Desenvolvimento e Produção de Componentes Soldados Padrão

Desenvolvimento e Produção de Componentes Soldados

Padrão Defeituosos para Ensaios Não Destrutivos

Gonçalo Duarte Fazenda da Silva

Dissertação para obtenção do Grau de Mestre em

Engenharia Mecânica

Júri

Presidente Professor Doutor Rui Manuel dos Santos Oliveira Baptista

Orientador Professora Doutora Maria Luísa Coutinho Gomes e Almeida

Co-Orientador Doutor Bento Ottone da Cruz Alves

Vogal

Vogal

Professor Doutor Nuno Miguel Carvalho Pedrosa

Doutor Eurico Gonçalves Assunção

Outubro de 2013

i

Agradecimentos

Gostaria de expressar o meu profundo agradecimento a todas as pessoas que, directa ou

indirectamente, estiveram envolvidas no processo de elaboração deste trabalho.

À Professora Luísa Coutinho, minha orientadora, que aceitou orientar a minha tese.

Ao Eng.º Bento Alves, meu co-orientador, pelo bom acolhimento que tive no ISQ, pela experiência,

conhecimento, dedicação, paciência e amizade que teve para comigo.

Ao Professor Pedro Vilaça, pelo acompanhamento, conhecimento, orientação e disponibilidade

demonstrada durante o decorrer do trabalho.

Ao Eng.º Hugo Carrasqueira, director da área do CND, por ter permitido o meu estágio no ISQ.

Aos Engenheiros José Velhinho, Nuno Pedrosa, Daniel Leitão, Liliana Silva, João Gonçalves e Joana

Courinha pela forma como me receberam no ISQ e pelos conhecimentos e apoios prestados.

Ao Vítor e ao Sanches, pelos conhecimentos transmitidos, paciência e disponibilidade para me ajudar

com as soldaduras.

Aos vários técnicos e colaboradores do ISQ, em especial Ana Cardoso, Patrícia Bernardo, Patrícia

Brito, António Sabino, Carlos Silva e Luís Nunes, pelo conhecimento e experiências e pelos bons

momentos.

À Maria, ao Samuel e ao Tiago pelas muitas radiografias.

Ao José Pedro e ao Nélson Matos, por toda a ajuda, amizade e companheirismo ao longo de todo

este trabalho.

Aos meus colegas e amigos André Oliveira, António Capoulas, Augusto Antunes, Rafael Preto, João

Gandra e Carlos Castanheira, entre muitos outros, que de diferentes formas me ajudaram e

apoiaram.

Finalmente, à minha família por tudo.

ii

Resumo

Os Ensaios Não Destrutivos (END) são técnicas utilizadas na inspecção de materiais e

equipamentos, sem danificá-los, e são executados nas fases de fabricação, construção, montagem e

manutenção. Constituem uma das principais ferramentas do controlo da qualidade dos materiais e

produtos. Têm aplicações nos sectores petroquímico, químico, electromecânico, aeronáutico,

aeroespacial, siderúrgico, naval, celulose, entre outros.

Os END incluem métodos capazes de fornecer informações sobre a quantidade e características de

defeitos de um determinado produto, sobre as características tecnológicas de um material, ou ainda,

a monitorização da degradação em serviço de componentes, equipamentos e estruturas.

Para a obtenção de resultados satisfatórios e válidos é muito importante garantir os END sejam

executados por pessoal devidamente treinado e certificado. Neste trabalho foram desenvolvidos

procedimentos para a produção sistemática de componentes soldados padrão defeituosos com o

propósito de serem utilizados para futuro treino e certificação de pessoal para execução de técnicas

END.

Outro factor muito importante para a obtenção de resultados fiáveis é que os equipamentos de END

se encontrem devidamente calibrados. Para tal, são utilizados padrões de calibração. Neste trabalho

foi desenvolvida uma base de dados de padrões de calibração de Ensaios Não Destrutivos para os

ensaios de ultra-sons, magnetoscopia, líquidos penetrantes, correntes induzidas e radiografia. O

objectivo será facilitar a procura e aquisição destes padrões ao utilizador.

Palavras-Chave

Ensaios Não destrutivos

Padrão

Calibração

Descontinuidade

Base de Dados

iii

Abstract

The non-destructive testing (NDT) are techniques used in the inspection of materials and equipment,

without damaging them, and run through manufacturing, construction, assembly and maintenance

phases. They are one of the main tools for quality control of materials and products. They have

applications in petrochemical, chemical, electromechanical, aeronautic, aerospace, steel, shipbuilding,

cellulose sectors, among others.

The NDT include methods capable of providing information about defects quantity and characteristics

in a product, on the technological characteristics of a material, or still, monitoring land degradation in

service of components, equipment and structures.

To obtain satisfactory and valid results is very important to ensure that the NDT are done by properly

trained and certified personnel. In this work were developed procedures for the systematic production

of defective standard welded components to be used for future training and personnel certification for

the execution of NDT techniques.

Another very important factor for obtaining reliable results is that the NDT equipments are properly

calibrated. For this purpose, calibration standards are used.

In this work was developed a database of calibration standards for Non-Destructive Testing for

Ultrasonic Testing, Penetrant Testing, Magnetic Particle Testing, Eddy Current Testing and

Radiographic Testing. The aim will be to make easier to the user the search and acquisition of these

calibration standards.

Key-Words

Non-Destructive Testing

Calibration Block

Calibration

Discontinuity

Data Base

iv

Índice

Agradecimentos .........................................................................................................................................i

Resumo .................................................................................................................................................... ii

Palavras-Chave ........................................................................................................................................ ii

Abstract.................................................................................................................................................... iii

Key-Words ............................................................................................................................................... iii

Índice ....................................................................................................................................................... iv

Lista de Figuras ..................................................................................................................................... viii

Lista de Tabelas ...................................................................................................................................... xi

Terminologia utilizada ............................................................................................................................. xii

1 Introdução ........................................................................................................................................ 1

1.1 Enquadramento e objectivos ................................................................................................ 1

1.2 Estrutura da tese ................................................................................................................... 2

2 Estado da Arte ................................................................................................................................. 4

2.1 Introdução ............................................................................................................................. 4

2.2 Soldadura e os seus defeitos na indústria ............................................................................ 4

2.3 Ensaios Não Destrutivos aplicados à indústria ..................................................................... 7

2.3.1 Formação e Certificação de Técnicos para Realização de END ......................... 7

2.3.1.1 Provetes Soldados Utilizados na Formação/Certificação de Técnicos

END 10

2.3.2 Líquidos Penetrantes (PT) ..................................................................................11

2.3.2.1 Consumíveis do Ensaio ................................................................... 11

2.3.2.2 Vantagens e Desvantagens ............................................................ 12

2.3.2.3 Blocos Padrão do Ensaios de Líquidos Penetrantes ...................... 12

2.3.3 Magnetoscopia ou Partículas Magnéticas (MT) .................................................12

2.3.3.1 Padrões de Referência do Ensaio de Magnetoscopia .................... 14


2.3.4 Radiografia .........................................................................................................14

2.3.4.1 Princípios Gerais de Radiografia ..................................................... 14

2.3.4.2 Efeito da Orientação dos Defeitos ................................................... 15

2.3.4.3 Fontes de Radiação ........................................................................ 16

v

2.3.4.4 Métodos de Tratamento de Imagem ............................................... 16

2.3.4.5 Qualidade de Imagem ..................................................................... 16

2.3.4.6 Segurança ....................................................................................... 17


2.3.5 Ultra-sons ...........................................................................................................18

2.3.5.1 Fundamentos dos Ultra-sons .......................................................... 18

2.3.5.2 Técnicas do Ensaio de Ultra-Sons .................................................. 20

2.3.5.3 Equipamento .................................................................................... 21

2.3.5.4 Representação de dados ................................................................ 24


2.3.6 Correntes Induzidas ...........................................................................................25

2.3.6.1 Indução Electromagnética ............................................................... 25

2.3.6.2 Geração de Correntes Induzidas..................................................... 25

2.3.6.3 Informação/Dados da Inspecção ..................................................... 26

2.3.6.4 Aplicações do Ensaio de Correntes Induzidas ................................ 26

2.3.6.5 Equipamento .................................................................................... 28


2.4 Mercado dos Padrões de Ensaios Não Destrutivos ...........................................................31

3 Chapas Elaboradas através do Processo de Soldadura MAG ..................................................... 33

3.1 Defeitos Comuns ................................................................................................................33

3.2 Elaboração da Soldadura com Defeitos Pré-Determinados ...............................................33

3.2.1 Preparação das Chapas .....................................................................................33

3.2.2 Passo de Raiz.....................................................................................................34

3.2.3 Porosidades ........................................................................................................35

3.2.4 Falta de Fusão ....................................................................................................35

3.2.5 Passos Finais .....................................................................................................36

3.2.6 Equipamento e parâmetros ................................................................................36

3.2.7 END às Chapas MAG .........................................................................................37

3.2.7.1 Radiografia ...................................................................................... 38

3.2.7.2 Ultra-sons ........................................................................................ 40

4 Chapas Elaboradas através do Processo de Soldadura por Eléctrodo Revestido ....................... 44

vi

4.1 Defeitos Comuns ................................................................................................................44



4.2.2 Passo de Raiz.....................................................................................................45

4.2.3 Porosidades ........................................................................................................46

4.2.4 Falta de Fusão ....................................................................................................47

4.2.5 Inclusão de Escória ............................................................................................48

4.2.6 Passos Finais .....................................................................................................48


4.2.8 END às Chapas SER .........................................................................................50

4.2.8.1 Radiografia ...................................................................................... 50

4.2.8.2 Ultra-sons ........................................................................................ 51

5 Chapas Elaboradas através do Processo de Soldadura TIG ........................................................ 53

5.1 Defeitos Comuns ................................................................................................................53



5.2.2 Fissuração a Quente ..........................................................................................54

5.2.3 Inclusão de Tungsténio ......................................................................................55

5.2.4 Passos Finais .....................................................................................................56


5.2.6 END às Chapas TIG ...........................................................................................58

5.2.6.1 Radiografia ...................................................................................... 58

5.2.6.2 Ultra-sons ........................................................................................ 59

6 Base de Dados de Padrões de Ensaios Não Destrutivos ............................................................. 61

6.1 Introdução ...........................................................................................................................61

6.2 Base de Dados ...................................................................................................................61

7 Conclusões e Desenvolvimentos Futuros ..................................................................................... 65

7.1 Introdução ...........................................................................................................................65

7.2 Conclusões .........................................................................................................................65

7.3 Propostas para desenvolvimentos futuros ..........................................................................66

8 Referência Bibliográficas ............................................................................................................... 67

vii

9.1 Procedimento MAG .............................................................................................................73

9.2 Procedimento SER .............................................................................................................75

9.3 Procedimento TIG ...............................................................................................................77

9.4 Ficha de inspecção Chapa MAG1 ......................................................................................79

9.5 Ficha de inspecção Chapa MAG2 ......................................................................................80

9.6 Ficha de inspecção Chapa SER1 .......................................................................................81

9.7 Ficha de inspecção Chapa SER2 .......................................................................................82

9.8 Ficha de inspecção Chapa TIG1 ........................................................................................83

9.9 Ficha de inspecção Chapa TIG2 ........................................................................................84

viii

Lista de Figuras

Figura 2-1: Soldadura na Indústria .......................................................................................................... 4

Figura 2-2: Exemplos de falhas: (esquerda) falha na soldadura longitudinal de uma tubagem; (centro)

fissura transversal num carril; (direita) falta de penetração que levou a falha num suporte de uma

transportadora de uma fábrica ................................................................................................................ 6

Figura 2-3: Inspecção de Provetes por Ultra-sons .................................................................................. 9

Figura 2-4 - Provetes Soldados com Defeitos....................................................................................... 10

