Partculas magnticas

Realizando o ensaio de ultra-som

Introduo

Na aula Ultra-som, voc ficou sabendo que o ultra-som uma onda mecnica que se propaga de uma fonte emissora at uma fonte receptora, atravs de um meio fsico.

Viu tambm que a velocidade de propagao depende do meio e do tipo de onda emitido (longitudinal ou transversal). E ficou conhecendo alguns tipos de transdutores, que so elementos fundamentais no ensaio, pois tm a funo de receber o sinal eltrico do aparelho e converter esse sinal em energia mecnica de vibrao, produzindo o ultra-som e vice-versa.

Agora, vamos completar nosso estudo sobre o ensaio imaginando que a pessoa que opera o equipamento na fbrica faltou, e voc recebeu a incumbncia de analisar por ultra-som um bloco usinado de ao laminado, com dimenses do 80 x 80 x 40mm.

O que fazer? Calma! No entre em pnico... ainda.

Nesta aula, estudaremos alguns assuntos que ajudaro voc a se sair bem. Veremos:-as tcnicas de ensaio com os diversos tipos de transdutores;-o equipamento de ultra-som;-o ensaio com transdutores normais;-o ensaio com transdutores angulares.

Tcnicas de ensaio

Pelo tipo de transdutor utilizado, podemos classificar o ensaio por ultra-som em quatro tcnicas: por transparncia, por pulso-eco, por duplo cristal e por transdutores angulares.

Tcnica da transparnciaObserve a figura abaixo.

No havendo descontinuidades no material, o receptor recebe aproximadamente 100% do sinal emitido.

Havendo descontinuidades, o receptor recebe uma porcentagem inferior ao sinal emitido.

Esta tcnica mais indicada para processos automticos que envolvem grandes produes.

Ela no apropriada para processos de medies manuais, por diversas razes:-cansao em segurar dois cabeotes;-a face posterior da pea pode ser inacessvel;-dificuldade de bom acoplamento dos dois lados;-dificuldade de posicionar corretamente os dois cabeotes;-dificuldade em manusear o equipamento e os dois cabeotes ao mesmo tempo.

Tcnica por pulso-eco:

Nos ensaios por ultra-som em processos manuais, geralmente usamos os transdutores do tipo monocristal, emissor e receptor (pulso-eco), pela facilidade de manuseio e de operao. possvel fazer uma medio precisa quando o transdutor no est emitindo sinal durante a chegada de um eco. Neste caso, as ondas ultra-snicas tm de ser pulsantes para que o cristal possa receber os ecos de retorno nos intervalos de pulsao.

fcil entender que, se o pulso emissor bater numa descontinuidade muito prxima da superfcie, haver um eco retornando, antes de terminar a emisso. Neste caso, o sinal da descontinuidade no percebido.

Fique sabendo ...Zona morta a rea prxima da superfcie na qual no se detectam ecos durante o tempo de emisso.

Tcnica do duplo cristalPara ensaiar peas com pouca espessura, nas quais se espera encontrar descontinuidades prximas superfcie, os transdutores pulso-eco no so adequados, pelos motivos j vistos.

Neste caso, usamos outro tipo de transdutor o transmissor e receptor (TR), por duplo cristal. A zona morta, neste caso, menor.

Os transdutores TR so usados freqentemente para verificar dimenses de materiais e detectar, localizar e avaliar falhas subsuperficiais.

Tcnica com transdutores angularesImagine a colocao de qualquer dos transdutores vistos anteriormente sobre um cordo de solda. No teramos acoplamento suficiente para o ensaio.

Neste caso, usamos os transdutores angulares, que possibilitam um acoplamento perfeito e a deteco das descontinuidades.

Equipamento de ensaio por ultra-som

No ensaio, o que nos interessa medir a intensidade do sinal eltrico de retorno (tenso), recebido pelo transdutor, e o tempo transcorrido entre a emisso do pulso e o retorno do eco.

Imagine que voc tenha em mos uma chapa de ao com 50mm de espessura e precise medir o tempo que o som leva para percorrer o caminho de ida e volta atravs dessa espessura.

Sabendo que:espessura (e) = 0,050 mvelocidade de propagao do som no ao (v) = 5.920 m/stempo (t) = INCORPORAR Equation.2

s = microsegundosComo voc mediria esse tempo to pequeno?

O equipamento que realiza tais medidas no ensaio por ultra-som um tipo de osciloscpio. Os sinais eltricos recebidos do transdutor so tratados eletronicamente no aparelho e mostrados numa tela, a partir da qual o tcnico em ultra-som interpreta os resultados.

