e) Prensa O

A transformação da chapa em forma de "U" para a forma em "O" é feita por prensa

hidráulica composta de matrizes superiores e inferiores, com raios preestabelecidos. Nessa

operação é aplicada uma compressão ao material (PIE-F4-126, 2006).

f) Selamento

Os tubos são fechados por um equipamento que possui rolos dispostos ao longo da

circunferência do tubo de forma a propiciar um bom fechamento das bordas do tubo,

possibilitando, assim, a operação de soldagem contínua pelo processo GMAW (GMAW – Gas

Metal Arc Welding), utilizando-se máquina de solda automática (PIE-F4-126, 2006).

g) Faceamento

Esta operação é feita por dois tornos copiadores, com a finalidade de facear as

extremidades dos tubos em 90º em relação à sua superfície (PIE-F4-126, 2006).

25

h) Soldagem do apêndice

Neste ponto também são soldados os apêndices, chamados de chapinhas guia. A

finalidade das chapinhas é evitar que o arco elétrico inicie e termine sobre o tubo, bem como

guiar o cabeçote da máquina de solda interna ao final do tubo (PIE-F4-126, 2006).

i) Solda interna

A soldagem interna dos tubos é feita por máquinas de solda por arco submerso (SAW –

Submerged Arc Welding). Nesse sistema, cada arame é alimentado por uma fonte de potência

independente e todos os eletrodos atuam em uma única poça de fusão. Após as soldas internas

serem executadas, elas são inspecionadas visual e dimensionalmente (PIE-F4-126, 2006).

j) Solda externa

A soldagem externa é feita por máquinas de solda por arco submerso (SAW –

Submerged Arc Welding). O mesmo sistema de fusão e de alimentação da solda interna é

utilizado neste equipamento. O fluxo de soldagem é alimentado por gravidade, e após as

soldas serem executadas, elas são inspecionadas visual e dimensionalmente (PIE-F4-126,

2006).

k) Inspeção por ultra-som

Nesta etapa as soldas dos tubos são inspecionadas por ultra-som automático, e este

ponto tem a finalidade de dar uma resposta da qualidade da solda, ajudando assim como

controle do processo (PIE-F4-126, 2006).

l) Expansão a frio (E)

A expansão a frio dos tubos é feita por um equipamento automático, constituído de

uma lança que é introduzida no tubo. Na extremidade da lança são montadas castanhas com

26

raio predeterminado, e tem um movimento sincronizado do avanço do tubo e a retração do

cilindro hidráulico, assim, o tubo é expandido. A expansão dos tubos é realizada e tem por

objetivo calibrar o tubo nas dimensões estabelecidas (PIE-F4-126, 2006).

m) Teste hidrostático

O equipamento de teste hidrostático é constituído por duas placas de vedação nas

extremidades do tubo e um sistema de bombas que o enchem de água e o submete a uma

pressão preestabelecida. Para cada tipo de produto o valor da pressão é estabelecido. A

pressão de teste e o tempo efetivo são registrados automaticamente (PIE-F4-126, 2006).

n) Inspeção por ultra-som

Nesta etapa o cordão de solda é inspecionado por um equipamento automático com

vários cabeçotes para garantia da qualidade da solda. Esta inspeção é realizada após o tubo ter

sido expandido e testado hidrostaticamente. As extremidades dos tubos não inspecionadas

pelo sistema automatizado e as regiões que apresentaram indicações do ultra-som automático

são avaliadas por ultra-som manual e/ou por ensaio radiográfico (PIE-F4-126, 2006).

o) Ensaio radiográfico

Uma extensão mínima de 204 mm das soldas das extremidades dos tubos e as regiões

que possuem indicações do sistema de ultra-som automático, das quais foram pedidos exames

complementares, são radiografadas (PIE-F4-126, 2006). São utilizadas fontes de raios-X e

filmes radiográficos industriais. No bunker de raios-X são obedecidas as normas da Comissão

Nacional de Energia Nuclear - CNEN quanto à radioproteção (CNEN-3.02, 1988; CNEN-NN-

6.04, 1989).

27

p) Biselamento

As extremidades dos tubos são torneadas por tornos copiadores, para confecção dos

biseis. Estes biseis são confeccionados para a soldagem dos tubos, nas dimensões definidas no

plano de inspeção e ensaios (PIE-F4-126, 2006).

q) Inspeção final e marcações

Nesta etapa são feitas várias medições e também a inspeção visual final. Dentre as

inspeções realizadas podem-se destacar os controles de diâmetro, ovalização, empeno,

ortogonalidade, altura do reforço de solda, espessura, ângulo do bisel, altura da raiz,

verificação da existência de defeitos no cordão de solda, medição do comprimento, peso, etc.

(PIE-F4-126, 2006).

2.1.3 Soldagem por arco submerso

A soldagem por arco submerso (SAW- Submerged Arc Welding) é um método no

qual o calor requerido para fundir o metal é gerado por um arco formado pela corrente elétrica

passando entre o arame de soldagem e a peça de trabalho. A ponta do arame de soldagem, o

arco elétrico e a peça de trabalho são cobertos por uma camada de um material mineral

granulado conhecido por fluxo para soldagem por arco submerso (ASME II, 2006; AWS A

5.17, 1997; AWS A 5.23, 1997). A elevada corrente de soldagem aliada ao alto aporte térmico

criam uma grande poça de fusão. Sob tais condições, a solda deve ser mantida na horizontal

para evitar que o metal de solda fundido escorra. As vantagens deste processo são as elevadas

velocidades de soldagem, maiores taxas de deposição, boa integridade do metal de solda,

processo de fácil uso, melhor ambiente de trabalho e maior segurança para o operador. Para

uma boa soldagem de tubos é essencial que ocorra a combinação de alguns fatores em sua

devida proporcionalidade, que são: consumíveis de solda, parâmetros corretos (corrente,

28

tensão e velocidade de avanço), calor gerado na poça de fusão, geometria do chanfro e a

qualidade do metal de base. O enorme calor desenvolvido pela passagem da corrente de

soldagem através da zona de soldagem funde as extremidades dos arames e as bordas

adjacentes do tubo, criando uma poça de metal fundido. O fluxo para soldagem por arco

submerso protege completamente a poça de soldagem do contato com a atmosfera e uma parte

do fluxo se funde, sendo que esta porção fundida tem várias funções das quais podem ser

destacadas: cobrir completamente a superfície da solda, evitar a contaminação do metal de

solda por gases atmosféricos; dissolver e, portanto, eliminar as impurezas que se separam do

metal fundido e flutuam em sua superfície. A combinação de todos esses fatores resulta em

uma solda íntegra, limpa e homogênea. À medida que o cordão de solda é constituído, a parte

fundida do fluxo se resfria e endurece, formando um material duro e vítreo, que protege a

solda até seu resfriamento, sendo normal seu completo destacamento da solda (MARQUES,

MODENESI, BRACARENSE, 2005).

Dois materiais devem ser selecionados para a soldagem por arco submerso: o arame de

soldagem e o fluxo, os quais devem satisfazer em termos de qualidade e de economia aos

requisitos das soldas a serem executadas (MARQUES, MODENESI, BRACARENSE, 2005;

PARANHOS, 1999). Dois fatores influenciam a escolha do fluxo as características de

desempenho e as propriedades mecânicas. Para muitas soldas, as características de

desempenho ditam quais são os fluxos que podem ser empregados em cada pedido de

fabricação. As características de desempenho incluem facilidade de remoção da escória,

capacidade de remoção de óxidos e carepa, capacidade de condução de corrente elétrica,

possibilidade de uso de vários arames e possibilidade de aplicação de corrente alternada. As

propriedades mecânicas são de importância primária para muitas aplicações críticas, tais

como tubulações de alta pressão de trabalho e serviços a baixas temperaturas. Para essas

29

soldas, deve haver um compromisso das características de desempenho para satisfazer às

propriedades mecânicas requeridas (WAINER, BRANDI, MELLO, 1999).

O principal fator que governa a escolha do arame de soldagem é sua influência na

composição química e propriedades mecânicas da solda. As propriedades mecânicas e

químicas de uma solda por arco submerso são determinadas principalmente pela composição

do metal de base, composição do arame utilizado, fluxo e parâmetros de soldagem

empregados. Os fluxos para soldagem por arco submerso são compostos minerais granulares e

fusíveis que cobrem o arco e produzem proteção, limpeza e controle da geometria do cordão

de solda. Eles influenciam fortemente a usabilidade e as propriedades mecânicas do metal de

solda. Muitos fluxos diferentes estão disponíveis, cada um oferecendo suas características

peculiares de desempenho, permitindo otimizações de processo para os diferentes requisitos

de aplicação (PARANHOS, 1999). Os fluxos, apresentados a seguir, podem ser classificados

de acordo com seu tipo de manufatura e quanto a sua participação na soldagem:

Fluxo aglomerado. Os fluxos aglomerados são fabricados a partir da mistura seca de

seus ingredientes, que são aglomerados com uma solução aquosa de silicato de sódio e/ou de

potássio. A massa resultante é pelotizada, seca e reduzida mecanicamente a partículas que são

peneiradas e classificadas para obter o melhor desempenho na remoção de óxidos e carepas,

menor consumo de fluxo, baixo custo de fabricação, bom desempenho sobre uma gama de

aplicações com uma única distribuição granulométrica, podem ser ligados e resultam em

soldas livres de porosidade mesmo com óxidos e carepas (PARANHOS, 1999).

Fluxos fundidos. Os fluxos fundidos são fabricados a partir da mistura seca de seus

ingredientes, que são então fundidos em um forno elétrico. O banho é vazado e sofre um

choque térmico, que reduz o fluxo a partículas de tamanhos variados, que são peneiradas e

classificadas para obter-se composição química apropriada, material homogêneo, não

30

higroscópico, solda com menor risco de trincas por hidrogênio, maior estabilidade do arco,

maiores velocidades de soldagem (PARANHOS, 1999).

Os fluxos também podem ser classificados em neutros e ativos. Estes termos são

freqüentemente utilizados para descrever o comportamento do fluxo e geralmente referem-se

ao teor de manganês e/ou de silício que será transferido do fluxo para o metal de solda. Esses

são termos relativos que dependem da composição do fluxo, da composição química do arame

e da razão entre a escória e o arame fundido. Os fluxos neutros são definidos como aqueles

que não produzem alterações significativas na composição química do metal depositado como

resultado de grandes mudanças na tensão do arco e, portanto, no comprimento do arco.

Conseqüentemente, a resistência mecânica do depósito de solda não é significativamente

alterada pela quantidade fundida de fluxo, que varia com a tensão de soldagem. O uso

principal dos fluxos neutros é em soldas multipasse de peças com espessuras acima de 25

mm. Esses fluxos apresentam maior sensibilidade à porosidade e às trincas (ASME II, 2006).

Os fluxos ativos são definidos como aqueles que contêm pequenas quantidades de

manganês, silício ou ambos, que são desoxidantes adicionados ao fluxo para melhorar a

resistência à porosidade e às trincas causadas pelos contaminantes no metal de base ou dele

proveniente (ASME II, 2006).

2.2 Radiografia convencional

O ensaio radiográfico caracteriza-se por um método não-destrutivo que tem por

objetivo a detecção de defeitos ou descontinuidades que se encontrem na massa dos materiais,

detectando variações de uma região de determinado material que apresente uma diferença em

espessura ou densidade comparada com uma região vizinha (KODAK, 1980).

A radiografia é um método usado para inspeção não destrutiva que se baseia na

absorção diferenciada da radiação penetrante pela peça que está sendo inspecionada. Devido

31

às diferenças na densidade e variações na espessura, ou mesmo diferenças nas características

de absorção causadas por variações na composição do material, diferentes regiões de uma

mesma peça absorverão quantidades diferentes da radiação penetrante. Essa absorção

diferenciada de radiação poderá ser detectada por meio de um filme, ou de um tubo de

imagem ou mesmo medida por detectores eletrônicos de radiação. Essa variação na

quantidade de radiação absorvida, detectada através de um meio, irá indicar, entre outras

coisas, a existência de um defeito interno em determinado material, por isso a radiografia

industrial é utilizada para detecção de defeitos volumétricos com boa sensibilidade.

Descontinuidades que não produzem mudanças significativas da espessura não são detectadas

por esta técnica. Na Figura 2 pode-se observar um esquema ilustrativo de uma peça com uma

descontinuidade que, certamente, poderá causar uma maior sensibilidade no filme devido a

maior quantidade de radiação recebida (ANDREUCCI, 2003; KODAK, 1999).