Figura 2-5: Blocos padrão de líquidos penetrantes – (esquerda) bloco comparador; (centro) Bloco nº1;

(direita) Bloco nº2 [36] ........................................................................................................................... 12

Figura 2-6: Materiais Ferromagnéticos: (esquerda) desmagnetizado; (direita) magnetizado .............. 12

Figura 2-7: Princípio do processo de Magnetoscopia ........................................................................... 13

Figura 2-8: Formação de aglomerado de partículas sobre a descontinuidade ..................................... 13

Figura 2-9: Padrões Referência – bloco nº1 (esquerda); Pieristrina ou indicador de campo (direita) [39]

............................................................................................................................................................... 14

Figura 2-10: Princípio da Radiografia .................................................................................................... 15

Figura 2-11: (esquerda) Baixa energia de radiação; (direita) Alta energia de radiação ....................... 15

Figura 2-12: Efeito da orientação dos defeitos: (a) ângulo errado; (b) ângulo óptimo ......................... 15

Figura 2-13: Exemplos de diferentes ângulos de orientação: (esquerda) 0°; (centro) 10°; (direita) 20°

............................................................................................................................................................... 16

Figura 2-14: Fontes de Raios-X e de Raios Gama ............................................................................... 16

Figura 2-15: Indicadores de Qualidade de Imagem (IQIs)[42] .............................................................. 16

Figura 2-16: Fontes de radiação naturais e artificiais ........................................................................... 17

Figura 2-17: Alguns dispositivos de vigilância....................................................................................... 17

Figura 2-18: Ondas Longitudinais e Ondas Transversais ..................................................................... 18

Figura 2-19: Sonda de Ultra-sons (esquerda); Emissão e recepção de energia sonora (direita) ........ 19

Figura 2-20: Onda Reflectida e Onda Transmitida ............................................................................... 19

Figura 2-21: Técnica do Eco Pulsado ................................................................................................... 20

Figura 2-22: Técnica de Transparência ................................................................................................ 20

Figura 2-23: Técnica de Imersão .......................................................................................................... 21

Figura 2-24: Sondas Direitas (esquerda) e Sondas Angulares (direita) ............................................... 22

Figura 2-25: Sondas de Cristal Único (esquerda) e Sondas de Cristal Múltiplo (direita) ..................... 22

Figura 2-26: D-meter ou Medidor de Espessura (esquerda); Equipamento A-Scan (direita) ............... 23

Figura 2-27: Padrões para Calibração de Espessuras [49] .................................................................. 23

Figura 2-28: Padrões para Calibração de Sondas Angulares [49]........................................................ 24

Figura 2-29: Representação Digital (esquerda) e Representação A-Scan (direita) ............................. 24

Figura 2-30: Corrente induzida pelo campo magnético ........................................................................ 25

Figura 2-31: Correntes induzidas e campo magnético por elas criado [52] .......................................... 26

Figura 2-32: Influência dos diferentes factores no ensaio .................................................................... 26

Figura 2-33: Medição de espessuras através de correntes de Eddy .................................................... 27

ix

Figura 2-34: Corrosão e erosão na indústria de aviação e em tubagens ............................................. 27

Figura 2-35: Interrupção do fluxo de corrente devido a uma descontinuidade [53] .............................. 27

Figura 2-36: Detecção de fissuras superficiais ..................................................................................... 28

Figura 2-37: Medição do revestimento .................................................................................................. 28

Figura 2-38: Medidor Analógico e Digital .............................................................................................. 29

Figura 2-39: Equipamento de Multi-Frequência .................................................................................... 29

Figura 2-40: Sondas Superficiais .......................................................................................................... 30

Figura 2-41: Sondas de Diâmetro Interno ............................................................................................. 30

Figura 2-42: Sondas de Diâmetro Externo ............................................................................................ 30

Figura 2-43: Padrões para medição de espessuras (esquerda) e descontinuidades (direita) ............. 31

Figura 2-44: Padrão para tubos e para medição de revestimentos não condutivos............................. 31

Figura 3-1: Chapa acabada de chanfrar ............................................................................................... 33

Figura 3-2: Folga entre chapas e colocação das chapas de prolongamento ....................................... 34

Figura 3-3: Localização dos defeitos ..................................................................................................... 34

Figura 3-4: Soldadura com poros .......................................................................................................... 35

Figura 3-5: Esquema da falta de fusão ................................................................................................. 35

Figura 3-6: Condição para a ocorrência de falta de fusão .................................................................... 35

Figura 3-7: Passe à face (esquerda); Aspecto final da chapa (direita) ................................................. 36

Figura 3-8: Equipamento usado na soldadura MAG ............................................................................. 36

Figura 3-9: Confirmação da presença da falta de fusão por Ultra-sons ............................................... 38

Figura 3-10: Aplicação de Arc-air para confirmação de defeitos .......................................................... 38

Figura 3-11: Princípio da radiografia aplicada à falta de fusão da chapa MAG .................................... 39

Figura 3-12: Princípio da radiografia aplicada à falta de fusão da chapa MAG com correcção do

cordão .................................................................................................................................................... 39

Figura 3-13: Porosidades Chapas MAG ............................................................................................... 39

Figura 3-14: Falta de Fusão Chapas MAG ........................................................................................... 40

Figura 3-15: Ambiente de Trabalho do Epoch 600 ............................................................................... 40

Figura 3-16: Significado de alguns dos termos [66] .............................................................................. 41

Figura 3-17: Modo de Inspecção das Chapas [67] ............................................................................... 41

Figura 3-18: Eco de uma descontinuidade............................................................................................ 42

Figura 3-19: Eco maximizado (esquerda); Marcação na chapa (direita) .............................................. 42

Figura 3-20: Procedimento para dimensionar a descontinuidade......................................................... 42

Figura 3-21: Eco da descontinuidade (porosidades) ............................................................................ 43

Figura 3-22: Localização e dimensão das descontinuidades encontradas por ultra-sons (Chapa

MAG1) ................................................................................................................................................... 43

Figura 3-23: Localização e dimensão das descontinuidades encontradas por ultra-sons (Chapa

MAG2) ................................................................................................................................................... 43

Figura 4-1: Folga entre chapas e colocação das chapas de prolongamento ....................................... 44

Figura 4-2: Poros Vermiculares ............................................................................................................. 45

Figura 4-3: Determinação da localização dos defeitos ......................................................................... 45

x

Figura 4-4: Recomeço do cordão sem rectificação (em cima); Recomeço do cordão após rectificação

(em baixo) .............................................................................................................................................. 46

Figura 4-5: Cordão rectificado (“unha de lobo”) .................................................................................... 46

Figura 4-6: Passo de raiz completo ....................................................................................................... 46

Figura 4-7: Eléctrodo sem revestimento (esquerda); Soldadura com poros (direita) ........................... 47

Figura 4-8: Esquema da falta de fusão ................................................................................................. 47

Figura 4-9: Condição para a ocorrência de falta de fusão .................................................................... 47

Figura 4-10: Deposição de escória ....................................................................................................... 48

Figura 4-11: Passe à face (esquerda); Aspecto final da chapa (direita) ............................................... 48

Figura 4-12: Equipamento usado na soldadura por eléctrodo revestido .............................................. 49

Figura 4-13: Porosidades Chapas SER ................................................................................................ 50

Figura 4-14: Escória Chapas SER ........................................................................................................ 51

Figura 4-15: Falta de Fusão Chapas SER ............................................................................................ 51

Figura 4-16: Eco máximo de descontinuidades: falta de fusão (esquerda); escória (direita) ............... 51

Figura 4-17: Localização e dimensão das descontinuidades encontradas por ultra-sons (Chapa SER1)

............................................................................................................................................................... 52


............................................................................................................................................................... 52

Figura 5-1: Lima de alumínio (esquerda); Chanfro em X (direita) ......................................................... 53

Figura 5-2: Cordão inicial para fissuração a quente ............................................................................. 54

Figura 5-3: Início da fissuração (esquerda); Propagação da fissura (centro); Cordão fissurado ......... 54

Figura 5-4: Colocação das chapas de prolongamento ......................................................................... 55

Figura 5-5: Rasgo com pequenas partículas de tungsténio.................................................................. 55

Figura 5-6: Inclusão de Tungsténio ....................................................................................................... 56

Figura 5-7: Aspecto final da chapa ........................................................................................................ 56

Figura 5-8: Equipamento usado na soldadura TIG (esquerda); Material de adição (direita) ................ 56

Figura 5-9: Fissuras ............................................................................................................................... 58

Figura 5-10: Inclusões de tungsténio .................................................................................................... 58

Figura 5-11: Eco da descontinuidade (fissura)...................................................................................... 59

Figura 5-12: Eco da descontinuidade (inclusão) ................................................................................... 59

Figura 5-13: Localização e dimensão das descontinuidades encontradas por ultra-sons (Chapa TIG1)

............................................................................................................................................................... 60


............................................................................................................................................................... 60

Figura 6-1: Exemplos de Blocos Padrão de UT [69] ............................................................................. 61

Figura 6-2: Menu Inicial da Base de Dados .......................................................................................... 62

Figura 6-3: Menu do Ensaio de Ultra-sons ............................................................................................ 62

Figura 6-4: Informação exibida sobre o padrão V2 ............................................................................... 63

xi

Lista de Tabelas

Tabela 2-1: Descontinuidades Associadas aos Processos de Soldadura [4] ......................................... 5

Tabela 2-2: Tipos de Descontinuidades [4] ............................................................................................. 6

Tabela 2-3: END abrangidos pela norma EN ISO 9712:2012 [8] ........................................................... 8

Tabela 2-4: Número mínimo de horas de formação para os vários END [8] .......................................... 8

Tabela 2-5: Número mínimo de questões gerais no exame de certificação [8] ...................................... 8

Tabela 2-6: Número mínimo e tipo de provetes para a parte prática (Nível 1 e Nível 2) [8] .................. 9

Tabela 2-7: Certificações em END disponíveis na RELACRE [9]......................................................... 10

Tabela 2-8: Consumíveis do Ensaio de Líquidos Penetrantes [35] ...................................................... 11

Tabela 2-9: Vantagens e Desvantagens do ensaio .............................................................................. 12

Tabela 2-10: Vantagens e Desvantagens do ensaio ............................................................................ 14


Tabela 2-12: Velocidades do som em diferentes materiais [46] ........................................................... 19


Tabela 2-14: Vantagens e Desvantagens ............................................................................................. 31

Tabela 3-1: Parâmetros do processo .................................................................................................... 37



xii

Terminologia utilizada

CND – Controlo Não Destrutivo

DAC – Curva Distância Amplitude (Distance Amplitude Curve)

ET – Correntes Induzidas (Eddy Current Testing)

END - Ensaios Não Destrutivos

ISQ – Instituto de Soldadura e Qualidade

IST – Instituto Superior Técnico

MIG – Metal Inert Gas

MAG – Metal Active Gas

MT – Magnetoscopia (Magnetic Particle Testing)

NDT – Non-destructive Testing

PT – Líquidos Penetrantes (Penetrant Testing)

RT – Radiografia (Radiographic Testing)

SER – Soldadura por Eléctrodo Revestido

TIG – Tungsten Inert Gas

UT – Ultra-Sons (Ultrasonic Testing)

1

1 Introdução

1.1 Enquadramento e objectivos

Os Ensaios Não Destrutivos (END) são um vasto grupo de técnicas de inspecção utilizadas na

ciência e na indústria para avaliar propriedades de materiais, componentes ou sistemas, sem lhes

causar danos. São técnicas extremamente valiosas pois, como não alteram de forma permanente o

estado do componente a ser analisado, permitem economizar tempo e dinheiro na avaliação,

resolução de problemas, prevenção da ocorrência de falhas e investigação do produto. Têm

aplicações nos sectores petroquímico, químico, electromecânico, aeronáutico, aeroespacial,

siderúrgico, naval, celulose.

