PROCEDIMENTO DE ULTRA-SOM PARA INSPEÇÃO DE WELDOLETS Rubem Manoel de Braga Antônio Fernando Burkert Bueno Afonso Regully Universidade Federal do Rio Grande do Sul Luís Carlos Greggianin Companhia Petroquímica do Sul Trabalho apresentado na 6 a COTEQ Conferência sobre Tecnologia de Equipamentos, Salvador/BA, 19 a 21 de agosto de 2002. As informações e opiniões contidas neste trabalho são de exclusiva responsabilidade do (s) autor(es).
PROCEDIMENTO DE ULTRA-SOM PARA INSPEÇÃO DE WELDOLETS SINÓPSE Os weldolets são utilizados em linhas de vapor de super alta pressão. Em aplicações de elementos finitos, foi prevista a localização da trinca mais crítica e provável de ocorrer nesse componente. No presente trabalho foi desenvolvido um procedimento de ensaio por ultra-som para detectar esse tipo de trinca, sendo inicialmente construído um modelo físico para teste e posteriormente utilizado em campo. 1 INTRODUÇÃO No trabalho de avaliação de um sistema de vapor de superalta pressão (linha de VS) chegou-se à conclusão de que havia a possibilidade de existirem trincas longitudinais no cotovelo interno de alguns pontos da linha com weldolets. Observando-se o formato provável das trincas (figura 1), conclui-se que a única possibilidade de detecção das mesmas era por ensaio de ultra-som. Observa-se que as possíveis trincas são internas e ocorrem apenas no tubo com maior diâmetro, localizando-se num plano definido pelos eixos da tubulação principal e do weldolet. Derivação Tubulação principal Weldolet Figura 1: Desenho esquemático do componente. As trincas internas previstas estão indicadas por setas. 2 PROCEDIMENTO DE ENSAIO: 2.1 Trajetória do feixe sônico: O ensaio foi idealizado com a finalidade de determinar se existiam ou não as trincas mostradas na figura 1, pois um estudo preliminar indicou que não teríamos como posicionar o transdutor para dimensioná-las devido ao grande volume de material depositado por soldagem e ao próprio desenho do componente, composto por três peças soldadas entre si.
Na figura 2 pode-se observar a trajetória pretendida para o feixe sônico. A idéia básica foi posicionar o transdutor de tal maneira que o eixo central do feixe sônico atingisse o vértice definido pelos planos formados pela trinca, pelo furo de adaptação para soldar o weldolet e pelo furo do tubo supostamente trincado. Essa foi a posição que se imaginou para o transdutor que possibilitaria a melhor reflexão para o sinal, pois nas demais o sinal se perderia ou a trinca seria atingida com o feixe sônico paralelo ao seu plano e dificilmente daria um sinal aceitável. Para maximizar o eco, imaginou-se emitir o feixe sônico um plano passando pelo vértice da trinca e fazendo um ângulo de 45 o com o eixo do tubo. O componente foi desenhado em 3D e foi simulado o feixe sônico de transdutores com diferentes ângulos para ver qual o que possibilitava atingir o vértice sem atingir a parede interna do tubo, conforme mostrado na figura 2. Figura 2: Detalhe do feixe sônico e da trinca. Ao atingir o vértice da trinca, o eco que retorna ao transdutor é maximizado. Na simulação concluiu-se que, para todos os weldolets estudados, o ângulo de 60 o satisfazia essa condição. O de 45 o, apesar de sua excelente reflexão, não podia ser posicionado porque ficaria sob a solda e o de 70 o não poderia ser utilizado porque o feixe sônico atingiria a parede interna do tubo. A figura 3 mostra a disposição dos transdutores de 60 o para que o eixo central do feixe sônico consiga atingir o vértice da trinca. O ângulo indicado para posicionar os transdutores em relação ao eixo do tubo é 45 º.
45 o Figura 3: Vista superior do componente. Observa-se a posição dos transdutores a 45 o do eixo, apontando para a região da trinca. A Tabela 1, apresentada a seguir, indica os percursos sônicos calculados do feixe obtido na simulação dos ensaios com o transdutor de 60 o. Estes valores orientariam a inspeção caso fosse detectada algum tipo de descontinuidade no ensaio. Componente com Weldolet ( ) Tabela 1 Percursos Sônicos Calculados na Simulação Distância do weldolet d Percurso sônico calculado para 60 o 24x20 39,0 153,5 16x8 31,0 108,9 16x6 39,6 108,9 10x4 30,7 83,5 8x3 22,3 68,0 2.2 Simulação da trinca: Foi utilizada para simular a trinca uma amostra disponível da linha de VS de 20 de diâmetro, Sch. 160, na qual se abriu um furo do mesmo diâmetro do furo do weldolet de 16 e se simulou uma trinca com 10mm de profundidade e espessura de 0,8mm. Posteriormente foram usinados mais dois entalhes simulando trincas, sendo um com 5mm e outro com 15mm, ambos numa região cortada por oxicorte e sem dar acabamento. A finalidade dessas trincas foi treinar os inspetores de ultra-som que iriam examinar os weldolets na Parada.
