Inspeção de juntas soldadas por radiografia A. Quites 10/05/2009

Transcrição

1 INSPEÇÃO DE JUNTAS SOLDADAS POR RADIOGRAFIA 10/05/2009 Prof. Dr. Almir Quites Sumário Página 1. Introdução 1 2. Fundamentos da radiologia 3 3. Indicadores de qualidade de imagem 7 4. Telas intensificadoras Cuidados na execução do ensaio Técnicas de exposição radiográfica Interpretação dos resultados Referências bibliográficas 28 1 INTRODUÇÃO Falhas em junções soldadas, especialmente quando submetidas a condições críticas de operação, podem causar problemas muito graves, como perdas de vidas humanas, danos ambientais e prejuízos materiais e financeiros. Logo as imperfeições devem ser detectadas o mais cedo possível, começando pela detecção e avaliação das imperfeições na fabricação. 1

2 Entende-se por imperfeição toda e qualquer diferença em relação ao projeto da peça. Os valores prescritos em projeto são os valores nominais e aqueles medidos nas peças soldadas são os valores reais. A diferença entre estes valores é a medida da imperfeição. As imperfeições são inevitáveis em engenharia, mas podem ser aceitáveis. Elas só serão consideradas defeitos, portanto inaceitáveis, se superarem determinados limites, fixados pelo projeto da peça soldada como critérios de aceitação. Devido principalmente às altíssimas temperaturas envolvidas, o processo de soldagem produz imperfeições que podem ser agrupadas em quatro categorias: Imperfeições dimensionais (diferenças em relação aos valores nominais): o Na solda (também chamadas de deformidades). o Na peça (deformações globais, também chamadas de distorções). Descontinuidades (interrupções na estrutura típica de um material, que altera bruscamente suas propriedades); Imperfeições nas propriedades do material (mesmo sem descontinuidades, as junções soldadas podem apresentar propriedades reais diferentes das nominais). Outras, que não se enquadram nas categorias anteriores, mas que devem ser investigadas por terem potencial para produzir defeitos. Uma das formas de detectar e avaliar imperfeições é conhecida como diagnóstico por imagem. O ensaio radiográfico é a técnica não destrutiva de diagnóstico por imagem amplamente utilizada em junções soldadas. Este documento trata da inspeção de juntas soldadas por meio da radiografia. Trata-se de uma introdução ao tema, portanto é um documento didático para quem busca um aprendizado inicial numa linguagem simples, mas precisa. 2

3 2 FUNDAMENTOS DA RADIOLOGIA Os exames radiográficos utilizam raios-x ou raios-γ. Neste documento vamos nos restringir ao uso dos raios-x. Os raios-x foram descobertos em 8 de novembro de 1895, pelo físico alemão Wilhelm Röntgen [1]. São emissões eletromagnéticas de mesma natureza que a luz visível. Seu comprimento de onda vai de 0,05 angstrom (5 pm) até centenas de angstroms (1 nm). A energia dos fótons é varia de 1 kev (quilo elétron-volt) a algumas centenas de kev. A geração desta energia eletromagnética se deve à transição de elétrons nos átomos ou da desaceleração de partículas carregadas. A radiação, transmitida através da junção soldada, impressiona um filme radiográfico. Uma vez revelado, aparece a imagem que permite distinguir estruturas com propriedades diferenciadas. Uma variante consiste em substituir o filme radiográfico por uma placa de material sensível à radiação ionizante (placa de fósforo flexível). Esta placa de fósforo contém cristais cujos elétrons se posicionam em órbitas de alta energia após serem estimulados por uma radiação ionizante. Assim se tem uma Radiografia computadorizada (RC), pois a imagem pode ser digitalizada. Portanto, as radiografias podem ser obtidas em filmes ou em imagem digital. Como toda energia eletromagnética de natureza ondulatória, os raios X sofrem interferência, polarização, refração, difração, reflexão. A radiologia se baseia na transparência dos materiais aos raios X, segundo sua natureza e espessura. O objeto é irradiado. A radiação atravessa o material, sendo parcialmente absorvida por ele, e emerge com distintas intensidades, interceptadas por um filme fotográfico, sobre o qual fica impressa a zona irradiada e na qual aparecem as imperfeições, possíveis defeitos. O método se baseia na absorção diferenciada da radiação penetrante pela peça que está sendo inspecionada. As diferenças nas características de absorção, causadas por diferenças de densidade ou mesmo por diferenças na composição do material, são reveladas por diferenças de tonalidade no filme revelado. 3