Os END baseiam-se em princípios físicos tais como ondas electromagnéticas, ondas acústicas,

emissão de radiação, entre outros. Os ensaios mais comuns (convencionais) incluem ultra-sons (UT),

magnetoscopia (MT), líquidos penetrantes (PT), correntes induzidas (ET) e radiografia (RT).

A eficácia da aplicação de um método de Ensaio Não Destrutivo depende tanto da capacidade do

operador como do equipamento utilizado.

A formação e o treino de operadores de Ensaios Não Destrutivos são muito rigorosos e incluem

conhecimentos sobre os princípios físicos em que assentam os métodos e conhecimento sobre

materiais e processos de fabrico.

Durante a formação e certificação dos técnicos de END são utilizados padrões soldados com defeitos

conhecidos, tais como fissuras, faltas de fusão, faltas de penetração, porosidades, inclusões.

Estes provetes são comercializados apenas por empresas especializadas, o seu custo é bastante

elevado e a sua aquisição pode ser morosa. Para facilitar e agilizar o processo de formação de

técnicos de END para as empresas interessadas e, até mesmo, para as empresas formadoras, foi

pensada uma forma delas poderem produzir os seus próprios provetes. Deste modo, conseguir-se-á

reduzir a dependência face às empresas comercializadoras destes provetes.

Muitos dos defeitos dos provetes são maquinados ou artificialmente produzidos pois é bastante difícil

“construí-los” isto é, fazê-los surgir numa certa área, com determinadas dimensões.

Nesta tese procurou-se evitar tal facto e encontrar condições ideais para o aparecimento de defeitos

reais, tanto em aço como em alumínio.

Posto isto, esta tese propõe-se elaborar procedimentos para a produção sistemática de componentes

soldados padrão com defeitos reais pré-determinados através de um só processo. Os processos de

soldadura em questão são a soldadura por eléctrodo revestido (SER), soldadura MIG/MAG e

soldadura TIG.

Posteriormente, os padrões produzidos serão inspeccionados por radiografia (RT) e ultra-sons (UT)

para garantir a presença dos defeitos.

Durante esta fase da tese foi essencial a colaboração do Instituto de Soldadura e Qualidade (ISQ) [1],

quer na parte de soldadura como no controlo não destrutivo (CND).

2

Como referido anteriormente, o equipamento utilizado é muito importante para a fiabilidade dos END,

o qual se deve encontrar devidamente calibrado para a sua execução. A utilização de equipamentos

que não se encontrem devidamente calibrados pode fornecer resultados errados que podem levar a

que ocorram problemas durante o serviço dos componentes.

A calibração dos equipamentos é feita através da utilização de padrões de calibração para os

diferentes END e têm diferentes finalidades. Uns têm como finalidade calibração de sondas, outros a

verificação do desempenho de consumíveis.

Existem muitos blocos de calibração para os diferentes ensaios não destrutivos, cada qual com sua

função, e muitas empresas que os comercializam. Tal facto torna o processo de procura de

informação e aquisição bastante difícil. Para reduzir esta dificuldade, foi pensada uma forma de reunir

a informação num só espaço para facilitar o utilizador.

O outro objectivo desta tese é o desenvolvimento de uma base de dados de padrões de calibração de

Ensaios Não Destrutivos. Nela encontram-se padrões para os ensaios de ultra-sons, magnetoscopia,

líquidos penetrantes, correntes induzidas e radiografia. O objectivo será permitir ao utilizador uma

procura e acesso rápido aos padrões existentes no mercado e, através da informação contida na

base de dados, facilitar a decisão e aquisição destes padrões.

1.2 Estrutura da tese

De seguida, descreve-se a distribuição das diversas matérias tratadas pelos capítulos do relatório da

tese.

O estado da arte encontra-se no Capítulo 2. Aborda-se a soldadura na indústria, a formação de

técnicos END e as diferentes técnicas de ensaios não destrutivos convencionais. Trata-se ainda do

mercado que envolve os padrões de calibração de cada um dos ensaios.

No Capítulo 3 é feita a descrição do procedimento para elaboração de provetes soldados a MAG com

alguns defeitos típicos, poros e faltas de fusão. São expostas as condições criadas para o

aparecimento de defeitos assim como os parâmetros do processo. É exibida a inspecção com o

ensaio não destrutivo de radiografia e é feita uma simulação da parte prática da formação de um

técnico de END em ultra-sons.

No Capítulo 4 descreve-se o procedimento para elaboração de provetes através da soldadura SER

com alguns defeitos típicos, poros, faltas de fusão e escória. São divulgadas as condições criadas

para o aparecimento de defeitos assim como os parâmetros do processo. É exposta a inspecção com

o ensaio não destrutivo de radiografia e é feita uma simulação da parte prática da formação de um


3

No Capítulo 5 é descrito o procedimento para produção de provetes através da soldadura TIG com

alguns defeitos típicos, fissuras e inclusões de Tungsténio. São tratadas as condições criadas para o

aparecimento de defeitos assim como os parâmetros do processo. É mostrada a inspecção com o

ensaio não destrutivo de radiografia e é feita uma simulação da parte prática da formação de um


No capítulo 6 abordam-se as empresas que comercializam padrões de ensaios não destrutivos. É

tratada a base de dados construída com o objectivo de consulta dos blocos de referência.

As conclusões relativas à totalidade do trabalho e as propostas para desenvolvimentos futuros são

apresentadas no Capítulo 7.

No capítulo 8 encontram-se as referências bibliográficas.

Os anexos estão presentes no capítulo 9.

4

2 Estado da Arte

2.1 Introdução

Neste capítulo, aborda-se o essencial do estado da arte sobre a soldadura e o impacto dos seus

defeitos na Indústria e os Ensaios Não Destrutivos. Em 2.2 aborda-se a o conceito de soldadura e a

influência dos seus defeitos na indústria. No capítulo 2.3 descreve-se a formação e certificação de

técnicos para a realização de END, são tratados os provetes soldados com defeitos utilizados na

formação e são referidos os ensaios não destrutivos convencionais aplicados à indústria, Líquidos

Penetrantes, Magnetoscopia, Radiografia, Ultra-sons e Correntes Induzidas. Em 2.4 aborda-se o

mercado dos padrões de referência de ensaios não destrutivos.

2.2 Soldadura e os seus defeitos na indústria

A soldadura é uma técnica crítica para a ligação de materiais em várias indústrias, tais como a

indústria de construção, petroleira, petroquímica, aeronáutica, de processos de fabrico, entre outras.

É usada no fabrico, manutenção e reparação de peças e estruturas. É um processo eficiente,

económico e confiável.

O termo soldadura refere-se ao processo de ligar materiais por fusão ou por pressão, ou em

simultâneo, com ou sem material de adição de modo a formar-se um só elemento.

Figura 2-1: Soldadura na Indústria

Hoje em dia existem muitos processos de soldadura disponíveis, tais como a soldadura por eléctrodo

revestido, soldadura MIG/MAG, soldadura TIG, soldadura por fios fluxados, soldadura por arco

submerso, soldadura por plasma, entre outros.

A qualidade da soldadura não pode ser verificada no instante em que a soldadura é feita. Então, para

garantir soldaduras de qualidade são necessários meios adequados, pessoas certificadas e

procedimentos específicos.

No entanto, durante o processo de soldadura podem ocorrer defeitos de vários tipos, tais como

porosidades, inclusões, faltas de fusão, faltas ou excessos de penetração, fissuras, bordos

queimados, etc, os quais podem ter diversas causas como protecção gasosa deficiente [2], técnica de

soldadura pobre, superfícies mal limpas, parâmetros de soldadura errados, etc… Estes defeitos

podem vir a causar falhas e acidentes, pondo em risco o normal funcionamento das peças e

componentes e pondo em perigo a vida de pessoas. É então necessário fazer-se o controlo de

5

qualidade. Este consiste na identificação do defeito, descoberta da causa e da solução rápida e

eficiente. [3]

Tabela 2-1: Descontinuidades Associadas aos Processos de Soldadura [4]

6

Tabela 2-2: Tipos de Descontinuidades [4]

Figura 2-2: Exemplos de falhas: (esquerda) falha na soldadura longitudinal de uma tubagem; (centro) fissura transversal num carril; (direita) falta de penetração que levou a falha num suporte de uma transportadora de uma

fábrica

Num mundo industrial que é extremamente competitivo, onde as funções de engenharia e fabrico são

muitas vezes conduzidas por pressão comercial e prazos de entrega, é necessária a inspecção

rápida e eficaz das soldaduras para que seja assegurado um bom controlo do processo de fabrico. É

aqui que entram os ensaios não destrutivos [5] [6] [7]

7

2.3 Ensaios Não Destrutivos aplicados à indústria

Como dito anteriormente no enquadramento, os Ensaios Não Destrutivos (END) são técnicas usadas

para examinar materiais, componentes ou sistemas sem lhes causar danos. São muito utilizados na

indústria por serem económicos em termos de tempo e dinheiro e por não comprometerem o uso

futuro das peças inspeccionadas. Têm várias funções tais como:

Detecção, localização e dimensionamento de descontinuidades;

Detecção de fugas;

Caracterização estrutural e microestrutural;

Estima de propriedades mecânicas e físicas;

Classificação de materiais e determinação de composições químicas.

São utilizados em qualquer etapa no fabrico ou no ciclo de vida de um componente. Por exemplo

para assistir no desenvolvimento de um produto; para inspeccionar e classificar materiais

recepcionados; para monitorizar, melhorar e controlar processos de fabrico; para verificar processos

próprios como por exemplo o tratamento térmico; para verificar montagens; para inspeccionar danos

causados em serviço, entre muitas outras.

Os END baseiam-se em princípios físicos tais como ondas electromagnéticas, ondas acústicas,

emissão de radiação, entre outros. Os ensaios convencionais incluem os ultra-sons (UT),

magnetoscopia (MT), líquidos penetrantes (PT), correntes induzidas (ET) e radiografia (RT).

2.3.1 Formação e Certificação de Técnicos para Realização de END

A eficácia de qualquer aplicação de ensaios não destrutivos depende das capacidades das pessoas

que os executam ou que são responsáveis pelo ensaio. Por essa razão, foi desenvolvido um

procedimento para fornecer meios de avaliação e de documentação de competências das pessoas

cujas responsabilidades requerem um conhecimento teórico e prático dos ensaios não destrutivos

que executam, supervisionam ou avaliam.

Quando a certificação de técnicos de ensaios não destrutivos é exigida em normas, regulamentos,

códigos ou especificações, é importante certificar as pessoas de acordo com uma norma

internacional, neste caso a “EN ISO 9712:2012 - Non-destructive testing — Qualification and

certification of NDT personnel”. Esta norma cobre os ensaios que estão na tabela seguinte:

8

Tabela 2-3: END abrangidos pela norma EN ISO 9712:2012 [8]

Na formação em ensaios não destrutivos existem 3 níveis de certificação, cada qual com um número

mínimo de horas de formação. As diferenças entre os 3 níveis são as seguintes:

O técnico nível 1 pode executar o ensaio;

O técnico nível 2 pode executar o ensaio e interpretar os resultados;

O técnico nível 3 pode executar o ensaio, interpretar os resultados e elaborar procedimentos

de inspecção.

Tabela 2-4: Número mínimo de horas de formação para os vários END [8]

Por exemplo, um candidato a nível 2 em ultra-sons teria de ter uma formação de 120h para poder ir a

exame de certificação (40h de nível 1 + 80h de nível 2).

Relativamente ao exame de certificação (Níveis 1 e 2), este consiste em três grupos: parte geral,

parte específica e parte prática, cada uma com um tempo recomendado permitido para ser feita.

A parte geral é constituída apenas por questões de carácter geral seleccionadas de modo aleatório

pelo núcleo de certificação.

