Ensaios por Partículas Magnéticas - Aula 5

Ensaios Não Destrutivos Profa Fernanda Sírio Lima Assis Aula 5 Ensaios por partículas magnéticas Generalidades O ensaio por partículas magnéticas é utilizado na localização de descontinuidades superficiais e subsuperficiais em materiais ferromagnéticos Pode ser aplicado tanto em peças acabadas e semiacabadas e durante as etapas de fabricação Generalidades O processo consiste em submeter a peça ou parte desta a um campo magnético Na região magnetizada da peça as descontinuidades existentes ou seja a falta de continuidade das propriedades magnéticas do material irão causar um campo de fuga do fluxo magnético Generalidades Com a aplicação das partículas ferromagnéticas ocorrerá a aglomeração destas nos campos de fuga uma vez que serão atraídas por eles devido ao surgimento de pólos magnéticos A aglomeração indicará o contorno do campo de fuga fornecendo a visualização do formato e da extensão da extensão da descontinuidade Vantagens Capaz de detectar descontinuidades superficiais e subsuperficiais Sua realização é relativamente simples e rápida A preparação das peças para o ensaio é simples não havendo necessidade das possíveis descontinuidades estarem necessariamente abertas à superfície como no ensaio com líquidos penetrantes O tamanho e a forma da peça inspecionada tem pouca ou nenhuma influência no resultado Desvantagens Aplicável apenas aos materiais ferromagnéticos ou seja principalmente os açoscarbono estruturais de baixa e média liga ferros fundidos e ligas à base de cobalto A forma e a orientação das descontinuidades em relação ao campo magnético interferem fortemente no resultado do ensaio sendo necessário em muitos casos a realização de mais de um ensaio na mesma peça Desvantagens Muitas vezes é necessária a desmagnetização da peça após a inspeção Em geral são necessárias correntes elétricas elevadas que podem causar o aquecimento indesejado das partes examinadas Magnetismo Introdução Todos nós conhecemos os ímãs e dizemos que um material ferromagnético nas proximidades de um imã é atraído por este O magnetismo é um fenômeno de atração ou repulsão que existe entre esses materiais Os ímãs podem ser naturais conhecidos como pedrasímãs e os artificiais fabricados a partir de aços com propriedades magnéticas específicas para esse fim A palavra magnetismo vem de Magnésia na Turquia onde séculos atrás observouse o minério magnetita que é um ímã natural Pólos Magnéticos Se dispusermos de duas barras imantadas e colocarmos uma próxima da outra deixando uma fixa e a outra livre verificaremos que ocorrerá uma força de atração entre as barras de modo a fazer com que se unam No entanto se separarmos as barras e girarmos a barra móvel de 180 e novamente aproximarmos verificaremos que ao invés de ocorrer a atração ocorrerá a força de repulsão o que nos leva a concluir que temos duas espécies de pólos Pólos Magnéticos Campo magnético A presença de um ímã numa região do espaço modifica este espaço e dizse que ele está sob a ação de um campo magnético O campo magnético pode ser visualizado quando limalhas de um material ferromagnético são pulverizadas nesta região por exemplo sobre uma folha de papel colocada sobre um imã Campo magnético Podese observar que em uma barra imantada suas características magnéticas não são iguais ao longo de toda sua extensão ocorrendo uma concentração da ação de atração magnética em suas extremidades regiões denominadas pólos magnéticos Campo Magnético As partículas de limalha se comportam como minúsculos imãs e se alinham na direção do campo magnético formando o que é chamado de linhas de indução ou linhas de fluxo As linhas de indução são sempre contínuas e mostram claramente a formação do campo magnético Unidades e Grandezas utilizadas no Magnetismo A produção de campos magnéticos não se prende somente à presença de imãs Em 1820 o físico Hans Christian Oersted descobriu que a passagem de corrente elétrica por um fio condutor também produzia um campo magnético com a forma circular ao redor do condutor com intensidade proporcional ao valor da corrente elétrica aplicada Campo magnético O magnetismo gerado no interior e superfície do material poderá ser diferente do campo induzido Este campo induzido no material simbolizamos por B e chamamos de campo magnético induzido A força magnetizante H pode ser medida em Ampéresmetro Am no SI A razão entre B e H defini uma característica do material magnetizado ao que denominamos de permeabilidade magnética do meio Permeabilidade Magnética A permeabilidade magnética de um material é a relação entre a condutividade