Figura 2 – Esquema do fundamento da radiografia (ANDREUCCI, 2003; KODAK, 1980).

2.2.1 Aparelhos de raios-X

Na inspeção por raios-X se empregam ampolas de vidro que são formadas

basicamente de duas partes: o ânodo e o cátodo. No cátodo há um filamento por onde passa

uma corrente da ordem de miliamperes. Entre o ânodo e cátodo é colocada uma alta-tensão

(milhares de volts); assim os elétrons criados no filamento quando aquecido irão ser

32

desacelerados na placa, denominada alvo, gerando calor e os raios-X. De uma forma

simplista, pode-se dizer que a kilovoltagem aplicada em uma ampola é responsável pela

capacidade de penetração nos materiais, enquanto que a amperagem é responsável pela

quantidade de elétrons gerados e, portanto, diretamente proporcional ao tempo de exposição.

Na Figura 3 são apresentados dois tipos de ampolas de raios-X que são comumente utilizados

no ensaio radiográfico com este tipo de fonte. Na Figura 3 (a) tem-se uma ampola de um

aparelho de raios-X direcional e que possui um feixe muito colimado direcionado para um

lado específico da ampola, e na Figura 3 (b) uma com feixe panorâmico (ANDREUCCI,

2003).

(a) (b)

Figura 3 – Fontes de raios X (a) Direcional (b) Panorâmico (ANDREUCCI, 2003).

Os equipamentos de raios-X industriais se dividem geralmente em dois componentes:

o painel de controle e o cabeçote, ou unidade geradora. O painel de controle consiste em uma

caixa onde estão alojados todos os controles, indicadores, chaves e medidores, além de conter

todo o equipamento do circuito gerador de alta voltagem. É por meio do painel de controle

que se fazem os ajustes de voltagem e amperagem, além de comando de acionamento do

aparelho (ABENDE, 2005). Na Figura 4, pode-se observar um cabeçote onde se encontra

33

alojada a ampola e os dispositivos de refrigeração. A conexão entre o painel de controle e o

cabeçote se faz por meio de cabos especiais de alta-tensão (ABENDE, 2005).

Figura 4 - Inspeção Radiográfica em Tubos Soldados da TenarisConfab.

As máximas voltagens e amperagens, tamanho do ponto focal (Figura 5), tipo de feixe

de radiação, peso e tamanho determinam a capacidade de operação do equipamento. Isso se

deve ao fato de essas grandezas determinarem as características da radiação gerada no

equipamento.

Figura 5 – Ponto focal (KODAK, 1980)

34

A voltagem se refere à diferença de potencial entre o ânodo e o cátodo e é expressa em

quilovolts (kV). A amperagem se refere à corrente do tubo e é expressa em miliamperes

(mA). Os equipamentos considerados portáteis, com voltagens até 300 kV, possuem peso em

torno de 40 a 80 kg, dependendo do modelo. Os modelos de tubos refrigerados a gás são mais

leves, ao contrário dos refrigerados a óleo.

2.2.2 Filmes radiográficos

Os filmes radiográficos são compostos de uma emulsão e uma base. A emulsão

consiste em uma camada muito fina (espessura de 0,025 mm) de gelatina, que contém um

grande número de minúsculos cristais de brometo de prata. A emulsão é colocada sobre um

suporte, denominado base, que é feito geralmente de um derivado de celulose, transparente e

de cor levemente azulada. Uma característica dos filmes radiográficos é que, ao contrário dos

filmes fotográficos, eles possuem a emulsão em ambos os lados da base, conforme mostrado

na Figura 6. Os cristais de brometo de prata, presentes na emulsão, possuem a propriedade de,

quando atingidos pela radiação ou luz, tornarem-se susceptíveis de reagir com um produto

químico denominado revelador. O revelador atua sobre esses cristais provocando uma reação

de redução que resulta em prata metálica negra. Os locais do filme, atingidos por uma

quantidade maior de radiação, apresentarão, após a ação do revelador, um número maior de

grãos negros que as regiões atingidas por radiação de menor intensidade. Dessa forma,

quando vistos sob a ação de uma fonte de luz, os filmes apresentarão áreas mais escuras e

mais claras que irão compor a imagem do objeto radiografado (SCHMIDT, 2004). A imagem

formada no filme radiográfico possui áreas claras e escuras, evidenciando certo grau de

enegrecimento que é denominada de densidade. Matematicamente a densidade é expressa

como sendo o logaritmo da razão entre a intensidade de luz visível que incide no filme e a

intensidade que é transmitida e visualmente observada (ABENDE, 2005).

35

Figura 6 – Camada dos filmes radiográficos. (SCHUBERT, 2005).

A seguir, são detalhadas algumas características dos filmes radiográficos:

a) Velocidade

Se dois filmes diferentes forem submetidos a uma mesma exposição, nota-se que as

densidades obtidas nos dois filmes serão diferentes, ou seja, com uma mesma exposição, um

filme apresenta maior rapidez para atingir determinada densidade, quando comparado com

outro. Portanto, um filme rápido necessita de menor tempo de exposição para atingir uma

determinada densidade, quando comparado com um outro filme mais lento. Ou ainda, se um

filme rápido e um filme lento forem submetidos a uma exposição idêntica, o filme rápido

atingirá uma densidade maior. A velocidade é uma característica própria de cada filme e

depende, principalmente, do tamanho dos cristais de prata presentes na emulsão. Quanto

maior o tamanho dos cristais, mais rápido será o filme e sua imagem será mais grosseira e

menos nítida que uma imagem formada por grãos menores. Portanto, quanto mais rápido o

filme, menos nítida será a imagem formada por ele (KODAK, 1980).

b) Classificação dos filmes

A grande variedade de condições e a heterogeneidade de materiais encontrados na

radiografia industrial levaram os fabricantes a produzir vários tipos de filmes. Uma

36

classificação dos filmes foi estabelecida pela ASTM, que identifica os tipos de filmes pela

velocidade de exposição e sensibilidade. Os mais empregados na área industrial são os da

Classe 1 e 2 por possuírem características de sensibilidade, velocidade e resistência

adequadas. (ASTM E-1815, 2006).

c) Curva característica dos filmes

A curva característica de um filme, também chamada de curva sensitométrica ou curva

H & D (Hurter-Driffield), relaciona a exposição dada a um filme com a densidade resultante.

Por meio das curvas características podem-se comparar qualitativamente filmes diferentes,

estabelecendo critérios para corrigir densidades obtidas para uma dada exposição, conforme

apresentado na Figura 7. As curvas são em geral fornecidas pelo fabricante do filme e são

obtidas mediante as exposições sucessivas do filme, tendo suas densidades medidas em cada

exposição. Os valores são plotados em um gráfico de densidades em função do logaritmo da

exposição relativa (KODAK, 1980).

Figura 7 - Curva característica de filmes radiográficos (KODAK, 1980).

37

d) Contraste

Para que se forme uma imagem no filme é necessário que ocorram variações na

densidade ao longo do mesmo, pois uma imagem é formada a partir de áreas claras e escuras.

A diferença de densidades entre duas regiões adjacentes no filme é denominada contraste. O

contraste pode também ser entendido como a capacidade de o filme detectar intensidade e

energias diferentes de radiação. Imagens com alto contraste permitem em geral melhor

qualidade e segurança na interpretação da radiografia (ABENDE, 2005; KODAK, 1980).

e) Definição

Observando com detalhe a imagem formada no filme radiográfico, é possível notar

que a mudança de densidades de uma área a outra não se faz de maneira brusca. A imagem de

um objeto apresenta uma região de transição nas suas bordas, com uma densidade

intermediária entre a densidade da imagem e a de fundo. Quanto mais estreita for esta faixa de

transição, melhor será a definição desta imagem (ABENDE, 2005).

2.2.3 Processamento do filme radiográfico

O processamento dos filmes e dos banhos para o processamento radiográfico deve

seguir algumas considerações gerais, necessárias ao bom desempenho desta tarefa. No

manuseio do filme, a limpeza é essencial. A câmara escura e os acessórios e equipamentos

devem ser mantidos rigorosamente limpos, e usados somente para o propósito aos quais eles

se destinam. Os banhos de processamento e a revelação devem ser controlados, quanto a

temperatura e tempo de duração de acordo com a recomendação do fabricante, e podem ser

processados manualmente ou em processadoras automáticas.

38

2.2.3.1 Processamento manual

O processamento manual é composto por uma série de banhos que se relata a seguir:

a) Revelação

Quando um filme exposto é imerso no tanque contendo o revelador, esta solução age

sobre os cristais de brometo de prata metálica. Esta seletividade está na capacidade de

discriminar os grãos expostos dos não expostos. Devido a fatores eletroquímicos, as

moléculas dos agentes reveladores atingem os cristais, que ficam como que revestidos. A

visibilidade da imagem e, conseqüentemente, o contraste, a densidade de fundo e a definição

dependem do tipo de revelador usado, do tempo de revelação e da temperatura do revelador.

Desta forma, o controle tempo-temperatura é de fundamental importância para se obter uma

radiografia de boa qualidade. A revelação deve ser feita com agitação permanente do filme no

revelador, a fim de que se obtenha uma distribuição homogênea do líquido em ambos os lados

da emulsão, evitando-se a sedimentação do brometo e outros sais que podem provocar

manchas susceptíveis de mascarar possíveis descontinuidades (ABENDE, 2005, KODAK,

1980).

b) Banho de parada

Quando o filme é removido da solução de revelação, uma parte do revelador fica em

contato com ambas as faces do filme, fazendo, dessa forma, com que a reação de revelação

continue. O banho interruptor tem, então, a função de interromper esta reação a partir da

remoção do revelador residual (ABENDE, 2005; KODAK, 1980).

c) Fixação

Após o banho de parada, o filme é colocado em um terceiro tanque, que contém uma

solução chamada de “fixador”. A função da fixação é remover o brometo de prata das porções

não expostas do filme, sem afetar os que foram expostos à radiação. O fixador tem também a

39

função de endurecer a emulsão gelatinosa, permitindo a secagem ao ar aquecido. O tempo de

fixação normalmente não deve exceder a 15 minutos. Os filmes devem ser agitados quando

colocados no fixador durante pelo menos 2 minutos, para garantir uma ação uniforme deste. O

fixador deve ser mantido a uma temperatura igual ao do revelador, ou seja, cerca de 20ºC

(ABENDE, 2005; KODAK, 1980).

d) Lavagem dos filmes

Após a fixação, os filmes seguem para o processo de lavagem para remover o fixador

da emulsão. Cada filme deve ser lavado por um período de, aproximadamente, 30 minutos. A

temperatura da água no tanque de lavagem é um fator muito importante a ser considerado, e

os melhores resultados são obtidos com a temperatura por volta de 200C (ABENDE, 2005;

KODAK, 1980).

2.2.3.2 Processamento automático

Este sistema de processamento químico e mecânico é utilizado quando há grande

volume de trabalho, pois só assim torna-se econômico. O processamento é inteiramente

automático, sendo que o manuseio só é utilizado para carregamento e descarregamento de

filmes. O ciclo de processamento é inferior a 15 minutos. Quando adequadamente mantido e

operado, este equipamento produz radiografia de alta qualidade. A alta velocidade de

processamento torna-se possível pelo uso de soluções químicas especiais, contínua agitação

dos filmes, manutenção da temperatura das soluções e secagem por jatos de ar aquecido.

2.2.4 Telas intensificadoras de imagem

As telas intensificadoras possuem como principal finalidade diminuir o tempo de

exposição em ensaios radiográficos industriais. Nestes casos usam-se finas folhas de metal

(geralmente chumbo) como intensificadoras da radiação primária emitida pela fonte. O fator

40

de intensificação, além de ser função da natureza e da espessura da tela, depende do contato

efetivo entre elas e o filme. Quando se aumenta a espessura da tela de chumbo, a radiação

primária e os elétrons emitidos pela face oposta dessa tela sofrem atenuação e, como

conseqüência, o fator de intensificação diminui. O grau de intensificação das telas de chumbo

depende da natureza e espessura do material a ensaiar, da qualidade da fonte emissora de

radiação e do tipo de filme usado (KODAK, 1980).

2.2.5 Penumbra

Supondo a dimensão de uma fonte emissora de radiação com dimensão F é muito

pequena e pode, para efeitos didáticos, ser considerado um ponto. Neste caso, colocando-se

um objeto entre o foco puntiforme e um filme radiográfico ter-se-á uma imagem muito nítida,

conforme apresentado na Figura 8a. Se for aumentada a dimensão do foco para o valor F,

mantendo-se a distância da fonte ao objeto, se obterá uma imagem no filme com uma zona de

penumbra, reduzindo a nitidez (definição) da imagem, conforme é apresentado na Figura 8b.

