NOVA TÉCNICA DE ENSAIOS POR CORRENTES PARASITAS DE TUBOS COM COSTURA DURANTE O PROCESSO DE FABRICAÇÃO Autor: Alejandro Spoerer Empresa: Polimeter Comércio e Representações Ltda. Palavras-chaves: ensaio não destrutivo, correntes parasitas, tubos com costura, ensaios durante a fabricação. III CONFERÊNCIA PAN-AMERICANA DE ENSAIOS NÃO DESTRUTIVOS PAN NDT Rio de Janeiro, Junho de 2003. 02 a 06 de Junho de 2003 / June 2 to 6 2003 Rio de Janeiro - RJ - Brasil
Sinopse Descrição de uma nova técnica de ensaios por correntes parasitas de tubos com costura durante o processo de fabricação, a qual utiliza três monitores tipo setorial, com ajuste independente de amplitude: o primeiro para defeitos que nascem na parede externa do tubo, o segundo para defeitos tipo furo passante e o terceiro para defeitos que nascem na parede interna do tubo. Conclui-se que a aplicação desta técnica é bem superior à técnica tradicional que utiliza apenas um monitor circular, já que evita a rejeição de tubos que poderiam ser aprovados e a aprovação de tubos que deveriam ser reprovados. Adicionalmente, conclui-se que a técnica possibilita a contagem separada de defeitos superficiais, de defeitos tipo furo passante e de defeitos internos, isto é, que nascem na parede interna, informação que é de extrema importância para o próprio processo de fabricação de tubos com costura. 1. Introdução O ensaio de tubos com costura durante o processo de fabricação é uma das grandes aplicações do método de ensaios por correntes parasitas. O método é utilizado com vantagens tanto em sistemas on-line, na própria linha de solda, antes do corte dos tubos e em conjunto com bobinas envolventes ou segmentadas, como em sistemas fora de linha, em tubos cortados e em conjunto com bobinas envolventes. Os objetivos do ensaio são basicamente garantir a qualidade dos tubos com o menor custo possível e fornecer informações sobre os defeitos detectados para corrigir o processo de fabricação. Adicionalmente, muitos fabricantes de tubos substituem o demorado ensaio de pressão hidrostática pelo rápido ensaio por correntes parasitas, diminuindo assim os seus custos e aumentando a produtividade e a margem de lucros. Entretanto, da forma com o ensaio por correntes parasitas é tradicionalmente executado por muitos fabricantes de tubos, os objetivos anteriores muitas vezes não são cumpridos, já que se aprovam tubos que deveriam ser reprovados, se rejeitam tubos que não deveriam ser rejeitados e não se fornecem informações úteis sobre o tipo e quantidade de defeitos detectados para corrigir o processo de fabricação. 2. Descrição da técnica tradicional Tanto em sistemas incorporados na própria linha de soldas (antes do corte) como em sistemas fora da linha (tubos cortados), o ajuste do equipamento de ensaios por correntes parasitas é na maioria das vezes feito com base num furo passante com um diâmetro de acordo com a norma de ensaio respectiva e com a utilização de um monitor tipo circular. Isto é, a sensibilidade (ganho) é ajustada de forma que o sinal correspondente ao furo passante ultrapasse o circulo do monitor na tela do aparelho. Desta maneira, se durante o ensaio o sinal de uma certa descontinuidade ultrapassa o círculo do monitor na tela do aparelho o tubo é considerado reprovado e em caso negativo, o tubo é aprovado. Entretanto, a amplitude do sinal de uma certa descontinuidade depende da densidade das correntes parasitas na profundidade onde ela se encontra. Considerando que nos ensaios por correntes parasitas efetuados durante o processo de fabricação de tubos, a bobina de teste (envolvente ou segmentada) é sempre disposta por fora do tubo, a densidade das correntes parasitas será sempre maior na parede externa do que na parede interna. Isto significa que a amplitude de um sinal proveniente de uma certa descontinuidade localizada na parede externa do tubo será sempre maior do que a amplitude do sinal da mesma descontinuidade localizada na parede interna. A figura 1 mostra os sinais provenientes de três tipos de descontinuidades na tela de um aparelho computadorizado de ensaios por correntes parasitas, o qual foi ajustado da forma tradicional, isto é, ajustando a sensibilidade (ganho) do aparelho de forma que a amplitude do sinal de um furo passante (de 0,8 mm de diâmetro neste caso) ultrapasse o limiar do monitor circular. O tubo ensaiado é um aço inox austenítico 304, de 12,7 mm de diâmetro externo e 1,0 mm de espessura de parede. A freqüência de teste, calculada de acordo com o tipo de material e espessura da parede do tubo, assim como com a densidade desejada das correntes parasitas na parede interna e do ângulo de separação desejado entre os sinais provenientes de descontinuidades localizadas nas paredes externa e interna do tubo, era de 122 KHz.
Figura 1: Técnica tradicional de ensaios em tubos As três descontinuidades mostradas na figura 1 são conforme segue: Amassado leve na parede externa Furo passante de 0,8 mm de diâmetro (utilizado para ajustar a sensibilidade do aparelho) Penetração incompleta na raiz da solda, com profundidade de até 20% a partir da parede interna, isto é, um defeito linear que se origina na parede interna do tubo. Pode-se apreciar que o aparelho de ensaios por correntes parasitas, quando ajustado da forma tradicional, irá rejeitar o amassado e aprovar a penetração incompleta na raiz da solda, o que seria absolutamente inaceitável para um fabricante de tubos com costura. É interessante destacar que apesar de que a sensibilidade utilizada no ajuste do aparelho para detectar as descontinuidades mostradas na tela da figura 1 era bastante elevada já que o furo passante tinha um diâmetro de apenas 0,8 mm), o defeito interno não foi detectado pelo monitor circular. A situação teria sido pior ainda se o aparelho tivesse sido ajustado com um furo passante de 1,60 mm de diâmetro conforme especificado na Norma Brasileira NBR-5580, de março/2002, a qual é sem dúvida nenhuma a norma mais benevolente de todas as normas relativas ao ensaio de tubos.