A figura 4 mostra como ficou o corpo de prova para simulação das trincas nos weldolets. Observa-se o arco usinado correspondente ao furo do weldolet, um arco de raio maior delimitando a região limite onde poderia passar o transdutor e as linhas a 45 o em relação ao eixo do tubo que orientariam o posicionamento do transdutor. Todas as trincas que eventualmente ocorram em campo serão semelhantes à trinca de 10mm simulada. 45 o Figura 4: Corpo de prova utilizado para simular uma trinca com 10mm de profundidade na região onde se supõe possam existir trincas. Observa-se a posição do transdutor a 45 o do eixo do tubo. 3 ENSAIOS DE ULTRA-SOM: Os ensaios foram feitos baseados nos resultados da simulação, utilizando-se os transdutores a seguir indicados: - S6WB5WM, de 5MHz, transdutor normal montado em sapata de 60 o, fabricado pela Karl Deutsch; - K4-60, de 4MHz, transdutor angular de 60 o fabricado pela Eddytronic. Inicialmente foi determinada a abertura do feixe sônico nos dois transdutores e então foram feitos os ensaios com os dois transdutores, conforme indicado a seguir: 3.1 Abertura do feixe sônico: A medição da abertura do feixe sônico foi feita pelo método dos 6dB e os resultados constam nos gráficos 1 e 2, respectivamente para o transdutor S6WB5WM da Karl Deutsch e K4-60 da Eddytronic. A Tabela 2, apresentada a seguir, permite comparar as aberturas do feixe sônico dos dois transdutores utilizados:
Percurso sônico Tabela 2: Abertura do Feixe Sônico dos Transdutores Transdutor S6WB5WM com sapata de 60 o Karl Deutsch Abertura do Ganho para feixe sônico H=80% Transdutor K4-60 o Eddytronic Abertura do feixe sônico Ganho para H=80% 20 6,4 44 6,8 50 40 16,0 55 11,4 57 60 18,3 60 17,3 62 80 26,3 68 21,5 65 100 37,7 74 30,4 70 120 38,2 76 34,5 74 140 39,0 77 35,5 75 160 45,5 79 36,7 77 Abertura do feixe sônico 50 40 30 20 10 0 0 50 100 150 200 Percurso sônico S6WB5WM K4-60 Gráfico 1: Gráfico comparativo das aberturas do feixe sônico dos transdutores S6WB5WM (Karl Deutsch) e K4-60 (Eddytronic).
3.2 Ensaios do corpo de prova com a trinca simulada: O corpo de prova no qual foi simulada uma trinca, mostrado na figura 4, foi ensaiado com os dois transdutores. O posicionamento dos transdutores no corpo de prova da simulação foi na área indicada pela figura 4, isto é, logo após a marca indicativa da posição ocupada pelo weldolet e na intersecção de um plano a 45 o com o tubo. Nos ensaios realizados em laboratório verificou-se que é possível detectar a trinca com sinal a 80% de altura na tela. Os valores dos ganhos e percursos sônicos obtidos constam na Tabela 3: - Transdutor S6WB5WM: Ganho: 78dB Percurso sônico: 147,0mm - Transdutor K4-60: Ganho: 76dB Percurso sônico: 146,5mm 3.3 Trabalhos de campo: Durante a parada geral de manutenção os weldolets julgados mais críticos foram inspecionados de acordo com o procedimento descrito, tendo sido constatada a trinca prevista em um weldolet. O tempo de operação da linha era de 170000h quando foi realizada a inspeção. 4 CONCLUSÕES: a) O ensaio de ultra-som pode ser utilizado para detectar as trincas dos weldolets previstas para ocorrerem nos trabalhos por elementos finitos, desde que sejam observadas as seguintes condições: a 1 ) Utilizar transdutor angular de 60 o, preferencialmente com freqüência de 4MHz ou superior; a 2 )Posicionar o transdutor na linha definida pela intersecção de um plano a 45 o do eixo do tubo e passando pelo vértice da trinca; a 3 )Utilizar ganho de varredura superior a 75dB caso sejam utilizados os transdutores K4-60 da Eddytronic, S6WB5WM da Karl Deutsch ou similares; b) O dimensionamento dessas trincas não pode ser feito. Caso sejam detectadas, pode-se determinar o comprimento aproximado no sentido do eixo do tubo, mas não no sentido da espessura da parede; c) Sempre fazer o ensaio posicionando o transdutor por um lado e após pelo outro para confirmar eventuais trincas detectadas; d) Pesquisar sinais próximos ao da trinca para certificar-se de que o sinal tido como originado pela trinca não seja sinal de reflexões em irregularidades de oxicorte. 5 BIBLIOGRAFIA - Camerini, C.S. Probabilidade de detecção de defeito utilizando curvas de correção de atenuação da atenuação em função da distância II Seminário Nacional de Ensaios Não Destrutivos, SP - 1981.
- Krautkrämer, Ultrasonic Testing of Materials - Third Ediction - 1983. - Norma N-1594 - Petrobrás - Ensaio Não-Destrutivo - Ultra-Som. - Norma N-1768 - Petrobrás - Inspeção de Soldas - Ultra-Som. 6 AGRADECIMENTOS - À Companhia Petroquímica do Sul - COPESUL pela oportunidade de realizar esse trabalho; - Ao CNPQ e à UFRGS pelo incentivo à pesquisa aplicada na Universidade; - Ao Eng. Gabriel Tarnowski, mestrando da UFRGS, pela cooperação nos trabalhos de simulação do feixe sônico; - Ao técnico em ultra-som Jésus de Almeida, da Ultra Teste, pelas sugestões práticas e trabalhos de campo.