Ensaios Nao Destrutivos-Introducao-Fundamentos e Aplicacoes

INTRODUÇÃO AOS ENSAIOS NÃODESTRUTIVOS Profª Drª Danielle Cristina Camilo Magalhães Departamento de Engenharia de Materiais Universidade Federal de São Carlos 2º semestre de 2023 Introdução e relevância dos ENDs Comparativo com ensaios destrutivos Tipos de descontinuidades e defeitos Principais ENDs fundamentos e aplicações Conteúdo da Aula Bibliografia Apostilasebooks da ABENDI httpswww1abendiorgbrbiblioteca Introdução Ensaios nãodestrutivos ENDs Princípio fundamental inspecionar sem destruir Ferramenta indispensável na indústria moderna Avaliação da qualidade e detecção de variações na estrutura Detecção de pequenas falhas superficiais Presença de trincas e outras interrupções físicas Medidas de espessura de materiais e revestimentos Introdução Os ENDs são realizados em peças acabadas ou semi acabadas de forma a não interferir ou prejudicar o seu uso futuro ou processamento posterior Podem ser usados para determinação de propriedades dos materiais e detecção de descontinuidades As descontinuidades são interrupções na estrutura normal de um material em nível macroscópico ou microscópico que podem ser detectadas por ENDs Os ENDs raramente medem diretamente uma propriedade Este valor é obtido indiretamente pela correlação com a grandeza medida no ensaio Introdução Principais razões para uso dos ENDs Garantir a qualidade dos produtos Prevenir acidentes e paralisação de serviços Aumento da produtividadelucratividade dos fabricantes Fonte da imagem Shutterstock Introdução Uso dos ENDs durante a fabricação para controle do processo produtivo Exemplos Inspeção de lingotes antes do forjamento Operações de tratamentos térmicos Fonte da imagem httpswwwacosportecombrbarrasacoforjado Introdução Tipos de ENDs Em geral os meios de inspeção envolvem Movimento da matéria estado sólido líquido ou gasoso Transmissão de energia eletromagnética vibração mecânica Combinação de movimento de matéria e transmissão de energia Introdução Propriedades medidas em ENDs As propriedades ou características típicas medidas em ENDs são Propriedades geométricas tamanho forma espessura e descontinuidades de trincas porosidades delaminação Propriedades mecânicas dureza constantes elásticas Propriedades estruturais e composição tamanho de grão inclusões segregação teor de elementos de liga Introdução Propriedades medidas em ENDs As propriedades ou características típicas medidas em ENDs são Propriedades elétricas e magnéticas condutividade elétrica permeabilidade magnética distribuição de correntes parasitas Propriedades térmicas condutividade e expansão térmica Ensaios destrutivos x ENDs Vantagens dos Ensaios Destrutivos Limitações dos Ensaios Não Destrutivos Simulam uma ou mais condições de serviço medindo diretamente uma propriedade de interesse Trazem resultados quantitativos sobre determinada propriedade Há correlação direta entre as medidas durante o ensaio e propriedades investigadas Envolvem medidas indiretas de propriedades sem relação direta com as condições de serviço São testes qualitativos e raramente quantitativos Podem revelar danos ou mecanismos de falha mas não prever cargastensões de falha Os resultados precisam ser interpretados cuidadosamente em geral por pessoas capacitadas Ensaios destrutivos x ENDs Limitações dos Ensaios Destrutivos Vantagens dos Ensaios Não Destrutivos São realizados em corposde prova e não diretamente nas peças que serão utilizadas Os testes podem ser feitos em parte do lote e podem ser pouco úteis quando as propriedades mudam de forma imprevisível de um componente para outro Um único ensaio pode medir apenas uma ou poucas propriedades críticas do material em condições de serviço Não podem ser aplicados em serviço é necessário interromper o equipamento e remover o componente Feitos diretamente nas peças que serão colocadas em serviço grande representatividade Podem ser realizados em todas as peças produzidas Muitas peças podem ser examinadas simultaneamente ou sequencialmente Podem medir ao mesmo tempo diferentes propriedades em serviço e correlacionar com desempenho Muitas vezes não necessita de interrupção de serviço ou desmontagem para ser realizado Tipos de descontinuidades e defeitos a delaminação b costuras c estrias d porosidade tubular Tipos de descontinuidades e defeitos Geração de dobras durante o forjamento Tipos de descontinuidades e defeitos INTERNAL BURST SUBSURFACE EXTERNAL BURST OR CRACK OPEN