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ULTRASSOMULTRASSOM

1 - OBJETIVO

Método não destrutivo no qual o feixe sônico de alta frequência é efetivado no material a ser inspecionado com objetivo de detectar descontinuidades internas e superficiais

2 - APLICAÇÃO•Detecção e avaliação de descontinuidades internas•Detecção de descontinuidades superficiais•Medição de espessuras•Controle de corrosão•Determinação de propriedades físicas, estrutura, tamanho de grão e constantes elásticas

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VANTAGENSVANTAGENS

• alta sensibilidade;

• laudo imediato

•não requer cuidados quanto a segurança

•grandes espessuras não é uma limitação para o ensaio

•permite definir a profundidade e o tamanho da descontinuidade

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LIMITAÇÕESLIMITAÇÕES

• requer grande conhecimento teórico e experiência por parte do inspetor;•o registro permanente não é facilmente obtido•faixas de espessuras muito finas, constituem uma dificuldade para a aplicação do método• requer o preparo da superfície, e em alguns casos existe a necessidade de remover o reforço de solda•materiais de granulação grosseira dificultam o ensaio•dificuldade na caracterização da descontinuidade (tipo)

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Espectro de Espectro de freqüências sonorasfreqüências sonoras

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ONDAS ULTRA SÔNICASONDAS ULTRA SÔNICAS

Existem basicamente 4 tipos:Existem basicamente 4 tipos:

Ondas LongitudinaisOndas Longitudinais ou ondas de compressão: se ou ondas de compressão: se propagam nos sólidos, líquidos e gases. É a onda de propagam nos sólidos, líquidos e gases. É a onda de maior velocidade de propagação.maior velocidade de propagação.

Ondas TransversaisOndas Transversais, de corte ou de cizalhamento: se , de corte ou de cizalhamento: se propagam somente nos sólidos. Sua velocidade é propagam somente nos sólidos. Sua velocidade é aproximadamente 50% da onda Longitudinal.aproximadamente 50% da onda Longitudinal.

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ONDAS ULTRA SÔNICASONDAS ULTRA SÔNICAS

Ondas Superficiais de Rayleigh e de CreepingOndas Superficiais de Rayleigh e de Creeping: se : se propagam apenas nos sólidos, velocidade é propagam apenas nos sólidos, velocidade é aproximadamente 10% inferior a onda transversal.aproximadamente 10% inferior a onda transversal.

Ondas de LambOndas de Lamb: podem ser simétrica ou dilatacional ou : podem ser simétrica ou dilatacional ou assimétrica ou compressional. A velocidade é variável assimétrica ou compressional. A velocidade é variável em função do ângulo no qual a onda entra na peça. No em função do ângulo no qual a onda entra na peça. No aço geralmente fica entre 2000 e 4000 m/s. É aço geralmente fica entre 2000 e 4000 m/s. É transmitida em espessuras finas (na grandeza um transmitida em espessuras finas (na grandeza um comprimento de onda)comprimento de onda)

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ONDAS ULTRA SÔNICASONDAS ULTRA SÔNICAS

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PRINCÍPIOS FÍSICOS ONDASPRINCÍPIOS FÍSICOS ONDAS

- Lambda:Comprimento da onda

A

DEFINIÇÃO:DEFINIÇÃO: São vibrações mecânicas periódicas na São vibrações mecânicas periódicas na matéria, que transporta energia sem transporte de matériamatéria, que transporta energia sem transporte de matéria

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FREQUÊNCIAS:

Abaixo 20 Hz - Infra-Somde 20 a 20.000 Hz - Som (Ouvido humano)

acima de 20.000 Hz (20 KHz) - Ultra-Som

FREQUÊNCIAS ULTRASÔNICAS

Ultra-Som IndustrialFaixa utilizada: de 0,5 a 25 MHzFreqüências mais utilizadas: 2, 4 e 5 MHz

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VELOCIDADEVELOCIDADE

• Definimos velocidade de propagação como sendo a distância percorrida pela onda na unidade de tempo (m/s)

• é uma característica do meio, sendo constante independente da freqüência

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PRINCÍPIOS FÍSICOS PRINCÍPIOS FÍSICOS DAS ONDASDAS ONDAS

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INCIDÊNCIA NORMALINCIDÊNCIA NORMAL

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INCIDÊNCIA NORMALINCIDÊNCIA NORMAL•A quantidade de energia refletida ou transmitida depende da diferença entre as impedâncias do meio 1 e meio 2;

•quanto maior a diferença menor a transmissão.