Se for mantida a dimensão do foco para o valor F e reduzida a distância da fonte ao objeto,

obter-se-á uma imagem no filme com uma zona de penumbra muito maior, e a nitidez da

imagem será perdida, conforme é apresentado na Figura 8c. A ampliação está relacionada

com fatores geométricos e a nitidez ou definição é função da fonte emissora de radiação e da

posição do material situado entre a fonte e o filme. Quando a fonte possui diâmetro

considerável ou está muito próxima do material, a imagem não é bem definida e sua forma

poderá ser diferente da real se o ângulo do plano do material variar em relação aos raios

incidentes, produzindo, neste caso, uma distorção da imagem (ABENDE, 2005; KODAK,

1980). Para obtenção de imagens bem definidas ou próximas ao tamanho do objeto, devem-se

utilizar as menores dimensões de fonte de radiação possível, estas devem estar posicionadas o

mais afastado possível do material a ensaiar, o filme radiográfico deve estar mais próximo

41

possível do material, o feixe de radiação deve estar o mais perpendicular possível em relação

ao filme e os planos do material e do filme devem ser paralelos. A distorção da imagem não

pode ser totalmente eliminada em virtude dos formatos complicados das peças e dos ângulos

de que se dispõe para a realização do ensaio radiográfico (ABENDE, 2005).

Figura 8 - Disposição Geométrica entre fonte-filme-objeto (KODAK, 1980).

2.2.6 Indicadores da Qualidade da Imagem - IQI's (Penetrâmetros)

Para que se possa julgar a qualidade da imagem de uma radiografia são empregadas

pequenas peças chamadas Indicadores de Qualidade de Imagem (IQI), e que são colocadas

sobre o objeto radiografado. Os IQI's são também chamados de “Penetrâmetros”. O tipo ou

norma de fabricação do IQI deve ser aquele que o projeto de construção do equipamento a ser

radiografado exige. O IQI é uma pequena peça construída com um material radiograficamente

similar ao material da peça ensaiada, com uma forma geometricamente simples e que contém

algumas variações de forma bem definidas, tais como furos ou entalhes (KODAK, 1980).

2.2.6.1 IQI - DIN

O IQI fabricado conforme a norma DIN é constituído por 7 arames, dispostos

paralelamente, cujo material é radiograficamente similar ao material ensaiado (DIN 54109,

42

1989). A relação entre o diâmetro do arame e seu número respectivo é descrito na norma

indicada (veja a Tabela 1). Os arames foram divididos em três grupos, a saber: 1 a 7, 6 a 12 e

10 a 16. Quanto maior o número, menor seu diâmetro, o que determina os níveis de qualidade

especificados, conforme é apresentado na Figura 9 (AGFA, 1989).

Tabela 1 – IQI de arame (DIN 54109)

O IQI, sempre que possível, deve ser colocado sobre a solda de forma que os arames

estejam perpendiculares à linha da solda e de forma que sua imagem apareça na zona central

da radiografia.

Figura 9 - IQI (DIN 54109, 1989).

O número da qualidade de imagem é o número do arame mais fino visível na

radiografia. O número de qualidade de imagem requerido é definido para cada faixa de

43

espessura de material. A classe de qualidade de imagem é função do rigor com que a inspeção

deve ser feita e deve ser especificada pela norma do produto (DIN 54109, 1989).

2.2.6.2 Localização e posicionamento dos IQI's

Sempre que possível, o IQI deverá ser colocado no lado da peça, voltado para a fonte.

Caso isso não seja possível, o IQI poderá ser colocado no lado voltado para o filme, sendo

nesse caso acompanhado por uma letra “F”, de material de chumbo. Apenas um IQI é

geralmente usado para cada radiografia se variações de espessura provocarem uma variação

de - 15 % ou + 30% da densidade vista através do corpo do IQI tipo furos ou adjacente a área

de interesse de uma radiografia, será necessária colocação de um IQI adicional para cada área

excepcional, conforme recomenda a ASME (ASME V, 2006). Em radiografia de

componentes cilíndricos em que são expostos mais de um filme por vez, deverá ser colocado

um IQI por radiografia. Apenas no caso de exposições panorâmicas, em que todo o

comprimento de uma junta circunferêncial é radiografado com uma única exposição, é

permitida a colocação de três IQI igualmente espaçados. A disposição em círculo de uma série

de peças iguais, radiografadas simultaneamente, não é considerada como panorâmica para

efeito de colocação de IQI, sendo necessário que a imagem do mesmo apareça em cada uma

das radiografias. Quando porções de solda longitudinal forem radiografadas simultaneamente

com a solda circunferencial, IQI adicionais devem ser colocados nas soldas longitudinais, em

suas extremidades mais afastadas da fonte. Para componentes esféricos, onde a fonte é

posicionada no centro do componente e mais de um filme é exposto simultaneamente,

deverão ser usados, pelo menos 3 IQI’s, igualmente espaçados, para cada 360 graus de solda

circunferencial mais um IQI adicional para cada outro cordão de solda inspecionado

simultaneamente (ASME V, 2006).

44

2.2.7 IQI de arame duplo

Para a medição da resolução espacial do procedimento que está sendo aplicado é

utilizado um indicador de qualidade de imagem (IQI) de arame duplo que é feito de acordo

com as normas ASTM ou BS EN (ASTM E-2002, 1998; BS EN 462-5, 1996), conforme

apresentado na Figura 10. O IQI de arame duplo deve ser usado em conjunto com o IQI de

arame ou furo e deve ser colocado no lado da fonte alinhado com o feixe normal da radiação.

Para análise do IQI de arame duplo deve-se utilizar uma lupa com 4X de aumento. O limite de

discernimento da técnica utilizada é o par de arames onde não se vê o espaço entre eles e o

valor da penumbra, U é 2d, onde d é o diâmetro deste arame.

Figura 10 – IQI de Arame Duplo (BS EN 462-5, 1996).

Na Tabela 2 pode-se observar os números dos elementos, os valores de penumbra

correspondentes e as dimensões dos arames do IQI de arame duplo assim como suas

tolerâncias.

45

Tabela 2 – IQI de arame duplo (BS EN 462-5, 1996).

2.2.8 Curvas de exposição para radiografia

O primeiro fator a ser determinado em uma exposição com raios-X é a voltagem

(energia) a ser usada. Essa voltagem deverá ser suficiente para assegurar ao feixe de radiação

energia suficiente para atravessar o material a ser inspecionado. Por outro lado, uma energia

muito alta irá ocasionar uma diminuição no contraste do objeto, diminuindo a sensibilidade da

radiografia. De forma a tornar compatíveis esses dois fatores, foram elaborados gráficos que

mostram a máxima voltagem a ser usada para cada espessura de um dado material. É muito

importante lembrar que, como materiais diferentes absorvem quantidades diferentes de

radiação, existem gráficos para cada tipo de material a ser radiografado. É importante notar

que cada gráfico fixa o material inspecionado, tipo e espessura das telas, densidade óptica do

filme, distância do foco-filme, tipo de filme usado, tempo e temperatura de revelação do

filme. Outro fator importante é que esses gráficos somente são válidos para um determinado

aparelho e modelo. Normalmente, os aparelhos de raios-X são fornecidos com uma série de

gráficos que permitem a sua utilização em uma vasta gama de situações (KODAK, 1980).

46

2.2.9 Técnicas de exposição

2.2.9.1 Técnica de Parede Simples - Vista Simples (PSVS)

Essa técnica é assim chamada, pois no arranjo entre a fonte de radiação, peça e filme,

somente a seção da peça que está próxima ao filme será inspecionada e a projeção será em

apenas uma espessura do material (ABENDE, 2005; ANDREUCCI, 2003). Esta é a principal

técnica utilizada na inspeção radiográfica, e a mais fácil de ser interpretada, conforme

apresentado na Figura 11.

2.2.9.2 Exposição panorâmica

Esta técnica constitui um caso particular da técnica de parede simples vista simples

descrita acima, que proporciona alta produtividade em rapidez em um exame de juntas

soldadas circulares com acesso interno, conforme indicado na Figura 11 (A). Na técnica

panorâmica a fonte de radiação deve ser centralizada no ponto geométrico eqüidistante das

peças e dos filmes, ou no caso de juntas soldadas circulares a fonte deve ser posicionada no

centro da circunferência. Com isso, em uma única exposição da fonte, todos os filmes

dispostos a 360 graus serão igualmente irradiados, possibilitando, assim, o exame completo

das peças ou das juntas (ABENDE, 2005).

Figura 11 - Técnica de exposição parede simples - vista simples (ABENDE, 2005)

47

2.2.9.3 Técnica de Parede Dupla - Vista Simples (PDVS)

Nesta técnica de parede dupla vista simples, o feixe de radiação, proveniente da fonte,

atravessa duas espessuras da peça, entretanto, projeta no filme somente a seção da peça que

está mais próxima ao mesmo. Freqüentemente esta técnica é utilizada em inspeções de juntas

soldadas, as quais não possuem acesso interno, por exemplo, tubulações com diâmetros

maiores que 3½ polegadas, vasos fechados e outros. É importante lembrar que esta técnica

requer que a radiação atravesse duas espessuras da peça e, portanto, o tempo de exposição

será maior que a inspeção pela técnica de parede simples (ABENDE, 2005; ANDREUCCI,

2003). Assim, esta opção deverá ser selecionada quando outra técnica não for possível ou

permitida, conforme apresentado na Figura 12.

Figura 12 - Técnica de exposição parede dupla - vista simples (ABENDE, 2005).

2.2.9.4 Técnica de Parede Dupla Vista Dupla (PDVD)

Neste caso o feixe de radiação proveniente da fonte também atravessa duas espessuras,

entretanto, projetará no filme a imagem de duas seções da peça, e serão objetos de interesse.

Nesta técnica, no cálculo do tempo de exposição devem ser levadas em conta as duas

espessuras das paredes que serão atravessadas pela radiação. A técnica de parede dupla e vista

dupla (PDVD) é freqüentemente usada para inspeção de juntas soldadas em tubulações com

diâmetros menores que 3½ polegadas, conforme ilustrado na Figura 13 (ABENDE, 2005).

48

Figura 13 - Técnica de exposição parede dupla - vista dupla (ABENDE, 2005).

2.2.10 Descontinuidades

2.2.10.1 Aparência das descontinuidades

As descontinuidades são quaisquer variações na homogeneidade de uma peça ou

material, tanto em sua estrutura como em sua forma. Por meio da análise da influência que a

descontinuidade terá sobre a utilização do material ou do equipamento podem ser definidos

critérios de aceitabilidade. As descontinuidades podem ser atribuídas a diferentes causas. Elas

podem ocorrer durante o próprio processo de fabricação do material (por exemplo: durante a

fundição), durante o processamento (durante a laminação, forjamento, usinagem etc.), ou

durante o uso de equipamento, em serviço (aplicação de esforços mecânicos ou corrosão)

(ABENDE, 2005). As descontinuidades internas em juntas soldadas mais comuns são:

49

a) Inclusões gasosas (poros)

Durante a fusão da solda, pode haver o aprisionamento desta, devido a várias razões,

como o tipo de eletrodo utilizado, má regulagem do arco, deficiência na técnica do operador,

umidade etc. Estas inclusões gasosas podem ter a forma esférica ou cilíndrica. Sua aparência

radiográfica é sob a forma de pontos escuros com o contorno nítido. Algumas destas inclusões

gasosas assumem uma forma alongada, cilíndrica e sua imagem radiográfica vai depender de

uma orientação em relação ao feixe de radiação incidente. Outra forma típica de inclusão é

aquela que tem a aparência de um galho ramificado, chamada, também, de porosidade

vermiforme (ABENDE, 2005).

b) Inclusões de escória

São devidas ao aprisionamento de escória ou materiais estranhos durante o processo de

soldagem. Elas se apresentam com mais freqüência em soldas de passes múltiplos,

principalmente quando a limpeza não é bem efetuada entre um passe e outro (ABENDE,

2005).

c) Falta de penetração

É considerada falta de penetração a falta de material depositado na raiz da solda,

devido ao fato de o material não ter chegado até a raiz. No caso de não haver passe de raiz

(selagem), a falta de penetração pode ficar aparente. A aparência radiográfica em ambos os

casos é uma linha escura, intermitente ou contínua, no centro do cordão (ABENDE, 2005).

d) Trincas

As trincas são descontinuidades produzidas por rupturas no metal como resultado de

tensões nele produzidas durante a soldagem, sendo mais visível na radiografia, quando o feixe

50

de radiação incide sobre a peça em uma direção sensivelmente paralela ao plano que contém a

trinca. A trinca produz uma imagem radiográfica na forma de uma linha escura com direção

irregular. A largura desta linha dependerá da largura da trinca. Se a direção do plano que

contém a trinca coincidir com o feixe de radiação, sua imagem será escura. De outra forma,

ela perderá densidade, podendo não aparecer. Devido ao fato da trinca ser considerada como o

mais grave defeito de uma solda, deve-se ter uma atenção especial para a sua detecção. A

imagem das trincas, especialmente em filmes de granulação grossa, pode não ser muito clara

(ABENDE, 2005).

e) Falta de fusão

Descontinuidades que é gerada devido a falta de fusão entre o metal depositado e o

metal base. A falta de fusão só é bem caracterizada em uma radiografia quando a direção do

feixe incidente coincide com o plano do defeito. A imagem radiográfica da falta de fusão é

uma linha escura, estreita, paralela ao eixo da solda, em um ou em ambos os lados (ABENDE,

2005).