TO THE SURFACE Burst gerado durante o forjamento Tipos de descontinuidades e defeitos Formação de gotas frias e problemas de contração Vazios e porosidades em fundidos Tipos de descontinuidades e defeitos Rechupes de solidificação Trincas internas no cordão transversal e longitudinal Trincas de tensão residual Porosidade Inclusões de escória Inclusões de tungstênio Falta de penetração Tipos de descontinuidades e defeitos Os tipos de defeitos para os quais se requerem os ensaios nãodestrutivos podem ser classificados em 1 Defeitos inerentes introduzidos durante a produção inicial da matériaprima ou da peça básica 2 Defeitos de processo introduzidos durante a produção inicial do material ou da peça 3 Defeitos de serviço introduzidos durante o ciclo de utilização do material ou da peça Principais ENDs Inspeção visual Ultrassom Partículas magnéticas Radiografia com raios X Radiografia com raios γ Líquidos penetrantes Ensaios de pressão e vazamento estanqueidade ENDs Elétricos ENDs Eletromagnéticos ENDs Térmicos Principais ENDs A seleção de qual ensaio utilizar depende de diferentes fatores por exemplo Tipo de defeito superficiais subsuperficiais internos localização e tamanho do defeito Tipo de material características magnéticas massa específica densidade e composição Geometria da peça forma dimensões condições superficiais Processos de fabricação fundição poros rechupes forjamento microtrincas processo de revestimento falta de adesão ao substrato etc Estágio em que aparece o defeito na elaboração da matériaprima na fabricação ou durante o uso Principais ENDs Variáveis relativas aos custos dos ENDs Grau de instrução dos operadores e inspetores Sistemas de inspeção adotados manuais mecânicos automatizados material de uso e consumo energia consumida Número de peças para inspeção Tamanho e peso das peças para inspeção Facilidade de manejo das peças durante a inspeção Sensibilidade do ensaio Percentual de peças defeituosas determinados na inspeção pelos ENDs Inspeção Visual Costuma ser o primeiro método de END a ser utilizado Avalia as condições superficiais para que outros métodos possam ser utilizados posteriormente Aplicações inspeção de tubos em condensadores de vapor e geradores de vapor inspeção em regiões de difícil acesso em turbinas inspeção para localização de peçascomponentes perdidos em tubulações de usinas termoelétricas e nucleares tubulações de difícil acesso em geral etc A inspeção visual pode ser conduzida com o uso de instrumentos de acesso remoto ou por um inspetor treinado Inspeção Visual Boroscópio instrumento utilizado para a inspeção visual principalmente em componentes de difícil acesso Fonte da imagem httpswwwecoautomacaocombrmarcasboroscopios A inspeção visual também pode ser realizada a olho nu em superfícies de peças Muito comum a aplicação para inspeção dimensional de soldas Inspeção Visual Exame visual direto pode ser realizado quando o acesso é suficiente para que o examinador posicione os olhos até 60 cm da superfície a ser examinada e a um ângulo superior a 30 Podem ser usados gabaritos réguas especiais eou microscópios portáteis para auxiliar no exame visual direto Microscópio óptico portátil Inspeção Visual Exame visual remoto se o exame visual direto não pode ser realizado o ensaio é realizado remotamente Neste caso são utilizados dispositivos como espelhos telescópios boroscópios fibras ópticas câmeras entre outros A resolução destes instrumentos deve ser no mínimo igual à inspeção visual direta Endoscópio para realização de exame visual remoto Ensaio por Ultrassom 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 ultrassônicos como mais um método de ensaio nãodestrutivo para detecção de defeitos internos Vibrações mecânicas de frequência muito superior à audível são vibrações ultrassônicas Ensaio por Ultrassom Durante o seu percurso a onda sonora pode sofrer reflexões em interfaces existentes no material Descontinuidades como poros trincas inclusões delaminação falta de fusão em soldas etc atuam como interfaces para reflexão do som Ensaio por Ultrassom ULTRASONIC TEST UNIT wiNZurf 1996 ANIMATED GIF IMAGE TRANSDUCER STRUCTURE UNDER TEST Ensaio por Ultrassom Ensaio por Ultrassom Técnicas de ensaio por ultrassom O ultrassom é um ensaio bastante utilizado para a avaliação ou a inspeção da qualidade de vários componentes das indústrias aeroespacial automobilística petroquímica química e outras Para os ensaios de materiais por ultrassom são