CONAEND&IEV ESTUDO DA CORROSÃO EM AÇO CARBONO 1 USANDO A TÉCNICA DE CORRENTES PARASITAS PULSADAS

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1 CONAEND&IEV ESTUDO DA CORROSÃO EM AÇO CARBONO 1 USANDO A TÉCNICA DE CORRENTES PARASITAS PULSADAS Ivan C. da Silva 1, Ygor T. B. dos Santos 2, Lurimar S. Batista 3, Cláudia T. T. Farias 4. Copyright 2014, ABENDI, PROMAI. Trabalho apresentado durante o XXXII Congresso Nacional de Ensaios Não Destrutivos e Inspeção. 18ª IEV Conferencia Internacional sobre Evaluación de Integridad y Extensión de Vida de Equipos Industriales. As informações e opiniões contidas neste trabalho são de exclusiva responsabilidade do(s) autor(es). SINOPSE Equipamentos e componentes metálicos sofrem a ação de processos corrosivos, o que impõe a redução da espessura de parede, limitando as condições de operação e reduzindo a sua vida útil. Com taxa de corrosão elevada,a corrosão sob isolamento (Corrosion Under Insulation - CUI) é um mecanismo danoso, pois pode ocorrer sem aviso em equipamentos e tubulações com isolamento térmico que, aparentemente, encontram-se em bom estado. Por isso, técnicas não destrutivas de inspeção e monitoramento são necessárias para promover a integridade e segurança de sistemas industriais. Dentre os ensaios não destrutivos,a técnica de correntes parasitas pulsada tem sido utilizada para inspeção de componentes metálicos revestidos. Neste trabalho é descrito o funcionamento de um sistema de inspeção por correntes parasitas pulsada que emprega sonda baseada em um sensorde estado sólido(gmr). São apresentados osresultados obtidos para corpos de provas em aço-carbono com revestimento acrílico ediferentes descontinuidades, simulandoprocesso corrosivo sob isolamento. 1 Dr. Eng. Metalúrgica e de Materiais IFBA/GPEND/LEUS 2 Graduando em Eng. Mecânica - IFBA/GPEND/LEUS 3 Dr. Em Geofísica IFBA/NEMME 4Dra. Eng. Metalúrgica e de Materiais IFBA/GPEND/LEUS 690

2 1. INTRODUÇÃO A Corrosão sob isolamento térmico ocorre em linhas isoladas devido à infiltração ou umidade retida entreo metal e o material isolante. Os locais passíveis de corrosão sob isolamento são: as linhas de gás combustível isoladas (com stream tracing fora de operação), as linhas sob concreto (fire proof), linhas isoladas sem aquecimento ou com trechos mortos e drenos ou revestimentos de sistemas de tubulações. A técnica de correntes parasitas pulsadas (PEC, PulsedEddyCurrent) vem demonstrando ser capaz de detectar e medir descontinuidades em equipamentos metálicos na indústria aeronáutica (1), nuclear(2) e de petróleo (3). Por se tratar de uma técnica em que a inspeção pode ser feita sem o contato direto do sensor com metal, tem sido aplicada em componentes submersos (4) e revestidos (5). O ensaio por PEC apresenta várias vantagens sobre a técnica de correntes parasitas convencional de frequência única, tais como: maior profundidade de penetração; maior riqueza de informação sobre os defeitos e maior robustez contra interferência (6). O ensaio por PEC também exige uma instrumentação menos custosa, se comparado com o ensaio por multifrequência, o que também seria outra vantagem (7). Apesar das muitas vantagens, a técnica possui fatores limitantes que dificultam a sua aplicação. Alterações da permeabilidade magnética nos materiais afetam a leitura do sinal, assim como produtos de corrosão. Nos materiais revestidos é comum a aplicação de uma proteção metálica que pode afetar a leitura da sonda (8). Estes fatores limitantes têm proporcionado muitas pesquisas que a cada dia aperfeiçoam o equipamento e ampliam o seu uso. As primeiras sondas utilizavam um arranjo bobina-bobina(9), atualmente arranjos bobina-sensor vem sendo empregado por proporcionar uma leitura direta do campo magnético e simplificação do instrumental(10, 11). Neste trabalho são descritos o arranjo experimental utilizado e o sensor montado em laboratório, os resultados obtidos em chapas de aço carbono com diferentes valores deespessuras eafastamento (Lift-Off). 2. FUNDAMENTAÇÃO TEÓRICA 2.1. Corrosão sob isolamento (CUI) A CUI é um processo eletroquímico e, geralmente ocorre,devido a presença de umidade e oxigênio dissolvido, numa faixa entre -4 C a 175 C. Este meio corrosivose mantém retidoentre o metal e material isolante devidoàs características de absorção deste último. Contaminantes como cloretos e sulfetos aumenta a corrosividade da água (WINNIK, 2008). Os piores materiais isolantes em ordem decrescente são: fibra de vidro, lã de rocha, fibra de cerâmica e silicato de cálcio (12).Na Figura 1 pode-se visualizar a CUI em uma tubulação de aço-carbono isolada termicamente. 691