Na tela, vemos na vertical a intensidade do sinal eltrico de sada do eco e de retorno e, na horizontal, o intervalo entre a emisso e a recepo do pulso.

Alm de operar como osciloscpio, efetuando medies (fonte receptora), o aparelho possui tambm uma fonte emissora de sinais eltricos, para gerar o ultra-som atravs dos transdutores.

Na prtica, o valor numrico dessas medidas propriamente ditas no nos interessa, pois trabalhamos por meio de comparaes. Comparamos as alturas e as distncias entre os pulsos na tela com outros conhecidos, ajustados previamente na calibrao do equipamento. Vejamos o que isso significa.

Tomemos novamente o exemplo da chapa de ao com 50mm de espessura. O procedimento para acerto da escala da tela consiste em ajustar as 10 divises horizontais da tela, a partir de um padro confeccionado do mesmo tipo de material a ser ensaiado.

Neste caso, usaremos um bloco de ao, que apresenta uma das suas dimenses equivalente a 100mm. Portanto, cada diviso da tela ter 10mm (100mm/10 divises = 10mm por diviso).

Logo, o valor do tempo (16,8 ms) no nos interessa, mas sim que este tempo relativo a 50mm de pea, isto , a distncia entre o pulso de sada e o de retorno na tela, corresponde a 50mm.

Sendo nossa escala de 0 a 100mm, o pulso de resposta da parede oposta da chapa eco de fundo aparecer na tela na quinta diviso. Como a espessura cabe duas vezes na tela ajustada para 100mm, aparecer mais um pulso na dcima diviso.

Essa a metodologia utilizada para o ajuste da escala.

Observe que os pulsos, embora sejam da mesma superfcie refletora, diminuem de tamanho. Essa atenuao causada pela distncia que o som percorre no material, ou seja, quanto maior a distncia percorrida dentro da pea, menor a intensidade do sinal de retorno, devido aos desvios e absoro do ultra-som pelo material.

O ensaio propriamente dito

Voc j se sente capaz de efetuar o ensaio no bloco de ao?

A primeira coisa a fazer escolher a tcnica de ensaio.

Por tratar-se de uma nica pea plana (bom acoplamento), de dimenses considerveis, voc pode optar pela tcnica pulso-eco com o transdutor normal.

Como a velocidade de propagao do ultra-som diferente para cada material, necessitamos de um padro para calibrar o equipamento, isto , para ajustar os pulsos de resposta na tela do aparelho.

Neste caso, usamos o bloco-padro V1, em ao, o mesmo material da pea. Este bloco traz marcaes para facilitar o ajuste.

CalibraoA calibrao efetuada para atender aos critrios de aceitao preestabelecidos pela engenharia da fbrica. Afinal, nem toda descontinuidade representa um defeito, lembra-se?

No caso do bloco de ao que vamos analisar, vamos imaginar que o critrio de aceitao determinado : sero considerados defeitos as descontinuidades com dimetros superiores a 1,5mm.

Ajuste da escala (distncia)Iniciamos a calibrao ligando o aparelho e conectando o cabo coaxial ao transdutor escolhido e ao aparelho.

Selecionamos a funo para operao com transdutor monocristal pulso-eco.

Os aparelhos de ultra-som possuem escalas de medio para ajuste da tela, ou seja, ajuste do tempo de resposta para jogar o pulso na tela.

Exemplo de escalas que um aparelho pode possuir:0 a 50mm0 a 100mm0 a 200mm0 a 500mm0 a 1.000mm

Para ensaiarmos a pea em questo (80 x 80 x 40mm), podemos selecionar a escala de 0 a 100mm. Se a tela possuir 10 divises, cada diviso da tela ter 10mm (fator de escala K).

O fator K conhecido a partir das seguintes relaes:K = escala/diviso da telaK = 100/10K = 10mm

O passo seguinte acoplar o transdutor sobre o bloco-padro na espessura de 25mm.

Devero aparecer na tela 4 pulsos, pois na escala de 0 a 100mm cabe 4 vezes a espessura de 25mm.

Nmero de pulsos = escala de profundidade/espessura de calibraoNmero de pulsos = 100/25Nmero de pulsos = 4

Para conseguir melhor preciso da escala, devemos ajustar os pulsos nas seguintes localizaes da tela:1o pulso = 25mm/K ( posio na tela = 2,52o pulso = 50mm/K ( posio na tela = 5,03o pulso = 75mm/K ( posio na tela = 7,54o pulso = 100mm/K ( posio na tela = 10

A escala para peas de ao de at 100mm est pronta e calibrada.

Ajuste da sensibilidade de resposta

nesta etapa que ajustamos a sensibilidade do aparelho para detectar as descontinuidades preestabelecidas como defeitos.