4 Este método é de grande sensibilidade para detectar imperfeições volumétricas, principalmente quando a maior seção é perpendicular ao feixe radiante. As principais imperfeições pesquisadas são as imperfeições das juntas soldadas. Seja uma fonte de radiação uniforme, isto é, que emite igualmente a radiação em todas as direções. Seja P a potência emitida pela fonte. Admitindo que não haja absorção de energia entre a fonte de onda e o receptor, quanto mais perto este estiver da fonte maior será a intensidade da onda recebida, tal como acontece com uma fonte sonora (o que é dolorosamente verificável quando nos aproximamos de um carro com som aberto no porta-malas). A intensidade da onda, I, é a energia que atravessa uma superfície unitária por unidade de tempo: I = E/t.A sendo E a energia W/s, t o tempo em s e A a área em m 2. Como a potência é P = E/t, segue-se que I = P/A, medida em W/m2 Assim, a intensidade de uma radiação varia com o inverso do quadrado da distância. Este fato é conhecido como Lei do Inverso do Quadrado. A radiação se espalha no espaço, após a emissão. Logo, um objeto próximo à fonte de radiação se sujeita a uma radiação mais intensa, mais concentrada. Portanto, se dobrarmos a distância ao filme, a intensidade de radiação que o atingirá será ¼ de intensidade original (Fig. 1). A exposição de um filme à radiação é representada pelo produto da intensidade da radiação pelo tempo. Como a exposição é proporcional á intensidade da radiação, pode-se dizer que ao dobrar a distância do filme em relação à fonte, torna-se necessária uma exposição quatro vezes maior para que se possa obter uma imagem com a mesma densidade inicial. Isso significa que é necessário um aumento no tempo de exposição, ou na corrente do tubo (na fonte), para compensar a diminuição da intensidade. Esse fato explica porque não é possível se compensar o tamanho da fonte com uma distância foco-filme maior, uma vez que esse aumento de distância provoca um incremento muito grande no tempo de exposição. 4

5 Fig. 1: A intensidade da radiação se reduz de 75% quando a distância da fonte ao filme duplica. Pelo exposto, fica bem claro que a intensidade que efetivamente chega ao filme é bem menor do que a intensidade junto à fonte, porque a distância é maior. No entanto, há ainda outro fato a considerar: é que apenas uma parcela da energia que foi emitida chega ao filme, porque uma parte é absorvida pelo objeto radiografado. É isto que gera, após a revelação, diferenças de tonalidades no filme, formando uma imagem. Fig. 2: Fundamento da radiologia 5

6 O filme radiográfico consiste de uma fina chapa de plástico transparente, revestida de um ou ambos os lados com uma emulsão de gelatina, de aproximadamente 0,03 mm de espessura, contendo finos grãos de brometo de prata. Quando exposto aos raios-x, raios-γ ou luz visível, os cristais de brometo de prata sofrem uma reação que os tornam mais sensíveis ao processo químico (revelação), que os converte em depósitos negros de prata metálica. Em resumo, a exposição à radiação cria uma imagem latente no filme e a revelação torna a imagem visível. Quando alguém interpreta uma radiografia, está observando detalhes da opacidade da peça em relação à quantidade de radiação que chega ao filme. Áreas de alta densidade ou mais espessas (as mais opacas) aparecem como cinza claro; áreas de baixa densidade ou menos espessas (as menos opacas) aparecem como cinza escuro. Assim, a densidade da peça é associada ao grau de alvura do filme e comumente referida como densidade do filme. Esta densidade é medida por meio de densitômetros de fita ou eletrônicos. O negatoscópio é o aparelho usado para a interpretação de radiografias. Consiste em uma caixa com lâmpadas de luminosidade variável e um suporte de plástico ou vidro leitoso onde o filme é colocado, conforme apresentado na figura 3. Fig. 3 Negatoscópio É fundamental enfatizar ainda que a interpretação visual da qualidade da solda, baseada em imagens radiográficas 6