magnética do material e a condutividade magnética do ar ou ainda a relação entre o magnetismo adquirido pelo material B pela presença de um magnetismo externo e a força de magnetização externa H É importante salientar que a permeabilidade magnética de um material não é constante e depende da força externa de magnetização Permeabilidade Magnética Facilidade com que um certo material é magnetizado Cada material possui um valor de permeabilidade magnética r x o Os materiais se dividem em ferromagnéticos r 1 ferro níquel cobalto e suas ligas paramagnéticos r ligeiramente superior a 1 cromo aços inoxidáveis austeníticos alumínio magnésio etc diamagnéticos r ligeiramente inferior a 1 cobre chumbo prata ouro água mercúrio etc μ 1 ferromagnético μ 1 paramagnético μ 1 diamagnético Intensidade do Campo Magnético em Função de alguns materiais magnéticos Propriedades Magnéticas Permeabilidade facilidade com a qual um fluxo magnético é estabelecido Relutância é resistência de um material ao estabelecimento de um fluxo magnético Retentividade propriedade de manter em um maior ou menor grau uma certa quantidade de magnetismo residual Campo de Fuga O desvio das linhas de força dá origem a novos pólos provocando a dispersão das linhas de fluxo magnético que dão origem ao Campo de Fuga Campo de Fuga No ensaio por partículas magnéticas ao aplicarmos um pó ferromagnético constituído de partículas finamente divididas no local onde surgir um campo de fuga devido à formação de um dipolo magnético ocorrerá o agrupamento das partículas ou seja elas se acumularão em todo contorno de um campo de fuga Desta forma poderíamos dizer que o ensaio por partículas magnéticas é um detector de campos de fuga que são evidenciados pela presença de acúmulos de partículas Campo de Fuga Verificamos na prática que para ocorrer um campo de fuga adequado na região das descontinuidades a intensidade de campo deve atingir valores adequados e as linhas de força devem ser o mais perpendicular possível ao plano da descontinuidade caso contrário não será possível o acúmulo das partículas de forma nítida Campo de Fuga Outro aspecto interessante que podemos observar é que o campo de fuga somente ocorre quando existe uma diferença na continuidade das características magnéticas do material inspecionado Assim todas as descontinuidades a serem detectadas trincas escórias falta de fusão porosidade inclusões etc possuem características magnéticas bem diferentes do metal base o que atribui ao ensaio grande sensibilidade de detecção Campo de Fuga Outro aspecto também observado é a não existência de um tamanho mínimo da descontinuidade para que ocorra o campo de fuga o que faz com que o método de ensaio por partículas magnéticas seja mais eficiente que os métodos superficiais até mesmo que o ensaio por líquidos penetrantes para materiais ferromagnéticos Seção de uma peça fundida contendo uma indicação de trinca transversal superficial detectada por partículas magnéticas Técnicas de Magnetização Técnicas de Magnetização Método de Magnetização Longitudinal É assim denominado o método de magnetização que produz um campo magnético longitudinal da peça e fechando o circuito através do ar Recomendados para a detecção de descontinuidades transversais na peça A magnetização longitudinal é obtida por indução de campo por bobinas ou eletroímãs a peça é colocada no interior da bobina Método para magnetização longitudinal por bobina indutora Método de magnetização circular Neste método que pode ser tanto por indução quanto por passagem de corrente elétrica através da peça as linhas de força que formam o campo magnético circulam através da peça em circuito fechado não fazendo uma ponte através do ar É usada para a detecção de descontinuidades longitudinais Método de Magnetização Multidirecional Também conhecida como combinada ou vetorial é um método em que simultaneamente são aplicados na peça dois ou mais campos magnéticos Um campo é aplicado pelo método longitudinal e o outro pelo método circular ou ainda campos circulares em várias direções Método de Magnetização Multidirecional É portanto a combinação de duas técnicas que produzem um vetor rotativo que permite observar de uma só vez as descontinuida des com diversas orientações Algumas normas recomendam o uso de corrente trifásica retificada de onda completa para magnetização nesta técnica Método de Magnetização Multidirecional As vantagens dessa técnica são Na inspeção de componentes seriados onde se reduz substancialmente o tempo de inspeção Economia de partículas magnéticas Cada peça ou componente é manuseado apenas uma vez Método