aplicados geralmente dois métodos de ensaio diferentes e que se completam o método de transparência utilizandose vibrações constantes ultrassônicas e o método de pulsoeco utilizando se pulsos ultrassônicos A escolha de um ou de outro método depende do formato da peça e da natureza do tipo de defeito a ser detectado Ensaio por Ultrassom Técnica de pulsoeco ou impulsoeco É a técnica na qual somente um transdutor é responsável por emitir e receber as ondas ultrassônicas que se propagam no material Podem ser verificadas as profundidades das descontinuidades dimensões e localização na peçacomponente Ensaio por Ultrassom Técnica de transparência Nesta técnica são utilizados dois transdutores separados e bem alinhados entre si um emitindo e outro recebendo as ondas ultrassônicas Este tipo de inspeção não permite determinar a posição da descontinuidade sua extensão ou localização na peça sendo apenas qualitativo há defeitos ou não aprova ou reprova a peça etc Ensaio por Ultrassom Técnica pulsoeco Técnica da transparência As aplicações recomendáveis para este método são barras e perfis metálicos através do eixo longitudinal peças grandes forjadas ou fundidas peças pequenas na localização da área do defeito e na determinação da profundidade do defeito As aplicações recomendáveis para este método são 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 A escolha de um ou outro método depende do formato da peça e da natureza do tipo de defeito a ser detectado Ensaio por Ultrassom As frequências geralmente utilizadas estão entre 01 a 25 MHz Tanto em um método como no outro quanto maior a frequência de vibração menor é o tamanho do defeito possível de ser detectado o menor tamanho detectável é aproximadamente 13 do comprimento de onda por outro lado quanto maior a frequência maior a absorção do sinal principalmente para materiais mais elásticos como a borracha Para aços as frequências atingem até 10 MHz enquanto para borracha é indicada frequência de 100 kHz No primeiro caso é possível detectar falhas de até 1 μm e no segundo só maiores de 5 mm Ensaio por ultrassom Vantagens Segurança do equipamento de ensaio Portabilidade do equipamento de ultrassom Baixo custo Inspeção rápida com resultados imediatos Desvantagens e limitações Geralmente não produz um arquivo permanente do resultado Leitura técnica do resultado pode representar uma dificuldade para o operador inexperiente Dificuldade de realizar o teste em seções muito finas Ensaio radiográfico O ensaio radiográfico pode ser realizado utilizando feixe de raios X ou raios γ É um método de END de detecção de descontinuidades de massa do material como inclusões bolhas mudanças de densidade microtrincas etc Ensaio radiográfico A porção do feixe de radiação que atravessa as regiões da peça com maior espessura sofre uma maior absorção assim como aquelas regiões de menor espessura sofrem menor absorção Na imagem radiográfica portanto as regiões mais espessas da peça apresentarão uma tonalidade mais clara do que as regiões menos espessas Poros e inclusões também possuem diferentes absorções podendo ser identificados Ensaio radiográfico raios X Raios X Na indústria esta técnica de END é utilizada com três propósitos investigação inspeção de rotina e controle da qualidade Propriedades dos raiosX capacidade de penetração nos materiais diferença na absorção da energia para diferentes materiais propagação das ondas em linha reta invisibilidade etc Ensaio radiográfico raios X λ penetração da radiação Raios X Capacidade de sensibilizar um filme fotográfico de emulsão A intensidade do feixe emergente varia com a intensidade inicial dos raios X espessura do material absorvente e coeficiente de absorção linear do material Dependendo da espessura do material os raios podem ser absorvidos pela massa não o atravessando Se o material apresentar qualquer descontinuidade bolhas impurezas vazios diferenças na composições química em algum ponto o feixe emergente apresentará intensidade variável Ensaio radiográfico raios X A absorção dos raios X varia conforme o tipo de material coeficiente de absorção linear Ensaio radiográfico raios X A absorção dos raios X varia conforme a espessura Ensaio radiográfico raios X Princípio de funcionamento do ensaio radiográfico Ensaio radiográfico raios X Imagem de raiosX para a indústria aeroespacial de uma junta sobreposta com trincas de fadiga Ensaio radiográfico raios X A radiografia industrial utilizada na detecção de falhas