AF01 Introdução

7/24/2019 AF01 Introduo

1/58

ANLISE DE FALHAS BrbaraOliveira

?

Onde

Quando

Como

O que

Quem

Por que

Engenharia Mecnica


2/58

PORQUE ESTUDAR?

As falhas de componentes e estruturas podem ocorrer seprvio e com consequncias desastrosas, entre elas podem cit

Fatalidades;

Ferimentos;

Danos materiais;

Parada de uma planta inteira;Perda de produo;

Problemas ecolgicos, como a liberao de materiais perigos

Litgios caros e prolongados que afetam a credibilidade do fe a confiabilidade de seus produtos.


3/58

CDIGO HAMURABI 1700 A.C

229 Se um construtor construir uma casa para outrem, e no a fizer bem feita,

e matar seu dono, ento o construtor dever ser condenado morte.

230. Se morrer o filho do dono da casa, o filho do construtor dever ser conden

231. Se morrer o escravo do proprietrio, o construtor dever pagar por este es

da casa.

232. Se perecerem mercadorias, o construtor dever compensar o proprietrio

arruinado, pois ele no construiu a casa de forma adequada, devendo reerguer

prprias custas.

233. Se um construtor construir uma casa para outrm, e mesmo a casa no es

as paredes estiveram em falso, o construtor dever s suas prprias custas faze

casa slidas e resistentes.


4/58

FALHAS NO SCULO XIX

1919 - Inundao de Melao em BostonFalha: rompimento de tanque de armazenamentode melao.

Causas:

- Montagem inadequada e elevao da pressointerna devido produo de dixido de carbono

resultante da fermentao.Consequncias:

- Morte de 21 pessoas;

- Inundao da cidade com 2,3 milhes de litros demelao.


5/58

FALHAS NO SCULO XIX

1984

Desastre de Bhopal (India)Falha: vazamento de gases txicos pressointerna do tanque de armazenamento muitoalta.

Causas:

- Negligncia devido cortes de despesa.

Consequncias:

-3000 mortes diretas mais vrias mortes pordoenas decorrentes da inalao do gs;

-150 mil sofrem de doenas crnicas.


6/58

CONSEQUNCIAS

OLIMITE DE ESCOAMENTOou oLIMITE DE RESISTno podem determinar a vida de um componente, ma formao de uma trinca e sua taxa de crescimenquais podem ser influenciados por uma variedad

fatores que devem ser entendidos para a prevenfalhas.


7/58

FALHAS

Falhas

Fratura

Fadiga

Fluncia

Fadiga Associada

corrosoCorroso

Desgaste

Diferena inaceitvel desempenho previsto e ra estrutura incapaz de dsua funo especficasegura, confivel e rentv


8/58

FALHAS


9/58

Taxad

e

falha

Tempo de servio

Tempo de vida til

Efeito do ambiente agressivo

Taxa de falha constanteFalha

Prematura

CURVA DA BANHEIRA

3 Fases1- Mortalidade Infantil2- Maturidade

3- Desgaste/Velhice


10/58

CURVA DA BANHEIRA

Na maioria dos casos, as falhas so uma funo do tempo. Onde a probabocorrncia vai diferir entre as etapas do ciclo de vida, seja do equipamentooperao. A curva que demonstra essa probabilidade de falhas ao decorreconhecida como curva da banheira.

1 Fase (mortalidade infantil) As falhas ocorridas neste perod

consideradas falhas precoces. Essas falhas, geralmente, so causadas projeto, operao indequada ou peas de m qualidade. A tendncia da t diminuir com tempo, medida que os componentes frgeis so substitudoprojeto ou instalao so reparados.


11/58

CURVA DA BANHEIRA

2 fase (maturidade)

Neste perodo de vida til a taxa de falha seconstante. As falhas ocorridas so por motivosaleatrios normais, como acexcessiva de energia, mau uso e operao inadequada. As falhas aleatriascargas externas inevitveis e imprevisveis.

O sistema pode ser afetado por vibraes, impactos mecnicos, variatemperatura e sobrecarga. O perodo de vida til maior para compone

mecnicos, como baterias e eixos, classificados como no-reparveis. Parasistemas mais complexos o tempo de vida til mais limitado.

