Ensaio Por Ultrassom

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<p>Ed. Jan./ 2011</p> <p>ENSAIO POR ULTRASSOM</p> <p>Ricardo Andreucci</p> <p>Ed .Jan./ 2011</p> <p>1</p> <p>Prefcio</p> <p>Este trabalho representa um guia bsico para programas de estudos e treinamento de pessoal em Ensaio por Ultrassom, contendo assuntos voltados para as aplicaes mais comuns e importantes deste mtodo de Ensaio No Destrutivo. Trata-se portanto de um material didtico de interesse e consulta, para os profissionais e estudantes que se iniciam ou estejam envolvidos com a inspeo de materiais por este mtodo de ensaio."</p> <p>O Autor</p> <p>ENSAIO POR ULTRASSOM</p> <p>Ricardo Andreucci</p> <p>Ed .Jan./ 2011</p> <p>2</p> <p>Copyright ANDREUCCI, Assessoria e Servios Tcnicos Ltda</p> <p>Esta publicao poder ser obtida gratuitamente atravs de download nos seguintes web sites: www.infosolda.com.br/ andreucci www.abendi.org.br Edio: Jan./ 2011</p> <p>Ricardo Andreucci</p> <p>Professor da Faculdade de Tecnologia de So Paulo - FATEC/ SP, nas disciplinas de Controle da Qualidade do Curso de Soldagem. Qualificado e Certificado pelo IBQN como Nvel III nos mtodos de ensaio radiogrfico, partculas magnticas ultrassom e lquidos penetrantes, conforme norma CNEN-NN 1.17 Qualificado e Certificado pelo SNQC como Nvel III no ensaio Visual e Radiografia SNQC Nr. 0154 Membro da Comisso de Segurana e Radioproteo da Associao Brasileira de Ensaios No Destrutivos - ABENDI. Diretor Tcnico da ANDREUCCI Ass. e Serv. Tcnicos Ltda. Consultor Tcnico como Nvel III de END para importantes empresas brasileiras e do exterior Participante como Autor do livro "Soldagem" editado pelo SENAI / SP Autor do Livro "Curso Bsico de Proteo Radiolgica" - ABENDI / SP Autor do livro "Radiologia industrial"- ABENDI / SP Autor do livro "Ensaio por Partculas Magnticas"ABENDI /SP Autor do livro Ensaio por Lquidos Penetrantes; ABENDI/SP</p> <p>ENSAIO POR ULTRASSOM</p> <p>Ricardo Andreucci</p> <p>Ed .Jan./ 2011</p> <p>3</p> <p>S</p> <p>umrioPg. 04 06 07 12 14 19 25 27 31 35 52 58 70 71 75 95 96</p> <p>Assunto Princpios bsicos do mtodo.................................................................. Limitaes em comparao com outros ensaios.................................... Vibraes mecnicas ............................................................................. Definies de Bell, e Decibel, Ganho...................................................... Propagao das ondas acsticas no material......................................... Gerao das ondas ultrassonicas............................................................ Interface, Acoplantes.............................................................................. Diagramas AVG ou DGS ....................................................................... Tcnicas de Inspeo.............................................................................. Aparelhagem............................................................................................ Formas de Representao na Tela dos Aparelhos .............................. Procedimentos especficos de inspeo................................................. Avaliao e critrios de aceitao........................................................... Guia para Exerccios Prticos ................................................................ Questes para Estudo ........................................................................... Gabarito das Questes ......................................................................... Obras consultadas..................................................................................