segue o mesmo princípio da radiografia clínica usada nos seres humanos porém com doses de radiação 10 vezes maiores o que exige um nível de segurança elevado Ensaio radiográfico raios X A radiografia industrial utilizada na detecção de falhas segue o mesmo princípio da radiografia clínica usada nos seres humanos porém com doses de radiação 10 vezes maiores o que exige um nível de segurança elevado Ensaio radiográfico raios X Peça Fundida de Alumínio Ensaio radiográfico raios X Indicadores de qualidade de imagem IQI O IQI é um dispositivo cuja imagem na radiografia é usada para determinar o nível de qualidade radiográfica sensibilidade A sensibilidade é definida em função do menor furoarame visível na radiografia É feito de material idêntico ou radiograficamente similar de mesma radiopacidade ao material inspecionado Ensaio radiográfico raios X Indicadores de qualidade de imagem IQI Ensaio radiográfico raios X Fonte Vidisco Ensaio radiográfico raios X Aplicada na inspeção de fundidos soldas e componentes montados em sistemas ou conjuntos Aplicada em vários metais ferrosos e não ferrosos e materiais nãometálicos tais como cerâmicas e polímeros Ensaio radiográfico raios X Vantagens Informações são apresentadas pictoricamente Um registro permanente é fornecido que pode ser visto em tempo e lugar distante do teste Útil para seções finas Sensibilidade declarada em cada filme Apropriado para qualquer material Desvantagens Incapacidade de lidar com seções muito espessas Não é o mais adequado para defeitos na superfície líquido penetrante e partículas magnéticas Não há indicação de profundidade do defeito É necessário direcionar o feixe com precisão para defeitos bidimensionais Requer uso de cabines protetoras para o operador Vários acessórios radiográficos e fotográficos são necessários Ensaio radiográfico raiosγ O método de ensaio radiográfico que utiliza raiosγ também é denominado de gamagrafia industrial Os raiosγ são radiações eletromagnéticas idêntica aos raios X com comprimento de onda de 001 a 0005 Å Os raios gama são produzidos pelo decaimento radioativo de núcleos atômicos e foram descobertos por Paul Villard em 1900 durante seus experimentos sobre a emissão radioativa do elemento químico Rádio Foram batizados de radiação gama por Ernest Rutherford o descobridor das radiações alfa e beta Ensaio radiográfico raiosγ Cabo de Comando Blindagem de Urânio Exaurido Fonte Radioativa Tudo Guia da Fonte flexível colimador Esquema do Equipamento para Gamagrafia Industrial Fonte ABENDI Ensaio radiográfico raiosγ Aparelho para Gamagrafia Fonte ABENDI Ensaio radiográfico raiosγ Características das fontes de raiosγ utilizadas em radiografia industrial γray source Halflife Photon energy MeV Radiation output RHMCia Penetrating power mm in of steel Thulium170 128 days 0054 and 0084b 0003 13 12 Iridium192 74 days 12 rays from 021061 048 75 3 Cesium137 33 years 066 032 75 3 Cobalt60 53 years 117 and 133 13 230 9 Fonte ASM a Parâmetro relacionado com a intensidade da radiação Ensaio radiográfico raiosγ Alta Frequência Amplitude Tempo Raiosγ Amplitude Baixa Frequência Tempo RaiosX Ensaio radiográfico raiosγ Vantagens em relação ao raiosX o equipamento de raios gama constituído pelo isótopo radioativo pelo invólucro protetor deste isótopo e alguns suportes é relativamente pequeno sendo de fácil transporte devido ao menor comprimento de onda dos raios gama a penetração é maior permitindo o ensaio de objetos de espessuras maiores o custo do equipamento é relativamente baixo o funcionamento do equipamento independe do suprimento de energia elétrica e de refrigeração esse ensaio permite maiores variações de espessura do objeto sem perda de qualidade da imagem Ensaio radiográfico raiosγ Desvantagens em relação ao raiosX isótopos geralmente emitem raios de menor intensidade exigindo maior tempo de exposição algumas fontes radioativas têm tempo de meiavida curto requerendo frequente substituição devido à constante emissão de radiação na utilização de isótopos radioativos fazse necessária proteção especial para o pessoal de operação Partículas magnéticas Princípio de Funcionamento imãs elementares Campo magnético Material sem magnetismo Material magnetizado Princípio de Funcionamento Campo de fuga do fluxo magnético ao redor de uma descontinuidade orientada adequadamente atrai as partículas magnéticas Localização de descontinuidades superficiais ou subsuperficiais até 4 mm da superfície em materiais