Tabela 2-5: Número mínimo de questões gerais no exame de certificação [8]

9

A parte específica inclui apenas questões de carácter específico relacionadas com o ensaio em

causa. Neste grupo existem pelo menos 20 questões de escolha múltipla, as quais envolvem

cálculos, procedimentos de END e perguntas sobre normas, códigos e especificações.

A parte prática do exame envolve a aplicação do ensaio a provetes fornecidos pelo núcleo de

certificação, o registo (e, para candidatos a nível 2, a interpretação) dos resultados e a apresentação

dos resultados no formato exigido. Ainda dentro da parte prática, os candidatos a nível 2 têm de

escrever uma instrução do END apropriada para um nível 1, para um provete previamente

seleccionado.

Tabela 2-6: Número mínimo e tipo de provetes para a parte prática (Nível 1 e Nível 2) [8]

Figura 2-3: Inspecção de Provetes por Ultra-sons

Para obter a certificação, o candidato tem de obter um mínimo de 70% em cada um dos grupos

(geral, específico e prático). Dentro da parte prática é necessário obter no mínimo 70% em cada

provete inspeccionado e também na instrução.

10

Em Portugal, a entidade de certificação é a RELACRE-Associação de Laboratórios Acreditados de

Portugal [9], a qual tem como missão apoiar e promover a comunidade de laboratórios, contribuindo

para o seu reconhecimento na sociedade e para o desenvolvimento e credibilização da sua

actividade. As certificações em END disponibilizadas pela RELACRE estão representadas na tabela

seguinte:

Tabela 2-7: Certificações em END disponíveis na RELACRE [9]

2.3.1.1 Provetes Soldados Utilizados na Formação/Certificação de Técnicos END

Os provetes soldados utilizados na parte prática da formação consistem em chapas, tubos, meias

canas, juntas de canto ou juntas em T que possuem defeitos como porosidades, faltas de fusão,

fissuras, inclusões, entre outros [10]. A função do formando é localizar as descontinuidades presentes

e, posteriormente, dimensioná-las. No fim, é feita uma conclusão se a descontinuidade é aceitável ou

não aceitável consoante um critério de aceitação fornecido.

Os provetes são comercializados por diversas empresas especializadas na elaboração destes. Entre

elas encontram-se a Sonaspection [11], QHR [12], Flawspec [13], etc…

Figura 2-4 - Provetes Soldados com Defeitos

11

Muitos trabalhos e estudos foram desenvolvidos no sentido de aperfeiçoar os diversos processos de

soldadura (sobre determinados materiais tais como alumínio [14], tunsgténio, aços inox austeníticos;

sobre optimização de parâmetros de soldadura [15][16][17]; sobre a influência dos gases de

protecção [18][19][20]; sobre a origem de defeitos [21][22]; sobre a assistência da programação no

processo de soldadura automatizado [23][24]). Outros consistiam em estudar os efeitos que defeitos

maquinados provocam num componente [25]. Relativamente à produção de soldaduras com defeitos

reais, o caso já é diferente, não havendo muita informação quanto a isso.

Esta tese visa colmatar essa lacuna, com a elaboração de procedimentos para produção de

soldaduras com defeitos reais pré-determinados, tanto em aço como em alumínio, através de três

processos de soldadura diferentes, MAG [26][27][28], SER [26][29][30] e TIG [26][31][32], e foram

abordados os defeitos típicos de cada um, tais como, porosidades, faltas de fusão, escória, fissuras e

inclusões de Tungsténio.

2.3.2 Líquidos Penetrantes (PT)

O ensaio de Líquidos Penetrantes (PT) [33][34] tem como objectivo detectar descontinuidades

superficiais em superfícies relativamente lisas e não porosas. É muito usado em metais (magnéticos

e não magnéticos, tais como o alumínio, magnésio, aço inoxidável austenítico, entre outros),

cerâmicos, plásticos, etc.

Os tipos de descontinuidades que podem ser detectados por líquidos penetrantes são:

Materiais laminados – fissuras, costuras, laminações.

Materiais fundidos – gotas frias, fissuras, porosidades, bolhas, diminuição de volume.

Materiais forjados – fissuras, dobras, fendas.

Soldaduras – fissuras, porosidades, bordos queimados, faltas de fusão, faltas de penetração.

2.3.2.1 Consumíveis do Ensaio

Penetrante Removedor do Excesso de Penetrante Revelador

Tipo Denominação Método Denominação Forma Denominação

I Penetrante Fluorescente A Água a Seco

II Penetrante Colorido

III Penetrante Misto B Emulsificador lipófilo

1 - Aplicar emulsificador à base de óleo. 2 - Lavagem com água corrente.

b Solúvel em água

C Solvente c Suspenso em água

D Emulsificador hidrófilo

1 - Pré lavagem opcional com água. 2 - Aplicar Emulsificador diluído em água. 3 - Lavagem final com água.

d Solvente básico (Líquido não aquoso)

E Água e solvente e Água ou solvente básico para aplicações especiais

Tabela 2-8: Consumíveis do Ensaio de Líquidos Penetrantes [35]

12

2.3.2.2 Vantagens e Desvantagens

Vantagens Desvantagens

Processo simples, fácil de executar e de interpretar;

Pode ser usado numa larga gama de materiais;

Superfícies/Volumes grandes de peças podem ser

inspeccionados rapidamente a baixo custo;

Componentes com geometria complexa são rotineiramente

inspeccionados;

As indicações são produzidas directamente na superfície

da peça permitindo uma imagem visual da

descontinuidade;

O equipamento é barato;

As latas de spray tornam este processo bastante móvel.

Apenas detecta defeitos superficiais;

Requer que o material seja suave e não poroso;

A limpeza inicial é crucial (os contaminantes podem

disfarçar defeitos);

Requer múltiplas operações sob condições controladas;

Requer cuidado no manuseamento dos líquidos;

A maquinagem das peças pode levar a falsas indicações –

para evitar tal situação, os materiais podem ser

previamente referenciados;

É necessária uma limpeza final para remoção dos líquidos

da peça.

Tabela 2-9: Vantagens e Desvantagens do ensaio

2.3.2.3 Blocos Padrão do Ensaios de Líquidos Penetrantes

No ensaio de líquidos penetrantes, os blocos padrão têm como função a verificação da sensibilidade

dos consumíveis (penetrante e revelador) e a comparação entre famílias de líquidos.

Figura 2-5: Blocos padrão de líquidos penetrantes – (esquerda) bloco comparador; (centro) Bloco nº1; (direita) Bloco nº2 [36]

2.3.3 Magnetoscopia ou Partículas Magnéticas (MT)

Este ensaio [37][38] é usado na localização de descontinuidades superficiais e sub-superficiais em

materiais ferromagnéticos. Um material é considerado ferromagnético se puder ser magnetizado.

Materiais com uma significante quantidade de ferro, níquel ou cobalto são, geralmente,

ferromagnéticos.

Estes materiais são constituídos por várias regiões que se designam por domínios magnéticos. Estes

apontam aleatoriamente num material desmagnetizado mas podem ser alinhados utilizando uma

corrente eléctrica ou um campo magnético externo para magnetizar o material.

Figura 2-6: Materiais Ferromagnéticos: (esquerda) desmagnetizado; (direita) magnetizado

13

O ensaio funciona da seguinte forma, um material ferromagnético é magnetizado com um forte campo

magnético criado por um íman ou um equipamento semelhante. Se o material tiver uma

descontinuidade, esta interrompe o fluxo de campo magnético e irá ocorrer uma falha no campo

designada campo de fuga.

Figura 2-7: Princípio do processo de Magnetoscopia

Partículas de ferro moído com um pigmento corante, designadas por pó magnético, são aplicadas no

material, as quais vão ser atraídas para os campos de fuga para formar uma indicação directamente

sobre a descontinuidade. Esta indicação pode ser visualmente detectada com iluminação adequada.

Desta forma, poderia dizer-se que o ensaio por partículas magnéticas é um “detector” de campos de

fuga, que são “evidenciados” pela acumulação de partículas.

Figura 2-8: Formação de aglomerado de partículas sobre a descontinuidade

Na prática, 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 a acumulação das partículas

de forma nítida.

Um aspecto interessante que se pode observar é que o campo de fuga somente ocorre quando existe

uma diferença na continuidade das características magnéticas do material base. Assim todas as

descontinuidades a serem detectadas, por exemplo fissuras, faltas de fusão, porosidades, inclusões,

possuem características magnéticas bem diferentes das do metal base, o que atribui ao ensaio

grande sensibilidade de detecção.

Outro aspecto importante, é a capacidade de detecção de descontinuidades muito pequenas. Isto faz

com que o método de ensaio por partículas magnéticas seja o mais eficiente dos métodos

superficiais, até mesmo que o ensaio por líquidos penetrantes, para materiais ferromagnéticos.

14

2.3.3.1 Padrões de Referência do Ensaio de Magnetoscopia

Os padrões usados neste ensaio têm como função a verificação da força do campo magnético e da

sensibilidade do consumível (partículas magnéticas).

Figura 2-9: Padrões Referência – bloco nº1 (esquerda); Pieristrina ou indicador de campo (direita) [39]



Detecta defeitos superficiais e sub-superficiais;

Inspecciona com facilidade componentes com formas

irregulares;

A limpeza inicial não é crucial como noutros métodos de

inspecção. A maioria dos contaminantes dentro duma

descontinuidade não irá prejudicar a sua detecção;

Método rápido de inspecção e as indicações são visíveis

directamente na superfície do material;

Processo barato comparativamente a outros ensaios não

destrutivos;

É um método de inspecção bastante móvel quando se usa

equipamento alimentado por baterias.

Não inspecciona materiais não-ferrosos como o alumínio,

magnésio ou aços inox;

A inspecção de grandes componentes pode requerer o

use de equipamento com alimentação especial;

Alguns componentes podem requerer a remoção do

revestimento para se conseguir atingir a sensibilidade de

inspecção desejada;

Capacidades limitadas de detecção de descontinuidades

sub-superficiais (profundidade máxima de sensibilidade

aproximadamente 15mm);

A desmagnetização é frequentemente necessária;

O alinhamento entre o fluxo magnético e o defeito é

importante.


2.3.4 Radiografia

O ensaio de radiografia [40][41] usa a radiação penetrante que passa directamente através do

componente, o qual absorve alguma da radiação. A quantidade de radiação absorvida depende da

densidade do material e da espessura. Estas diferenças de absorção de radiação podem ser

gravadas em filmes ou electronicamente.

2.3.4.1 Princípios Gerais de Radiografia

No ensaio de radiografia, o componente a inspeccionar é colocado entre a fonte de radiação e o

filme. A peça irá absorver alguma radiação, as áreas mais densas e espessas vão absorver maior

quantidade. A “escuridão” do filme (densidade) irá variar com a quantidade de radiação que atinge o

filme através do componente.

15

- menos exposição

- mais exposição

Figura 2-10: Princípio da Radiografia

A energia de radiação afecta a penetração no material, para materiais mais espessos e mais densos

é necessário uma maior energia. Para se obter uma imagem de boa qualidade da região de interesse

da peça, devem-se controlar o tempo de exposição e a energia de radiação.

Parede Fina

Figura 2-11: (esquerda) Baixa energia de radiação; (direita) Alta energia de radiação

2.3.4.2 Efeito da Orientação dos Defeitos

O ensaio de radiografia tem certas limitações relativamente à detecção de defeitos.

Figura 2-12: Efeito da orientação dos defeitos: (a) ângulo errado; (b) ângulo óptimo

Os raios-x e raios gama vêem uma descontinuidade como uma variação de espessura e, quanto

maior a variação mais fácil é a detecção do defeito. Quando a trajectória dos raios-x e dos raios gama

não é paralela à descontinuidade, a variação de espessura é menor e o defeito pode não ser visível.

Como o ângulo entre o feixe de radiação e um defeito linear é tão importante, a orientação do defeito

deve ser bem conhecida se a radiografia for o ensaio a ser usado para fazer a inspecção.