7 digitalizadas ou de filmes, é subjetiva. Portanto, podem se apresentar situações de dubiedade na interpretação sobre a natureza das imperfeições. Fucsok [2] relata que dentre um grupo de inspetores com experiência de 6 meses a 35 anos, o desempenho do melhor inspetor é de 90% de acerto na interpretação das indicações do teste radiográfico, sendo a média de acerto apenas 68%. A interpretação radiográfica automatizada, ainda em desenvolvimento, seria uma ferramenta mais consistente [3] por padronizar a interpretação humana. As publicações sobre a automatização da interpretação de imagens radiográficas de juntas soldadas ainda são raras. Os institutos que mais pesquisam este assunto são o TWI (The Welding Institute Reino Unido) e o BAM (Bundesanstalt für Materialforschung und -prüfung Alemanha) [4]. As principais vantagens da inspeção por raios-x são: o registro permanente dos resultados e a fácil detecção de imperfeições volumétricas, tais como porosidades, inclusões, falta de penetração, excesso de penetração ou de reforço. Uma das maiores vantagens com relação aos demais ensaios não destrutivos, a exceção dos ultra-sons, é que nos permite inspecionar o interior do material da peça, não apenas defeitos superficiais, ou subsuperficiais. Este ensaio é capaz de detectar defeitos tridimensionais que tamanho superior a 3% da espessura da peça. Uma das principais vantagens é a portabilidade do equipamento que não requer corrente elétrica, nem sistema de refrigeração algum. Uma das limitações dos ensaios com raios-x ou raios-γ é que, em caso de trincas ou fissuras, podemos detectá-las apenas se estiverem aproximadamente na posição paralela à direção dos raios incidentes, mas se tiverem mais de 15 o em relação a direção dos raios incidentes, será bem difícil a detecção. 3. INDICADORES DE QUALIDADE DE IMAGEM Indicador de Qualidade de Imagem (IQI) é um dispositivo, cuja imagem é o padrão usado para aferir o nível de qualidade 7

8 radiográfica (sensibilidade). Não é usado para julgar o tamanho das imperfeições ou estabelecer limites de aceitação das mesmas. O IQI padrão adotado pelo código ASME [5] é um prisma retangular de metal, com três furos de determinados diâmetros. A sensibilidade radiográfica é definida em função do menor furo visível na radiografia, conforme apresentado na fig. 3. Fig. 4 Penetrômetro ASME. O IQI será colocado no metal de base, paralelo à solda e a uma distância de 3,0 mm no mínimo. É importante lembrar que a seleção do IQI inclui o reforço, de ambos os lados da chapa. Portanto, para igualar a espessura sob o IQI à espessura da solda, deverão ser colocados calços sob o IQI feitos de material radiograficamente similar ao material inspecionado. Para efeito da determinação da área de interesse não devem ser considerados os anéis ou tiras de cobre-junta caso existam. TABELA 1 - Seleção do IQI ASME / ASTM em função da Espessura do Material 8

9 O IQI padrão adotado pela norma DIN (Deutsche Industrie Normen) é composto de uma série de sete arames de metal e de diâmetros padronizados. A sensibilidade radiográfica é definida em função do menor arame visível na radiografia, conforme apresentado na Figura 5. A norma ASTM E-747 também estabelece IQI do tipo fios, que se compõe de um conjunto de 5 fios de material similar ao do material a ser radiografado com diâmetros diferentes, desde o mais fino até o mais grosso, selados em um envelope plástico transparente, contendo identificações e informações sobre o IQI. O IQI deve ser colocado sobre a área de interesse, no caso de soldas os fios devem estar aproximadamente perpendiculares ao cordão de solda. A seleção do IQI deve ser feita com base na espessura a ser radiografada, verificando qual o fio essencial que deverá ser visualizado na radiografia, conforme a tabela 1. Fig. 5- IQI de fios O IQI fabricado conforme a norma EN-462, Parte 1, é constituído por 7 arames, dispostos paralelamente, cujo material é radiograficamente similar ao material ensaiado. A relação entre o diâmetro do arame e seu algarismo respectivo é indicada na norma indicada. Os arames foram divididos em quatro grupos, a saber: W1 a W7, W6 a W12 e W10 a W16 e W13 a W19. A letra "W", do inglês "wire", significa tipo fios. Quanto maior o número, menor seu diâmetro, o que determina os níveis de qualidade especificados na tabela 2. 9