ferromagnéticos Esquema de linhas de força fluindo tanto através de um descontinuidade perpendicular como paralela e o campo de fuga ocorrendo em torno da falha perpendicular Direção da corrente Trinca longitudinal será visualizada Trinca transversal não será visualizada Trinca a 45 será visualizada Campo magnético Campo magnético circular Corrente passando pelo solenoide Solenoide Trinca a 45 será visualizada Trinca longitudinal não será visualizada Trinca transversal será visualizada Campo magnético longitudinal Trinca detectada por magnetização multidirecional Trinca detectada por magnetização circular do eixo Este ensaio é utilizado para detectar descontinuidades superficiais e subsuperficiais em materiais ferromagnéticos fundidos forjados soldados laminados extrudados trefilados usinados etc Partículas magnéticas Bobina Campo Magnético Longitudinal Solda Revestimento Epoxi Micro switch Pernas articuláveis Características do Yoke eletromagnético Partículas magnéticas Trinca entre dois furos detectada com partículas magnéticas via seca Indicações de trincas produzidas por partículas magnéticas fluorescentes Peça antes e após a inspeção por partículas magnéticas Indicações de trincas na solda detectadas com pó magnético via seca Fonte ABENDI Partículas magnéticas Partículas magnéticas Vantagens Encontra descontinuidades tanto superficiais como subsuperficiais 4 mm da superfície Alguns formatos de inspeção são extremamente portátil e de baixo custo Inspeção rápida com resultados imediatos Pode inspecionar peças com formas irregulares engrenagens virabrequins bielas etc Desvantagens e Limitações Só se aplica a materiais ferromagnéticos ex aço ferro fundido etc Pintura com espessura maior do que 130 μm deve ser removida antes de inspeção Limpeza e desmagnetização do material após o ensaio são frequentemente necessárias O alinhamento entre o fluxo magnético e o defeito é importante Líquidos Penetrantes O objetivo do Ensaio por Líquido Penetrante é assegurar a confiabilidade do produto por meio de Obtenção de uma imagem visual que revela a descontinuidade na superfície da peça mancha Revelação da natureza da descontinuidade sem danificar a peça Separação das peças aceitáveis das não aceitáveis segundo o critério estipulado Líquidos Penetrantes Trinca superficial Solda Líquido penetrante Trinca preenchida Revelador Indicação da trinca Líquidos Penetrantes Limpeza da superfície conforme o procedimento Tempo para secagem dos produtos de limpeza Aplicação do penetrante penetração e limpeza do excesso Aplicação do revelador expansão do penetrante avaliação registro e limpeza Líquidos Penetrantes Princípio de Funcionamento Capilaridade Propriedade que os fluidos têm de subir ou descer em tubos extremamente finos Líquidos Penetrantes Tempos mínimos de penetração e revelação recomendados Material Forma Tipo de descontinuidade Tempo de espera min Penetrante Revelador Alumínio magnésio aço bronze titânio altas ligas Fundidos e soldas Porosidade trincas todas as formas falta de fusão e gota fria 5 10 Plásticos Todas as formas Trincas 5 10 Vidros Todas as formas Trincas 5 10 Cerâmicas Todas as formas Trincas e porosidade 5 10 Para a temperatura de 10 a 52C Para a temperatura de 5 a 10C o tempo de penetração mínimo deve ser o dobro do tempo indicado no quadro Fonte Andreucci 2008 Líquidos Penetrantes Pode ser aplicado em grande variedade de produtos metálicos e nãometálicos ferrosos e nãoferrosos sejam forjados fundidos cerâmicos de alta densidade e polímeros Durante o processo de fabricação ao final deste ou durante a manutenção aqui para detectar o surgimento das descontinuidades em serviço Líquidos Penetrantes Vantagens O método pode revelar descontinuidades trincas superficiais extremamente finas da ordem de 0001 mm de abertura Grandes áreas ou volumes podem ser inspecionados rapidamente e a baixo custo Peças com geometrias complexas são rotineiramente inspecionadas Indicações são produzidas diretamente na superfície da peça proporcionando uma imagem visual da descontinuidade Investimento em equipamentos é baixo e o uso de latas de spray torna o teste portátil Líquidos Penetrantes Desvantagens e Limitações Só detecta defeitos na superfície Material não pode ser poroso ou possuir superfície muito rugosa A limpeza prévia é crítica contaminantes podem mascarar defeitos Requer várias operações sob condições controladas Manchas de usinagem rebarbação e outras operações atrapalham a detecção