correntes parasitas

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 Correntes Parasitas ( Eddy current) 1. In tro duçã o O princípio de trabalho desta técnica aplica campos magnéticos alternados, os quais são gerados numa bobina excitada por corrente alternada. Estes campos magnéticos penetram no material testado (condutor de eletricidade e geram no interior do mesmo correntes parasitas, de!ido "s quais é denominado o método. # $rea da geração das correntes parasitas no material depende muito das %req&'ncias de teste escolhidas. om %req&'ncias altas, as correntes parasitas são geradas perto da super%ície. om %req&'ncias baixas, a penetração das correntes parasitas no material é maior. #s correntes parasitas, por sua !e), geram um campo magnético alternado, secund$rio, o qual é oposto ao campo magnético alternado prim$rio, gerado pela bobina. O sinal de medição, muitas !e)es detectado por uma bobina de medição separada, resulta da superposição dos campos prim$rio e secund$ rio. *elo %ato das correntes parasitas serem respons$!eis pela %ormação do campo secund$rio, o comportamento das correntes parasitas se re%letem no sinal de medição. # %ormação das correntes  parasitas no material testado, depende, além da geometria, primeiramente das características eletromagnéticas do material, como+ conduti!idade elétrica e permeabilidade magnética. *or outro lado, depende da heterogeneidade do material, a qual tem in%lu'ncia no comportamento das correntes  parasitas. estas depen d'ncia s, resulta um campo amplo para aplicaç-es, como por exemplo, o ensaio dos materiais met$licos com respeito "s di%erenças nos componentes de uma liga ou constituição da estrutura e t'mpera, controle de tratamento térmico ou detecção de textura de laminação, etc.. # técnica das correntes parasitas é também aplicada para a detecção de %alhas, em particular  para determinar trincas em barras, tubos, %ios e peças grandes de %ormas di!ersas. esulta daí a  possibilidade de aplicação para o estudo de dimens-es, como por exemplo, controle de di/metro e espessura de parede de peças cilíndricas, tubos e es%eras, bem como para medição da espessura de  placas, películas, re!estimentos met$lico e não met$lico. # al ta !eloci da de do te ste, em comparação a ou tr os métodos , e a po ss ib il idade de automati)ação do ensaio, com a!aliaç-es %eitas atra!és do computador, abre ho0e um campo amplo na  produção automati)ada e no controle de qualidade. . *rincípio 2abemos que uma corrente elétrica quando %lui atra!és de um %io, tem3se em !olta deste a %ormação de um campo magnético. # direção do campo magnético em !olta do %io depende da direção da corrente e pode ser %acilmente determinada atra!és da regra da mão direita. *ag.31

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Correntes Parasitas ( Eddy current)

Correntes Parasitas ( Eddy current)

1. Introduo

O princpio de trabalho desta tcnica aplica campos magnticos alternados, os quais so gerados numa bobina excitada por corrente alternada. Estes campos magnticos penetram no material testado (condutor de eletricidade) e geram no interior do mesmo correntes parasitas, devido s quais denominado o mtodo. A rea da gerao das correntes parasitas no material depende muito das freqncias de teste escolhidas. Com freqncias altas, as correntes parasitas so geradas perto da superfcie. Com freqncias baixas, a penetrao das correntes parasitas no material maior.

As correntes parasitas, por sua vez, geram um campo magntico alternado, secundrio, o qual oposto ao campo magntico alternado primrio, gerado pela bobina. O sinal de medio, muitas vezes detectado por uma bobina de medio separada, resulta da superposio dos campos primrio e secundrio. Pelo fato das correntes parasitas serem responsveis pela formao do campo secundrio, o comportamento das correntes parasitas se refletem no sinal de medio. A formao das correntes parasitas no material testado, depende, alm da geometria, primeiramente das caractersticas eletromagnticas do material, como: condutividade eltrica e permeabilidade magntica. Por outro lado, depende da heterogeneidade do material, a qual tem influncia no comportamento das correntes parasitas.

