Aula Teorica 4

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Aula Teorica 4

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  • DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA DE MATERIAIS

    ESCOLA DE ENGENHARIA DE SO CARLOS

    UNIVERSIDADE DE SO PAULO

    (SMM-EESC-USP)

    SMM-311 ENSAIOS NO-DESTRUTIVOS

    4. ULTRASSOM

  • - Ultrasom = freqncias de onda acima

    de 20 kHz (> 100 kHz - END)

    - Ondas elsticas-mecnicas, de

    deformao compressiva, que so

    geradas e se propagam por intermdio da

    vibrao de tomos e molculas ligaes interatmicas e intermoleculares

    (mdulo de elasticidade)

    - So refletidas, transmitidas e refratadas

    pela matria

  • GERAO DE ONDAS DE COMPRESSO NA MATRIA

  • Impedncia (W) = Vel. Som (v) * Densidade (d) = (E.g.d)

    Impedncia acstica de um sistema vibratrio ou meio de propagao,

    a OPOSIO ou RESISTNCIA que este oferece passagem da onda

    sonora, em funo de sua frequncia e velocidade

    v = (E.g / d)

  • VCUO 0; AR = 0,41 ton/m2.s

  • R ( IMPEDNCIA) + T (-1 IMPEDNCIA) = 1

    (R) Reflectncia ou Atenuncia

    (T) Transmitncia ou Permeabilidade

    VALORES DETERMINADOS POR INTERMDIO DA PASSAGEM DA ONDA SONORA DO

    ELEMENTO EM QUESTO PARA O QUASE-VCUO (IMPEDNCIA 0)

  • DEMAIS CORRELACOES INTERESSANTES

  • Reflectncia ou Atenuncia = W1 W2 / W1 +W2

    Transmitncia ou Permeabilidade = 2.W2 / W1 + W2

    Onda ultrasnica se deslocando do meio 1 para o meio 2:

    1 = Ao e 2 = gua

    R = 93,5%, T=6,5%

    1 = Ao e 2 = Cobre

    R = 3,4%, T=96,6%

    1 = Ao e 2 = Ar

    R 100%, T 0%

    (i.e., de maior para menor impedncia maior a Reflectncia quanto

    maior a diferena entre as Impedncias Absolutas)

    1 = Ar e 2 = Ao

    R 0%, T 100%

    (i.e., de menor para maior Impedncia 100% de Transmitncia)

  • ATENUACAO ACUSTICA /

    ISOLAMENTO ACUSTICO

    Acoustic attenuation is a measure of

    the energy loss of sound propagation in

    media. Most media have viscosity, and

    are therefore not ideal media. When

    sound propagates in such media, there

    is always thermal consumption of

    energy caused by viscosity.

    For inhomogeneous media, besides

    media viscosity, acoustic scattering is

    another main reason for removal of

    acoustic energy. Acoustic attenuation in

    a lossy medium plays an important role

    in many scientific researches and

    engineering fields, such as medical

    ultrasonography, vibration and noise

    reduction.

  • EFEITOS PIEZO-ELTRICO DIRETO E INVERSO

  • TEMPO DE VO (TECNICA PULSO-ECO)

    Slido

    Ar/vazio

  • TRANSDUTORE SIMPLES

    (CRISTAL EMISSOR & RECEPTOR)

    DIRETO

    EM NGULO

  • - Quartzo = estabilidade trmica e eltrica,

    insolubidade na maioria dos lquidos, alto

    resistncia mecnica e ao desgaste, excelente

    uniformidade e resistncia ao envelhecimento.

    Relativamente baixa eficincia de converso

    eletromecnica;

    - Sulfato de ltio = timo amortecimento acstico

    para alta resoluo, eficincia intermediria de

    converso;

    - Cermicas polarizadas = alta eficincia de

    converso para alta sensibilidade, baixa

    resistncia mecnica (tenacidade) e relativamente

    alta capacitncia eltrica, que restringe seu uso a

    freqncias abaixo de 15 MHz.

    CRISTAIS

  • DIRETO

    EM NGULO

  • TRANSDUTOR DUPLO

    (CRISTAIS EMISSOR + RECEPTOR)

  • TCNICA PULSO-ECO ou DE

    REFLEXO (MODO A DE VARREDURA

    ESTIMATIVA DA

    PROFUNDIDADE

    DO(S) DEFEITO(S),

    ALEM DA

    GRAVIDADE DO(S)

    MESMO(S)

  • TCNICA TRANSMISSO

    ou DE TRANSPARNCIA

    SEM QUALQUER

    ESTIMATIVA DA

    PROFUNDIDADE

    DO(S) DEFEITO(S),

    PORM SIM DA

    GRAVIDADE DO(S)

    MESMO(S)

  • ESCOLHA

    DA

    TCNICA

  • EQUIPAMENTO

    BSICO

  • ATRASO DO PULSO INICIAL

    Delay Line Transducer

    Dead Zone

    ( Reverberacao )

  • Delay Line Transducer: The sound is transmitted into

    the workpiece via an additional delay-line made of

    plastics with low ultrasonic absorption. The time

    delay until the ultrasonic signal enters the workpiece

    avoids that echoes from flaws close to the surface

    appear within the dead zones of the ultrasonic flaw

    detector, which are caused by the high voltage

    excitation pulses. Use of delay-line probes is a simple

    measure to have an excellent near field resolution.