Defeitos volúmicos, como porosidades e inclusões de escória, também são detectados pelo ensaio de

radiografia.

16

Figura 2-13: Exemplos de diferentes ângulos de orientação: (esquerda) 0°; (centro) 10°; (direita) 20°

2.3.4.3 Fontes de Radiação

Duas das fontes de radiação mais usadas na radiografia industrial são os geradores de raios-x e as

fontes de raios gama.

Figura 2-14: Fontes de Raios-X e de Raios Gama

2.3.4.4 Métodos de Tratamento de Imagem

Vários métodos de tratamento de imagem estão disponíveis para fornecer a imagem final na

radiografia industrial:

Filme radiográfico;

Radiografia Digital.

2.3.4.5 Qualidade de Imagem

A qualidade da imagem é fundamental para uma avaliação precisa da integridade da amostra. Para

tal, utilizam-se ferramentas designadas por indicadores de qualidade de imagem (IQI). Existem vários

tipos de IQIs, uns contêm furos de dimensões diferentes e outros contêm fios de diferentes diâmetros

posicionados paralelamente uns aos outros.

Os IQIs são colocados no componente a examinar ou junto a este.

A qualidade é determinada com base no menor diâmetro de furo ou fio é reproduzido na imagem.

Figura 2-15: Indicadores de Qualidade de Imagem (IQIs)[42]

17

2.3.4.6 Segurança

A utilização de fontes de radiação na radiografia industrial está fortemente regulamentada pelas

organizações estatais e federais devido a possíveis riscos pessoais e públicos.

Existem muitas fontes de radiação. No geral, uma pessoa recebe cerca de 100mrem/ano de fontes

naturais e, aproximadamente, 100mrem/ano de fontes artificiais.

Os técnicos que trabalham com radiação devem usar dispositivos de vigilância que monitorizam a

absorção total e alertam quando estão numa área de alta radiação, como os geigers e os dosímetros.

Existem três factores que ajudam a reduzir a exposição à radiação:

Tempo – quanto menos tempo se estiver perto da fonte de radiação menos radiação se recebe;

Distância – quanto maior a distância à fonte de radiação menos radiação se recebe;

Protecção do tipo escudo (ex: parede) – protegendo-se atrás de uma parede, o técnico

receberá menos radiação.

Figura 2-16: Fontes de radiação naturais e artificiais

Figura 2-17: Alguns dispositivos de vigilância

18



Este ensaio não é limitado pelo tipo de material ou

densidade;

Podem ser inspeccionados conjuntos de componentes

montados;

A preparação de superfície requerida é mínima;

Sensível a alterações de espessura, corrosão, vazios,

fissuras e densidade de material;


Fornece uma gravação permanente dos resultados da

inspecção.

São necessárias muitas precauções para o uso da

radiação de alta intensidade;

São necessárias muitas horas de formação;

É necessário o acesso a ambos os lados do componente

a inspeccionar;

A orientação do equipamento e do defeito podem ser

críticos;

É impossível determinar a profundidade do defeito sem

exposições angulares adicionais;

Custo inicial do equipamento é elevado.


2.3.5 Ultra-sons

A inspecção por ultra-sons [43][44] é um método não destrutivo que usa feixes de ondas sonoras de

alta frequência para detectar descontinuidades superficiais e sub-superficiais no material examinado.

As ondas viajam através do material, perdendo alguma energia (atenuação) e são reflectidas nas

interfaces. O feixe reflectido é detectado e analisado para definir a presença e localização de

descontinuidades.

2.3.5.1 Fundamentos dos Ultra-sons

O som é produzido pela vibração de átomos ou moléculas, constituintes do material, em torno das

suas posições de equilíbrio e viaja na forma de uma onda.

A intensidade do som é determinada pela frequência da onda (vibrações ou ciclos completos num

determinado período de tempo). O ultra-som é um som com uma frequência demasiado alta para ser

detectada pelo ouvido humano (>20000Hz).

Várias formas de propagação de onda são usadas na inspecção por ultra-sons. As mais comuns são

as ondas longitudinais, transversais, de Rayleigh (superficiais) e de Lamb (ondas placa) [45]. Cada

uma tem as suas características e velocidade própria.

Figura 2-18: Ondas Longitudinais e Ondas Transversais

19

Tabela 2-12: Velocidades do som em diferentes materiais [46]

Os ultra-sons são gerados por uma sonda na qual existe um elemento piezoeléctrico que converte

energia eléctrica em vibrações mecânicas e vice-versa. A sonda tanto é capaz de transmitir como de

receber energia sonora.

Figura 2-19: Sonda de Ultra-sons (esquerda); Emissão e recepção de energia sonora (direita)

As ondas ultra-sónicas podem ser reflectidas, transmitidas e refractadas. A reflexão e a transmissão

ocorrem quando as ondas sonoras interagem com interfaces com diferentes propriedades acústicas.

A quantidade de energia reflectida ou transmitida pode ser detectada e fornece informação sobre a

dimensão do reflector. O tempo que o som leva a percorrer o material pode ser medido, o que

permite obter-se informação sobre a distância que o som percorreu.

Figura 2-20: Onda Reflectida e Onda Transmitida

20

2.3.5.2 Técnicas do Ensaio de Ultra-Sons

A inspecção por ultra-sons é um método muito versátil e pode ser dividida em duas categorias,

relativamente ao modo de aplicação:

Por contacto directo com a peça;

Por imersão.

2.3.5.2.1 Contacto Directo

Tal como o nome indica, esta técnica consiste no contacto directo entre a sonda e a peça. Para que a

energia sonora seja perfeitamente transmitida ao material, é necessário remover o ar que existe entre

a sonda e a peça. A este processo designa-se acoplamento, o qual pode ser feito utilizando-se

diferentes acoplantes tais como água, óleo ou gel.

Dentro da inspecção por ultra-sons por contacto directo com a peça, existem ainda diferentes

técnicas que podem ser aplicadas tais como eco pulsado e transparência.

Na técnica de eco pulsado [47], uma sonda envia um impulso de energia e a mesma sonda ou uma

segunda sonda recebe a energia reflectida. As reflexões ocorrem devido à presença de

descontinuidades e superfícies na peça. A quantidade de energia sonora reflectida é exibida num

referencial em função do tempo, fornecendo assim informação sobre o tamanho e localização do

reflector.

Figura 2-21: Técnica do Eco Pulsado

A técnica do eco pulsado permite que a inspecção por ultra-sons se realize quando apenas um lado

da peça está acessível e permite a localização precisa dos reflectores.

Na técnica por transparência [47], são utilizadas duas sondas situadas em superfícies opostas da

peça. Uma actua como emissor e a outra como receptor. Descontinuidades que existam no trajecto

do som serão responsáveis pela perda parcial ou total do som transmitido, a qual será indicada por

uma diminuição da amplitude do sinal recebido.

Figura 2-22: Técnica de Transparência

21

A técnica por transparência é útil na detecção de descontinuidades que não são boas reflectoras e

quando o sinal é fraco. As limitações desta técnica são o facto de não fornecer informação sobre a

profundidade da descontinuidade e de ser necessário acesso pelos dois lados da peça.

2.3.5.2.2 Imersão

Na técnica por imersão [47], a peça e a sonda são colocados num banho de água. Este sistema

permite um melhor movimento da sonda mantendo um acoplamento consistente.

Com esta técnica, é exibido um sinal que representa o eco da superfície frontal da peça e outro que

representa o eco de fundo. Caso haja descontinuidades, um sinal irá ser exibido entre os dois sinais

anteriormente referidos.

Figura 2-23: Técnica de Imersão

2.3.5.3 Equipamento

2.3.5.3.1 Sondas

As sondas utilizadas em ultra-sons possuem um ou mais cristais piezoeléctricos. O chamado efeito

piezoeléctrico consiste na capacidade de certos materiais, quando sujeitos a pressão mecânica,

produzirem tensões eléctricas e vice-versa. A capacidade de uma sonda pode ser definida por:

Sensibilidade - aptidão para detectar pequenas descontinuidades;

Resolução - aptidão para distinguir as reflexões ultra-sonoras de duas descontinuidades

muito próximas;

Eficiência - eficácia na conversão da energia.

Existem, contudo, outros factores a considerar, nomeadamente:

2.3.5.3.1.1 Tamanho do cristal

Quanto maior for o diâmetro do cristal da sonda, menor é a divergência do feixe e maior a quantidade

de energia emitida. Cristais grandes e de baixa frequência são utilizados para se obter uma maior

penetração.

Quanto maior for a frequência, menor terá de ser a espessura do cristal. Por isso, não são utilizados

cristais grandes e finos, visto que se inutilizam facilmente.

Assim, as sondas, utilizando cristais pequenos e de alta frequência, detectam descontinuidades muito

pequenas.

2.3.5.3.1.2 Frequência

Aumentando a frequência, a divergência do feixe diminui e a sensibilidade e a resolução aumentam.

Diminuindo a frequência, a penetração e a divergência do feixe aumentam e a dispersão diminui.

22

As baixas frequências de inspecção são necessárias quando a peça tem um grão grosseiro, no caso

das peças vazadas, ou quando as superfícies se apresentam rugosas ou corroídas.

As altas frequências são, regra geral, utilizadas em materiais com estrutura de grão fino, a fim de se

detectar defeitos de pequenas dimensões.

Em materiais espessos é, por vezes, necessário recorrer a sondas de grande diâmetro. Para uma

dada frequência, quanto maior for o cristal, menor será a divergência do feixe.

Para uma sonda de um dado diâmetro, a divergência do feixe é tanto menor quanto maior for a

frequência.

Nos ultra-sons convencionais existem dois tipos de sondas: sondas direitas e sondas angulares

[48].

Esta classificação tem em conta o ângulo com que o som é introduzido na peça. Enquanto as sondas

direitas introduzem o som numa direcção perpendicular à superfície, as sondas angulares fazem-no

numa direcção que forma um ângulo maior do que zero graus com a mesma superfície.

As sondas direitas e angulares podem ainda ser:

Sondas de cristal único;

Sondas de cristal múltiplo [48].

No primeiro tipo, as funções emissão e recepção são levadas a efeito por um único cristal. Nas

sondas de cristal múltiplo, as funções emissão e recepção são levadas a efeito por transdutores

separados (transdutor da sonda é o elemento fundamental pois é ele que converte os impulsos

eléctricos de alta frequência em impulsos mecânicos). Estas últimas estão disponíveis tanto na forma

de sonda direita, como em forma de sonda angular.

2.3.5.3.2 Instrumentação

Os instrumentos de ultra-sons convencionais são:

D-meters ou medidores de espessura;

Equipamento A-Scan;

Figura 2-24: Sondas Direitas (esquerda) e Sondas Angulares (direita)

Figura 2-25: Sondas de Cristal Único (esquerda) e Sondas de Cristal Múltiplo (direita)

23

D-meters ou medidores de espessura

Os D-meters ou medidores de espessura fornecem ao utilizador uma leitura digital numérica. São

projectados principalmente para aplicações de inspecção de corrosão/erosão e são portáteis.

Alguns instrumentos fornecem ao utilizador tanto uma leitura digital como uma amostra do sinal.

A principal vantagem destas unidades reside no facto de permitirem ao utilizador avaliar o sinal para

garantir que as medições digitais são partes desejadas.

Equipamento A-Scan

Os equipamentos A-Scan são instrumentos projectados para inspeccionar defeitos em componentes.

No entanto, o sinal obtido pode ser avaliado para se obterem outras informações tais como valores de

espessura do material. São maiores que os D-meters mas são também portáteis.

Figura 2-26: D-meter ou Medidor de Espessura (esquerda); Equipamento A-Scan (direita)

2.3.5.3.3 Padrões de Calibração

A calibração consiste na configuração do equipamento de ultra-sons com valores tabelados. Isto

fornece ao inspector meios para fazer comparações entre sinais obtidos e medidas conhecidas.