</p> <p>ENSAIO POR ULTRASSOM</p> <p>Ricardo Andreucci</p> <p>Ed .Jan./ 2011</p> <p>4</p> <p>P</p> <p>rincpios Bsicos do Mtodo</p> <p>Introduo: Sons extremamente graves ou agudos, podem passar desapercebidos pelo aparelho auditivo humano, no por deficincia deste, mas por caracterizarem vibraes com freqncias muito baixas , at 20Hz (infra-som) ou com freqncias muito altas acima de 20 kHz (ultrassom), ambas inaudveis. Como sabemos, os sons produzidos em um ambiente qualquer, refletem-se ou reverberam nas paredes que consistem o mesmo, podendo ainda ser transmitidos a outros ambientes. Fenmenos como este apesar de simples e serem freqentes em nossa vida cotidiana, constituem os fundamentos do ensaio ultrassonico de materiais. No passado, testes de eixos ferrovirios, ou mesmos sinos, eram executados atravs de testes com martelo, em que o som produzido pela pea, denunciava a presena de rachaduras ou trincas grosseiras pelo som caracterstico. Assim como uma onda sonora, reflete ao incidir num anteparo qualquer, a vibrao ou onda ultrassonica ao percorrer um meio elstico, refletir da mesma forma, ao incidir num anteparo qualquer, a vibrao ou onda ultrassonica ao percorrer um meio elstico, refletir da mesma forma, ao incidir numa descontinuidade ou falha interna a este meio considerado. Atravs de aparelhos especiais, detectamos as reflexes provenientes do interior da pea examinada, localizando e interpretando as descontinuidades.aparelho de ultrassom</p> <p>Princpio Bsico da Inspeo de Materiais por ultrassom</p> <p>ENSAIO POR ULTRASSOM</p> <p>Ricardo Andreucci</p> <p>Ed .Jan./ 2011</p> <p>5</p> <p>Finalidade do Ensaio O ensaio por ultrassom, caracteriza-se num mtodo no destrutivo que tem por objetivo a deteco de defeitos ou descontinuidades internas, presentes nos mais variados tipos ou forma de materiais ferrosos ou no ferrosos. Tais defeitos so caracterizados pelo prprio processo de fabricao da pea ou componentes a ser examinada como por exemplo: bolhas de gs em fundidos, dupla laminao em laminados, micro-trincas em forjados, escorias em unies soldadas e muitos outros. Portanto, o exame ultrassonico, assim como todo exame no destrutivo, visa diminuir o grau de incerteza na utilizao de materiais ou peas de responsabilidades.</p> <p>Inspeo por ultrassom da chapa de um tuboFoto gentileza da VOITH PAPER</p> <p>Campo de Aplicao Em 1929 o cientista Sokolov, fazia as primeiras aplicaes da energia snica para atravessar materiais metlicos, enquanto que 1942 Firestone, utilizaria o princpio da ecosonda ou ecobatmetro, para exames de materiais. Somente em l945 o ensaio ultrassonico iniciou sua caminhada em escala industrial, impulsionado pelas necessidades e responsabilidades cada vez maiores. Hoje, na moderna indstria, principalmente nas reas de caldeiraria e estruturas martimas, o exame ultrassonico, constitui uma ferramenta indispensvel para garantia da qualidade de peas de grandes espessuras, geometria complexa de juntas soldadas, chapas. Na maioria dos casos, os ensaios so aplicados em aos-carbonos, em menor porcentagem em aos inoxidveis. Materiais no ferrosos so difceis de serem examinados, e requerem procedimentos especiais.</p> <p>ENSAIO POR ULTRASSOM</p> <p>Ricardo Andreucci</p> <p>Ed .Jan./ 2011</p> <p>6</p> <p>L</p> <p>imitaes em Comparao com outros Ensaios</p> <p>Assim como todo ensaio no-destrutivo, o ensaio ultrassonico, possui vantagens e limitaes nas aplicaes, como segue: Vantagens em relao a outros ensaios: O mtodo ultrassonico possui alta sensibilidade na detectabilidade de pequenas descontinuidades internas, por exemplo: Trincas devido a tratamento trmico, fissuras e outros de difcil deteco por ensaio de radiaes penetrantes (radiografia ou gamagrafia). Para interpretao das indicaes, dispensa processos intermedirios, agilizando a inspeo. No caso de radiografia ou gamagrafia, existe a necessidade do processo de revelao do filme, que via de regra demanda tempo do informe de resultados. Ao contrrio dos ensaios por radiaes penetrantes, o ensaio ultrassonico no requer planos especiais de segurana ou