2.2.10.2 Defeitos típicos em juntas soldadas com imagem radiográfica convencional

Nas Figuras 14 a 20, pode-se ver a imagem radiográfica obtida de juntas soldadas com

vários tipos de indicações ou defeitos, tais como: mordedura, desalinhamento, falta de

penetração, falta de fusão, trincas, porosidades, etc. (GEIT, 2004).

(a) (b)

Figura 14 – (a) Mordedura; (b) Desalinhamento com falta de penetração (GEIT, 2004).

51

(a) (b)

Figura 15 – (a) Mordedura interna; (b) Concavidade interna (GEIT, 2004).

(a) (b)

Figura 16 – (a) Falta de penetração; (b) Inclusão de escória entre passes (GEIT, 2004).

(a) (b)

Figura 17 – (a) Escória alongada; (b) Falta de fusão (GEIT, 2004).

(a) (b)

Figura 18 – (a) Porosidade agrupada; (b) Porosidade alinhada na raiz (GEIT, 2004).

52

(a) (b)

Figura 19 – (a) Trinca transversal; (b) Trinca longitudinal (GEIT, 2004).

Figura 20 – Inclusão de tungstênio (GEIT, 2004).

2.3 Radiografia digital

O fenômeno da luminescência fotoestimulável não é uma tecnologia nova. Sua

descoberta se deu há mais de um século, entretanto, por falta de aplicações práticas, ficou por

várias décadas relegada à condição de curiosidade científica. O interesse no fenômeno se

renovou na década de 40, quando foram conduzidas várias experiências em busca de

aplicações práticas voltadas, principalmente, para interesses militares. Nada mais derivou

desse trabalho, possivelmente por não se dispor na época da tecnologia do computador. A

primeira aplicação, em 1947, consistiu em um híbrido no qual se produziu a partir de uma

folha de fósforo irradiada com luz infravermelha uma imagem de luminescência

fotoestimulada sobre um filme fotográfico.

A radiografia digital computadorizada teve sua primeira aplicação em 1975, quando

George Luckey desenvolveu a placa flexível de fósforo para armazenamento de imagem na

Eastman Kodak Company (MANGO, 2004; ALLEN, DRAKE, 2005). No mesmo ano foi

patenteado o primeiro sistema de fósforo de armazenamento escaneado, dando origem à

53

moderna radiografia computadorizada. No entanto, só em 1983 foi comercializado o primeiro

sistema que empregava a tecnologia de fósforo de armazenamento. Sua aceitação passou a

crescer consistentemente, primeiro em meio à comunidade médica do final da década de 80 e,

agora, na comunidade industrial. No ano 2000 a radiografia computadorizada foi utilizada no

Brasil em refinarias para avaliar a integridade de tubulações e em trocadores de calor para

avaliação do estado de corrosão (VIDEIRA, et. al., 2003; CASTRO, 2002). Em refinarias,

plantas químicas e outras operações onde o produto transportado está passando por tubos é

fundamental o monitoramento em serviço destes componentes para se ter um nível de

confiança adequado para o bom funcionamento das instalações (DENPRIS, 2005). Medidas

de espessura de dutos com adequada precisão pode aumentar a confiança nos resultados

comparando-se com a técnica convencional que utiliza filmes. Verificou-se também o uso

desta técnica para a inspeção de isoladores elétricos (MELLO, 2004). A Figura 21 apresenta

exemplos de aplicações da radiografia digital nas áreas de segurança, aeronáutica, refinarias e

automotiva (YIRON, 2005; ESTERMANN, 2005).

(a) Refinarias (b) Segurança

(c) Aeronáutico (d) Automotivo

Figura 21 – Aplicações da radiografia digital (PINCU, 2005; JEWELL, 2005).

54

O uso da radiografia digital abre um mundo de oportunidades para aplicações em

novos segmentos onde, até hoje, a radiografia convencional é utilizada (HELMSTETTER,

2005; GIBBS, 2005). A procura por sistemas de inspeção totalmente automatizados tem sido

implementada no segmento automotivo com o uso da radiografia digital tem como objetivo

aumentar a segurança e a confiabilidade dos laudos emitidos em peças críticas, além do

aumento da produtividade (HEROLD, et al., 2006). Várias patentes têm sido emitidas

envolvendo a radiografia digital na área médica, temas de inspeção de estruturas de aviões,

sistemas e dispositivos para a automação da inspeção de soldas, de dutos livres e revestidos,

tanques e de estruturas compostas de fibras de carbono, grafite reforçado e de não metais

(BUENO et al., 2003; BIRDWELL, GALISH, 2002; LOTT, 2003; BATZINGER et al., 2005;

GEORGESON, SAFAI, 2006; LASIUK, GRIFFIN, ALLISON, 2006; BIRDWELL,

BANTEL, 2006; MOHR, BUENO, 2003).

2.3.1 Vantagens

Os sistemas de radiografia digital oferecem a possibilidade de obtenção de imagens

com exigências de exposição muito menos rigorosas do que os sistemas analógicos. As

imprecisões em termos de exposição provocam, normalmente, o aparecimento de radiografias

demasiado escuras, demasiado claras ou com pouco contraste, facilmente melhoradas com

técnicas digitais de processamento e exibição de imagem. As vantagens dos sistemas digitais

podem ser divididas em: facilidade de exibição da imagem, redução das doses de raios-X,

facilidade no processamento de imagem, facilidade de aquisição, armazenamento e

recuperação da imagem (ROCHA, 2003).

A primeira vantagem da radiografia digital é que a imagem pode ser mostrada em um

monitor, ao invés do processo tradicional de expor o filme contra a luz. O modo de mapear a

imagem em níveis de brilho em um monitor pode ser totalmente controlado pelo observador.

55

Como alternativa, a gama total de intensidade pode ser usada para exibir uma parte dos

valores de pixel aumentando, assim, o contraste na região de interesse. Sendo assim, toda a

operação é simplificada desde a obtenção da imagem até o tempo de ciclo para se obter,

avaliar e arquivar cada imagem em comparação às radiografias convencionais (ROCHA,

2003).

A segunda vantagem da radiografia digital é a possibilidade da redução da dose de

raios-X a que um paciente ou operador ficam sujeitos, sendo possível usar tanto baixas

energias como um tempo menor de exposição (EWERT et al., 2006). Desde que a relação

sinal/ruído seja satisfatória, qualquer perda em contraste pode ser recuperada usando técnicas

digitais de processamento de imagem (ROCHA, 2003).

A terceira vantagem da radiografia digital é a possibilidade do processamento digital

de imagem (BRUGGER, HOWARD, 2005). O aumento do contraste ou a equalização por

histogramas são técnicas digitais que podem ser usadas. Muitas vezes para se ver pequenos

detalhes são utilizados filtros que possibilitam a visualização destes que, comparados com a

técnica digital, poderiam não ser percebidos. Uma maior gama de pesquisas na imagem pode

ser realizada resultando em uma diminuição da possibilidade de erros, aumentando a

qualidade do laudo que é dado. Nestes casos, o uso de aplicativos de avaliação automático de

imagem podem ser aplicados (ROCHA, 2003).

A quarta vantagem é a possibilidade da obtenção da imagem sem tempo de espera para

o processamento do filme, armazenamento em bases de dados eletrônicos permitindo a

pesquisa mais fácil e a transmissão para longas distâncias, usando redes de comunicação de

dados (ROCHA, 2003).

A eliminação de produtos químicos, processadoras, secadoras, salas enormes de filmes

a processar e processados sob condições controladas encontra-se integrada nesta nova técnica.

Outro fato importante é o impacto ambiental com a eliminação de rejeitos, conforme

56

apresentado na Figura 22. No caso dos detectores planos uma outra vantagem pode ser

incluída, pois com a automação necessária há a eliminação da necessidade de o operador

entrar na área de risco (PINCU, 2005).

(a) Químicos (b) Embalagens plásticas

Figura 22 – Rejeitos da radiografia convencional (PINCU, 2005).

Além dessas vantagens pode-se destacar o fator econômico que associa as vantagens

mencionadas com fatores de custo envolvidos dos materiais, processos, etc. Foi demonstrado

que com o uso dos detectores planos na aplicação industrial pode-se chegar a uma economia

de cerca de 60% do custo total por exposição em relação ao uso de filmes (BOIY, 2006;

DIAMOND, 2006).

A Tabela 3 apresenta os números comparativos entre as técnicas utilizando filme, CR

e DR.

Tabela 3 – Custo total entre as técnicas (BOIY, 2006).

57

A Tabela 4 mostra uma comparação típica entre os métodos com o uso de filme,

Radiografia Computadorizada (CR) e Radiografia Digital (DR).

Tabela 4 – Características técnicas típicas de filmes, CR e DR (BOIY, 2006).

O desempenho de detecção de defeitos em soldas em pesquisas da Boeing Commercial

Aircraft (MEADLE, KIDWELL, WARREN, 2003; PINCU, 2005; BAVENDIEK, 2006b)

mostrou um ótimo desempenho do detector plano de silício amorfo (Thales Flash Scan 35) em

comparação com a técnica convencional usando filme em parede dupla e simples e, também,

com a técnica da radioscopia. A conclusão desta pesquisa é que o uso do detector plano

resulta em um ganho de qualidade, aumenta a produtividade e elimina o tempo de

processamento e rebatimento de filmes, conforme apresentado na Figura 23.

Figura 23 – Comparação entre Filme, Radioscopia e Detector Plano (BAVENDIEK, 2006b).

58

Na Figura 24, pode-se observar a probabilidade de detecção (PoD) versus o volume do

defeito, comparando quatro técnicas com diferentes tecnologias utilizadas atualmente. São as

técnicas com filme para parede simples e parede dupla, tempo real e detectores planos com

integração. Estas experiências são aplicações na área aeroespacial em soldas de palhetas de

turbinas para ver as vantagens dos sistemas livres de filmes. Após estes resultados, abrem-se

várias oportunidades para um novo conceito rápido e mais confiável de peças críticas em

aeronaves (BAVENDIEK, 2006a).

Figura 24 – Probabilidade de detecção de defeitos (BAVENDIEK, 2006a).

2.3.2 Tipos de detectores

2.3.2.1 Radioscopia

A radioscopia é um meio usado para se detectar a radiação que emerge da peça, em

uma tela fluorescente. Esta se baseia no princípio de que determinados sais (tungstato de

cálcio, por exemplo) possuem a propriedade de emitir luz em intensidade mais ou menos

proporcional à intensidade de radiação que incide sobre eles. A radiação é emitida a partir de

um tubo de raios-X, atravessando a peça e atingindo a tela fluorescente. Este, por sua vez,

59

transforma as intensidades de radiação que emergem da peça em luz de diferentes

intensidades, formando na tela a imagem da peça. Essa imagem, refletida em um espelho ou

captada e transmitida a um monitor, é examinada pelo inspetor, à procura de possíveis

defeitos (PURSCHKE, 2004). Nas Figuras 25 e 26, pode-se ver um esquema de sistema de

radioscopia óptica e um sistema com câmara com captura digital da imagem, respectivamente

(ANDREUCCI, 2003).

Figura 25 – Radioscopia óptica (ANDREUCCI, 2003).

Figura 26 – Radioscopia com captura digital da imagem (ANDREUCCI, 2003).