Considerando a aleatoriedade das falhas neste perodo e restrio em acomplexos, a melhor estratgia a manuteno preditiva, acompanhando todas as variveis que indicam o desempenho do equipamento, planejinterveno (MANUTENO CORRETIVA PROGRAMADA)


12/58

CURVA DA BANHEIRA3 Fase (desgaste/velhice) O terceiro perodo representado na curva caracterizado pelo aumento da taxa de falhas em razo do envelhecimentodas peas medida que se aproxima o final de sua vida til. A fase desgaste dos componentes, onde h o aparecimento de trincas, faddeteriorao eltrica, mecnica ou qumica, manuteno insuficiente entre out

Sob uma perspectiva de confiabilidade, o fim da vida til ocorre quandomortalidade senil, onde ele perde o valor atribudo a funo que desempenvida econmica do componente levada em considerao, onde opera enqu necessria. Uma anlise sob esse ponto de vista ir determinar as decisquanto ao descarte ou recuperao do componente.

A manuteno preventiva a melhor opo, uma vez que a falha acontecermanuteno substituir ou reformar o item numa interveno programada.


13/58

DEFEITOS

Os defeitos de componentes podem serconcebidos em diferentes etapas:

Design

Fabricao

Montagem

Inspe

Ma


14/58

CAUSAS COMUNS DE FALHASImperfeio versus defeitos como raiz da causa de falhas

Defeito Uma condio que deve ser removida ou corrigida. De acordo com END: uma ou mais falhas cujo tamanho, forma, orientao e propriedades no cumprem com critrio de especificao e so rejeit

Imperfeio uma condio que no necessariamente resulta em uma pea com de

Descontinuidade Falta de continuidade ou de coeso, uma interrupo intencional ou nfsica da configurao de um material ou um componente.


15/58

CAUSAS COMUNS DE FALHAS

Design Inadequado:

Tenso subestimada

Geometria inconveniente:

a) Concentradores de tenso

b) Raios inadequados em cantos

c) Inacessibilidade para inspeo

d) Difcil fabricao

Escolha inadequada de materiais

Escolha inadequada de tratamen

Efeitos ambientais


16/58


Deficincia no projeto original - Falha numa turbina a vapor:

Deslocamento de 2,5 mm


17/58


Fabricao Defeituosa:

Materiais

Fundio

Forjamento

Soldagem

Usinagem

Tratamento trmico

Tratamento Superficial

Montagem


18/58


IMPUREZAS EM MATERIAIS

Falha de turbina feita de liga Nimonic (Superliga de Nquel):

Falha por fadiga


19/58


Falha de turbina feita de liga Nimonic (Superliga de Nquel):

Causas da falha:Estudosmetalogrficosmostraramqueafalhapor fadigafoioriginadaemINCLUSES NO METLICASpresentesnamatrizmetlica.Asinclusesnometlicasatuamcomoconcentradores de tenso. Nelas sonucleadas microcavidades que sepropagam por fadiga em condies

deservio.

Inclus

Caminho percorridopela trinca


20/58


PROCESSO DE FABRICAO

Prtese de quadril feita de uma liga de Co-Cr-Mo-C

Falha por fadiga

Causa: Processo de apropriado.O processo de fundio esformao de uma superfprtese que foi reparadsoldagem. As trincas seatravs da superfcie dofadiga.Soluo: utilizar processode preciso rigoroso, comcomponentes aeroespaciais


21/58

Nmero de eixos nosquais a rugosidadedeve ser alcanada.


22/58


FRAGILIZAO PELO HIDROGNIO

Falha em elemento de fixao (SuspensionLug).

Causa: durante o prevestimento de cdmio pcontra corroso do matalta resistncia), o hidrognno metal causando fratura frSoluo: aquecer os comaos aps o revestimento pahidrognio absorvido pelo mObs.: existem normas ASTMprocedimentos.


23/58


DESALINHAMENTO

Falha de um pisto de um motor martimofeito de uma liga Al-Si

Marcas de


24/58


DESALINHAMENTO

Falha de um pisto de um motor martimofeito de uma liga Al-Si Desgaste ano

Causa: desgaste anormal no lado dacabea do pisto devido alinhamentoimprprio e afastamento, ocorreu atritoentre a cabea do pisto e a camisa docilindro, que, durante o movimentoalternado do pisto pode levar a tensescclicas, que por sua vez poderia ser

ampliado em entalhes e cantos vivos.


