Ensaios Não Destrutivos DEFINIÇÃO: Realizados sobre peças semi-acabadas ou acabadas, não prejudicam nem interferem a futura utilização das mesmas (no todo ou em parte). Em outras palavras, seriam aqueles que não deixam vestígios de sua aplicação na peça de ensaio. Os ensaios não-destrutivos permitem a inspeção de uma peça antes de sua utilização inicial ou também inspeções contínuas ao longo da vida útil de uma determinada peça, apontando o momento exato de sua substituição antes mesmo de sua ruptura em serviço. 1
Vantagens: ensaio realizado diretamente nos elementos a serem posteriormente utilizados; podem ser realizados em todos os elementos constituintes de uma estrutura; regiões críticas de uma mesma peça podem ser examinadas simultaneamente; auxiliam a manutenção preventiva; materiais e peças de altos custos de produção não são perdidos; ensaios não-destrutivos, em geral, requerem pouca ou nenhuma preparação de amostras, podem ser portáteis e em geral mais baratos e mais rápidos que os ensaios destrutivos. 2
Desvantagens: por envolverem avaliações indiretas de suas características, o comportamento em serviço da peça ensaiada pode não ser satisfatoriamente caracterizado; são em geral qualitativos e poucas vezes quantitativos; na interpretação das indicações dos ensaios são necessárias experiências prévias. 3
Destacam-se : - Visual; - Pressão e vazamento; - Radiografia com raios - X; - Radiografia com raios - γ; -Ultra-som; - Partículas Magnéticas; - Líquidos penetrantes; - Elétricos; - Eletro-magnéticos; e - Térmicos. 4
Dentre os principais fatores para especificação do ensaio, podem ser citados: Tipo de material: características magnéticas, de massa específica (densidade), de composição; Processos de fabricação: fundição, forjamento, processo de revestimento, etc.; Geometria da peça: forma, dimensões, condições superficiais; Defeitos: superficiais, sub-superficiais, internos, localização e tamanho dos defeitos; Estágios em que aparece o defeito: elaboração da matéria prima, na fabricação e utilização. 5
Custos: número de peças que serão inspecionadas; tamanho e o peso das mesmas; facilidades de manejo das peças no recinto da fábrica; sistemas de inspeção adotados (manuais ou mecânicos); sensibilidade do ensaio; percentagem de peças defeituosas "encontradas" pela aplicação do ensaio; grau de instrução dos operadores e inspetores. 6
Raios-X Detecção da presença de descontinuidades na massa do material, como inclusões, bolhas, mudanças de massa específica (densidade), microtrincas, etc. Na indústria, três propósitos: investigação, inspeção de rotina e controle da qualidade. Propriedades dos raios-x: capacidade de penetração nos materiais; diferença na absorção da energia. Para diferentes materiais; propagação das ondas em linha reta; capacidade de afetar um filme radiográfico; capacidade de ionizar gases, capacidade de estimular ou destruir vida nos materiais; é invisível, etc. Comprimentos de onda: 0,01 a 1,0 Angstrom. 7
Raios-X Princípio de Funcionamento: Menor comprimento de onda (λ)> penetração; Capacidade de sensibilizar um filme fotográfico de emulsão; Intensidade de emissão: I = I 0. e -µ.x I 0 = intensidade inicial do Raio-X; x = espessura do material absorvente; µ = coeficiente de absorção linear; I = intensidade emergente da radiação de raios-x; Filme de absorção do feixe emergente: posições das falhas; Dependendo da espessura do material, os raios podem ser absorvidos pela massa, não o atravessando; Se o material apresentar qualquer descontinuidade (bolhas, impurezas, vazios, diferentes composições química), o feixe emergente apresentará intensidade variável. 8
Raios-X Princípio de Funcionamento: 9
Raios-X Aplicações: Os raios-x são mais usados em radiografias na área aeronáutica, porém em alguns casos, a utilização dos raios gama é necessária. 10
Raios-X Aplicações: - Aplicada na inspeção de fundidos, soldas e componentes montados em sistemas ou conjuntos; - Aplicada em vários metais: ferrosos e não ferrosos e materiais não metálicos, tais como cerâmicas e plásticos. 11
Raios γ Radiações eletromagnéticas, idênticas ao raios-x, com comprimento de onda: 0,01-0,005 A; Lei de decaimento exponencial: N = N 0. e -λ.t N 0 = número de átomos iniciais; λ = constante de decaimento radioativo; e N = número de átomos existentes na amostra após o tempo (t). Meia-Vida: tempo necessário para que o número de átomos de um material radioativo se reduza à metade. 12