2.3.2.2 Radiografia computadorizada (CR)

A radiografia computadorizada consiste em uma técnica de captura da imagem

radiográfica em fósforos de armazenamento para posterior leitura e exibição. Diferentemente

dos fósforos de “emissão imediata” empregados nas telas intensificadoras de fósforo

60

convencionais, esses fósforos de armazenamento retêm a imagem latente, que permanece

estável por um certo período de tempo sem comprometer a qualidade da imagem. Durante

esse período, que pode variar de minutos a dias dependendo do material do fósforo da tela, a

imagem pode ser lida com um sistema de escaneamento que, com a aplicação do software

apropriado, reconstrói digitalmente a imagem radiográfica. A imagem é lida escaneando-a

com luz vermelha ou próxima ao infravermelho para estimular o fósforo, fazendo com que ele

libere sua energia armazenada sob a forma de luz visível. Esse fenômeno é conhecido como

fotoluminescência estimulada, cuja intensidade, assim como nas telas intensificadoras

convencionais, é diretamente proporcional ao número de fótons de raios-X absorvidos pelo

fósforo de armazenamento (MANGO, 2006).

Embora um grande número de materiais apresente como propriedade uma forte

luminescência fotoestimulável (PSL), a maior parte dos fósforos de armazenamento modernos

se enquadram em uma classe de haletos de alcalinos terrosos dopados com európio, entre os

quais se destaca o flúor-brometo de bário (BaFBr:Eu2+) dopado com európio bivalente

(MANGO, 2004). Trata-se de um material que se presta particularmente a aplicações de

radiografia computadorizada, apresentando resposta de intensidade de fotoluminescência

fotoestimulável muito linear quando exposto à energia dos raios-X, além de uma resposta

muito rápida com tempo de vida curto, possibilitando o uso de sistemas de escaneamento de

alta velocidade, conforme apresentado na Figura 27. Apesar de sua natureza robusta, é

importante manusear as placas de imagem com cuidado, em ambiente limpo e de acordo com

as normas dos fabricantes para obter delas o bom desempenho e o tempo de vida ótimo.

Quando manuseada com cuidado e usada com um sistema de radiografia computadorizada de

alta qualidade, a placa de imagem proporciona melhor sensibilidade do que a técnica

convencional (EWERT, 2000).

61

Figura 27 - Construção de uma placa de fósforo de armazenamento (MANGO, 2004).

a) Mecanismo de criação da imagem latente

A fotoluminescência estimulável em haletos de bário ativados por európio foi um

mecanismo que conquistou grande aceitação, segundo o qual, no processo de obtenção do

fósforo, são criadas vacâncias do íon de halogênio, ou centros “F+ ”. Com a exposição das

partículas do fósforo à radiação ionizante, os elétrons excitados passam para um nível de

energia mais alto, deixando atrás de si uma lacuna no íon de Eu2+. Enquanto alguns desses

elétrons imediatamente se recombinam e excitam o Eu2+, que passa prontamente a emitir,

outros ficam presos nos centros F+, formando centros F metaestáveis, também conhecidos

como centros de cor, por causa da palavra alemã “Farbe” (F), que significa cor (MANGO,

2004). A energia armazenada nesses pares elétron-lacuna é a base da imagem latente, que se

conserva relativamente estável por várias horas, conforme apresentado na Figura 28

(CASTRO, 2005).

Figura 28 – Criação da imagem latente (CASTRO, 2005).

Camada Protetora: 0,008 a 0,03 mm

Camada de Fósforo: 0,08 a 0,30 mm

Suporte de Poliéster: 0,18 mm

Reforço de Controle da Curvatura

62

b) Leitura da imagem

Como os centros de cor absorvem energia quando irradiados com raio laser vermelho,

para ler a imagem utiliza-se tipicamente um feixe direcionado de raios laser de HeNe. A

absorção de energia pelos centros de cor libera elétrons presos com conseqüente emissão de

luz azul (390 nm) quando esses elétrons liberados se recombinam com as lacunas nos lugares

ocupados pelo Eu2+, voltando então às suas posições de valência originais. A intensidade

dessa emissão é proporcional à carga presa que, por sua vez, é proporcional à absorção

original dos raios-X. O processo de leitura é realizado com um scanner a laser, com o qual a

luz estimulada, proveniente de cada ponto do écran, pode ser captada por um sistema óptico e

acoplada a um tubo fotomultiplicador (CASTRO, 2005). Usa-se um filtro óptico especial para

bloquear a luz estimuladora, cuja intensidade é muitas ordens de grandeza mais elevada do

que a luz emitida pela tela. O sinal elétrico resultante é subseqüentemente amplificado,

amostrado e conduzido ao longo de um conversor analógico/digital para produzir valores

digitais que representam o brilho de cada pixel, sendo os pixels por fim reunidos em uma

imagem radiográfica, conforme apresentado na Figura 29.

Figura 29 – Leitura da imagem (CASTRO, 2005).

c) Apagamento e reutilização de placas de imagem

Durante a leitura, nem toda a energia armazenada na tela é liberada. Para garantir a

remoção completa de toda imagem latente, a placa de fósforo de armazenamento é apagada

com uma luz de alta intensidade que a inunda por um curto período, permitindo, assim, que

63

ela seja reutilizada em outras exposições. A etapa do apagamento é, de modo típico, realizada

no leitor CR, imediatamente em seguida à etapa de leitura. O tempo de vida de uma placa de

imagem de fósforo de armazenamento varia em função do ambiente, das condições de

limpeza e do manuseio e, tomados os devidos cuidados pode, com facilidade, chegar a atingir

milhares de ciclos (MANGO, 2004).

2.3.2.3 Tomografia

Atualmente já é bem utilizada a técnica da tomografia computadoriza tanto na área da

medicina como na área industrial (ALLEN, RAMSEY, DERMODY, 2005). Com os recursos

do tratamento da imagem é possível ter uma visão tridimensional da peça ou do órgão do

paciente para melhor avaliação (DENNIS, 1999; PURSCHKE, 2004). Na Figura 30, pode-se

observar um esquema de um sistema de inspeção de peças na área industrial (ANDREUCCI,

2003).

Figura 30 – Tomografia industrial (ANDREUCCI, 2003)

2.3.2.4 Detectores planos

A vontade de combinar as vantagens de um intensificador de imagem (alta

luminescência na saída, boa resolução espacial) com as vantagens de um revestimento

fluorescente acoplado diretamente a um registrador de imagem desenvolveu os detectores

planos. O princípio de trabalho de um detector plano é a conversão da radiação de raios-X

incidente em uma carga elétrica a qual pode ser lida. Silício amorfo é usado como um material

64

semicondutor para este processo (PURSCHKE, 2004). Dois métodos de conversão são

utilizados, a saber: método cintilador (conversão indireta) e método fotocondutor (conversão

direta). Cada método tem vantagens e desvantagens especiais bem como limites de uso em

sistemas de imagem. Quando o método cintilador é usado, uma tela fluorescente é aplicada ao

silício amorfo para converter a radiação do Raios-X em luz visível. Vários materiais são

utilizados neste método. O projeto básico de um detector plano com uma camada de

conversão de fósforo (Lanex ou similar) é apresentado na Figura 31.

Figura 31 – Método cintilador – Fósforo (BANDEVIEK, 2005a).

O detector plano consiste de milhões de pixels sensíveis à luz que é arranjada em uma

grade em uma superfície retangular (BAVENDIEK, 2005a), conforme apresentado na Figura

32.

Figura 32 – Esquema de um detector plano (BAVENDIEK, 2005a)

65

A radiografia digital (Radiografia Direta - DR) oferece imagem com alta velocidade.

São obtidos tempos de exposição típicos de 10-25% dos praticados com filmes e faixas de

velocidade de transferência de dados desde em tempo real até poucos segundos (EWERT,

2004). Um único detector pode tomar o lugar de filmes múltiplos e ser utilizado com sistemas

automáticos de manipulação (BUENO et al., 2005). Testes têm sido realizados e os detectores

planos têm mostrado um desempenho melhor quando comparados a filmes quanto a defeitos

finos e volumétricos (BAVENDIEK, 2005b; PURSCHKE, 2004).

A Figura 33 apresenta o esquema de um detector plano (ANDREUCCI, 2003).

Figura 33 – Detector plano semicondutor (ANDREUCCI, 2003).

2.3.2.5 Processamento da imagem digital

A qualidade da imagem é um importante fator para fornecer a visibilidade de

potenciais defeitos, conforme os exemplos mostrados na Figura 34 (BAVENDIEK, K. et al.,

2006b, IMAGE 3500FR, 2004; SCHUBERT, 2005).

A qualidade da imagem pode ser definida principalmente por três parâmetros:

• Resolução Espacial Básica (BSR) – Resolução geométrica da imagem na direção x e y;

descreve o menor detalhe perpendicular ao feixe ao qual está sendo tomada a imagem.

• Sensibilidade ao Contraste (CS) – Resolução do contraste da imagem na direção z;

descreve a menor diferença na espessura do material, o qual será visível na imagem.

66

• Relação Sinal Ruído (SNR) – Medida do nível de ruído na imagem. Um sinal pode

somente ser visto em uma imagem se o sinal do detalhe é maior que o ruído

(BAVENDICK, 2005b; EWERT, 2005).

Tamanho: 16*16 pixels Tamanho: 64*64 pixels Tamanho: 512*512 pixels

Contraste: Nível de cinza 2 Contraste: Nível de cinza 16 Contraste: Nível de cinza 256

SNR: 2 SNR: 8 SNR: 80

Figura 34 – Fatores da qualidade da imagem (BAVENDICK, 2006c; EWERT, 2005).

67

2.4 Especificações aplicáveis

Foram avaliadas as especificações na fabricação de tubos para oleodutos e gasodutos,

com o objetivo de verificar as exigências sobre ensaio radiográfico das soldas e também a

possibilidade do uso da radiografia digital. As especificações avaliadas foram a API 5L

Edição de 2004, ISO 3183-1 Edição de 1996, ISO 3183-2 Edição 1996, ISO 3183-3 Edição de

1999 e a ISO/ FDIS 3183(E) Edição 2006. As especificações API 5L e ISO 3183-1 são

normalmente utilizadas para aplicações básicas; a especificação ISO 3183-2 é normalmente

utilizada para tubos com aplicações mais rigorosas, como, por exemplo, linhas de

transmissão, e a especificação ISO 3183-3 para aplicações onde o fluido a ser transportado é

rico em sulfeto de hidrogênio ou dutos submarinos ou em serviços a baixa temperatura. O

detalhamento do levantamento bibliográfico das especificações realizado pode ser encontrado

no APÊNDICE.

68

3 PROPOSIÇÃO

Este trabalho teve como objetivo comparar as técnicas da radiografia convencional

com a radiografia digital, utilizando detectores planos aplicadas na inspeção de juntas

soldadas pelo processo de arco submerso em oleodutos e gasodutos terrestres e marítimos.

Foram confeccionados corpos-de-prova de juntas soldadas, especialmente preparados

com defeitos críticos, para que fosse possível aplicar as duas técnicas e comparar os

resultados e então analisar a possibilidade da substituição da técnica atual pela técnica digital.

Os parâmetros analisados foram:

• Aceitação desta técnica pelas principais especificações aplicáveis;

• Sensibilidade da técnica digital quanto aos Indicadores de Qualidade de Imagem –

IQI comparado com a técnica convencional;

• Sensibilidade da técnica digital quanto à detecção de defeitos reais comparada com a

técnica convencional e

• Determinação da resolução espacial (penumbra) para a técnica digital.

Para verificar se a radiografia digital pode ser aplicada no segmento de gasodutos e

oleodutos, foi realizado um levantamento bibliográfico das principais especificações

utilizadas (API 5L, 2004; ISO 3183-1, 1996; ISO 3183-2, 1996; ISO 3183-3, 1999; ISO/FDIS

3183(E), 2006).

Para a verificação das sensibilidades quanto ao IQI e aos defeitos reais foram utilizados

filmes consagradamente qualificados na técnica convencional de dois fabricantes de filmes

Classe I da norma ASTM e um sistema de radiografia digital (radiografia direta) utilizando

um detector plano de última geração (ASTM E 1815, 1993).

Quanto à determinação da resolução espacial ou penumbra foram utilizados os IQI’s de

fio duplo (BS EN 462-5,1996).

69

4 MATERIAIS E MÉTODOS

4.1 Planejamento experimental

Para entendimento da execução da comparação das técnicas convencional e digital, foi

elaborado um fluxograma definindo as principais etapas realizadas neste trabalho, conforme é

mostrado na Figura 35.

Figura 35 – Fluxograma das etapas do trabalho.