3 Figura 1 Corrosão sob isolamento térmico em tubulação de aço- carbono (13) Pulsed Eddy Current (PEC) A técnica de PEC usa repetitivos pulsos de onda quadrada de curta duração ao invés de uma onda senoidal com uma frequência única. A transformada de Fourier de um pulso contem múltiplos componentes de frequência. Como o fator de penetração depende da frequência, assume-se que um pulso retangular gera, como resposta, inúmeras componentes de frequência simultaneamente. Componentes de alta frequência penetram menos e podem ser observadas num tempo menor do que as de baixa, conferindo ao sinal de PEC uma relação temporal, o que nos permite determinar fatores como, por exemplo, tamanho do defeito e sua localização (14). A sonda utilizada para o ensaio PEC consiste de uma bobina para indução das correntes parasitas no corpo de provas, enquanto o campo magnético gerado por estas é detectado por um sensor de estado sólido, Figura 2.Como tanto o campo da bobina, quanto o pequeno campo gerado pelas correntes parasitas são detectados pelo sensor, o que dificulta a detecção das descontinuidades, emprega-se um arranjo diferencial. Este arranjo pode utilizar um segundo sensor no interior da bobina, ou entre duas bobinas (15), ou a subtração de um sinal de referênciaadquirido fora da área de inspeção (16). Figura 2- Ilustração para técnica PEC. Excitação com uma bobina alimentada por um pulso. Sensor de estado sólidopara leitura do campo gerado pelas correntes parasitas. 692

4 3. MATERIAIS E MÉTODOS Um arranjo experimental simplificado para a técnica PEC consiste das seguintes partes: sonda; gerador de sinais; osciloscópio; e computador, Figura 3. A sonda desenvolvida consiste de uma bobina com um sensor GMR (GiantMagneticResistive) no seu interior. A bobina recebe o pulso de onda quadrada fornecido por um gerador de função. O campo magnético criado pela bobina induzirá correntes parasitas,que por sua vez criarão um campo secundário. O sensor GMR é o elemento responsável pela leitura dos sinais gerados por estes campos. Um osciloscópio faz a aquisição da saída do sensor que é tipicamente um sinal de voltagem da ordem de alguns mv cc. Figura 3. Arranjo experimental. A Tabela 1 mostra dimensões e parâmetros da bobina. O pulso de excitação utilizado foi de 4V, com frequência de 500Hz. Tabela 1. Parâmetros da sonda. Ø -Diâmetro - Altura Ø- Fio Lift-Off Indutância Resistência do fio (mm) (mm) (mm) (mm) (mh) (Ohm) (Ø ext ) (Ø int ) , O corpo de prova utilizado consistiu de uma placa de aço carbono 1020, de 180x180x25mm, onde foi introduzido um furo com broca de 2mm. Este furo foi gradualmente aprofundado após cada medida. Foram feitas medidas com o furo na superfície de inspeção com 2mm e 12mm de Lift-Off. Para a simulação do revestimento foi utilizado uma placa de acrílico de 10mm, Figura

5 Figura 4- Arranjo experimental sonda-corpo de provas. As medições foram realizadas tomando como referência o sinal na condição de sem defeito como sinal de referência. Foram feitas mediçõesa partir da subtração do sinal no furo e o sinal na região sem defeito(referência). RESULTADOS Na figura 5, pode ser observada a diferença do sinal lido pelo sensor GMR com e sem o material acrílico. O Lift-Off aumentou a constante de tempo do sinal sobre o acrílico, quando comparado com a sonda sobre o corpo de provas, figura 5. A Figura 6, mostra a resposta da sonda furos de 2mm, 4mm, 6mm, para a condição sem furo. Observa-se que furos mais profundos possuem menor amplitude. Na mesma figura são mostrados ossinais diferenciais obtidos da subtração do sinal do furo da referência. O furo de 6mm por ser mais profundo apresenta maior tempo de pico. O furo de 2mm, com menor profundidade, pode ser claramente detectado. Na Figura 7, são mostrados os resultados para um Lift-Off de 10mm, pois foi usada uma placa para simular um revestimento não metálico. Foi possível detectar tanto o furo menos profundo (2mm), quanto o de maior profundidade (5mm).Foram realizados testes para um furo de 6mm, mas o sinal não apresentou uma boa relação de tempo e amplitude, o que indica a necessidade de melhorar a alimentação da sonda e alguns fatores construtivos tais como redução do Lift-Off e utilização de um núcleo metálico. 694