Vantagens do ensaio de raios γ em relação ao raios-x são: 1) o equipamento de raios gama, constituído pelo isótopo, envólucro protetor deste isótopo e alguns suportes, é relativamente pequeno, sendo de fácil transporte; 2) devido ao menor comprimento de onda dos raios gama, a penetração é maior, permitindo o ensaio de objetos de espessuras maiores; 3) o custo do equipamento é relativamente baixo; 4) o funcionamento do equipamento independe do suprimento de energia elétrica e de refrigeração; 5) esse ensaio permite maiores variações de espessura do objeto, sem perda de qualidade da imagem. Desvantagens do ensaio de raios γ em relação ao raios-x são: 1) os isótopos geralmente emitem raios de menor intensidade, exigindo maior tempo de exposição; 2) algumas fontes radioativas têm meia-vida relativamente curta, requerendo freqüente substituição; 3) devido à constante emissão de radiação na utilização de isótopos radioativos, faz-se necessária proteção especial para o pessoal de operação. 13
Ultra-som A percussão de uma peça metálica por meio de um martelo e a observação do som gerado pela peça são técnicas utilizadas por inspetores de qualidade, com o objetivo de identificar possíveis falhas na peça. A evolução da tecnologia trouxe a técnica da utilização das ondas ou impulsos ultra-sônicos como mais um método de ensaio não-destrutivo para detecção de defeitos superficiais ou internos. Vibrações mecânicas de freqüência muito superior a audível são vibrações ultra-sônicas. AUDIOMETRIA INFRA SOM 250 SOM 6.00 0 ULTRA- SOM 20 20.000 Hz 14
Ultra-som Princípio de Funcionamento: 15
Dois métodos: l o ) método de transparência, utilizando-se de vibrações constantes ultra-sônicas; 2 o ) método de reflexão, utilizando-se de pulsos ultra-sônicos. A escolha de um ou outro método depende do formato da peça e da natureza do tipo de defeito a ser detectado As aplicações recomendáveis para cada método: - para o método de penetração: chapas e placas de metal, barras e perfis metálicos (através da seção transversal), peças pequenas, na localização da área do defeito, na determinação do tamanho do defeito, em ensaios contínuos e automatizados; -para o método de reflexão: barras e perfis metálicos (através do eixo longitudinal), peças grandes forjadas ou fundidas 16
Tanto em um método como no outro, quanto maior a freqüência de vibração, menor é o tamanho do defeito possível de ser detectado (o menor tamanho detectável é aproximadamente um terço do comprimento de onda); por outro lado, quanto maior a freqüência, maior a absorção do sinal, principalmente para materiais mais elásticos, como borracha. Para aços, as freqüências atingem até 10 MHz, enquanto para borracha é indicada freqüência de 100 khz. No primeiro caso, é possível detectar falhas de até 1 µm e, no segundo, só maiores de 5 mm. 17
A velocidade de propagação também está diretamente relacionada ao comprimento de onda e da freqüência da onda propagada, sendo definida como: V = λ. f V = velocidade da onda [m/s]; λ = comprimento de onda [m]; e f = freqüência da onda [Hz]. λ λ Direção de Propagação A granulometria também consiste em um fator a ser analisado; principalmente na determinação da escolha da freqüência de trabalho utilizada no ensaio de ultra-som. freqüências utilizadas industrialmente são: 0,5; 1,0; 2,0; 4,0; 5,0 e 6,0 MHz. 0,5 a 1,0 MHz para os fundidos; 2 MHz para os forjados; 4 MHz para os laminados de ferro; 6 MHz para o alumínio trefilado. 18
Transdutores Piezoelétricos O cristal é o gerador de ondas sônicas no material Energia elétrica Vibração mecânica Ângulos mais comuns: 35, 45, 60, 70 e 80 (± 2 ) 19
Partículas Magnéticas Princípio de Funcionamento: Condutor Limalha de Ferro Papelão + - 20
Partículas Magnéticas: 21
Partículas Magnéticas Aplicações: Este ensaio é utilizado para detectar descontinuidades superficiais e subsuperficiais em materiais ferromagnéticos fundidos, forjados, soldados, laminados, extrudados, trefilados, usinados e etc. 22
Partículas Magnéticas Aplicações: 23
Líquidos Penetrantes: O objetivo do Ensaios por Líquido Penetrante é assegurar a confiabilidade do produto, por meio de: a) Obtenção de uma imagem visual, que revela a descontinuidade na superfície da peça (mancha); b) Revelação da natureza da descontinuidade sem danificar a peça; c) Separação das peças aceitáveis das não aceitáveis segundo o critério estipulado. 24
Líquidos Penetrantes Princípio de Funcionamento (Capilaridade): 25
Líquidos Penetrantes Aplicações: Pode ser aplicado em grande variedade de produtos metálicos e não metálicos, ferrosos e não ferrosos, sejam forjados, fundidos, cerâmicos de alta densidade e polímeros. Durante o processo de fabricação, ao final deste ou durante a manutenção, aqui para detectar as o surgimento das descontinuidades em serviço. 26