25/58


Ilustrao do desalinhamento dopisto, da nucleao e dapropagao da trinca por fadiga.

A- Regio de desalinhamento;

B- Ranhura do anel do pisto;

B-C Propagao da trinca;

D- falha sbita por sobrecarga.

Anel do pisto

Cabea do pisto

Desgaste anormal

Incio da tridois lados ranhuras


26/58


Inspeo Inapropriada:

Tcnica de inspeo errada

Falta de inspeo e calibrao das ferramentas de inspeo

Atalhos para cumprimento de metas

Desvios dos padres aceitveis


27/58


Bolhas em ligas de alumnio extrudadasutilizadas em asas de aeronaves

BolhasCausa: bolhas originadas durante fuso eque aps tratamento trmico aumentavamem nmero e tamanho. Aps a extruso, as

bolhas ficaram expostas.Soluo: Desgaseificao para eliminaode hidrognio, responsvel pela formaodas bolhas.

Boa inspeo impediu o uso dessas ligas.

Cavidadsuperfci

Seo transversal


28/58


Operao, anormalidades de servios e abusos:

Lubrificao inadequada - excesso, falta, tipo incorretoou contaminao do lubrificante responsvel por at36% das falhas prematuras em rolamentos.

Limpeza inadequada ex.: riscamento - partculasabrasivas deslizam na regio de contato

No cumprimento do manual de instrues:

a) Excesso de velocidade

b) Sobrecarga

c) Operadores mal treinados

Condies de servio inesperadas

Temperatura

Vibraes

Mudanas no ambie


29/58


Efeitos ambientais:

Vrios tipos de corroso qumica

Corroso sob tenso

Corroso sob fadiga

Eroso

Manuteno

Substituio errada

Ferramentas erradas

Concesses excessivas

Inspeo inadequada Monitoramento de condio inamanuteno preventiva


30/58


Corroso por esfoliao de uma superfciemetlica de um longeron da asa de umaavio

Causa: estacionamento prolongado emrea litoral causou grande ataquecorrosivo da estrutura.

Falha na direo paralelde laminao

Trincas ao longo dos gros alongados


31/58


Longeron da asade um avio


32/58


Danificao das ps das turbinas

Causa:entrada de objetos estranhos.Soluo: troca imediata das psdanificadas.


33/58

MTODOS DE ANLISE DE FALHAS

Sobre ocomponente

Nome do componente, nmero de identificao, fabrican Localizao

Funo prevista Vida til desde novo Vida de servio desde ltima reviso Cargas de projeto, cargas em servio e orientao das c Frequncia de carregamento Parmetros de servio, tais como temperatura, presso, r Ambiente

Materiais de construo Especificaes e cdigos Concesses Parmetros de resistncia Processos de fabricao Tratamentos trmicos, termomecnicos, superficiais Tcnicas de inspeo e registros Registros de manuteno

Informaescoletadas


34/58


Sobre a falha

Data e hora da falha/avaria Extenso de danos estrutura ao redor, pessoal, etc. Condies de operao um pouco antes da falha Anormalidades de servio Esboos e fotografias do componente de falhou e da re Mapa da distribuio de falha Depoimento de testemunhas

Informaescoletadas


35/58

Em casos de falhas que provoquedestroos, deve-se montar umGRFICO POLAR com a distribuiocomoest e onde est.

Criar ORDEM DE TESTES para quaisquaisquer tipos de exames nodestrutivos dos materiais possam serfeitor antes ensaios destrutivos.



36/58

Recolhimento de amostras para anlise laboratorial

Escolher amostras importantes que no provoquem destrabalho, confuso ou que levem a investigao uma dire

Recolher amostras da falha primria e tambm secundria

No tocar as superfcies de fratura: a fratura poinformaes sobre o modo e o mecanismo de fratura duranlaboratorial.



37/58

Exame Visual

Aderncia de detritos

Corroso

Cor da superfcie

Abraso

Marcas

Lascas


Rebarbas

Qualidade de fabrica

Exame preliminar da fra


38/58

Anlise microscpica

Microscopia tica

Microscopia eletrnica: a microscopia eletrnica de varredura basna anlise de fraturas.