10 Tabela 2: Seleção do IQI pela EM-462 Cada IQI se caracteriza por uma identificação alfanumérica, como 10 FE EN (a norma EN indica que se trata do fio mais grosso - W10 e do material FE). A identificação completa, como descrita acima, pode ser abreviada, como por exemplo, W10 FE. O IQI deve ser colocado sobre a solda ou área de interesse, com o fio essencial na mesma direção do eixo principal de radiação, para garantir a maior sensibilidade possível. Em geral, a projeção do fio essencial mais fino requer técnicas apuradas, como o uso de filme mais sensível, de granulação muito fina e maior distância fonte ao filme. 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. 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 espessura de material. A classe de qualidade de imagem A ou B é função do rigor com que a inspeção deve ser feita e deve ser especificado pelo fabricante, código ou projeto do equipamento. Sempre que possível, o IQI deverá ser colocado no lado da peça, voltado para a fonte. Caso isso não seja possível, o IQI 10

11 poderá ser colocado no lado voltado para o filme, sendo nesse caso acompanhado de uma letra de chumbo F. Apenas um IQI é geralmente usado para cada radiografia, mas há caso que se requer um adicional. Se a densidade da radiografia em qualquer lugar da área de interesse variar de mais do que -15% (mais fraca) ou de +30% (mais forte) da densidade através do corpo do IQI de furos ou adjacente ao arame do IQI de fio, dentro dos limites mínimo e máximo de densidade permitidas (especificadas no item 19.1 da ASME Section V, Article 2) [6], um IQI adicional será então usado para cada área excepcional e a radiografia será refeita. Ao calcular a variação permissível na densidade, o cálculo pode ser arredondado ao décimo mais próximo dentro da escala especificada no item 19.1 citado. Quando se usam os calços com IQIs tipo furo, a limitação positiva da densidade de 30% pode ser excedida e as exigências mínimas da densidade não se aplicam para o IQI, desde que a sensibilidade exigida de 20.0 seja garantida. 4. TELAS INTENSIFICADORAS A dispersão da radiação é inerente ao processo de absorção. São radiações de pequena energia que emergem da peça em direção aleatória. Qualquer material, tal como, o objeto, o chão, as paredes ou outros materiais que recebem o feixe direto de radiação, são fontes de radiação dispersa. A radiação dispersa é também função da espessura do material radiografado. Geralmente a radiação dispersa é a maior parcela total de radiação que atinge o filme. Como exemplo, podemos afirmar que ao se radiografar uma peça de aço de 1,0 mm de espessura, a radiação dispersa que emana da peça é quase duas vezes mais intensa que a radiação primária que atinge o filme. A radiação dispersa, portanto, é um fator importante, que produz uma sensível diminuição no contraste do objeto. As telas intensificadoras ( ecrans ) de chumbo diminuem sensivelmente o efeito da radiação dispersa, especialmente aquelas que atingem o filme e que possuem baixas energias. 11

12 Esse efeito contribui para a máxima clareza de detalhes na radiografia. O uso de fonte de radiação com altas energias propicia não somente o aparecimento das radiações dispersas na peça, como também as radiações retroespalhadas, que da mesma forma empobrecem com a imagem no filme. As radiações retroespalhadas podem ser atenuadas com o uso das telas traseiras, ou filtros que são lâminas de materiais absorvedores (cobre, alumínio, chumbo), dispostos de modo a proteger o filme. Para que exista um controle das radiações retroespalhadas, o operador deve fixar, na parte traseira do chassis, uma letra B (de back ) feita de chumbo. Caso as radiações retroespalhadas sejam muito intensas, a letra B será fortemente projetada na imagem do filme, aparecendo como uma imagem clara no filme, indicando que radiações atingiram o filme por detrás. Assim, as telas intensificadoras são utilizadas para filtrar determinadas radiações, proteger o filme contra radiações dispersas e, principalmente, para atuar como intensificadoras e diminuir o tempo necessário de exposição. A tela mais usada é a tela de chumbo. Fig. 6 - Radiação retroespalhada As radiações ionizantes dos tipos X ou γ tem uma ação nociva sobre o organismo humano, que depende da intensidade da radiação. Os sintomas que se observam, na ordem de doses 12