Os padrões de calibração são de diversos tipos de materiais e configurações devido à diversidade de

aplicações. São normalmente fabricados a partir de materiais com as mesmas propriedades acústicas

dos componentes a serem examinados.

Os padrões para calibração de espessuras são lisos (ou curvos para aplicações de tubos ou

tubagens) e consistem em simples variações de espessura no material.

Existem ainda padrões para calibração de sondas angulares que usam furos laterais, entalhes e

configurações geométricas para estabelecer relações de distância, tempo e amplitude.

Figura 2-27: Padrões para Calibração de Espessuras [49]

24

2.3.5.4 Representação de dados

Os aparelhos de ultra-sons fornecem as informações sob diversas formas:

Representação digital;

Representação A-Scan;

Representação B-Scan;

Representação C-Scan;

Representação P- Scan e variante T- Scan.

Neste trabalho apenas se falarão da representação digital nos D-Meters e a representação A-Scan

nos equipamentos A-Scan.

Representação digital

Este tipo de representação fornece a leitura directa de uma medida (tempo, espaço ou velocidade).

Tradicionalmente é utilizada nos aparelhos de ultra-sons para medição de espessuras (D-meters).

Representação A-Scan

Na representação A-Scan, o écran do equipamento de ultra-sons fornece a indicação de quantidade

de energia ultra-sonora reflectida e a relação velocidade/distância (tempo) para um dado material.

A dimensão relativa de uma descontinuidade pode ser determinada comparando a amplitude do seu

eco com a de um reflector de dimensão conhecida.

Figura 2-29: Representação Digital (esquerda) e Representação A-Scan (direita)

Figura 2-28: Padrões para Calibração de Sondas Angulares [49]

25



Sensível a pequenos defeitos tanto à superfície como no

interior;

A profundidade de penetração para detecção ou medição

de defeitos é superior à dos outros métodos;

Quando a técnica de eco pulsado é utilizada, apenas é

necessário um lado de acesso;

Alta precisão na determinação da posição reflectora e a

estimar o tamanho e forma do defeito;

Requer uma preparação mínima da superfície;

O equipamento electrónico fornece resultados

instantâneos;

Podem ser produzidas imagens detalhadas com o uso de

sistemas automáticos;

Tem outras utilizações para além da detecção de defeitos,

tais como medição de espessuras.

A superfície tem de ser adequada para a transmissão de

ultra-sons;

A técnica e o treino para este ensaio são mais extensivos

do que para os outros métodos;

Normalmente requer um meio de acoplamento para

promover a transferência de energia sonora para a peça;

Materiais rugosos, de forma irregular, muito pequenos,

extremamente finos ou não homogéneos são muito

difíceis de inspeccionar;

Ferro fundido e outros materiais granulosos espessos são

difíceis de inspeccionar devido à baixa transmissão

sonora e alto sinal de ruído;

Defeitos lineares com orientação paralela ao feixe de som

podem passar despercebidos;

Padrões de referência são exigidos para calibração do

equipamento e para caracterização de defeitos.


2.3.6 Correntes Induzidas

2.3.6.1 Indução Electromagnética

Este ensaio [50][51] baseia-se na medição da variação da impedância eléctrica de uma bobina,

quando esta é submetida a um campo magnético.

As correntes de Eddy são criadas através de um processo designado por indução electromagnética.

Quando uma corrente alternada é aplicada a um condutor, como o cobre por exemplo, origina-se um

campo magnético no material e à sua volta. O campo vai-se expandindo com o aumento da corrente

alternada até ao máximo e desaparece quando a corrente se reduz para zero.

Se outro condutor eléctrico for colocado nas proximidades, o campo magnético que causará uma

“corrente induzida” que passará através dele.

Figura 2-30: Corrente induzida pelo campo magnético

2.3.6.2 Geração de Correntes Induzidas

As correntes de Eddy são correntes eléctricas induzidas que têm uma trajectória circular e são

geradas por uma sonda dentro da qual está um condutor em forma de bobina. Uma corrente

alternada passa na bobina a uma frequência determinada pelo operador formando-se um campo

magnético dinâmico à volta da bobina.

26

Quando um material condutor é colocado no campo magnético dinâmico, correntes de Eddy vão ser

induzidas no material. Estas correntes irão gerar o seu próprio campo magnético secundário.

Figura 2-31: Correntes induzidas e campo magnético por elas criado [52]

Todo o processo de indução electromagnética para produção de correntes de Eddy pode ocorrer

entre centenas de vezes e milhões de vezes por segundo, dependendo da frequência.

As correntes induzidas são mais fortes à superfície do material e vão sendo mais fracas à medida que

a profundidade aumenta. A profundidade em que a densidade de correntes de Eddy corresponde a

37% da densidade de correntes à superfície designa-se por profundidade padrão de penetração. Esta

profundidade varia com a frequência da sonda, com a condutibilidade e permeabilidade do material.

Figura 2-32: Influência dos diferentes factores no ensaio

2.3.6.3 Informação/Dados da Inspecção

A intensidade das correntes de Eddy num componente é influenciada por três factores:

condutividade eléctrica do material;

permeabilidade magnética do material;

quantidade de material sólido nas proximidades da bobina.

2.3.6.4 Aplicações do Ensaio de Correntes Induzidas

Uma das grandes vantagens deste ensaio é a grande variedade de inspecções que podem ser feitas.

2.3.6.4.1 Medição de Espessuras de Componentes Finos

É possível fazer medições de espessuras através do ensaio de correntes induzidas mas com certas

limitações pois apenas uma determinada quantidade de correntes de Eddy se formam num dado

27

volume de material. A força/quantidade de correntes de Eddy pode ser medida e relacionada com a

espessura do material.

Figura 2-33: Medição de espessuras através de correntes de Eddy

A inspecção por correntes de Eddy é muito usada na indústria de aviação e em tubagens de

instalações de geração de energia e petroquímica, para detecção de perdas de material devido a

corrosão e erosão.

2.3.6.4.2 Detecção de Fissuras

A detecção de fissuras é um dos principais usos da inspecção por correntes de Eddy.

As fissuras causam uma interrupção nos padrões de fluxo circular das correntes enfraquecendo a

força destas. Esta alteração no local da fissura pode ser detectada.

Figura 2-35: Interrupção do fluxo de corrente devido a uma descontinuidade [53]

Figura 2-34: Corrosão e erosão na indústria de aviação e em tubagens

28

Este ensaio tem uma alta sensibilidade para a detecção de defeitos à superfície.

2.3.6.4.3 Medição de Revestimento

Através deste ensaio [54] podem-se medir os revestimentos não condutivos com bastante precisão.

O revestimento afasta a sonda do material base condutor o que enfraquece as correntes de Eddy.

Este enfraquecimento pode ser medido e relacionado com a espessura do revestimento.

Figura 2-37: Medição do revestimento

2.3.6.4.4 Monitorização de Variações de Condutividade e Permeabilidade

Este método de inspecção é sensível às alterações na condutividade eléctrica e permeabilidade

magnética do material. Esta “sensibilidade” permite que este ensaio possa ser usado em

procedimentos como:

Identificação de materiais;

Classificação de materiais;

Determinação dos danos causados pelo calor;

Medição de espessuras e de revestimento;

Monitorização do tratamento térmico.

2.3.6.5 Equipamento

O equipamento para a inspecção de correntes de Eddy é muito diversificado.

É muito importante a selecção de equipamento adequado se for necessário fazer-se uma inspecção

precisa num determinado caso particular.

São necessários, no mínimo, três componentes básicos para qualquer inspecção com este ensaio:

instrumentação, sondas e padrões de referência.

Figura 2-36: Detecção de fissuras superficiais

29

2.3.6.5.1 Instrumentação

Os medidores são a forma mais simples da instrumentação de correntes induzidas. Dividem-se em

duas categorias gerais, analógicos e digitais.

Figura 2-38: Medidor Analógico e Digital

Os medidores analógicos podem ser usados em diferentes aplicações tais como detecção de

fissuras, medição de espessuras, medição de revestimento não condutivo/condutivo.

Os medidores digitais são normalmente fabricados para examinar um atributo específico do material

tal como a condutividade ou a espessura de revestimento não condutivo/condutivo. Estes medidores

têm tendência a ter uma maior precisão que os aparelhos analógicos.

Existem ainda os equipamentos de multi-frequência [55] que conseguem fazer inspecções a mais de

duas frequências, sequencialmente ou simultaneamente.

Este tipo de instrumentos é muito usado para inspecção de tubagens nas indústrias química,

petroquímica e de geração de energia.

Estes equipamentos são capazes de ligarem-se a computadores e podem ter até quatro sondas

ligadas ao mesmo tempo.

As vantagens de fazer inspecções com equipamentos de multi-frequência são as seguintes:

Permitem o aumento de informação recolhida através de uma sonda;

Fornecem um sinal da mesma descontinuidade a diferentes frequências para posterior

comparação;

Permitem uma mistura de frequências que ajuda a reduzir/eliminar as fontes de ruído;

Muitas vezes melhoram as capacidades de detecção, interpretação e dimensionamento de

descontinuidades.

Figura 2-39: Equipamento de Multi-Frequência

30

2.3.6.5.2 Sondas

A selecção de sondas é muito importante para uma aquisição adequada de informação.

Devido à grande variedade de sondas, existem vários sistemas de classificação. Os mais comuns são

as sondas de superfície, sondas internas e as sondas externas.

2.3.6.5.2.1 Sondas de Superfície

As sondas superficiais [56] são bobinas que estão montadas numa das extremidades de um corpo de

plástico. Esta extremidade é colocada e movida sobre a superfície do componente a inspeccionar.

2.3.6.5.2.2 Sondas Internas

As sondas de diâmetro [56] são bobinas que estão enroladas num corpo de plástico. Estas sondas

são usadas para inspecção de tubagens.

Figura 2-41: Sondas de Diâmetro Interno

2.3.6.5.2.3 Sondas Externas

As sondas de diâmetro externo [56] são bobinas que enrolam num corpo de plástico oco. Esta sonda

é fabricada de modo a que o componente a inspeccionar passe pelo meio da bobina. Estas sondas

são usadas para inspecção de barras, hastes e tubos.

2.3.6.5.3 Padrões de Referência

Para que a inspecção através de correntes de Eddy forneça ao inspector informação útil, os sinais

gerados a partir do componente devem ser comparados com resultados com valores conhecidos.

Para isso, são fabricados padrões de referência [57] do mesmo material que o componente ou de um

muito semelhante. Existem muitos tipos de padrões devido à variedade de inspecções feitas por ET.

Figura 2-40: Sondas Superficiais

Figura 2-42: Sondas de Diâmetro Externo

31

Figura 2-44: Padrão para tubos e para medição de revestimentos não condutivos



Sensível a pequenas fissuras e a outros defeitos;


A inspecção fornece resultados imediatos;

Equipamento bastante portátil;

Este método pode ser usado para mais do que detecção de

defeitos;

A preparação do componente a examinar é mínima;

A sonda não precisa de estar em contacto com a peça;

Inspecciona formas complexas e dimensões de materiais

condutivos.

Apenas materiais condutivos podem ser inspeccionados;

A superfície tem de estar acessível à sonda;

Acabamento da superfície e rugosidade podem interferir

com o ensaio;

São necessárias referências normativas para preparação

do ensaio;

Profundidade de penetração limitada;

Defeitos como laminações paralelos à bobine da sonda e à

direcção de varrimento são indetectáveis.