Destas dependncias, resulta um campo amplo para aplicaes, como por exemplo, o ensaio dos materiais metlicos com respeito s diferenas nos componentes de uma liga ou constituio da estrutura e tmpera, controle de tratamento trmico ou deteco de textura de laminao, etc..

A tcnica das correntes parasitas tambm aplicada para a deteco de falhas, em particular para determinar trincas em barras, tubos, fios e peas grandes de formas diversas. Resulta da a possibilidade de aplicao para o estudo de dimenses, como por exemplo, controle de dimetro e espessura de parede de peas cilndricas, tubos e esferas, bem como para medio da espessura de placas, pelculas, revestimentos metlico e no metlico.

A alta velocidade do teste, em comparao a outros mtodos, e a possibilidade de automatizao do ensaio, com avaliaes feitas atravs do computador, abre hoje um campo amplo na produo automatizada e no controle de qualidade.

2. Princpio

Sabemos que uma corrente eltrica quando flui atravs de um fio, tem-se em volta deste a formao de um campo magntico. A direo do campo magntico em volta do fio depende da direo da corrente e pode ser facilmente determinada atravs da regra da mo direita.

Ao utilizarmos uma bobina teremos uma maior concentrao do campo magntico.

A sonda para inspeo contm uma bobina que se coloca sobre ou perto da amostra a ser examinada e que se pode se considerado o enrolamento primrio do transformador. O campo que a corrente alternada cria na bobina induz as correntes parasitas na amostra que esta se examinado e que atua como enrolamento secundrio de espira nica. As correntes parasitas se alinham criando campo magntico que tende a debilitar o fluxo magntico lquido circundante.

A bobina que gera o campo magntico alternado chama-se bobina indutora. Essa bobina gera o campo magntico primrio Hp, que por sua vez gera as correntes parasitas no material testado. Essas correntes parasitas geram um campo magntico secundrio Hs, em direo contrria ao campo primrio.

O sinal de medio da bobina formado da sobreposio do campo primrio e secundrio.

A figura abaixo d uma idia do processo explicado.

Para o mtodo de correntes parasitas existem, ento, dois campos magnticos. O campo primrio, gerado pela bobina indutora, alimentada por corrente alternada, e o campo secundrio (em direo oposta ao campo primrio), gerado no material testado.

Os dois campos magnticos sobrepem-se e formam o sinal da bobina de teste. A bobina de teste e o material testado formam assim uma unidade e o sinal da bobina depende da:

Geometria do sistema de teste;

Freqncia do teste;

Caractersticas magnticas e eltricas do material testado;

Dimenses do material testado.

Estas dependncias do sinal da bobina formam a base do mtodo de correntes parasitas e permitem de maneira no destrutiva, medir os exemplos seguintes:

Alterao das dimenses das peas trabalhadas (dimetro e espessura);

Classificao dos materiais com respeito s diferentes caractersticas magnticas e eltricas.

Um outro campo de grande aplicao do mtodo das correntes parasitas a deteco de descontinuidades. Uma irregularidade no material, como por exemplo, uma trinca, no permite a passagem das correntes parasitas, impedindo que elas contornem as descontinuidades (trincas). A trinca causa uma alterao local das caractersticas eltricas e magnticas, gerando assim uma alterao local da intensidade das correntes parasitas. Esta, por sua vez, realiza uma alterao do sinal de medio da bobina, na qual a descontinuidade pode ser detectada. O decurso destes acontecimentos est representado como Diagrama de Bloco na figura acima. O fundamento da deteco de descontinuidades caracterizado pelo movimento da bobina sobre o material testado, com a distncia constante.

Na utilizao prtica do mtodo de correntes parasitas, distinguem-se pelo arranjo das bobinas de teste, os seguintes mtodos:

Sonda de superfcie

Sonda interna

Sonda externa

Sondas de superfcie so utilizadas bobinas indutoras, em forma de sonda de superfcie. A sonda de superfcie pequena, se comparada com a pea de teste. Por isso, o sinal causado somente na pequena rea da interface, entre a sonda e o material. O eixo do arranjo da sonda fica, em geral, colocado perpendicularmente ao corpo testado. A figura abaixo mostra algumas aplicaes das sondas de superfcie.