13 crescentes, são dores de cabeça, falta de apetite, diminuição dos glóbulos no sangue, esterilidade e destruição de tecidos. Além de certo limite a exposição a radiação pode ser fatal. Para se evitar problemas de saúde, deve-se seguir rigorosamente o Plano de Radioproteção da empresa executante do serviço, previamente aprovado pela Comissão Nacional de Energia Nuclear CNEN. Este plano prevê as áreas a serem isoladas e os controles a serem efetuados. Assim preserva-se não só os que operam na execução das radiografias, mas todos que se encontrem nas imediações dos ensaios. 5. CUIDADOS NA EXECUÇÃO DO ENSAIO A sequência usual de tarefas atinentes ao ensaio é a seguinte: a. Verificar o material, diâmetro (no caso de tubos) e espessura a ser radiografada; b. Selecionar a técnica radiográfica; c. Selecionar a quantidade e dimensões dos filmes; d. Montar chassis (envelope, telas e filme); e. Verificar atividade da fonte, no caso de radiografia com raios-γ ou selecionar corrente e tensão no caso de aparelho de raios-x; f. Verificar a distância fonte-filme no procedimento qualificado e a densidade requerida; g. Calcular tempo de exposição; h. Selecionar IQI; i. Balizar a área, para proteção; j. Montar conforme arranjo previsto e bater a radiografia; k. Processamento do filme; l. Laudo; m. Relatar os resultados. 13

14 Os equipamentos utilizados para a visualização das radiográfica e os acessórios que comprovam as características de densidade das películas radiográficas devem ser calibrados. Desvios nas características e intensidades luminosas dos visores óticos durante a interpretação de películas podem levar a avaliações divergentes. Densitômetros, negatoscópios e IQI s devem ser periodicamente calibrados e certificados. Na identificação do filme devem constar informações importantes, tais como a data do ensaio, identificação dos soldadores (no caso de juntas soldadas), identificação da peça e local examinado, número da radiografia, identificação do operador e da firma executante. Todas essas informações devem aparecer claramente no filme radiográfico, para permitir a rastreabilidade do ensaio. Elas poderão ser impressas a partir de letras e números de chumbo dispostos sobre o porta-filmes expostos à radiação juntamente com o filme. Poderá também ser utilizado o sistema de telas fluorescentes, que consiste em escrever no papel vegetal ou similar toda a identificação do filme e colocá-lo junto à tela fluorescente. Este conjunto é montado previamente junto ao filme radiográfico, na câmara escura, e posteriormente exposto à radiação para registrar no filme, de modo permanente, toda a identificação. A densidade óptica da radiografia deve ser medida com aparelhos eletrônicos (densitômetro), ou fitas densitométricas calibradas, especialmente feitas para esta tarefa. A densidade deve ser sempre medida sobre área de interesse, por exemplo, sobre a imagem do cordão de solda, no caso de juntas soldadas, e seu valor deve se situar na faixa de 1,8 até 4,0, para Raios X, e de 2,0 a 4,0, para Raios γ, sendo usual a faixa de 2,0 a 3,5. O procedimento adequado para calibração do densitômetro e da fita densitométrica é detalhado pela ASME Sec. V, Art.2. O filme pode ser processado de modo automático ou manual, sendo este último o mais utilizado na indústria petroquímica. O processamento do filme consiste basicamente em: a. Revelação; b. Banho de parada; c. Lavagem intermediária; d. Fixação; 14