Vimos que o sinal de retorno atenuado em funo da distncia da descontinuidade superfcie.

Portanto, necessitamos elaborar uma curva de atenuao de sinal para nos orientarmos.

Para isso, podemos tomar como referncia um corpo de prova conhecido, em ao, com furos propositalmente efetuados com 1,5mm de dimetro que a referncia, em nosso exemplo, em distncias crescentes da superfcie.

Traamos ento a curva de atenuao do sinal em funo da espessura da pea, de modo a termos uma intensidade de sinal suficiente mesmo para os furos localizados prximo face inferior da pea.

Pronto. Agora s adaptar a curva sobre a tela do aparelho e inspecionar o bloco de ao.

Localizando as descontinuidadesAgora sim, voc j pode acoplar o transdutor sobre a pea, como mostra a figura seguinte.

Depois, s movimentar lentamente o transdutor sobre toda a superfcie a ser ensaiada, efetuando uma varredura na pea. Essa varredura deve ser feita pelo menos em duas superfcies da pea, pois dependendo da posio da descontinuidade (topo, transversal ou longitudinal) o sinal ser maior ou menor.

Qualquer pulso que aparea entre 0 e 8 na tela, acima da curva de atenuao, como no exemplo - S3, ser interpretado como defeito pelo operador. Os que ficarem abaixo, como S4, sero apenas descontinuidades.

H situaes em que o ensaio com transdutores normais no possvel. o caso de uma chapa de ao soldada.

A inspeo do cordo de solda praticamente impossvel com os cabeotes normais j vistos. Por isso, devemos usar cabeotes angulares, que enviam pulsos em determinados ngulos com a superfcie do material, como por exemplo 35, 45, 60, 70, 80 etc.

Ensaio com transdutor angular

O processo inicial de calibrao semelhante ao realizado para os transdutores normais. Como exemplo, usaremos a escala 0 a 100mm, com K = 10mm e transdutor de 60.

Calibrao

Para essa finalidade, dois blocos-padro podem ser utilizados: V1 ou V2. Usaremos, neste caso, o bloco V2.

O primeiro procedimento consiste em acoplar o transdutor sobre o bloco-padro V2, focando o raio de 25mm.

Ajustando o aparelho, na tela aparecero os pulsos:2,5 divises x K = 25mm10 divises x K = 100mm

Localizando as descontinuidadesAps os ajustes necessrios no equipamento, s inspecionar a pea.

Na tela aparecer a distncia S entre o cabeote e a descontinuidade. A localizao conseguida por meio da trigonometria, aplicando-se as relaes para o tringulo retngulo.

No exemplo, ( = 60.a = sen 60 x Sd = cos 60 x SCaso a onda ultra-snica seja refletida antes de atingir a descontinuidade, adotamos outra forma de clculo.

S = S1 + S2a = S sen 60d = 2e - S cos 60Depois, s efetuar a varredura lentamente, ao longo de todo o cordo de solda.

Apostamos que, com estas informaes, voc se sairia bem ao realizar a inspeo da pea solicitada, em substituio ao operador que faltou.

Mas, para ficar realmente afiado, resolva os exerccios a seguir.

Exerccios

1.As tcnicas de ensaio por ultra-som so denominadas ......................................., ........................................... e ................................... .

2.Para ensaiar peas de espessura pequena, nas quais se pretenda encontrar descontinuidades prximas superfcie, a tcnica mais recomendada por ................................ .

3.Assinale V se a afirmao for verdadeira ou F, se for falsa:a)()os transdutores convertem os sinais eltricos emitidos pelo aparelho em ondas ultra-snicas e vice-versa;b)()um tipo de osciloscpio utilizado para medir a intensidade do sinal eltrico e o tempo de retorno dos ecos;c)()os transdutores normais so ideais para anlise de cordes de solda;d)()o ideal utilizarmos um bloco V1 confeccionado em ao, para calibrarmos o equipamento para anlise de ao, alumnio, cobre e outros materiais.

4.Localize a descontinuidade para calibrao em escala 0-100mm.

(=60S1=30mmS2=16mme=15mm

a)()a = 23,0mm e d = 9,8mm;b)()a = 39,8mm e d = 7,0mm;c)()a = 7,0mm e d = 39,8mm;d)()a = 25,9mm e d = 15,0mm.

5.Calcule o fator de escala K para tela com 10 divises e escala de 0 a 200mm.a)()2mm;b)()10mm;c)()15mm;d)()20mm.

Gabarito

1.por transparncia, por pulso-eco, por duplo cristal e por cabeote angular.2.duplo cristal3.V, V, F, F 4.b5.d

PGINA

PGINA 238