As sondas de superfcie so normalmente construdas com duas bobinas. A bobina indutora gera o campo magntico primrio. A bobina de medio recebe o sinal emitido pelo campo magntico composto, que resulta da superposio dos campos magnticos primrio e secundrio. Freqentemente utiliza-se o ncleo da bobina de material ferromagntico para ampliar o campo magntico. A figura abaixo mostra um esquema simplificado de uma sonda de superfcie.

As sondas interna e externa so utilizadas para ensaios de peas cilndricas, Estas sondas so confeccionadas em funo da pea a ser inspecionada e montadas num arranjo coaxial da bobina indutora e da bobina de medio. A figura abaixo mostra duas possibilidades de aplicao destas sondas.

As diferenas entre as sondas de superfcie e sondas internas se manifesta primeiramente nos seguintes pontos:

Direo do campo magntico primrio

Direo das correntes parasitas induzidas

As direes das correntes parasitas em comparao com a localizao da descontinuidade de importncia essencial para a detectabilidade das descontinuidades e da sensibilidade do mtodo das correntes parasitas.

Se a descontinuidade estiver situada na direo da correntes parasitas, a detectabilidade pequena, porque as correntes parasitas contornam facilmente a descontinuidade.

Se a descontinuidade estiver situada perpendicularmente direo das correntes parasitas, a detectabilidade da mesma grande, porque a descontinuidade causa resistncia s correntes parasitas. Este fato importante para a seleo correta das sondas. Se a localizao das possveis descontinuidades no conhecida, muitas vezes necessrio fazer o ensaio com uma combinao de sondas de superfcie e sondas interna ou externa.

As correntes parasitas so laos cerrados de correntes induzidas que circulam em planos perpendiculares ao do fluxo magntico. Estas, se deslocam paralelamente s espiras da bobina e superfcie. O fluxo das correntes parasitas fica limitado a rea do campo magntico induzido.

A freqncia de inspeo determina a profundidade de penetrao para a amostra. A medida que a freqncia aumenta, a penetrao diminui e a distribuio das correntes parasitas fica mais densa perto da superfcie da amostra. A freqncia de inspeo tambm influi sobre a sensibilidade a mudanas nas propriedades do material e aos defeitos.

Pela figura acima podemos verificar que a densidade das correntes parasitas diminui exponencialmente em funo da profundidade.

A profundidade de penetrao padro em um material definida quando a intensidade das correntes parasitas cai a um valor de 37% do valor original. Esta profundidade pode ser calculada pela seguinte frmula:

d = 1/(2().(107 /(rel.(.f)

onde:d = profundidade de penetrao padro (mm)

( = (rel = permeabilidade magntica (H/m)

( = condutividade eltrica (m/(.mm2)

f = freqncia da bobina (s-1)

O ensaio de um corpo de prova sempre precisa de um movimento relativo entre o material testado e a sonda. Este movimento ocasiona mudanas na distncia entre a bobina e a pea, devido superfcie irregular, vibraes. Este efeito chamado de lift-off. Assim, importante saber que influncia tem a variao da distncia entre a bobina e a pea, sobre a apresentao do sinal.

Na determinao da curva de lift-off, utiliza-se um arranjo como verificado abaixo. A sonda de superfcie se aproxima, partindo de uma grande distncia at a distncia zero (no real).

Ao se aproximar da pea, a sonda vai gerando correntes parasitas na pea que interferem com o campo magntico da bobina indutora que so interpretados pela bobina sensora alterando a leitura na tela do aparelho.

Depois da freqncia, o prximo fator de influncia ser a condutividade eltrica do material.

