DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA DE MATERIAIS ESCOLA DE ENGENHARIA DE SÃO CARLOS UNIVERSIDADE DE SÃO PAULO (SMM-EESC-USP) SMM-311 ENSAIOS NÃO-DESTRUTIVOS

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1 DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA DE MATERIAIS ESCOLA DE ENGENHARIA DE SÃO CARLOS UNIVERSIDADE DE SÃO PAULO (SMM-EESC-USP) SMM-311 ENSAIOS NÃO-DESTRUTIVOS 4. ULTRASSOM

2 - Ultrasom = freqüências de onda acima de 20 khz (> 100 khz - END) - Ondas elásticas-mecânicas, de deformação compressiva, que são geradas e se propagam por intermédio da vibração de átomos e moléculas ligações interatômicas e intermoleculares (módulo de elasticidade) - São refletidas, transmitidas e refratadas pela matéria ( Refraction,-and-Diffraction )

3 GERAÇÃO DE ONDAS DE COMPRESSÃO NA MATÉRIA

4 v = (E.g / d) Impedância (W) = Vel. Som (v) * Densidade (d) = (E.g.d) Impedância acústica de um sistema vibratório ou meio de propagação, é a OPOSIÇÃO ou RESISTÊNCIA que este oferece à passagem da onda sonora, em função de sua frequência e velocidade

5 AR = 0,41 ton/m 2.s

6 VALORES DETERMINADOS POR INTERMÉDIO DA PASSAGEM DA ONDA SONORA DO ELEMENTO EM QUESTÃO PARA O QUASE-VÁCUO (IMPEDÂNCIA 0) (T) Transmitância ou Permeabilidade (R) Reflectância ou Atenuância R ( IMPEDÂNCIA) + T ( -1 IMPEDÂNCIA) = 1

7 Reflectância ou Atenuância = W1 W2 / W1 +W2 Transmitância ou Permeabilidade = 2.W2 / W1 + W2 Onde W1 & W2 sao as impedancias absolutas dos meios 1 & 2 Onda ultrasônica se deslocando do meio 1 para o meio 2: 1 = Aço e 2 = Água R = 93,5%, T=6,5% 1 = Aço e 2 = Cobre R = 3,4%, T=96,6% 1 = Aço e 2 = Ar R 100%, T 0% (i.e., de maior para menor impedância maior a Reflectância quanto maior a diferença entre as Impedâncias Absolutas) 1 = Ar e 2 = Aço R 0%, T 100% (i.e., de menor para maior Impedância 100% de Transmitância)

8 ATENUACAO ACUSTICA / ISOLAMENTO ACUSTICO Acoustic attenuation is a measure of the energy loss of sound propagation in media. Most media have viscosity, and are therefore not ideal media. When sound propagates in such media, there is always thermal consumption of energy caused by viscosity. For inhomogeneous media, besides media viscosity, acoustic scattering is another main reason for removal of acoustic energy. Acoustic attenuation in a lossy medium plays an important role in many scientific researches and engineering fields, such as medical ultrasonography, vibration and noise reduction.

9 EFEITOS PIEZO-ELÉTRICO DIRETO E INVERSO

10 TEMPO DE VÔO (TECNICA PULSO-ECO) Sólido Ar/vazio

11 CRISTAIS - Quartzo = estabilidade térmica e elétrica, insolubidade na maioria dos líquidos, alto resistência mecânica e ao desgaste, excelente uniformidade e resistência ao envelhecimento. Relativamente baixa eficiência de conversão eletromecânica; - Sulfato de lítio = ótimo amortecimento acústico para alta resolução, eficiência intermediária de conversão; - Cerâmicas polarizadas = alta eficiência de conversão para alta sensibilidade, baixa resistência mecânica (tenacidade) e relativamente alta capacitância elétrica, que restringe seu uso a freqüências abaixo de 15 MHz.

12 DIRETO EM ÂNGULO

13 TRANSDUTOR DUPLO (CRISTAIS EMISSOR + RECEPTOR)

14 TÉCNICA PULSO-ECO ou DE REFLEXÃO (MODO A DE VARREDURA ESTIMATIVA DA PROFUNDIDADE DO(S) DEFEITO(S), ALEM DA GRAVIDADE DO(S) MESMO(S)

15 TÉCNICA TRANSMISSÃO ou DE TRANSPARÊNCIA SEM QUALQUER ESTIMATIVA DA PROFUNDIDADE DO(S) DEFEITO(S), PORÉM SIM DA GRAVIDADE DO(S) MESMO(S)

16 ESCOLHA DA TÉCNICA

17 EQUIPAMENTO BÁSICO

18 ATRASO DO PULSO INICIAL Dead Zone ( Reverberacao ) Delay Line Transducer

19 Delay Line Transducer: The sound is transmitted into the workpiece via an additional delay-line made of plastics with low ultrasonic absorption. The time delay until the ultrasonic signal enters the workpiece avoids that echoes from flaws close to the surface appear within the dead zones of the ultrasonic flaw detector, which are caused by the high voltage excitation pulses. Use of delay-line probes is a simple measure to have an excellent near field resolution.

20 DEMAIS PROBLEMAS REFLEXÃO EM ÂNGULO DEFLEXÃO DO FEIXE NA PAREDE LATERAL

21 DEFINIÇÕES E CONCEITOS IMPORTANTES - Sensibilidade = habilidade do instrumento detectar pequenas quantidades de energia refletida por um defeito (modo pulso-eco), ou a pequena energia atenuada pelo mesmo (transmissão). - Resolução = habilidade do instrumento detectar defeitos muito próximos da superfície, ou discrimimar defeitos próximos uns dos outros. - Discriminação de ruídos = capacidade da instrumentação diferenciar entre sinais devidos à presença de defeitos dos ruídos indesejáveis de natureza elétrica ou acústica (relação sinal/ruído).

22 DEMAIS OBSERVAÇÕES - Efeito da freqüência = maiores freqüências incrementam a sensibilidade e a resolução do sistema (transdutores de até 400 MHz), porém incrementam também a relação ruído/sinal e a atenuação do feixe (baixa penetração). - Ondas de maior amplitude (e menores freqüências e energias) se propagam mais facilmente (menor atenuação) ondas guiadas. - A menor descontinuidade detectável é da ordem de metade do comprimento de onda, ou maiores. Ondas mais energéticas sofrem reflexão em um número maior de descontinuidades microestruturais (super-sensibilidade + forte atenuação ou reflectância do feixe em microestruturas complexas). - Uso em laminados compósitos finos (comprimento de onda x espessura da peça). - PMC exerce alta atenuação do feixe devido à grande diferença entre os módulos de elasticidade da matriz polimérica e das fibras de reforço. - Sombras entre defeitos (interferência de ecos) pulso-eco duplo, ou transmissão direta e inversa.

23 A, B & C SCANS

24 LAMINADOS COMPÓSITOS TERMOPLÁSTICOS IMPACTADOS E RECONSOLIDADOS (a) C-EPX 5 J; (b) 30 J; (c) C-PPS 5 J; (d) 30 J

25 ULTRA-SONOGRAFIA PULSO-ECO THERMOGRAFIA DDR-X 20 J 10 J 5 J

26 VARREDURA PULSO-ECO E IMAGEAMENTO TRANSMISSÃO ESCALA DE CONVERSÃO COR / TRANSMITÂNCIA

27 FADIGA EM LAMINADOS COMPÓSITOS ESCALA DE TRANSMITÂNCIA OU DE REFLECTÂNCIA???

28 BREVE COMPARAÇÃO PARA LAMINADOS COMPÓSITOS FIBROSOS