3. Descrição da nova técnica Figura 2: Nova técnica de ensaios em tubos A figura 2 mostra graficamente a nova técnica de ensaios por correntes parasitas em tubos com costura durante o processo de fabricação conforme segue: Utilização de três monitores do tipo setorial, com ajuste independente do limiar (ou altura) e do ângulo de monitorização. O monitor da esquerda, controla as descontinuidades superficiais, isto é, aquelas que nascem na parede externa do tubo, tais como amassados, riscos, trincas, etc., assim como sinais que representam ruídos e vibrações do tubo durante o transporte. Sugere-se que no caso de sistemas on-line (instalados na própria linha de solda) a amplitude deste monitor seja ajustada no mesmo nível que a amplitude do monitor central que controla defeitos tipo furos passantes ou acima deste monitor no caso de sistemas fora da linha quando houver muito ruído provocado por vibrações do tubo ou ainda a presença excessiva de amassados leves que poderiam rejeitar desnecessariamente um número excessivo de tubos. O monitor central controla os defeitos tipo furo passante e a sua amplitude deve ser ajustada de forma que o sinal correspondente ao furo passante requerido pela norma específica de ensaio ultrapasse este limiar. O ângulo do setor de monitorização deve ser ajustado de forma que o limiar esquerdo fique entre os sinais da vibração do tubo (ou de um amassado) e do furo passante. O limiar direito do setor de monitorização deve ficar no mesmo ângulo do lado esquerdo, conforme se ilustra na figura 2. O monitor da direita controla os defeitos internos, isto é, aqueles que nascem na parede interna do tubo, tais como penetração incompleta da solda. Sugere-se que a amplitude deste monitor seja ajustado entre 50% e 75% da amplitude do monitor central e de forma que o ruído normal dos tubos e da linha não chegue a ultrapassar esta amplitude. Pode-se verificar de que apesar de que a amplitude do sinal correspondente ao defeito interno é de aproximadamente 40% do que a amplitude correspondente ao furo passante de 0,8 mm de diâmetro, ele foi detectado pelo monitor da direita, com o que o tubo será reprovado.
Apesar de que neste caso específico o sinal correspondente ao amassado ultrapassou a amplitude do monitor da esquerda, ela podería ser aumentada de forma que o sinal do amassado ficasse abaixo da amplitude do monitor e com isto o tubo seria aprovado. Pode-se verificar que no lado direito da figura 2 os contadores de defeitos mostram que o tubo foi reprovado por causa de três defeitos: um superficial, um furo passante e um interno. Isto é, com a utilização desta técnica pode-se contar e identificar o tipo de defeito detectado de forma a eventualmente corrigir o processo de fabricação. 4. Conclusões 4.1 Aumento da confiabilidade do ensaio ao se garantir melhor a detecção de defeitos internos,isto é, aqueles defeitos que nascem na parede interna do tubo. 4.2 Aumento da margem de lucros do fabricante de tubos com costura ao se diminuir a quantidade de tubos reprovados que poderiam ser considerados aprovados. 4.3 A técnica fornece informações sobre o número e tipo de defeitos detectados (defeitos superficiais, do tipo furo passante e internos) o que possibilita tomar ações corretivas durante o processo de fabricação. 4.4 Para se obter uma separação angular adequada entre os defeitos superficiais e internos, o ideal é que o aparelho de ensaios por correntes parasitas possibilite um ajuste contínuo de freqüências. 5. Recomendação Recomenda-se alterar o item 5.4.2 da Norma Brasileira NBR-5580 de março/2002, a qual a modo de exemplo exige que o ajuste do aparelho de ensaios por correntes parasitas seja feito com um furo passante de 3,2 mm de diâmetro para um tubo de aço carbono de 2 (50,8 mm ) de diâmetro externo. De acordo com a experiência do autor deste trabalho não existe nenhuma norma internacional que permita mais do que um furo passante de 1,6 mm de diâmetro para um tubo de aço carbono de 2 de diâmetro externo. A norma em questão se refere a tubos de aço carbono para usos comuns na condução de fluídos (água, gás, vapor e outros fluídos não corrosivos) e permite que o ensaio por correntes parasitas substitua o ensaio de pressão hidrostática.
NEW TECHNIQUE FOR EDDY-CURRENT TESTING OF WELDED TUBES DURING MANUFACTURING Abstract Description of a new test technique for Eddy Current Testing of welded tubes during manufacturing, which uses three sector gates with independent adjustment of both threshold amplitude and sector angles. The first gate is used for outside diameter defects, the second one for through-hole type defects and the third one for internal diameter defects. It is shown that the new technique (differently to the traditional technique that uses only one circular gate) avoids the rejection of tubes that can be considered approved and avoids the approval of tubes that should be rejected. Additionally, the technique allows the separate and independent count of surface defects, through-hole type defects and internal defects, information which can be feeded back to correct the manufacturing process. Key words: non-destructive testing, eddy-current testing, welded tube testing, testing during manufacturing.