Pela frmula acima verificamos que a profundidade de penetrao depende tanto da freqncia como da condutividade eltrica.

Na figura abaixo verificamos um grfico mostrando a curva de condutividade de alguns materiais.

A finalidade de cada ensaio, aplicando ou utilizando o mtodo de correntes parasitas para detectar descontinuidades, obter uma boa perceptibilidade de descontinuidades no material testado. Neste caso, o conhecimento da curva de condutividade e da curva lift-off desempenha um papel muito grande.

Descontinuidades (por exemplo: trincas, incluses, etc.) em materiais no ferromagnticos so detectadas pela variao da condutividade eltrica no local da descontinuidade.

Uma sonda sendo movida sobre a regio da descontinuidade apresenta uma variao devido a variao local da condutividade.

Uma trinca diminui a condutividade local e assim a variao da impedncia aponta na direo da condutividade decrescente. Nas figuras abaixo vemos exemplo de trs situaes de profundidades diferentes de trinca.

Neste exemplo, a sonda utilizada absoluta, composta por uma nica bobina que interpreta a diferena dos campos primrios e secundrios.

O mtodo absoluto mede o valor absoluto da impedncia do arranjo da bobina de teste, ou a tenso U induzida na bobina de medio.

O ensaio pode ser efetuado pelo mtodo comparativo que utiliza uma bobina de referncia e uma bobina de teste. O sinal da bobina de referncia subtrado da bobina de teste. As bobinas so idnticas e separadas para evitar a influncia recproca. Sendo as bobinas idnticas o resultado igual a zero. Quando uma descontinuidade passa pela bobina de teste, o sinal resultante somente da descontinuidade.

Outro mtodo utilizado o autocomparativo. Como muitas vezes o efeito da descontinuidade pequeno, no aplicado nem o mtodo absoluto nem o mtodo comparativo. Diferenas na homogeneidade da liga e na junta, que mal chegam a ser indicadas, so desfavorveis identificao da descontinuidade. No mtodo autocomparativo as duas bobinas ficam dispostas to prximas uma da outra, que o prprio corpo de prova utilizado para comparar ambos os sinais da bobina de teste.

Mtodo comparativo Mtodo autocomparativo

Tipos de sondas e aplicaes

SONDA INTERNASONDA EXTERNASONDA DE SUPERFCIEROTAO INTERNAROTAO EXTERNA

DIFABSDIFABSDIFABSDIFABSDIFABS

Ensaio de superfcies de tubos e barras soltas

x

x

Ensaio de costura de solda de tubos soltos

xx

xx

Ensaio de superfcies de tubos sujeitos a corroso localizadaxx

x

Ensaio de superfcies sujeitas a trincas com grande dissoluo de falhas em superfcies planas

xx

x

Medio de qualidade do material, condutividade eltrica, teor de ferrita

x

Medio de espessura de camada

x

Separao de peas numa produo em srie (parafusos, etc.)

xx

Bobina de explorao rotativa

Indicao de alvolo/corroso externo

Indicao de alvolo/corroso interno

Indicao de furo

Vantagens:

tima sensibilidade na deteco de descontinuidades superficiais

Aplica-se tanto a materiais ferrosos como em no ferrosos

As indicaes so imediatas

Na maioria das aplicaes, no existe contato direto entre a sonda e superfcie da pea ensaiada

No h necessidade de materiais de consumo

Possibilidade de alto grau de automao e elevadas velocidades de inspeo

No exige preparo superficial rigoroso das peas

Limitaes:

Profundidade de penetrao limitada pela freqncia de inspeo e pelo material

Indicaes no so produzidas diretamente na superfcie da pea

Resultados geralmente qualitativos e no quantitativos

Investimento inicial elevado na aquisio do equipamento e acessrios

Peas precisam ter geometria uniforme

Dificuldade de registros permanentes

EMBED MSPhotoEd.3

EMBED MSPhotoEd.3

EMBED MSPhotoEd.3

EMBED MSPhotoEd.3

9Pag.D-2

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