  • ZONA MORTA

  • Dead Zone: The Dead Zone in ultrasonic testing,

    is the interval (in terms of time or distance)

    following the initial pulse where the transducer

    ringdown (reverberacao eco: 0,1 s entre

    emissao e reflexao) prevents detection or

    interpretation of reflected energy (echoes). In

    contact ultrasonic testing, the area just below

    the surface of a test object that can not be

    inspected because of the transducer is still

    ringing down and not yet ready to receive

    signals.

    In a nutshell: Dead zone is the distance (or

    correspondent time for a constant speed of

    sound) from the transducer face to the first

    identifiable & reliable echo.

  • DEMAIS

    PROBLEMAS

    REFLEXO

    EM NGULO DEFLEXO DO FEIXE

    NA PAREDE LATERAL

  • - Gel ou lquido de acoplamento.

    - Arquivo de dados muito extenso, e

    requer interpletao complexa.

    - No efetivo para materiais com

    estrutura interna complexa.

    - Varredura mecnica (manual ou

    automtica) requerida, aumentadando

    o tempo de inspeo, a complexidade

    mecnica e limitando a portabilidade

    do sistema.

    DESVANTAGENS

  • - Sensibilidade = habilidade do instrumento

    detectar pequenas quantidades de energia

    refletida por um defeito (modo pulso-eco), ou a

    pequena energia atenuada pelo mesmo

    (transmisso).

    - Resoluo = habilidade do instrumento detectar

    defeitos muito prximos da superfcie, ou

    discrimimar defeitos prximos uns dos outros.

    - Discriminao de rudos = capacidade da

    instrumentao diferenciar entre sinais devidos

    presena de defeitos dos rudos indesejveis

    de natureza eltrica ou acstica (relao

    sinal/rudo).

    DEFINIES E

    CONCEITOS IMPORTANTES

  • - Efeito da freqncia = maiores freqncias incrementam a

    sensibilidade e a resoluo do sistema (transdutores de at 400

    MHz), porm incrementam tambm a relao rudo/sinal e a

    atenuao do feixe (baixa penetrao).

    - Ondas de maior amplitude (e menores freqncias e energias) se

    propagam mais facilmente (menor atenuao) ondas guiadas.

    - A menor descontinuidade detectvel da ordem de metade do

    comprimento de onda, ou maiores. Ondas mais energticas sofrem

    reflexo em um nmero maior de descontinuidades

    microestruturais (super-sensibilidade + forte atenuao ou

    reflectncia do feixe em microestruturas complexas).

    - Uso em laminados compsitos finos (comprimento de onda x

    espessura da pea).

    - PMC exerce alta atenuao do feixe devido grande diferena

    entre os mdulos de elasticidade da matriz polimrica e das fibras

    de reforo.

    - Sombras entre defeitos (interferncia de ecos) pulso-eco duplo,

    ou transmisso direta e inversa.

    DEMAIS OBSERVAES

  • A, B & C

    SCANS

  • MAPEAMENTO 3-D (D-SCAN) DE MLTIPLOS DANOS POR

    IMPACTO (DELAMINAES) EM LAMINADOS COMPSITOS

  • EXPERIMENTO LABORATORIAL

    OBJETO

    TRANDUTOR

    PULSO-ECO

  • LAMINADOS COMPSITOS TERMOPLSTICOS

    IMPACTADOS E RECONSOLIDADOS

    (a) C-EPX 5 J; (b) 30 J; (c) C-PPS 5 J; (d) 30 J

  • THERMOGRAFIA

    DDR-X

    ULT

    RA

    -SO

    NO

    GR

    AF

    IA P

    UL

    SO

    -EC

    O

    5 J

    10 J

    20 J

  • VARREDURA PULSO-ECO E

    IMAGEAMENTO TRANSMISSO

    ESCALA DE CONVERSO

    COR / TRANSMITNCIA

  • FADIGA EM

    LAMINADOS COMPSITOS

    ESCALA

    DE

    TRANSMITNCIA

    OU

    DE

    REFLECTNCIA ???

  • MONITORADORES

    PORTTEIS

  • BREVE COMPARAO PARA

    LAMINADOS COMPSITOS FIBROSOS