4.2 Materiais

Para o desenvolvimento do presente trabalho, foram utilizados tubos fabricados na

TenarisConfab nas espessuras de 0,250”, 0,500”, 0,750”, 1,000” e 1,250” conforme a

especificação API 5L na edição de 2004 nos graus 5LB, X60 e X70, respectivamente 42.100,

70

60.200 e 70.300 psi de limite de escoamento, todos como PSL2. A diferença no grau do

material não é relevante em termos de ensaio radiográfico, visto que estes materiais são

classificados como categoria 1 por ter características de absorção da radiação similares

(ASTM E 1025, 2005; N-1595, 2004).

Pode-se observar na Tabela 5 as composições químicas especificadas e na Tabela 6 os

resultados das análises químicas no metal base dos tubos. Na Tabela 7 são apresentados os

valores encontrados nos cordões das soldas dos materiais envolvidos nos experimentos. Estas

análises foram realizadas no espectrômetro de emissão óptica marca ARL, modelo 3460, do

laboratório químico da TenarisConfab, e foram feitas de acordo com o método indicado na

norma ASTM A 751 (ASTM A-751, 2001). Estes resultados foram encontrados no registro de

qualificação do procedimento de soldagem que foram realizados de acordo com a ASME IX

(ASME IX, 2006).

Tabela 5 – Composição química especificada para os tubos.

Tabela 6 – Análise química encontrada dos tubos – Metal base.

71

Tabela 7 – Resultados das análises químicas dos cordões de solda.

4.3 Corpos-de-prova

Neste trabalho, foram preparadas 15 amostras de tubos fabricados conforme a

especificação API 5L, sendo distribuídas em 5 diferentes espessuras, conforme apresentado na

Tabela 8. As espessuras mencionadas são referentes à espessura do metal base, ou seja, à

espessura nominal da parede do tubo. As 3 amostras de cada espessura receberam um número

seqüencial.

Tabela 8 – Espessura das amostras de tubos soldados “SAW”.

Durante o desenvolvimento experimental, foram confeccionados 3 corpos-de-prova

para cada espessura, com dimensões aproximadas de 250 x 250 mm. Na Figura 36 pode-se

observar um dos conjuntos que foram montados para execução dos testes para as 5

experiências. Em cada uma das amostras contendo a solda longitudinal feita por arco

submerso sem a presença de defeitos, foram criadas regiões com grupo de trincas. Em um

mesmo corpo-de-prova foi realizado um núcleo de trincas próximo das extremidades das

amostras na solda interna e outro na solda externa, ou seja, lado fonte e lado filme.

72

Figura 36 – Corpos-de-prova de tubos soldados “SAW”.

Neste trabalho foi adotado um procedimento de criação das trincas obedecendo a

seguinte seqüência:

1. Demarcar o local onde a trincas seriam feitas.

2. Abrir neste local uma cavidade por goivagem com eletrodo de carbono com

profundidade de cerca de 25% da espessura da amostra.

3. Na cavidade aberta foram colocados pequenos pedaços de alumínio provenientes de

um arame de 2,5 mm de diâmetro e pedaços de raspa de cobre que foi raspado a partir

do recobrimento do eletrodo de carbono.

4. Soldagem obedecendo ao contorno original da solda “SAW” utilizando eletrodo

básico e amperagem entre 160 a 180 A e voltagem entre 23 a 24 V.

Após a colocação dos grupos de trincas, a região foi inspecionada por partículas

magnéticas e, em seguida, foi radiografada com o objetivo de avaliar a necessidade de

eliminar ou mesmo reduzir as dimensões das trincas existentes (Figuras 37 e 38). Em alguns

casos a região foi esmerilhada para que os tamanhos das trincas fossem reduzidos.

73

(a) (b)

Figura 37 – (a) Corpo-de-prova 3 de 1,000” – Solda Interna. (b) Região de trincas detectadas por partículas magnéticas.

(a) (b)

Figura 38 – (a) Corpo-de-prova 2 de 1,000” – Solda Externa.

(b) Região de trincas detectadas por partículas magnéticas.

O ensaio de partículas magnéticas foi realizado com um Yoke de pernas articuladas da

marca Metal-Chek, modelo HMM6, com corrente alternada. As partículas magnéticas

utilizadas foram Magnaflux 9C red, via úmida vermelha. Foi aplicado contraste Supermagna

104 da Metal-Chek.

4.4 - Técnicas

Nesse trabalho foram utilizadas duas técnicas radiográficas para avaliação e

comparação. A técnica convencional atualmente empregada que utiliza filmes radiográficos e

a técnica digital que utiliza detectores planos.

10 mm

10 mm

74

4.4.1 Técnica convencional

Os testes utilizando a técnica convencional foram realizados em sua totalidade na

TenarisConfab, nas dependências regulamentadas para aplicação da atividade radiográfica.

Todas as 15 amostras foram radiografadas com 4 tipos de filmes, Classe I pela norma ASTM,

que são fornecidos pelos dois maiores fornecedores, conforme apresentado na Tabela 9

(ASTM E-1815, 2006).

Tabela 9 – Tipos de filmes por marca (fabricante).

Os filmes foram expostos de acordo com as instruções dos fabricantes objetivando o

menor tempo de exposição possível, observando que a densidade final nas regiões com

reforço e nas áreas esmerilhadas estivesse entre 2,0 a 3,5 H&D. Os parâmetros utilizados

encontram-se indicados na Tabela 10. As dimensões dos filmes foram as comercialmente

disponíveis no mercado e teve na sua grande maioria as dimensões de 17” x 3,5” (431 mm x

89 mm).

Tabela 10 – Parâmetros médios utilizados.

75

Para a execução das radiografias foi utilizado um aparelho de raios-X e acessórios da

TenarisConfab (Figura 39a), descritos a seguir:

Marca : YXLON International X-Ray GmbH

Modelo: MG 325 – Potencial constante.

Ampola: Y.TU 320-D03.

Foco: 5.5 mm, conforme EN 12534.

Ecran: De chumbo espessura de 0.027 mm.

Penetrâmetro: De arame conforme DIN 54 109.

Processadora: Kodak X-OMAT B.

Densitômetro: Agfa Gevaert D102.

Negatoscópio: BRASREMKO AT II.

Filme: Classe I - Kodak T200 e Kodak MX125.

Classe I - Agfa Gevaert D4 e Agfa Gevaert D5.

(a) (b)

Figura 39 – (a) Ampola de Raios-X; (b) Negatoscópio/(TenarisConfab).

Após as radiografias terem sido reveladas, estas foram verificadas no negatoscópio

(Figura 39b) e posteriormente digitalizadas com resolução de 4096 dpi no sistema Kodak

Industrex de digitalização de filmes, modelo LS 85, conforme a Figura 40.

76

Figura 40 – Sistema Kodak Industrex de digitalização de filmes. (Kodak)

Na Tabela 11 pode-se observar as características técnicas do equipamento LS 85. Para

a visualização das imagens foi utilizado o software Kodak Industrex “Digital Viewing

Software Lite”.

Tabela 11 – Especificação do sistema de digitalização de filmes (Kodak).

4.4.2 Técnica digital

4.4.2.1 Amostras selecionadas para a técnica digital

Os testes com a técnica digital foram realizados nas mesmas amostras que foram

testadas pela técnica convencional na TenarisConfab. As amostras foram selecionadas e

enviadas para a cidade de Hamburg na Alemanha, visto que no Brasil não existe equipamento

digital disponível para tal aplicação. A relação das amostras enviadas para o laboratório de

aplicação da YXLON International encontra-se listada na Tabela 12.

77

Tabela 12 – Amostras selecionadas para radiografia digital.

4.4.2.2 Equipamentos e acessórios utilizados

A Figura 41a mostra a vista geral do laboratório de aplicação da empresa YXLON,

localizado na cidade de Hamburg na Alemanha. Este laboratório dispõe de todos os recursos

necessários para a execução dos testes de fluoroscopia, radiografia convencional e detectores

planos. Na Figura 41b pode-se observar o arranjo criado para a exposição das amostras.

(a) (b)

Figura 41 – Laboratório de aplicação/(YXLON).

(a) Vista geral do laboratório; (b) Arranjo para exposição.

Para execução da radiografia digital foram utilizados os aparelhos e acessórios conforme

descrito a seguir:

Marca: YXLON International X-Ray GmbH.

Modelo: MG 165 - Potencial Constante.

Ampola: Y.TU 160-D05.

78

Foco: 1,0 mm conforme EN 12543.

Detector Plano: Y. Panel XRD 0820.

Sistema de Imagem: 3500FR – YXLON.

Resolução Espacial: Penetrâmetro de Arame Duplo conforme BS EN 462-5.

Imagens: 8 Bits, exceto quando mencionado 16 Bits.

4.4.2.3 Detector plano digital

Para as experiências propostas, foi utilizado um detector plano fabricado pela

PerkinElmer modelo XRD 0820 NA, conforme a Figura 42 (painel plano monolítico) nas

dimensões de 8” x 8” (203 mm x 203 mm), área clara da figura, que é baseado em sensores de

silício amorfo, com mais de 1 milhão de pixels (1024 x 1024) com tamanho do pixel de 200

�m. A informação é digitalizada em 16 bits (65.536 níveis de cinza) que visa obter a mais

alta faixa dinâmica e contraste gerando uma imagem de ultra alta sensibilidade. Este detector

plano é conectado a um computador por uma interface dedicada. O tempo de integração da

imagem pode ser variado de 133 �s e 5 segundos em passos de 1 �s. Na Tabela 13 podem-se

observar as características do detector plano utilizado.

Figura 42 – Detector plano XRD 0820 NA/(PerkinElmer).

79

Tabela 13 – Especificação do Detector plano PerkinElmer XRD 0820 NA

O arranjo utilizado para a execução das imagens digitais encontra-se indicado nas

Figuras 43(a) e 43(b). A partir destas figuras pode-se observar o arranjo de exposição

detalhado, incluindo a colocação dos penetrâmetros de arame e o de fio duplo.

(a) (b)

Figura 43 – (a) Esquema do arranjo utilizado; (b) Arranjo de exposição detalhado/(YXLON).

Os parâmetros utilizados para a execução do ensaio radiográfico digital encontram-se

listados na Tabela 14 e foram basicamente divididos em dois grupos de acordo com a

espessura a ser ensaiada. Visando a redução do nível de ruído para as espessuras de 1,250” e

1,000”, a integração foi de 100 telas e o tempo de integração de 1,0 segundo por tela. Para as

espessuras de 0,750”, 0,500” e 0,250”, a integração foi de 200 telas e o tempo de integração

foi de 0,2 segundo por tela resultando, respectivamente, em 100 e 40 segundos de

processamento. Devido à limitação da kilovoltagem da ampola disponível no laboratório de

Ampola Y.TU 160-D05

Detector Plano XRD 0820

Penetrâmetro de Arame

Penetrâmetro de Fio Duplo

80

aplicação, que é dependente do tamanho focal, não foi possível superar a recomendação de

160 kV.

Tabela 14 – Parâmetros utilizados para radiografia digital.

Para visualização das imagens geradas digitalmente foi utilizado o software “Image

Viewer” YXLON. A partir deste software pode-se ajustar a densidade da imagem,

adequando-a de acordo com a necessidade para a visualização dos detalhes nas regiões que se

quer analisar. Para uma melhor visualização das imagens geradas digitalmente, um monitor de

alta definição deve ser utilizado. De acordo com a YXLON a característica mínima do

monitor deve ser de alta resolução e com mínimo de 1280 x 1024.

4.4.3 Determinação da resolução espacial

Para se determinar a resolução espacial (penumbra) foi utilizado um IQI de arame

duplo. Este deve ser utilizado em conjunto com o IQI de arame ou furo, do lado da fonte e ser

colocado perpendicularmente ao feixe de radiação, conforme apresentado na Figura 44.

Conforme prevê a norma BS EN 462-5, para se determinar a resolução espacial do

procedimento que está sendo aplicado, a imagem do IQI de arame duplo obtida deve ser

analisada com uma lupa de 4 vezes de aumento e é determinado pelo limite de discernimento

do olho humano; assim, o par de arames em que não se vê espaçamento entre eles é

81

considerado o limite. O valor de penumbra é o valor do diâmetro do arame multiplicado por 2,

assim se o diâmetro do par de arames encontrado for 8D (0,16 mm), o valor da penumbra será

U = 0,32 mm.

Figura 44 – Determinação da resolução espacial.

Outra possibilidade é a determinação da resolução espacial por meio dos arames do

IQI de arame duplo, utilizando uma ferramenta especial do software Image Viewer. Este

software mede com melhor precisão que a do olho humano e utiliza uma linha de perfil que é

passada sobre a imagem do IQI de arame duplo. Quando esta linha é colocada sobre os

arames, é aplicado um algoritmo que mede a diferença dos valores de cinza (JAIN, 1989).