15 e. Lavagem final; f. Banho umectante; g. Secagem. h. Proteção O trabalho em câmara escura, após a exposição do filme, é a parte mais importante do processo radiográfico. Caso ocorram falhas técnicas durante o processamento do filme, todo o serviço de preparação de exposição do filme estará perdido. Tais falhas ocorrem na maioria dos casos por manuseio inadequado do filme e podem resultar em: Manchas, que geralmente são arredondadas e, no caso de estarem na área de interesse, poderão mascarar imperfeições inaceitáveis. Riscos, que geralmente decorrem de ação mecânica sobre a película do filme, durante a sua manipulação na preparação e processamento. Tais riscos, visíveis sobre filme contra a luz, confundem-se com trincas, sendo assim inaceitáveis. Dobras, que aparecem como imagens escuras e bem pronunciadas, também decorrentes do manuseio do filme antes e durante a exposição. Ocorrem amiúde em peças curvas, com raios pequenos, quando o operador, para manter o porta-filme junto à peça, força-o a acompanhar a superfície, e dobra o filme. O indicador de qualidade da imagem (IQI) deve aparecer na radiografia de maneira de modo a permitir a verificação das seguintes informações: número do IQI, que deve estar de acordo com a espessura radiografada; tipo de IQI, que deve estar de acordo com a norma de inspeção; posicionamento; densidade no corpo do IQI, que deve estar de acordo com a tolerância em relação a área de interesse. 15

16 6. TÉCNICAS DE EXPOSIÇÃO RADIOGRÁFICA As disposições e arranjos geométricos entre a fonte de radiação, a peça e o filme devem seguir algumas técnicas especiais que permitam uma imagem radiográfica de fácil interpretação e localização das imperfeições rejeitadas. Algumas destas técnicas são largamente utilizadas e recomendadas por normas e especificações nacionais e internacionais. 6.1 Técnica de Parede Simples (PSVS) Essa técnica é aquela em que somente a seção da peça que está próxima ao filme será inspecionada e a projeção será em apenas uma espessura do material. Esta é a principal técnica utilizada na inspeção radiográfica e a mais fácil de ser interpretada. Fig. 7 - Técnica de exposição parede simples. Vista simples 6.2 Exposição Panorâmica Esta técnica constitui um caso particular da técnica de parede simples vista simples, mas que proporciona mais rapidez no exame de juntas soldadas circulares com acesso interno. A fonte de radiação deve ser centralizada no ponto geométrico eqüidistante das peças e dos filmes ou, no caso de 16

17 juntas soldadas circulares, a fonte deve ser posicionada no centro da circunferência. Com isso, numa única exposição da fonte, todos os filmes dispostos a 360 serão igualmente irradiados. 6.3 Técnica de Parede Dupla Técnica de Parede Dupla Vista Simples (PDVS) Nesta técnica, 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 que não possuem acesso interno para colocação do filme, principalmente em tubulações com diâmetros maiores que 90mm e em vasos fechados. 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. Assim, esta opção deverá ser selecionada quando outra técnica não for possível. Fig. 8 - Técnica de exposição parede dupla e vista simples (A) e parede dupla e vista dupla (B). 17

18 6.3.2 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 ambas serão objetos de interesse. Nesta técnica, o cálculo do tempo de exposição deve levar 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 90mm. 7. INTERPRETAÇÃO DOS RESULTADOS Pela radiografia busca-se não apenas detectar imperfeições nas peças soldadas, mas também avaliar a sua importância confrontando-as com os critérios de aceitação definidos em projeto. Se não satisfizerem a estes critérios a peça terá que ser reparada ou totalmente refugada. As imperfeições podem ocorrer durante o próprio processo de fabricação ou durante o uso de equipamento, em serviço (por exemplo: durante a aplicação de esforços mecânicos ou corrosão). Dentre as imperfeições de juntas soldadas, as mais importantes para serem detectadas por radiologia são as descontinuidades. Destas, as mais comuns são as seguintes: Cavidades (poros esféricos, cavidades alongadas (vermiforme), retrações (rechupes) externas e internas). Falta de solubilização (erroneamente conhecida como falta de fusão). Inclusões Mordeduras Trincas (ou fissuras) Rupturas 18