de Magnetização Multidirecional Menor possibilidade de erros por parte do inspetor uma vez que observase ao mesmo tempo tanto as descontinuidades longitudinais quanto as transversais Rapidez no ensaio por partículas magnéticas Grande produtividade Máquina para ensaio por partículas magnéticas de uma peça fundida usando a técnica multidirecional Observe os grampos dos terminais de contato elétrico Escolha da Técnica de Magnetização O processo de magnetização só é obtido através de indução de campo magnético ou por indução de corrente elétrica Indução de campo quando o campo magnético gerado na peça é induzido externamente Magnetização por passagem de corrente a peça em inspeção faz parte do circuito elétrico do equipamento de magnetização Escolha da Técnica de Magnetização Por esta razão que recomendase bastante cuidado na utilização da técnica de magnetização por passagem de corrente pois poderá ocorrer a abertura de um arco elétrico nos pontos de entrada e saída de corrente queimando a peça nesta região Correntes De Magnetização Corrente contínua Corrente alternada Corrente contínua Corrente alternada Correntes De Magnetização Corrente alternada O efeito desses dois tipos de corrente é praticamente o mesmo já que no caso da retificada trifásica a média é sempre positiva Correntes De Magnetização Corrente alternada gera um campo vibrante e as linhas de força concentramse na superfície do material efeito Skin sendo recomendada para a detecção de descontinuidades superficiais Corrente Retificada gera um campo pulsante tem mais penetração do que a corrente alternada sendo mais sensível para detecção de descontinuidades subsuperficiais Corrente retificada de onda completa gera um campo com boa penetração indicado para descontinuidades subsuperficiais Correntes De Magnetização Campos Magnéticos Campo magnético circular contato direto condutor central eletrodos campo magnético longitudinal Yoke bobina multidirecional Contato Direto limitação de 300 até 800 Ampéres pol de diâmetro externo quando a geometria for redonda Contato Direto Indicação de trinca detectado pela técnica do condutor central Observe a linha circular formada na superfície do anel pelo acúmulo do pó magnético Yoke Características do Yoke eletromagnético Eletrodos Bobina Conjunto da Bobina e sistema de spray de água contendo pó magnético Para peças onde a razão LD onde L é o comprimento da peça sendo no máximo 18 polegadas e D o seu diâmetro for maior ou igual a 4 a intensidade do campo pode ser calculada através da fórmula Amperévolta 35000 LD 2 10 fonte ASME SecV Art7 Resumo dos Métodos e Técnicas de Magnetização Desmagnetização Razões para desmagnetização Interferência nos processos de Usinagem Uma peça com magnetismo residual poderá interferir nos processos futuros de usinagem pois o magnetismo da peça induzirá a magnetização das ferramentas de corte afetando o acabamento da peça A retenção de limalha e partículas contribuirá para a perda do fio de corte da ferramenta Resultado da Inspeção por partículas via seca à esquerda e por partículas fluorescentes à direita Desmagnetização Interferência nos processos de Soldagem A interferência em operação de soldagem se faz sentir com a deflexão do arco elétrico desviandoo da região de soldagem interferência conhecida como sopro magnético que prejudicará em muito o rendimento e a qualidade da solda Desmagnetização Interferência com Instrumentos de Medição O mecanismo residual interfere com instrumentos sensíveis de medição ou navegação colocando em risco a operação dos equipamentos uma vez que as leituras obtidas não correspondem à realidade Há registros de acidentes aéreos por interferências de campos magnéticos de trens de pouso nos instrumentos de navegação da aeronave Desmagnetização Quando peças ou equipamentos serão submetidos a tratamento térmico estas não necessitam de serem desmagnetizadas pois a temperatura elevada será capaz de remover o magnetismo residual Esta temperatura é denominada ponto Curie Desmagnetização A desmagnetização é dispensável quando a Os materiais possuem baixa retentividade b As peças forem submetidas a tratamento térmico As peças de aço que estiverem magnetizadas ao atingir a temperatura de 750 C chamado ponte Curie perdem a magnetização c As peças forem novamente magnetizadas Desmagnetização Técnicas de Desmagnetização São várias as técnicas de desmagnetização sendo que todas são baseadas no princípio de que submetendo a peça a um campo magnético que é continuamente invertido e gradualmente reduzindo a zero após um determinado período e um número de ciclos a peça será desmagnetizada