Este software mede a diferença destes valores e marca com a cor verde os que estão acima de

20%. Conforme é apresentado na Figura 45, a ferramenta aplicada por meio do uso da linha

do perfil de valores de cinza determina automaticamente o limite de discernimento.

Figura 45 – Determinação da resolução espacial pelos valores de cinza.

Na Figura 46 podem-se observar os detalhes ampliados dos valores calculados pelo

algoritmo para a medição apresentada acima, e se observa que o valor do par de arames D8 é

20 mm

20 mm

82

de 22,1%. Desta forma, por este procedimento o limite de discernimento é o par D9 (YXLON,

2006).

Figura 46 – Detalhe da medição da resolução espacial realizada.

83

5 RESULTADOS E DISCUSSÃO

Os testes foram realizados nos corpos-de-prova, aplicando-se as técnicas convencional

e digital. Para a técnica convencional, as radiografias executadas foram reveladas e analisadas

em negatoscópio apropriado. As imagens obtidas nas radiografias pela técnica convencional

foram escaneadas para fins de comparação, com o intuito somente informativo, pois os

resultados finais apresentados foram baseados nos laudos e as comparações feitas de acordo

com as condições encontradas nas radiografias originais. Este procedimento foi adotado

visando reduzir erros ou para que se evitasse perda da qualidade da imagem gerada no

processo de escaneamento dos filmes.

Para a técnica digital, as imagens geradas foram arquivadas tanto na forma “como

obtida” como nas imagens em que foram aplicados filtros (JAIN, 1989). Os resultados

apresentados de sensibilidade e comparação das trincas foram obtidos pelo equipamento

mencionado que é de adequada resolução, ou seja, CPU, monitores etc. É importante salientar

que no sistema digital as imagens apresentadas estão com 8 bits e com a imagem negativa ao

da radiografia convencional, assim, o que é de cor preta na imagem radiográfica convencional

passa a ser de cor branca na imagem digital e vice-versa. Porém, para algumas imagens da

radiografia digital podem-se utilizar 16 bits. A seguir, serão apresentados os resultados e as

discussões para as 5 experiências realizadas.

5.1 Experiência 1 – Tubo com espessura de 1,250”


A Figura 47 mostra a radiografia escaneada, utilizando-se filme AGFA D4, do corpo-

de-prova de espessura de 1,250”, número (2). Observou-se na radiografia com filme AGFA

D4, utilizando-se o negatoscópio mencionado, que a sensibilidade conseguida por meio do

penetrâmetro de arame com o procedimento para o técnica convencional foi o arame 11

(W11). Na região marcada com o retângulo, pode-se observar a existência de um grupo de

trincas.

84

Figura 47 – Radiografia convencional - Sensibilidade W 11 visível.

Na Figura 48, pode-se observar a região ampliada das trincas ramificadas no cordão de

solda que é indicada pelo retângulo da Figura 47. Observando-se a escala utilizada, é possível

estimar o tamanho e o formato ramificado das trincas detectadas, bem como a largura do

cordão de solda.

Figura 48 – Radiografia convencional – Região das trincas.


A Figura 49 mostra o resultado da radiografia digital do corpo-de-prova de 1,250¨,

número (2). Podem-se observar, inicialmente, três pontos importantes: a utilização do

indicador de qualidade de imagem, a região indicada pelo retângulo com trincas e a região

escurecida do cordão de solda.

20 mm

10 mm

85

Figura 49 – Radiografia digital – Sensibilidade - W 12 (W13 parcialmente) visível.

A Figura 50 mostra o resultado da utilização do filtro passa alto 17x17p apresentando

com mais detalhes a região das trincas ramificadas, indicadores de qualidade de imagem de

arame simples e duplo.

Figura 50 – Radiografia digital – Sensibilidade W13 visível - Filtro Passa Alto 17x17 p.

Na Figura 51, pode-se observar a região ampliada das trincas no cordão de solda que é

indicada pelo retângulo na Figura 49. Observando-se a escala utilizada, é possível estimar o

tamanho e formato das trincas detectadas.

Figura 51 – Radiografia digital - Trincas.

25 mm

25 mm

7 mm

86


solda que é indicada pelo retângulo na Figura 50. Observando-se a escala utilizada e com o

uso do filtro passa alto 17x17p, é possível estimar o tamanho e formato das trincas detectadas.

Figura 52 – Radiografia digital - Trincas - Filtro Passa Alto 17x17 p.

Em termos da sensibilidade do Indicador de Qualidade de Imagem, comparando-se os

resultados obtidos na técnica convencional e as imagens da técnica digital, observa-se que a

sensibilidade conseguida na técnica digital por meio do penetrâmetro de arame W12 foi

superior à técnica convencional que obteve o arame W11. A sensibilidade obtida para a

técnica digital com a utilização do filtro passa alto 17x17p foi o arame W13, que é melhor que

o arame W11 conseguido pela técnica convencional.

Em termos de sensibilidade para detectar pequenos defeitos, quando são comparadas

as radiografias utilizadas na técnica convencional e as imagens obtidas na técnica digital

mostradas nas Figuras 48, 51 e 52, pode-se concluir que a riqueza dos detalhes da percepção

de pequenas trincas é maior na técnica digital que na técnica convencional. Na Figura 51,

pode-se observar regiões de trincas com menores dimensões que as observadas na Figura 48,

indicada pela seta branca. Quando se observa a Figura 52, nota-se que, com a aplicação do

filtro passa alto 17x17p, a sensibilidade às pequenas trincas é aumentada consideravelmente.

Durante as avaliações também foi possível identificar na técnica digital a disponibilidade dos

recursos de zoom e filtros.



A Figura 53 apresenta o resultado da radiografia, utilizando-se filme AGFA D4, do

corpo-de-prova de espessura de 1,000”, número (2). Observou-se na radiografia com filme

7 mm

87

AGFA D4, utilizando-se o negatoscópio mencionado, que a sensibilidade conseguida por

meio do penetrâmetro de arame com o procedimento para técnica convencional foi o arame

12 (W12). Na região marcada com o retângulo, pode-se observar a existência de um grupo de

trincas.

Figura 53 – Radiografia convencional – Sensibilidade W12.

Na Figura 54, pode-se observar a região das trincas ramificadas no cordão de solda

pelo retângulo da Figura 53, que foi anexada com o objetivo de comparar detalhes entre as

técnicas. Observando-se a escala utilizada, é possível estimar o tamanho e o formato das

trincas detectadas.

Figura 54 – Radiografia convencional – Região com trincas.


A Figura 55 mostra o resultado da radiografia digital do corpo-de-prova de 1,000”,




20 mm

7 mm

88

Figura 55 – Radiografia digital – Sensibilidade - W 13 visível.




Figura 56 – Radiografia digital – Sensibilidade W13 (14 parcial) visível. Filtro 17x17 p.




20 mm

20 mm

89










técnica digital, com a utilização do filtro passa alto 17x17p, foi o arame W14, que é melhor

que o arame W12 conseguido pela técnica convencional.


as radiografias utilizadas na técnica convencional e as imagens obtidas na técnica digital,


de pequenas trincas é maior na técnica digital do que na técnica convencional. Na Figura 57,

8 mm

10 mm

90

podem-se observar regiões de trincas com menores dimensões que as observadas na Figura

54, indicada pela seta branca. Quando se observa a Figura 58, nota-se que, com a aplicação do


Durante as avaliações, também foi possível identificar na técnica digital a disponibilidade dos




A Figura 59 apresenta o resultado da radiografia, utilizando filme AGFA D4, do

corpo-de-prova de espessura de 0,750”, amostra (1). Observou-se na radiografia com filme


meio do penetrâmetro de arame com o procedimento para técnica convencional foi o arame

13 (W13). Na região marcada com o retângulo, note-se a existência de um grupo de trincas.




técnicas. Pela escala utilizada, é possível estimar o tamanho e o formato das trincas

detectadas.

20 mm

91



A Figura 61 mostra o resultado da radiografia digital do corpo-de-prova de 0,750”




Figura 61 – Radiografia digital – Sensibilidade - W 14 visível.




10 mm

20 mm

92

Figura 62 – Radiografia digital – Sensibilidade W15 visível. Filtro 17x17 p.





Na Figura 64, pode-se notar a região ampliada das trincas ramificadas no cordão de

solda que é indicada pelo retângulo da Figura 62. Observando-se a escala utilizada e com o


20 mm

20 mm

93






técnica digital, com a utilização do filtro passa alto 17x17p, foi o arame W15, que é melhor

que o arame W11 conseguido pela técnica convencional.



mostrados nas Figuras 60, 63 e 64, pode-se concluir que a riqueza dos detalhes da percepção

de pequenas trincas é maior na técnica digital do que na técnica convencional. Na Figura 63,

notam-se regiões de trincas com menores dimensões que as observadas na Figura 60, indicada

pela seta branca. Quando se observa a Figura 64, nota-se que, com a aplicação do filtro passa

alto 17x17p, a sensibilidade às pequenas trincas é aumentada consideravelmente. Durante as

avaliações, também foi possível identificar na técnica digital a disponibilidade dos recursos de

zoom e filtros.



A Figura 65 mostra o resultado da radiografia, utilizando filme AGFA D4, do corpo-

de-prova de espessura de 0,500”, amostra (2). Observou-se que na radiografia com filme


10 mm

94

meio do penetrâmetro de arame com o procedimento para técnica convencional mencionado

foi o arame 13 (W13). Na região marcada com o retângulo, nota-se observar a existência de

um grupo de trincas.


Na Figura 66, pode-se notar a região das trincas ramificadas no cordão de solda pelo

retângulo da Figura 65, que foi anexada com o objetivo de comparar detalhes entre as

técnicas. Observando-se a escala utilizada, é possível estimar o tamanho e o formato das

trincas detectadas.



A Figura 67 mostra o resultado da radiografia digital do corpo-de-prova de 0,500¨,




20 mm

10 mm

95

Figura 67 – Radiografia digital – Sensibilidade – W 14 (15 em 16 bits) visível.

A Figura 68 mostra o resultado da utilização do filtro passa alto 17x17p, apresentando



Figura 68 – Radiografia digital – Sensibilidade W16 visível. Filtro Passa Alto 17x17 p.

Na Figura 69, pode-se notar a região ampliada das trincas no cordão de solda que é



20 mm

20 mm

96





Figura 70- Radiografia digital - Trincas - Filtro Passa Alto 17x17 p.



sensibilidade conseguida na técnica digital por meio do penetrâmetro de arame W14 e 15 com

imagens de 16 bits foi superior à técnica convencional que obteve o arame W13. A

sensibilidade obtida para a técnica digital, com a utilização do filtro passa alto 17x17p, foi o

arame W16, que é melhor que o arame W13 conseguido pela técnica convencional.



mostrados nas Figuras 66, 69 e 70, pode-se concluir que a riqueza dos detalhes da percepção


notam-se regiões de trincas com menores dimensões que as observadas na Figura 66,

indicadas pela seta branca. Quando se observa a Figura 70, nota-se que, com a aplicação do

5 mm

5 mm

97


Durante as avaliações, também foi possível identificar na técnica digital a disponibilidade dos




A Figura 71 mostra o resultado da radiografia, utilizando filme AGFA D4, do corpo-

de-prova de espessura de 0,250”, amostra (1). Observou-se que na imagem da radiografia com

filme AGFA D4, utilizando-se o negatoscópio mencionado, que a sensibilidade conseguida

por meio do penetrâmetro de arame com o procedimento para técnica convencional foi o

arame 14 (W14). Na região marcada com o retângulo, note-se a existência de um grupo de

trincas.

Figura 71 – Radiografia convencional – sensibilidade W14.



técnicas. Pela escala utilizada, é possível estimar o tamanho e o formato das trincas

detectadas.

25 mm

98



A Figura 73 mostra o resultado da radiografia digital do corpo-de-prova de 0,250”,




Figura 73 – Radiografia digital – Sensibilidade W 15 (16 em 16 bits) visível.

A Figura 74 mostra o resultado da utilização do filtro passa alto 17x17p, apresentando



12 mm

25 mm

99

Figura 74 – Radiografia digital – Sensibilidade W15 (16 em 16 bits) visível. Filtro 17x17 p.