6 Figura 5- Sinais obtidos pela sonda com e sem a placa de acrílico na ausência de furo. Figura 6- Sinais para diferentes profundidades. Figura 7- Sinais para furos com diferentes profundidades com Lift-Off de 10mm. 695

7 CONCLUSÕES Os resultados obtidos para o sistema foram animadores. A sonda foi capaz de detectar os furos introduzidos no corpo de provas. O furo mais raso foi detectado com e sem o afastador utilizado para simular um revestimento. Nos testes simulando o revestimento o limiar de detecção foi de 5mm de profundidade, 1mm a menos do obtido sem Lift-Off, o que aponta para a necessidade de melhorias na sonda. AGRADECIMENTOS Os autores deste trabalho agradecem ao IFBA pelo apoio financeiro. REFERÊNCIAS (1) Smith R.A., Hugo G.R.. Deep corrosion and crack detection in aging aircraft using transient eddy current NDE. ReviewofProgress in Quantitative NDE 1999: (2) Xie, S., Chen Z., Takagi T., Uchimoto T., Efficient Numerical Solver for Simulation of Pulsed Eddy-Current Testing Signals. IEEE TRANSACTIONS ON MAGNETICS, vol. 47, no. 11, (3) Crouzen,P., Munns I. J., Pulsed Eddy Current Corrosion Monitoring in Refineries and Oil Production Facilities Experience at Shell. ECNDT (4) Robers, M., Scottini, R.S., PULSED EDDY CURRENT IN CORROSION DETECTION. European Conference on Nondestructive Testing Barcelona (Spain), June 17-21, Extraído de (5) Yang,H.; Tai C., Pulsed eddy-current measurement of a conducting coating on a magnetic metal plate. Meas. Sci. Technol. Vol.13, , (6)Shu L., Song, H., Wei, Z., Peng, Y., Study of pulse eddy current probes detecting cracks extending in all directions. Sensors and Actuators A, vol. 141, n o 1,13 9, (7) He Y., Luo, F., Pan, M.C., Hu, X.C., Liu, B., Gao, J., Defect edgeidentificationwithrectangularpulsededdycurrentsensorbased on transientresponsesignals. NDT & E International, Vol. 43, n o 5, , (8) Cheng, W., Pulsed Eddy Current Testing of Carbon Steel Pipes, Wall-Thinning Trough Insulation and Cladding. Journal of Nondestructive evaluation, vol. 31, n o 3, (9) Brett C. R., Raad J. A.,. Validation of a pulsed eddy current system for measuring wall thinning through insulation. Nondestructive Evaluation of Utilities and Pipelines, November 14, (10) Tian,G. Y., Sophia,n A, Defect classification using a new feature for pulsed eddy current sensors. NDT&E International 38, 77 82,

8 (11) Yu,Y., Yan Y., Wang F., Tian G.Y., Zhang D., An approach to reduce lift-off noise in pulsed eddy current nondestructive technology. NDT&E International 63, (12) Rolden B., Deovaldo M. Jr.; Aldo R. S. Corrosão sob isolamento em tubulações de Sistema de Ar-Condicionado.UNISANTA - Science and Technology, p , Vol. 1, No 1, 2012 (13) (14 )Angani C.S., Park D.G., Kim C.G., Leela P., Kishore M., Cheong Y. M., Pulsed eddy current differential probe to detect the defects in a stainless steel pipe. JOURNAL OF APPLIED PHYSICS, vol. 109, n o 7, (15) Angani C.S., Park D.G., Kim C.G., Kim C. G.;Kollu,P.;Cheong, Y. M., Dual Core Differential Pulsed Eddy Current Probe to Detect thewall Thickness Variation in an Insulated Stainless Steel Pipe. Journal of Magnetics vol.15, n o (4), , (16) He, Y.; Tian, G.; Zhang, H.; Alamin, M.; Simm, A.; Jackson, P., Steel Corrosion Characterization UsingPulsed Eddy Current Systems. IEEE SENSORS JOURNAL, vol. 12, n o. 6,