quaisquer acessrios para sua aplicao. A localizao, avaliao do tamanho e interpretao das descontinuidades encontradas so fatores intrnsecos ao exame ultrassonico, enquanto que outros exames no definem tais fatores. Por exemplo, um defeito mostrado num filme radiogrfico define o tamanho mas no sua profundidade e em muitos casos este um fator importante para proceder um reparo. Limitaes em relao a outros ensaios. Requer grande conhecimento terico e experincia por parte do inspetor. O registro permanente do teste no facilmente obtido. Faixas de espessuras muito finas, constituem uma dificuldade para aplicao do mtodo. Requer o preparo da superfcie para sua aplicao. Em alguns casos de inspeo de solda, existe a necessidade da remoo total do reforo da solda, que demanda tempo de fbrica.</p> <p>Nenhum ensaio no destrutivos deve ser considerado o mais sensvel ou o mais completo, pois as limitaes e as vantagens fazem com que aplicao de cada ensaio seja objeto de anlise e estudo da viabilidade de sua utilizao, em conjunto com os Cdigos e Normas de fabricao.</p> <p>ENSAIO POR ULTRASSOM</p> <p>Ricardo Andreucci</p> <p>Ed .Jan./ 2011</p> <p>7</p> <p>V</p> <p>ibraes Mecnicas</p> <p>Tipos de Ondas: Como j vimos, o teste ultrassonico de materiais feito com o uso de ondas mecnicas ou acsticas colocadas no meio em inspeo, ao contrrio da tcnica radiogrfica, que usa ondas eletromagnticas. Qualquer onda mecnica composta de oscilaes de partculas discretas no meio em que se propaga. A passagem de energia acstica no meio faz com que as partculas que compem o mesmo, execute o movimento de oscilao em torno na posio de equilbrio, cuja amplitude do movimento ser diminudo com o tempo em posio de equilbrio, cuja amplitude do movimento ser diminudo com o tempo em decorrncia da perda de energia adquirida pela onda. Se assumirmos que o meio em estudo elstico, ou seja que as partculas que o compem rigidamente ligadas, mas que podem oscilar em qualquer direo, ento podemos classificar as ondas acsticas em quatro tipos: Ondas longitudinais (Ondas de compresso): So ondas cujas partculas oscilam na direo de propagao da onda, podendo ser transmitidas a slidos, lquidos e gases.</p> <p>Onda longitudinal No desenho acima nota-se que o primeiro plano de partculas vibra e transfere sua energia cintica para os prximos planos de partculas, e passam a oscilar. Desta maneira, todo o meio elstico vibra na mesma direo de propagao da onda (longitudinal),e aparecer zonas de compresso e zonas diludas. As distncias entre duas zonas de compresso determinam o comprimento de onda ().</p> <p>ENSAIO POR ULTRASSOM</p> <p>Ricardo Andreucci</p> <p>Ed .Jan./ 2011</p> <p>8</p> <p>Em decorrncia do processo de propagao, este tipo de onda possui uma alta velocidade de propagao, caracterstica do meio. Velocidades de Propagao das Ondas Longitudinais MaterialAr Alumnio Cobre Ouro Ao Ao inoxidvel Nylon leo(SAE30) gua Prata Titnio Nquel Tungstnio Magnsio Acrlico Ao Inoxidvel Ao Fundido</p> <p>Velocidade m/s330 6300 4700 3200 5900 5800 2600 1700 1480 3600 6100 5600 5200 5.800 2.700 5.800 4.800</p> <p>Ondas transversais (ou ondas de cizalhamento): Uma onda transversal definida, quando as partculas do meio vibram na direo perpendicular ao de propagao. Neste caso, observamos que os planos de partculas, mantm-se na mesma distncia um do outro, movendo-se apenas verticalmente.