Calcular a quantidade de energia refletida em uma interface água/aço. Sabendo-se que a impedância da àgua é 1,5 e do aço 46,5 x 106 Kg/m2s.

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INCIDÊNCIA OBLÍQUAINCIDÊNCIA OBLÍQUA

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ATENUAÇÃO SÔNICAATENUAÇÃO SÔNICA

perdas por transmissão; efeitos de interferência; dispersão do feixe.

Perdas por transmissão: impedância acústica(materiais compostos), absorção (energia gasta paramovimentar as partículas), espalhamento(anisotropia).

Efeitos de Interferência: difração

Dispersão do feixe: divergência

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ATENUAÇÃO SÔNICAATENUAÇÃO SÔNICA

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ATENUAÇÃO SÔNICAATENUAÇÃO SÔNICAA atenuação sônica devido ao material pode ser observado pelo decaimento de ecos múltiplos de superfícies paralelas, como mostrado na figura anterior.

A atenuação provocada pelo material ()pode ser medida e é dada em dB/m ou dB/mm. Estes valores costumam variar de 1 a 4 dB/m.

A intensidade de uma onda varia conforme a equação:

I = I0 e -d

Quanto maior a distância e/ou maior o coeficiente de atenuação do material maior será a queda na amplitude do eco.

Na tela do aparelho existe uma relação quanto a amplitude sonora, ou seja podemos quantificar a diferença entre dois ecos em dB segundo a fórmula:

NAS= 20 log I / I0 .

Se o primeiro eco de fundo estava a 100% e o segundo se apresentou a 20% devido a atenuação sônica, podemos dizer que a queda de amplitude equivale a 14 dB

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Coeficiente de atenuação do material (Coeficiente de atenuação do material ())

• a medição deve ser feita após 3 campos próximos (campo a medição deve ser feita após 3 campos próximos (campo distante)distante)• a peça deve possuir uma largura mínima “B”a peça deve possuir uma largura mínima “B”•considerar a lei que cita que no campo distante quando considerar a lei que cita que no campo distante quando dobramos o percurso ocorre uma queda de 6 dB devido ao dobramos o percurso ocorre uma queda de 6 dB devido ao feixe sônico (perda de pressão)feixe sônico (perda de pressão)

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EFEITO PIEZO-ELÉTRICOEFEITO PIEZO-ELÉTRICO

DEFINIÇÃO:DEFINIÇÃO: É a propriedade de certos cristais de transformar energia elétrica em É a propriedade de certos cristais de transformar energia elétrica em mecânica e vice - versamecânica e vice - versa

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Espessura do CristalEspessura do Cristal

TIPOS DE CRISTAISTIPOS DE CRISTAIS

Quartzo (cristal natural)Quartzo (cristal natural)Sulfato de Lítio (hidratado)Sulfato de Lítio (hidratado)

Titanato de Bário (sintetizado)Titanato de Bário (sintetizado)Metaniobato de Chumbo (sinterizadoMetaniobato de Chumbo (sinterizado))

Frequência de ressonância

e = V/2f Onde V = velocidade do US no cristal

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CABEÇOTE NORMALCABEÇOTE NORMAL

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CABEÇOTE DUPLO CRISTALCABEÇOTE DUPLO CRISTAL

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CABEÇOTE ANGULARCABEÇOTE ANGULAR

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DIVERGÊNCIADIVERGÊNCIA

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Transdutor S/ETransdutor S/E

Espessura =Espessura = Tempo do pulso sônico x Velocidade do som materialTempo do pulso sônico x Velocidade do som material22

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MEDIÇÃO DE ESPESSURAS

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MEDIÇÃO DE ESPESSURASMEDIÇÃO DE ESPESSURAS•para medição a quente deve ser efetuado correções

•a barreira acústica deve ficar perpendicular ao eixo longitudinal , no caso de medições em tubulações

•medição sobre camada de tinta somente com equipamentos especiais que possuem ajuste para efetuar a medição da espessura entre o primeiro e o segundo eco de fundo

•para aços inoxidáveis austenítico efetuar a análise de contaminantes (Cloro e Flúor)

•equipamentos que não possuem a correção do caminho em “V” (V patch), a calibração deverá ser efetuada no bloco padrão com uma espessura próxima da que será medida, com uma tolerânciade ± 25%

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ME -MÉTODO POR RESSONÂNCIAME -MÉTODO POR RESSONÂNCIA

Este método baseia-se no fato que uma onda elástica entra em ressonância quando a espessura da peça é igual a um número inteiro de meios comprimento de onda

Utiliza-se um feixe contínuo e a freqüência é variada até que a peça entre em ressonância.O fenômeno repete-se nos diferentes harmônicos além da freqüência fundamental.