19 Todos os tipos de descontinuidades estão definidos e explicados no artigo Terminologia das Imperfeições da Soldagem [7]. As trincas (ou fissuras) e as rupturas (estas nascem daquelas) são as mais graves descontinuidades de juntas soldadas por serem fortes concentradores de tensões. A falta de penetração total é também muito importante justamente porque, sob tensões, especialmente alternantes, evolui para uma trinca, a qual se desenvolve rumo à fratura Distribuição dos matizes de cinza As imperfeições, suas formas e dimensões, são convertidas de três para duas dimensões sobre a película radiográfica. O coeficiente de absorção é um fator muito importante. Ele diminui com a energia de irradiação e aumenta com o número atômico do material. Por isso, deve-se aumentar a intensidade de radiação à medida que aumente a espessura ou os materiais sejam mais absorventes. A Fig. 9 ilustra a forma do perfil transversal do nível cinzento na radiografia de uma solda. No diagrama cartesiano, à direita, o eixo das ordenadas corresponde a uma escala de cinza enquanto que o eixo das abscissas corresponde a um eixo que transpõe a solda. A parte que corresponde ao eixo da solda será a parte mais clara da radiografia. Observa-se que em qualquer reta transversal à solda a variação do tom de cinza aproxima-se bem de uma distribuição de Gauss (Curva de Gauss: curva plana que representa, num sistema de coordenadas cartesianas ortogonais, uma exponencial com expoente quadrático negativo). Fig. 9 - Perfil cinzento numa radiografia de solda sem imperfeições. 19

20 A rigor, numa solda real, qualquer desvio de tonalidade em relação à distribuição de Gauss é uma indicação de imperfeição, a qual deve ser confrontada com os critérios de aceitação para que se possa decidir se consiste em um defeito. A fig. 10 apresenta a radiografia de uma solda sadia, isto é, sem imperfeições. Observa-se que as maiores diferenças de densidade permitem identificar a solda e o material de base, com a tonalidade variando segundo a distribuição de Gauss, enquanto que as pequenas diferenças de densidade (alvura) decorrem das ondulações superficiais da solda. Fig Radiografia de uma solda sadia A fig. 10 mostra uma radiografia real de uma solda com suas imperfeições, indicadas pelas áreas de baixa densidade, e os IQIs. Fig Radiografia real de uma solda com suas imperfeições. 20

21 7.2 Aparência radiográfica das imperfeições Seguem-se exemplos de imperfeições soldadas com uma breve explicação de como aparecem numa chapa radiográfica. Na figura 11 a baixa densidade alinhada com o eixo da solda indica a falta de penetração na raiz da solda. Fig. 11 Solda com falta de penetração. A falta de penetração é uma das imperfeições mais perigosas solda, porque a concentração de tensões gera trincas que se propagam. A figura 12 mostra que a indicação é uma área escura bem alongada e com contornos bem-definidos, cuja largura representa a largura da raiz da junta. Fig. 12 Solda com falta de penetração. A radiografia da figura 13 mostra uma solda com porosidade. Os poros aparecem como manchas de baixa densidade, aproximadamente arredondadas ou alungadas, que podem estar isoladas ou agrupadas. 21

22 Fig. 13 Solda com porosidade. Inclusões de escória são aprisionadas no metal de solda ou entre o metal de solda e o de base. Em uma radiografia, aparecem como manchas escuras (baixa densidade) com formas assimétricas (fig. 14). Fig. 14 Solda com inclusão de escória. A figura 15 ilustra a falta de solubilização (falta de diluição localizada) do material de base na solda, imperfeição impropriamente mais conhecida por falta de fusão. Aparência desta imperfeição na radiografia é de zonas de baixa densidade orientadas no sentido das faces da junta. Este defeito é típico de soldagens com processos de alta energia, situando-se no fundo da junta de soldas de filete e, principalmente, em soldas de juntas tipo semi-v, semi-y e K. 22

23 Fig. 15 Solda com falta de solubilização ( falta de fusão ) Retração na raiz da solda (rechupe na raiz da solda) aparece em uma radiografia (fig. 16) semelhante a uma falta de penetração, mas mais larga e com bordas irregulares, na zona da raiz da solda. Fig. 16 Solda com retração na raiz. Mordeduras (entalhes) na raiz da solda aparecem na imagem radiográfica como uma linha escura, ou dupla linha, estreita e irregular, seguindo a face da raiz da junta. A figura 17 exemplifica. Fig. 17 Solda com mordedura na raiz. 23