Poros formados pelo metano em umao carbono exposto atmosferade hidrognio em altatemperatura. Os carbetos daperlita foram eliminados pelareao com o hidrognio. http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_ar

14392004000100015
http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=S1516-14392004000100015http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=S1516-14392004000100015http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=S1516-14392004000100015http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=S1516-14392004000100015


39/58

Anlise Qumica

Verificar desvio das especificaes, heterogeneidades, impuresegregaes, etc.

Natureza dos produtos de corroso, revestimentos, detritos, etc.


Tcnicas para anlise qumica mdia Espectrofotometria Espectrometria de absoro atmica Espectrometria de Emisso Fluorescncia de raios X


40/58


Tcnicas de variaes na composio dos locais Microanlise por sonda de laser Microanlise por sonda eletrnica

Tcnicas de anlise qumica superficial

Espectroscopia Auger Espectroscopia fotoeletrnica de raios X


41/58


Propriedades Mecnicas

Ensaios Destrutivos

As propriedades satisfazem as especificaes de resistncia?

O componente capaz de resistir s tenses de servio?


42/58


Ensaios No Destrutivos

EnsaioVisual

PartculaMagntica

Correntesparasitas Radiografia


43/58

FRATURA DCTIL E FRGIL

Aspecto Fractogrfico Macroscpico

FRATURA DCTIL FRATURA FRGILTAA-CONE


44/58


Aspecto Fractogrfico Macroscpico Origem da fratura

Presena de trincas secundrias

Descolorao

Presena de marcas de desgaste na vizinhana da fratura

Deformao plstica precedente

Alteraes dimensionais no componente

Evidncia de sobreaquecimento

Marcas de abraso


45/58

Estgios da formao da fratura dctil apsempescoamento (estrico)

1) Nucleao (formao) de cavidades oumicrovazios no interior da seo transversal;

2) Crescimento dos microvazios;

3) Coalescncia das cavidades para formar trinca

elptica;4) Crescimento paralelo ao eixo principal formandoa zona radial;

5) Propagao rpida da trinca ao redor dopermetro externo do pescoo por deformaocisalhante. Segue a direo de 45 do eixo,formando o cone.


Maisrpido


46/58


Trs zonas distintas da superfcie de fratura de um material dctil que sob carca de trao

ZonaFibrosa

ZonaRadial

Zona decisalhamento


47/58


Aspecto Fractogrfico Macroscpico

Ponto ougume

Trs Zonas Fratura frgil

brilhosa

a) Metais muito moles;b) Metais dcteis;c) Metais muito endurec


48/58

Caminho percorrido pela trinca

Transgranular - se propaga atravs dosgros, chamada fratura transgranular.

Intergranular- se propaga entre os gros dometal policristalino.


Alguns estudos mostraram que o alumnio,que bastante dctil, fratura-se destaforma. tpica de materiais FRGEIS. necessria maior energia para propagaresta trinca em relao trinca

intergranular.

CaractesofreramfragilizacontornoSEMPRE


49/58

Fratura intergranular causada pelafragilizao pelo hidrognio de umcomponente feito de ao de alta

resistncia.

Aspecto Fractogrfico Microscpico

FRATURA


50/58

Fratura intergranular


FRATURA


51/58

Fratura transgranular texturagranular causada pela alterao dosplanos de um gro para outro.


FRATURA


52/58


FRATURA

Estrias num ao inoxidvel18-8 austentico.

a) Finas estrias encontradas

na metade

do caminhoda fratura.b) Estrias grosseiras

encontradas mais pertoda rea de sobre carga.

FADIGA


53/58

FRATURA

FADIGAEstrias de fadiga mal

definidas.



54/58


FRATURA DE FADIGA

Espaamento entre asmarcas de praia (estria

Menores espaamento entre asestrias indicam baixa tenso emuitos ciclos enquanto que maioresespaamentos indicam alta tenso epoucos ciclos.


55/58


FRATURA

MetalografiaPropagaotransgranular


56/58


FRATURA

MetalografiaCorroso

intergranularnum aoinoxidvelsintetizado.


57/58


FRATURA

Metalografia

Fragilizao pelo

hidrognio em umatubulao de ao.


58/58

MECANISMOS DE FRATURA

Micromecanismos de fratura em metais

Fratura dctil Clivagem Fratura in

Nucleao, crescimento ecoalescncia dos

microvazios

Propagao ao longo dosplanos cristalogrficos de

clivagem (pode serprecedida por deformao

plstica)

Documents

AF01 Introdução