Sabendo-se a velocidade no material e duas freqüências de ressonância seguidas (dois harmônicos), pode-se determinar a espessura através da equação demonstrada acima

Obs. Este método foi substituído pelo pulso-eco, que apresenta maior precisão

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MEDIÇÃO DE ESPESSURASMEDIÇÃO DE ESPESSURAS

Análise de ContaminantesAço Inoxidável Austenítico e Titânio Cloro + fluor

Qual o Problema?

TRINCAS DEVIDO A CORROSÃO SOB

TENSÃO

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Aparelho de ultra-som convencionalAparelho de ultra-som convencionalTela tipo A-ScanTela tipo A-Scan

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Técnica Pulso - EcoTécnica Pulso - Eco

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Descontinuidades LaminaresDescontinuidades Laminares

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MÉTODO POR TRANSPARÊNCIAMÉTODO POR TRANSPARÊNCIA

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MÉTODO POR TRANSPARÊNCIAMÉTODO POR TRANSPARÊNCIA

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MÉTODO POR TRANSPARÊNCIA MÉTODO POR TRANSPARÊNCIA XX

PULSO ECO PULSO ECO•Pulso Eco - permite avaliar a morfologia e localização da descontinuidade (tipo, profundidade e tamanho)

•Transparência - só é possível monitorar a existência de uma descontinuidade pelo comportamento do eco de fundo, não sendo possível localizar ou avaliar a descontinuidade. Para se manter a correta posição dos transdutores é necessário um sistema de varredura mecanizado.

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TESTE POR IMERSÃOTESTE POR IMERSÃO

A - Eco da interface Água-peça

B - Eco da descontinuidade

C - Eco de fundo da peça

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TESTE POR IMERSÃOTESTE POR IMERSÃO

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A-SCANA-SCAN

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B-SCANB-SCAN

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C-SCANC-SCAN

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Telas de apresentaçãoTelas de apresentação

A-Scan , B-Scan (vista lateral) e C-Scan (Planta)

42

Calibração do InstrumentoCalibração do Instrumento

43

Determinação da Saída / Entradado Feixe Sônico (INDEX)

44

Verificação do Ângulo de IncidênciaVerificação do Ângulo de Incidência

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CALIBRAÇÃO DE ESCALASCALIBRAÇÃO DE ESCALAS

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OUTRAS TÉCNICA DE OUTRAS TÉCNICA DE DIMENSIONAMENTODIMENSIONAMENTO

•TÉCNICA DOS 20 dB

•TÉCNICA DOS 12 Db

•TÉCNICA DA REGIÃO SÃ

•TÉCNICA DA COMPARAÇÃO DE AMPLITUDE

•TÉCNICA DA MÁXIMA AMPLITUDE

•TÉCNICA DA DIFRAÇÃO (TOFD)

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CABEÇOTE ANGULAR - TRIGONOMETRIACABEÇOTE ANGULAR - TRIGONOMETRIA

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NÍVEL DE REFERÊNCIANÍVEL DE REFERÊNCIACABEÇOTE ANGULAR- FURO CILÍNDRICOCABEÇOTE ANGULAR- FURO CILÍNDRICO

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NÍVEL DE REFERÊNCIANÍVEL DE REFERÊNCIACABEÇOTE NORMAL - FURO DE FUNDO PLANOCABEÇOTE NORMAL - FURO DE FUNDO PLANO

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CONVERSÃO DE MODOCONVERSÃO DE MODO

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Tipos de descontinuidades Tipos de descontinuidades e apresentação na tela A-Scan e apresentação na tela A-Scan

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SEGREGAÇÃOSEGREGAÇÃO

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NUCLEO DEFORMADONUCLEO DEFORMADO

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NÚCLEO DEFORMADONÚCLEO DEFORMADO

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Diferença entre

indicações

de inclusões (a) e

trincas de flocos (b)

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DETECÇÃO DE TRINCASDETECÇÃO DE TRINCAS

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Exemplo de inspeçãoExemplo de inspeçãoferroviáriaferroviária