24 A figura 18 representa uma solda com mordedura (entalhe) na margem da solda. Na radiografia, aparece como mancha mais escura, estreita, alongada e irregular, ao longo da margem superior da solda. Fig. 18 Solda com entalhe na margem. A figura 19 representa uma solda em junta formada por elementos desalinhados. A diferença de densidade é causada pela diferença de espessura do material. Fig. 19 Solda em junta desalinhada. Falta de enchimento é a imperfeição causada pela insuficiência de preenchimento da junta com metal de adição. A aparência radiográfica (fig. 20) decorre do fato da densidade ser mais baixa que a do metal de base (mais escura). 24

25 Fig. 20 Solda em junta com falta de enchimento. Reforço de solda em excesso é uma área de um metal de solda em que há material adicionado em excesso em relação ao especificado em projeto. A aparência radiográfica (fig. 21) é uma área localizada de maior densidade (mais clara). Fig. 21 Solda com reforço excessivo. Trincas podem ser detectadas em uma radiografia, apenas quando a propagação se dá em orientação aproximadamente paralela ao feixe de raio-x. Aparecem como tênues linhas irregulares (fig. 22). Fig. 22 Solda com trincas. 25

26 As imperfeições das figuras 23 e 24 são típicas do processo TIG, inclusive na soldagem de alumínio e aço inoxidável. Como a soldagem TIG produz uma solda limpa e homogênea suas radiografias geralmente são de fácil interpretação. A figura 23 mostra Inclusões de tungstênio. O tungstênio é um material frágil e denso, utilizado no eletrodo na soldagem. Se o eletrodo inadvertidamente tocar na poça metálica poderá contaminá-la com inclusão de tungstênio. Na radiografia o tungstênio, por ser mais denso que o alumínio ou aço, aparece como uma área mais clara. Fig. 23 Inclusão de tungstênio. A figura 24 apresenta a inclusão de óxido. Estas inclusões se situam normalmente próximos à superfície da solda, porque os óxidos são menos densos que a solda, principalmente no caso do alumínio. Aparecem na radiografia como áreas escuras de formato irregular. Fig. 24 Inclusão de óxidos. 26

27 As imperfeições das figuras 25 e 26 são típicas dos processos de alta energia, MIG e MAG (GMAW), Eletrodo Tubular (FCAW) e Arco Submerso (SAW). O derramamento de solda resulta da soldagem com energia excessiva, o que faz com que a folga da raiz da junta se abra demasiadamente com a fusão do material de base a ponto de permitir o vazamento de metal através dela. Surgem então pingentes solidificados chamados de sincelos (fig. 25). Em uma radiografia os sincelos aparecem como regiões claras, envolvidas por regiões mais escuras. Fig. 25 Solda com sincelos (derramamento). No caso de um derramamento acentuado, pode haver desmembramento do pingente com a conseqüente perda de matéria, podendo deixar atrás de si uma cavidade na raiz da solda (fig. 26), a qual, em casos extremos, pode perfurar a solda. Em uma radiografia estas cavidades aparecem como regiões escuras, envolvidas por regiões mais claras. Fig. 26 Solda com cavidade de derramamento. 27

28 8. REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS [1] Wilhelm Conrad Röntgen Biography". Nobelprize.org. 28 Aug [2] FUCSOK, F. et al Reliability of Routine Radiographic Film Evaluation an Extended ROC Study of the Human Factor, In: 8th European Conference on Nondestructive Test (ECNDT), Barcelona, [3] LIAO, T. W. e LI, Y. An Automated Radiographic NDT System for Weld Inspection: Part II Flaw Detection, NDT&E International, v. 31, n. 3, pp , [4] SHAFEEK, H.I. GADELMAWALA, E.S. ABBEL-SHAFY, A.A. e ELEWA, I.W. Automatic Inspection of Gas Pipeline Welding Defects Using an Expert Vision System, NDT&E International, v. 37, n. 4, pp , June, [5] ASME The American Society of Mechanical Engineers CODES, STANDARDS AND SPECIFICATIONS ( [6] examination-iaw-asme-section-v-article-2- [7] Quites, A. Terminologia das Imperfeições da Soldagem. 28