Na Figura 75, pode-se notar a região ampliada das trincas no cordão de solda que é








9 mm

9 mm

25 mm

100



sensibilidade conseguida na técnica digital por meio do penetrâmetro de arame W15 e W16

em 16 bits foi superior à técnica convencional que obteve o arame W14. A sensibilidade

obtida para a técnica digital, com a utilização do filtro passa alto 17x17p, foi o arame W16,

que é melhor que o arame W14 conseguido pela técnica convencional.





podem-se observar regiões de trincas com menores dimensões que as observadas na Figura

72, indicada pela seta branca. Quando se observa a Figura 76, nota-se que, com a aplicação do


Durante as avaliações também foi possível identificar na técnica digital a disponibilidade dos


5.6 Avaliação da sensibilidade do IQI de arame

A Tabela 15 mostra um resumo dos valores exigidos de sensibilidade em termos de

arame essencial. Estes valores são os números dos arames mínimos exigidos pelas

especificações pesquisadas: API 5L Edição 2004, ISO 3183-1 Edição 1996, ISO 3183-2

Edição 1996; ISO 3183-3 Edição 1999 e ISO/FDIS 3183(E) Edição 2006. Como se pode

observar, para as espessuras envolvidas nos experimentos, os arames essenciais exigidos pelas

especificações ISO 3183-2 e ISO 3183-3 são os mais rigorosos.

Tabela 15 – Sensibilidade IQI de arame para as 5 especificações.

101

A Tabela 16 mostra os resultados obtidos da sensibilidade do IQI de arame das

radiografias convencional e digital para as 5 experiências. Os resultados mostrados foram os

obtidos nos ensaios da radiografia convencional utilizando os filmes AGFA D4 e D5 e Kodak

T200 e MX 125; também são mostrados os resultados da radiografia digital, na condição

normal e após a aplicação do filtro passa alto 17x17p.

Tabela 16 – Resultados obtidos com a técnica convencional e digital.

5.7 Avaliação da resolução espacial (penumbra) por IQI de arame duplo

Outro objetivo deste trabalho foi avaliar a resolução espacial para os corpos-de-prova

envolvidos nas 5 experiências. Como a espessura mais crítica é a maior em termos de

penumbra, ou seja, resolução espacial, a Figura 77 mostra a imagem obtida para a espessura

1,250”. Adicionalmente, foram anexadas as Figuras 78 e 79 onde mostram as imagens da

resolução espacial obtidas para as espessuras de 0,750” e 0,250”.

Figura 77 – Resolução espacial para espessura de 1,250”.

10 mm

102



5.7.1 Medida da resolução espacial - Tubo com espessura de 1,250”

Para medida da resolução espacial foi utilizada a ferramenta disponível no software

3500FR, que é feito por meio da linha de perfil de valores de cinza. Assim, na Figura 80

podem-se observar os campos marcados em verde que apresentaram diferença dos valores de

cinza entre o espaço dos arames maior que 20%. O círculo vermelho apresenta o par de arame

mais fino obtido (8D). A diferença dos valores de cinza para 8D é 22,1%. Conforme prevê a

norma BS EN 462-5, o valor da resolução quando aplicada neste procedimento para espessura

de 1,250” é de 9D.

10 mm

20 mm

103

Figura 80 – Medida da resolução espacial - Espessura de 1,250”.

5.7.2 Medida da resolução espacial - Tubo com espessura de 0,750”

O software 3500FR foi utilizado para a medida da resolução espacial também para esta

espessura. Na Figura 81 pode-se observar os campos que apresentaram diferença dos valores

de cinza entre o espaço dos arames maior que 20%. O par de arames mais fino obtido que está

indicado com um círculo vermelho foi o 8D e a diferença dos valores de cinza é 20,3%.

Conforme prevê a norma BS EN 462-5, o valor de resolução quando aplicada neste

procedimento para espessura de 0,750” é de 9D.

Figura 81 – Medida da resolução espacial - Espessura de 0,750”.

20 mm

20 mm

104

As medidas foram feitas para as 5 espessuras e os resultados da resolução espacial

determinada pelo IQI de arame duplo das imagens digitais encontram-se apresentadas na

Tabela 17.

Tabela 17 – Resolução espacial com IQI de arame duplo.

5.7.3 Discussão sobre os resultados da resolução espacial

Utilizando o software 3500FR, a determinação da resolução espacial torna-se mais

precisa e com melhor definição que a do olho humano. Como as especificações API 5L e ISO

3183 não estabelecem critérios para o uso da resolução espacial por meio do uso do

penetrâmetro de arame duplo fabricados conforme a norma BS EN 462-5, os resultados

encontrados ficam somente como referência e poderão ser utilizados futuramente. É

importante salientar que as especificações mencionadas atendem às exigências do uso e a

sensibilidade do IQI de arame simples. É importante ressaltar que a norma Petrobras N 1595

Rev. E exige o par de arames 6D, o que implica uma penumbra máxima de 0,51 mm para as

espessuras envolvidas. A penumbra encontrada pela técnica digital usando o detector plano e

aplicando o procedimento mencionado chegou ao valor de 0,26 mm, que é menor do que o

exigido. O mesmo valor exigido pela norma Petrobras N 1595 Rev. E é o mesmo valor

atualmente aplicado pelo código ASME V artigo 2 para espessuras de até 50 mm (N 1595,

2004).

Para uma melhor exatidão e confiabilidade dos laudos apresentados, os resultados

foram analisados por pessoas devidamente qualificadas e certificadas conforme ISO 9712 ou

EN 473 (ISO 9712, 2005; EN 473, 2005). Para as radiografias convencionais, a determinação

da sensibilidade foi executada pelo mestrando e seu resultado foi confrontado com mais dois

inspetores qualificados e certificados pelo Sistema Nacional de Qualificação e Certificação

105

(SNQC) de inspetores de ensaios não destrutivos por meio da Associação Brasileira de

Ensaios Não Destrutivos – ABENDE. Para a avaliação das imagens digitais, como não

dispomos de equipamento no Brasil, o laudo foi feito pelo Engenheiro de aplicação da

YXLON e pelo mestrando que é qualificado e certificado no método radiográfico como Nível

3, conforme a ISO 9712 (ACCP) e EN 473 (ISO 9712, 2005; EN 473, 2005).

106

6 CONCLUSÕES

De acordo com os resultados obtidos pelos ensaios radiográficos convencionais e digitais,

pode-se concluir:

1. As especificações API 5L, ISO 3183-1 e ISO 3183-2 permitem o uso da técnica

digital. Entretanto a ISO 3183-3, só permite a utilização de filmes.

2. A sensibilidade quanto ao IQI de arame com o uso da radiografia digital direta atende

às especificações API 5L, ISO 3183-1, ISO 3183-2, ISO 3183-3 e ISO/FDIS 3183 (E).

3. A aplicação da técnica digital foi mais sensível para pequenas trincas nas soldas do que

a técnica convencional.

4. Os valores de penumbra – resolução espacial - utilizando o IQI de arame duplo,

mostraram como resultado o 9D, que indica valor de 0,26 mm.

5. A radiografia digital utilizando o detector plano nas condições definidas pode ser

empregada no segmento de petróleo e gás, que utilizam as especificações analisadas, com

vantagens sobre a técnica convencional.

Sugestões para trabalhos futuros

Sugere-se para trabalhos futuros:

• Uso de ampola com maior potência e menor tamanho focal visando a obtenção de uma

maior sensibilidade.

• Estudo completo de automação e troca do sistema atual da TenarisConfab por digital.

• Aplicação da técnica da radiografia computadorizada com película de fósforo em

amostras preparadas para este trabalho.

• Avaliação dimensional de trincas simples ou ramificadas pela técnica digital.

107

REFERÊNCIAS

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114

APÊNDICE

Neste apêndice são mostrados os requisitos em termos de ensaio radiográfico das

especificações que foram consultadas para este trabalho, que são API 5L Edição de 2004, ISO

3183-1 Edição de 1996, ISO 3183-2 Edição de 1996, ISO 3183-3 Edição de 1999 e ISO/FDIS

3183(E) Edição de 2006.

API 5L Edição 2004

De acordo com a especificação API 5L no item 9.8.4.1, referente a equipamento de inspeção

radiológica, a homogeneidade do cordão de solda deve ser examinada por meio do método

radiológico usando uma fonte de raios-X para criar uma imagem aceitável em um filme

radiográfico, na tela fluorescente ou outro meio de imagem, desde que a sensibilidade exigida

seja demonstrada (ASTM E-94, 2000).

O padrão de referência da sensibilidade radiológica no item 9.8.4.2 especifica que o indicador

de qualidade de imagem, IQI ASTM tipo furo ou arame ou ISO do tipo arame deve ser

usado. Quando o IQI de arame tipo ISO é utilizado, o arame essencial a ser visto está indicado

na Tabela 18 para radiografia de acordo com a solda e a espessura de parede aplicável (ASTM

E 1025, 2005; ASTM E 747, 1997; ISO 1027, 1983). Para IQI de arame, a sensibilidade é

obtida quando o arame essencial é claramente visível para o operador na área aplicável.

Tabela 18 – Arame essencial para IQI de arame ISO – Radiografia (API 5L, 2004).

115

ISO 3183-1, Edição de 1996

De acordo com a especificação ISO 3183-1 no item 8.10.11.2.1, referente a equipamento de

inspeção radiológica, a homogeneidade do cordão de solda deve ser examinada por meio do

método radiológico usando uma fonte de raios-X para criar uma imagem aceitável em um no

filme radiográfico, na tela fluorescente ou outro meio de imagem, desde que a sensibilidade

exigida seja demonstrada. O padrão de referência da sensibilidade radiológica no item

8.10.11.2.4 especifica que o indicador de qualidade de imagem, IQI API 5L tipo furo ou ISO

do tipo arame deve ser usado (API 5L, 2004; ISO 1027, 1983).

Quando o IQI de arame tipo ISO é utilizado, o arame essencial a ser visto está indicado na

Tabela 19 para radiografia de acordo com a solda e a espessura de parede aplicável. Para IQI

de arame é obtida quando o arame essencial é claramente visível para o operador na área

aplicável.

Tabela 19 – Arame essencial exigido (ISO 3183-1, 1996).


De acordo com a especificação ISO 3183-2 no item 8.2.3.12 e Anexo D item D.5.5, a

inspeção radiográfica do cordão de solda deve ser conduzida de acordo com a ISO 12096 com

classe de qualidade de imagem R1 (ISO 12096, 1996). As condições dadas abaixo são

mandatórias:

116

- A sensibilidade exigida na Tabela 20 deve ser verificada com arame ISO ou IQI equivalente

(ISO 1027,1983).

- Somente radiação X é aceita, usando filme com grão fino e alto contraste. Por acordo, a

fluoroscopia é aceita, porém deve ser demonstrada a sua equivalência da técnica com filme.

- A densidade da radiografia não deve ser menos que 2 e a região mais grossa não inferior a

1,5 e que o máximo contraste foi obtido.

Tabela 20 – Arame essencial exigido (ISO 3183-2, 1999)


De acordo com a especificação ISO 3183-3 no item 8.2.3.16 e Anexo D item D.5.5, a

inspeção radiográfica do cordão de solda deve ser conduzida de acordo com a ISO 12096 com

classe de qualidade de imagem R1 (ISO 12096, 1996). As condições dadas abaixo são

mandatórias:

- A sensibilidade exigida na Tabela 3 deve ser verificada com arame ISO ou IQI equivalente

(ISO 1027,1983).

- Somente radiação X é aceita, usando filme com grão fino e alto contraste.

- A densidade da radiografia não deve ser menos que 2 e a região mais grossa não inferior a

1,5 e que o máximo contraste foi obtido.

117

- Todas as radiografias devem estar livres de danos e marcas de processo que possam

mascarar defeitos na solda.

ISO/FDIS 3183 (E), Edição de 2006

De acordo com a especificação ISO/FDIS 3183 (E) no item 10.2.10 e item E.4.1, a inspeção

radiográfica do cordão de solda deve ser conduzida de acordo com a ISO 12096 com classe de

qualidade de imagem R1 (ISO 12096, 1996).

No item E.4.2.1 especifica que a homogeneidade do cordão de solda examinado por método

radiográfico deve ser determinada por meio de raios-X para criar uma imagem aceitável em

um filme radiográfico ou outro meio de imagem, desde que a sensibilidade exigida seja

demonstrada. No item E.4.2.2 é especificado que filmes radiográficos usados devem ser de

acordo com a ISO 11699-1 Classe T2 ou T3 ou ASTM E 1815 com ecrans de chumbo (ISO

11699-1, 1998; ASTM E 1815, 2006). No item E.4.3 é especificado que IQI de arame deverá

ser utilizado e o diâmetro do arame essencial deve ser de acordo com a Tabela 19 item 2.4.1,

de acordo com a espessura aplicável (ISO 19232-1, 2004).

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