Tabela 2-14: Vantagens e Desvantagens

2.4 Mercado dos Padrões de Ensaios Não Destrutivos

Os blocos padrão para ensaios não destrutivos são de extrema importância e, consoante o ensaio,

têm diversos objectivos. No ensaio PT a função dos padrões é verificar a sensibilidade dos

consumíveis; no ensaio MT os padrões têm como objectivo verificar a força do campo magnético (se

é adequada ao ensaio ou não) e a sensibilidade do agentes consumíveis fluorescentes; na radiografia

os padrões são usados para verificação da qualidade de imagem do filme; nos ultra-sons os blocos

[58] são usados para calibração de sondas e equipamentos; em correntes induzidas utilizam-se

padrões de referência para comparação de resultados.

São muitas as empresas que vendem equipamentos e padrões de calibração para os END

mundialmente. Entre elas encontram-se a OLYMPUS [59], ZETEC [60], PHTool [61], Flawtech [62],

ATS [63], Karl Deutsch [64], MPM Products [65], GE [66] etc…

Figura 2-43: Padrões para medição de espessuras (esquerda) e descontinuidades (direita)

32

Em Portugal, as principais empresas de mercado de END são a OLYMPUS [59], AJorgeLima [67] e

END Portugal [68].

Conclui-se que existem muitas empresas envolvidas no mercado dos blocos de referência dos

ensaios não destrutivos, o que pode dificultar a tarefa de alguém interessado em adquirir estes

produtos. Qual o padrão que sirva para determinado objectivo, em que materiais existe esse padrão,

quais as dimensões, qual a empresa pela qual deve optar, estas são algumas das muitas questões

que o interessado irá fazer a si próprio durante o processo de aquisição.

No sentido de tornar o processo de aquisição mais simples, pensou-se na possibilidade de juntar a

muita informação de padrões de referência dos diferentes ensaios num único espaço, para assim o

utilizador ter toda a informação disponível para fazer a melhor escolha poupando tempo e custos.

Ainda dentro deste mercado podem encontrar-se os provetes soldados com defeitos para formação e

examinação de técnicos de ensaios não destrutivos.

33

3 Chapas Elaboradas através do Processo de Soldadura MAG

3.1 Defeitos Comuns

Os defeitos típicos do processo de soldadura MAG são:

as porosidades – podem ser visíveis ou não. Resultam num enfraquecimento da soldadura, a

qual deverá ser reparada.

as faltas de fusão – ocorrem quando o material de adição não funde completamente com o

metal base. A resistência da soldadura é afectada.

faltas de penetração – ocorrem quando o material fundido não atinge a penetração pretendida

na junta. Podem originar fissuras.

excesso de penetração – quando existe muito material fundido no exterior da zona da raíz. O

excesso de penetração pode levar à ocurrência de “burn through”

fissuração a frio – aparecendo geralmente na zona termicamente afectada (ZTA). Ocorre

quando coexistem em simultâneo os seguintes factores: Hidrogénio no material depositado;

elevado nível de tensões na junta; microestruturas duras e frágeis (martensite).

fissuração quente - pode ocorrer frequentemente em construções soldadas a temperaturas

superiores a 1200ºC. Os principais factores que influenciam a fissuração a quente são:

Constrangimento; forma da soldadura; Composição química do material (nomeadamente a

presença de enxofre e fósforo).

Para o provete feito com soldadura MAG, apenas tiveram-se em conta os defeitos de porosidades e

falta de fusão na parede.

3.2 Elaboração da Soldadura com Defeitos Pré-Determinados

3.2.1 Preparação das Chapas

Para a soldadura por MAG foram utilizadas chapas de aço carbono com dimensões 350x150x12mm.

O primeiro passo foi criar o chanfro. Através do processo de oxicorte, chanfraram-se as chapas a 30º.

Figura 3-1: Chapa acabada de chanfrar

34

Após a elaboração do chanfro, foi dada a folga entre as chapas e foram colocadas as chapas de

prolongamento.

Figura 3-2: Folga entre chapas e colocação das chapas de prolongamento

A folga dada entre as chapas foi de, aproximadamente, 6mm.

As chapas de prolongamento têm como função manter a folga entre chapas constante, evitar a

distorção das chapas e permitir o início da soldadura.

3.2.2 Passo de Raiz

Inicialmente, foram estabelecidas as localizações dos defeitos ao longo do cordão. Com auxílio de um

giz marcaram-se as zonas. De seguida, foi executado o passo de raíz.

Figura 3-3: Localização dos defeitos

35

3.2.3 Porosidades

Relativamente às porosidades, foi fechada a garrafa do gás de protecção, para que a soldadura não

tivesse protecção gasosa e surgissem as desejadas porosidades.

Figura 3-4: Soldadura com poros

3.2.4 Falta de Fusão

Em relação à falta de fusão, a figura seguinte ilustra o princípio através do qual se fez este defeito.

Figura 3-5: Esquema da falta de fusão

Depois do passo de raiz (nº1) é feito um passo (nº2) mais chegado a uma parede do chanfro. De

seguida é feito um outro passo (nº3) sobre o anterior e mais junto à parede oposta mas de modo a

que não haja fusão na zona da parede.

Figura 3-6: Condição para a ocorrência de falta de fusão

36

3.2.5 Passos Finais

No final é feito o passo à face e, posteriormente, o passe à vista. São retiradas as chapas de

prolongamento e é marcada a chapa com o nome e com as referências 0 e 1 nas extremidades do

cordão.

Figura 3-7: Passe à face (esquerda); Aspecto final da chapa (direita)

3.2.6 Equipamento e parâmetros

Figura 3-8: Equipamento usado na Soldadura MAG

Na soldadura MAG foi utilizado um equipamento Lorch Saprom S3 Mobil, do tipo inverter para

soldadura MIG/MAG, de corrente contínua, não pulsada ou pulsada, com capacidade sinérgica.

A fonte de potência tem uma curva característica estática horizontal (tensão constante).

O resumo das características eléctricas da fonte de potência consta da respectiva chapa de

características ilustrada na figura seguinte.

37

Figura 3-9: Chapa de Características do Equipamento usado na Soldadura MAG

Foi utilizado um fio consumível de diâmetro 1mm e uma protecção gasosa que consistia numa

mistura 82% Ar + 18% CO2.

Passo/Defeito Amperagem Tensão Velocidade do fio consumível

Raiz 200 A 26 V 9,5 m/min

Porosidades 200 A 26 V 9,5 m/min

Falta de Fusão 125 A 20 V 5 m/min

Enchimento 210 A 27,5 V 10,5 m/min

Tabela 3-1: Parâmetros do processo

3.2.7 END às Chapas MAG

Foram executados dois ensaios não destrutivos para inspeccionarem-se as chapas.

Os ensaios de radiografia e ultra-sons são os mais adequados para a inspecção de descontinuidades

interiores. O ensaio de radiografia foi utilizado mais para acompanhamento durante o processo de

soldadura e os ultra-sons para simular a parte prática da formação do ensaio.

38

3.2.7.1 Radiografia

O ensaio de radiografia foi sendo feito entre os passos de soldadura.

Foi feita uma radiografia depois de executado o passo à face para confirmação da existência dos

defeitos e da sua correcta localização. Procedeu-se deste modo porque, se houvesse algum erro,

seria mais fácil corrigi-lo com o cordão à face do que com o cordão à vista (menos material

depositado e o cordão final não teria correcções e ficaria com melhor aspecto visual).

Finalmente, depois do passo à vista, foi feita uma última radiografia para garantir que estava tudo

bem depois deste último cordão.

Durante o processo de soldadura MAG, ocorreram alguns problemas no que se refere a radiografar a

falta de fusão. Várias vezes as radiografias tiradas, não mostravam nada na zona onde deveria

aparecer o referido defeito. Para um esclarecimento rápido das dúvidas, foi feito o ensaio de ultra-

sons para verificar se o defeito se encontrava na soldadura ou não.

Figura 3-10: Confirmação da presença da falta de fusão por Ultra-sons

Através do ensaio foi possível confirmar a presença da falta de fusão.

Outro modo utilizado para confirmar o defeito foi a conjugação da aplicação do processo arc-air [69] e

do ensaio de líquidos penetrantes, onde se obteve uma melhor percepção visual da presença do

defeito.

Figura 3-11: Aplicação de Arc-air para confirmação de defeitos

Concluiu-se que a falta de fusão estaria demasiado inclinada para ser apanhada pela radiografia.

39

Figura 3-12: Princípio da radiografia aplicada à falta de fusão da chapa MAG

A solução encontrada para ultrapassar esta dificuldade foi aumentar o espaço entre o cordão nº3 e a

parede. Assim já foi possível fazer com que a falta de fusão ficasse ilustrada na radiografia.

Figura 3-13: Princípio da radiografia aplicada à falta de fusão da chapa MAG com correcção do cordão

Nas figuras seguintes estão ilustradas as radiografias dos defeitos nas chapas feitas em MAG.

Figura 3-14: Porosidades Chapas MAG

40

Figura 3-15: Falta de Fusão Chapas MAG

3.2.7.2 Ultra-sons

Depois de concluída a chapa, iniciou-se a inspecção por ultra-sons e o respectivo relatório de

inspecção.

O equipamento utilizado foi o EPOCH 600 da OLYMPUS e as sondas tinham frequência de 4MHz e

ângulos de 45º, 60º e 70º. Na figura seguinte está representado o ambiente de trabalho do

equipamento e as diversas informações ou dados que ele nos fornece.

Figura 3-16: Ambiente de Trabalho do Epoch 600

As linhas azuis representam as DACs [70] (Distance Amplitude Correction). Estas foram elaboradas

através de um padrão próprio. As DACs são construídas através dos picos dos ecos de resposta de

reflectores com a mesma área mas a distâncias diferentes no mesmo material. O objectivo é construir

uma referência que depois ajudará a pessoa na inspecção e a tomar decisões. A primeira curva está

associada ao ganho referência, neste caso 50,4 dB, a segunda tem menos 6dB e a terceira tem

menos 10dB que a primeira.

Uma forma rápida para compreender-se a utilidade das DACs é a seguinte:

No geral, qualquer eco que não passe a primeira curva não é relevante.

Um eco que passe a primeira DAC já será alvo de atenção mas pode ser uma indicação

aceitável.

41

Um eco que passe a segunda curva será registado obrigatoriamente num relatório.

Um eco que passe a terceira DAC será imediatamente rejeitado.

A barra vermelha designa-se por “gate”. Esta é uma ferramenta que, quando atravessada por um eco,

vai fornecer os dados daquele eco.

Na zona superior da Figura 3-19 existem cinco rectângulos pretos, nos quais serão representadas as

informações que retirarmos dos ecos que aparecerem. O rectângulo superior esquerdo é a distância

do caminho do som, o inferior esquerdo a distância à frente da sonda, o superior do meio é a

percentagem do écran, o inferior do meio é a distância vertical à sonda e, por último, o rectângulo da

esquerda representa a diferença de ganho relativamente à primeira DAC.

Figura 3-17: Significado de alguns dos termos [71]

O modo de inspecção das chapas encontra-se ilustrado na figura seguinte.

Figura 3-18: Modo de Inspecção das Chapas [72]

Antes de se iniciar a inspecção, propriamente dita, uma coisa importante a fazer é inserir no

equipamento a espessura da chapa.

A inspecção processa-se começando por uma das extremidades da chapa e fazendo o movimento de

“zig-zag” até à outra extremidade de modo a fazer-se o varrimento de toda a área de interesse (a

soldadura e mais uma distância de 10mm para cada lado). Quando se “apanha” um eco de uma

descontinuidade que passe as DACs, essa indicação terá de ser dimensionada e localizada.

42

Figura 3-19: Eco de uma descontinuidade

Para se dimensionar a descontinuidade, a primeira coisa a fazer é obter o máximo desse eco. De

seguida, é dado ganho ao eco para que ele maximize até 80% do écran e é feita uma marcação na

chapa, como mostra a figura seguinte.

Figura 3-20: Eco maximizado (esquerda); Marcação na chapa (direita)

Neste caso, foram dados 3,1 dB para se maximizar o eco. Da marcação feita, vai ser feito um

varrimento para o lado esquerdo da marcação até o eco baixar para os 40%, aproximadamente, do

écran. Para o lado direito é feito o mesmo procedimento. Este método de dimensionar é designado

pelo método dos 6dB (6dB drop technique) [73].