</p> <p>Onda transversal</p> <p>ENSAIO POR ULTRASSOM</p> <p>Ricardo Andreucci</p> <p>Ed .Jan./ 2011</p> <p>9</p> <p>As partculas oscilam na direo transversal a direo de propagao, podendo ser transmitidas somente a slidos. As ondas transversais so praticamente incapazes de se propagarem nos lquidos e gases, pela caractersticas das ligaes entre partculas, destes meios . O comprimento de onda a distncia entre dois vales ou dois picos. Velocidades de Propagao das Ondas Transversais MaterialAr Alumnio Cobre Acrlico Alumnio Ouro Ao Ao Inoxidvel Ao Fundido Nylon leo(SAE30) gua Prata Titnio Nquel Magnsio</p> <p>Velocidade m/s3100 2300 1100 3100 1200 3200 3100 2400 1100 1600 3100 3000 3000</p> <p>Fonte: Ultrasonic Testing, Krautkramer</p> <p>Ondas superficiais ou Ondas de Rayleigh. So assim chamadas, pela caractersticas de se propagar na superfcie dos slidos. Devido ao complexo movimento oscilatrio das partculas da superfcie, a velocidade de propagao da onda superficial entre duas fases diferentes de aproximadamente 10% inferior que a de uma onda transversal. Para o tipo de onda superficial que no possui a componente normal, portanto se propaga em movimento paralelo a superfcie e transversal em relao a direo de propagao recebe a denominao de ondas de Love. Sua aplicao se restringe ao exame de finas camadas de material que recobrem outros materiais. Para ondas superficiais que se propagam com comprimento de onda prxima a espessura da chapa ensaiada, neste caso a inspeo no se restringe somente a superfcie, mas todo o material e para esta particularidade denominamos as ondas de Lamb.</p> <p>ENSAIO POR ULTRASSOM</p> <p>Ricardo Andreucci</p> <p>Ed .Jan./ 2011</p> <p>10</p> <p>As ondas de Lamb podem ser geradas a partir das ondas longitudinais incidindo segundo um ngulo de inclinao em relao a chapa. A relao entre o ngulo e velocidade feita pela Lei de Snell: sen / sen = V1 / V2 , onde o angula de 0 entrada da onda na superfcie, = 90 , V1 e V2 as velocidades de propagao das ondas nos meios. O ensaio ultrassonico de materiais com ondas superficiais, so aplicados com severas restries, pois somente so observados defeitos de superfcies e nestes casos, existem processos mais simples para a deteco destes tipos de descontinuidades, dentro dos ensaios no destrutivos como por exemplo de Lquidos penetrantes e Partculas magnticas, que em geral so de custo e complexidade inferior ao ensaio ultrassonico. Freqncia , Velocidade e Comprimento de Onda Freqncia: As ondas acsticas ou som propriamente dito, so classificados de acordo com suas freqncias e medidos em ciclos por segundo, ou seja o nmero de ondas que passam por segundo pelo nossos ouvidos. A unidade ciclos por segundos normalmente conhecido por Hertz, abreviatura Hz. Assim sendo se tivermos um som com 280 Hz, significa que por segundo passam 280 ciclos ou ondas por nossos ouvidos. Note que freqncias acima de 20.000 Hz so inaudveis denominadas freqncia ultrassonica.</p> <p>Campo de Audibilidade das Vibraes Mecnicas Considera-se 20 kHz o limite superior audvel e denomina-se a partir desta, freqncia ultrassonica.</p> <p>ENSAIO POR ULTRASSOM</p> <p>Ricardo Andreucci</p> <p>Ed .Jan./ 2011</p> <p>11</p> <p>Velocidade de propagao. Existem vrias maneiras de uma onda snica se propagar, e cada uma com caractersticas particulares de vibraes diferentes. Definimos Velocidade de propagao como sendo a distncia percorrida pela onda snica por unidade de tempo. importante lembrar que a velocidade de propagao uma caracterstica do meio, sendo uma constante, independente da freqncia. Comprimento de onda. Quando atiramos uma pedra num lago de guas calmas, imediatamente criamos uma perturbao no ponto atingido e formando assim, ondas superficiais circulares que se propagam sobre a gua. Neste simples exemplo, podemos imaginar o que definimos anteriormente de freqncia como sendo o nmero de ondas que passam por um observador fixo, tambm podemos imaginar a velocidade de propagao pela simples observao e ainda podemos estabelecer o comprimento entre dois picos de ondas consecutivos. A esta medida denominamos comprimento de onda, e representaremos pela letra grega Lambda . Relaes entre velocidade, comprimento de onda e freqncia. Considerando uma onda snica se propagando num determinado material com velocidade V, freqncia f, e comprimento de onda ,...</p>