Isto pode ser obtido fazendo a peça passar pelo interior de bobinas percorridas por corrente alternada Métodos de ensaios e tipos de partículas As partículas magnéticas podem ser fornecidas na forma de pó em pasta ou dispersas em líquido Em todos os casos as partículas se constituem de um pó ferromagnético de dimensões forma densidades e cor adequados ao exame Métodos de ensaios e tipos de partículas Via Seca Partículas secas Uso de aplicadores manuais ou bombas aspersoras Devem ser guardadas em lugares secos e ventilados para não se aglomerarem Importante que sejam de granulometria adequada para serem aplicadas uniformemen te sobre a região a ser inspecionada Métodos de ensaios e tipos de partículas Via Seca Comparando com o método por via úmida as partículas por via seca são mais sensíveis na de tecção de descontinuidades próximas a superfí cie mas não são mais sensíveis para pequenas descontinuidades superficiais Métodos de ensaios e tipos de partículas Via Úmida Partículas dispersas em líquido Líquido pode ser a água querosene ou óleo leve No método por via úmida as partículas possuem granulometria muito fina sendo possível detectar descontinuidades muito pequenas como trincas de fadiga As partículas que estão em dispersão mesmo na presença do campo magnético tem maior mobilidade do que na via seca e podem percorrer maiores distâncias Métodos de ensaios e tipos de partículas Via Úmida Os aplicadores por via úmida são na forma de chuveiros de baixa pressão no caso de máquinas estacionárias ou manuais tipo borrifadores que produzem uma névoa sobre a região em exame A escolha do aplicador tipo borrifo tem finalidades econômicas e de execução do ensaio visto que a quantidade aplicada é menor Métodos de ensaios e tipos de partículas via úmido Escolha dos tipos de partículas Código ASME Sec V Art7 estabelece que partículas via seca podem ser utilizadas em superfícies com temperatura até 315C 600F e ainda que partículas via úmida podem ser utilizadas em superfícies com temperatura até 572C 135F Escolha dos tipos de partículas No mercado podemos encontrar partículas a serem aplicadas por via seca nas cores branca cinza amarela vermelha e preta conhecidas como partículas para observação sob luz natural ou branca Sob as condições de luz ultravioleta ou luz negra as partículas por via seca ou úmida são fluorescentes As partículas fluorescentes podem de acordo com o fabricante apresentaremse nas cores amarelo esverdeado ou alaranjado Procedimento para ensaio A Técnica de magnetização B Tipo ou amperagem de corrente elétrica para magnetização C Preparação da superfície D Tipo de partículas magnéticas usadas E Método de aplicação das partículas F Método de remoção do excesso de partículas da superfície G Intensidade mínima de iluminação Procedimento para ensaio H Espessura de revestimentos se não removidos I Demonstração do procedimento se aplicável J Temperatura da superfície K Forma e tamanho das peças a serem inspecionadas L Equipamentos M Técnica de desmagnetização N Limpeza após o ensaio O Requisitos de qualificação de pessoal Interpretação Dos Resultados As indicações relevantes devem ser analisadas de acordo com os critérios de aceitação estabelecidos nos códigos normas ou especificações Normalmente estes critérios são baseados no formato e na dimensão das indicações dimensão do acúmulo Para uma correta avaliação das descontinuidades é necessário que o inspetor tenha conhecimento do histórico da peça ou seja conheça os processos envolvidos na fabricação da peça Interpretação Dos Resultados As descontinuidades podem ser classificadas quanto a sua origem em inerentes geradas na solidificação original do metal quando da obtenção do lingote inclusões porosidades e segregações de processo primário descontinuidades geradas pelos processos primários de fundição forjamento laminação extrusão rechupes porosidade dobras laminações trincas etc de processo de acabamento aquelas descontinuidades produzidas por um processo requerido para completar a fabricação da peça usinagem deposição eletrolítica tratamento térmico soldagem trincas porosidade falta de fusão e etc de serviço descontinuidades geradas normalmente em áreas de concentração de tensão trincas de fadiga Interpretação Dos Resultados Trinca entre dois furos detectada com partículas magnéticas via seca Indicações de trincas sobre a solda detectadas com pó magnético via seca Foto da esquerda mostrando a peça antes da inspeção por partículas e a foto da direita mostrando a trinca originada do furo Indicações de trincas produzidas por partículas magnéticas fluorescentes