Figura 3-21: Procedimento para dimensionar a descontinuidade

43

Depois de dimensionada a primeira descontinuidade, neste caso referente à falta de fusão, passou-se

para as porosidades. O mesmo procedimento foi aplicado. Determinação do eco máximo, maximizar

até aos 80% e varrimento para ambos os lados até o eco cair para os 40%.

Figura 3-22: Eco da descontinuidade (porosidades)

Terminada a inspecção, com auxílio de uma ferramenta de medição, neste caso uma trena, foram

localizadas e medidas as descontinuidades encontradas nas soldaduras.

Figura 3-23: Localização e dimensão das descontinuidades encontradas por ultra-sons (Chapa MAG1)

Figura 3-24: Localização e dimensão das descontinuidades encontradas por ultra-sons (Chapa MAG2)

Feito isto, foram preenchidas as fichas de inspecção das chapas (anexos 9.4 e 9.5) e elaborou-se o

procedimento de soldadura que se encontra no anexo 9.1

44

4 Chapas Elaboradas através do Processo de Soldadura por

Eléctrodo Revestido

4.1 Defeitos Comuns

Alguns defeitos típicos do processo de soldadura por eléctrodo revestido são:

as porosidades – podem ocorrer isoladas, em grupo e alinhadas. A maior parte é invisível

pois encontra-se no interior, mas leva a um enfraquecimento da soldadura;

as inclusões de escória, as faltas de fusão, faltas de penetração, (podem ser visíveis ou não.

Influenciam a resistência da soldadura);

salpicos (embora não afectem a resistência da soldadura, conferem uma aparência pobre e

aumentam os custos de limpeza);

bordos queimados (prejudicam a resistência da soldadura e o seu aspecto) entre outros.

Apenas se abordaram os três primeiros defeitos aquando da elaboração do provete soldado.



Para a soldadura por eléctrodo revestido a preparação das chapas foi em tudo igual à da soldadura

MAG. Foram utilizadas as mesmas chapas de aço carbono com as mesmas dimensões

300x150x12mm. Através do processo de oxicorte, chanfraram-se as chapas a 30º.

A folga dada entre as chapas é, sensivelmente, da mesma dimensão do diâmetro do eléctrodo com

que se vai soldar. Neste caso, a dimensão foi de, aproximadamente, 4mm.

Figura 4-1: Folga entre chapas e colocação das chapas de prolongamento

Relativamente aos eléctrodos, é muito importante garantir que estes estejam devidamente selados ou

que tenham estado numa estufa, garantindo assim a ausência de humidades que possam prejudicar

a soldadura.

45

Durante o trabalho, numa das soldaduras usaram-se eléctrodos que estavam fora da embalagem

própria e a soldadura final ficou com poros vermiculares, tal como mostra a figura seguinte:

Figura 4-2: Poros Vermiculares

4.2.2 Passo de Raiz

Antes de se iniciar o passo de raiz, foram estabelecidas as localizações dos defeitos ao longo do

cordão.

Figura 4-3: Determinação da localização dos defeitos

Durante a elaboração do passo de raiz, foi necessário ter atenção a um aspecto crucial. Um eléctrodo

não era suficiente para fazer todo o passo de raiz. Foram necessários vários eléctrodos. Quando um

eléctrodo é consumido na sua totalidade, a geometria da extremidade do cordão de soldadura é

arredondada. Se a soldadura fosse retomada imediatamente, iriam surgir faltas de penetração.

A solução é a rectificação do cordão de modo a tornar a geometria ideal para o recomeço da

soldadura.

46

Figura 4-4: Recomeço do cordão sem rectificação (em cima); Recomeço do cordão após rectificação (em baixo)

Na gíria, após a rectificação do cordão de soldadura, é dado o nome de “unha de lobo” ao cordão

rectificado devido à sua geometria.

Figura 4-5: Cordão rectificado (“unha de lobo”)

Entre cada eléctrodo consumido, procedeu-se à limpeza cuidada da escória de modo a evitar-se o

aparecimento de inclusões de escórias em zonas indesejáveis.

Figura 4-6: Passo de raiz completo

4.2.3 Porosidades

Nas zonas anteriormente indicadas para a localização dos defeitos, foram criadas as condições para

que eles surgissem.

47

Relativamente às porosidades, foi retirado o revestimento do eléctrodo e deixada a alma a

descoberto. Deste modo a soldadura não iria ter protecção gasosa e surgiriam as desejadas

porosidades.

Figura 4-7: Eléctrodo sem revestimento (esquerda); Soldadura com poros (direita)

4.2.4 Falta de Fusão

Em relação à falta de fusão, o princípio adoptado foi o mesmo para a soldadura MAG.

Figura 4-8: Esquema da falta de fusão

Primeiro é feito o passo de raiz (nº1). Depois é feito um passo (nº2) mais chegado a uma parede do

chanfro e de seguida é feito um outro passo (nº3) sobre o anterior e mais junto à parede oposta mas

de modo a que não haja fusão na zona da parede.

Figura 4-9: Condição para a ocorrência de falta de fusão

48

4.2.5 Inclusão de Escória

Para se obter uma inclusão de escória, o método foi simples. Na zona onde se queria a inclusão,

depositaram-se partículas de escória como mostra a figura seguinte.

Figura 4-10: Deposição de escória

4.2.6 Passos Finais

No fim de tudo isto é feito o passo à face e, posteriormente, o último passe de soldadura. São

retiradas as chapas de prolongamento e é marcada a chapa com o nome e com as referências 0 e 1

nas extremidades do cordão.

Figura 4-11: Passe à face (esquerda); Aspecto final da chapa (direita)

49


Figura 4-12: Equipamento usado na soldadura por eléctrodo revestido

Na soldadura por eléctrodo revestido foi utilizado um equipamento Migatronic BDH 320, multi-

processo do tipo inverter, de corrente contínua, não pulsada ou pulsada, para soldadura por

eléctrodos revestidos, TIG e MIG/MAG.

Em modo de soldadura por eléctrodos revestidos, a fonte de potência tem uma curva característica

estática vertical (corrente constante).


características ilustrada na figura seguinte.

Figura 4-13: Chapa de Características do Equipamento usado na soldadura por eléctrodo revestido

50

Os eléctrodos usados eram básicos com diâmetro de 3mm. É aconselhável fazer o enchimento com

diâmetros maiores. Neste caso todos os passos foram feitos com eléctrodos de diâmetro 3mm porque

não havia maiores em armazém.

Passo/Defeito Amperagem

Raiz 80 A

Poros 90 A

Falta de Fusão 90 A

Inclusão de Escória 90 A

Enchimento 120 A


4.2.8 END às Chapas SER

Foram realizados dois ensaios não destrutivos às chapas soldadas: radiografia e ultra-sons.

O ensaio de radiografia foi a maneira mais rápida de verificar que todos os defeitos se encontravam

na soldadura e nos locais desejados. Depois foi feita uma inspecção por ultra-sons, com

preenchimento de um relatório de inspecção, muito semelhante ao de um exame de certificação de

ultra-sons.

4.2.8.1 Radiografia

Nas figuras seguintes estão ilustradas algumas radiografias dos defeitos.

Figura 4-14: Porosidades Chapas SER

51

Figura 4-15: Escória Chapas SER

Figura 4-16: Falta de Fusão Chapas SER

4.2.8.2 Ultra-sons

O procedimento da inspecção por ultra-sons para as chapas SER é rigorosamente o mesmo que o

utilizado para as chapas MAG. Através dele foi possível dimensionar e localizar as descontinuidades

presentes nas soldaduras.

Figura 4-17: Eco máximo de descontinuidades: falta de fusão (esquerda); escória (direita)

Nas figuras seguintes encontram-se ilustrados as marcações das descontinuidades encontradas por

ultra-sons.

52



Para finalizar, foram preenchidas as fichas de inspecção das chapas SER (anexo 9.6 e 9.7) e foi feito

o procedimento de soldadura que se encontra no anexo 9.2.

53

5 Chapas Elaboradas através do Processo de Soldadura TIG

5.1 Defeitos Comuns

Os defeitos comuns do processo de soldadura TIG são:

as porosidades – como dito anteriormente, podem ser visíveis ou não, ocorrendo isoladas,

agrupadas ou linearmente e resultam num enfraquecimento da soldadura.

as inclusões de Tungsténio - ocorrem quando o eléctrodo de tungsténio toca no banho de

fusão.

as faltas de fusão, as faltas de penetração – reduzem a resistência da soldadura e podem

levar ao aparecimento de fissuras

a fissuração a quente – como referido atrás, pode ocorrer frequentemente a temperaturas

superiores a 1200ºC e os factores que a influenciam são: constrangimento; forma da

soldadura; Composição química do material (nomeadamente a presença de enxofre e

fósforo).

Para o provete feito com soldadura TIG, apenas tiveram-se em conta a fissuração a quente e as

inclusões de Tungsténio.



Para a soldadura TIG utilizaram-se chapas de alumínio com dimensões 300x150x10mm. O primeiro

passo foi criar o chanfro. Através de uma grosa para alumínio, chanfraram-se as chapas em X a 30º.

Figura 5-1: Lima de alumínio (esquerda); Chanfro em X (direita)

O procedimento para a soldadura TIG é diferente dos processos anteriores, pois a ordem de tarefas

não é a mesma.

Depois de chanfradas, as chapas foram colocadas numa estufa a, aproximadamente, 80ºC durante,

no mínimo, uma hora. Isto é feito para prevenir a existência de condensações e humidade na chapa.

De seguida, foi feita a limpeza da bancada de trabalho e do material de adição com auxílio de

acetona para remover qualquer vestígio de gordura ou oleosidade que pudesse existir.

54

A soldadura de alumínio não é tão fácil como a soldadura em aços e tem de ser garantido um certo

ambiente limpo para evitar o aparecimento de defeitos indesejáveis, neste caso as porosidades. As

primeiras soldaduras feitas, nas quais não se deu grande importância à limpeza, revelaram-se

desastrosas. As radiografias revelaram grande quantidade de poros.

5.2.2 Fissuração a Quente

Inicialmente, é feito um pequeno cordão, entre 30 e 60mm de comprimento, apenas num dos lados

da chapa, como demonstrado na figura seguinte.

Figura 5-2: Cordão inicial para fissuração a quente

Posteriormente, é dado calor à soldadura com a tocha de modo a que esta comece a fissurar. Depois

de iniciada a fissuração, foi só esperar que ela fissurasse totalmente.

Figura 5-3: Início da fissuração (esquerda); Propagação da fissura (centro); Cordão fissurado

55

Após a fissuração, as duas metades do cordão de soldadura são encaixadas uma na outra e são

colocadas as chapas de prolongamento das extremidades da chapa de alumínio.

Figura 5-4: Colocação das chapas de prolongamento

Após as chapas estarem colocadas é feito um cordão por cima do anterior fissurado, com tensão

mais baixa para que não haja grande penetração e se funda a região fissurada.

O passo seguinte foi fazer os passos à face em ambos os lados da chapa.

5.2.3 Inclusão de Tungsténio

Para as inclusões de Tungsténio, experimentaram-se duas ideias diferentes ambas com bons

resultados mas uma delas conferia maior certeza quanto à posição da inclusão.

Na primeira, foi aberto um rasgo no cordão e foram colocados pequenos restos de um eléctrodo de

tungsténio, como demonstrado na figura seguinte.

Figura 5-5: Rasgo com pequenas partículas de tungsténio

O principal problema deste plano, é a incerteza quanto à posição final das inclusões. Durante o

processo de soldadura, as partículas deslocaram-se do sítio.

Foi então aplicada outra ideia, com auxílio de um ponteiro fez-se uma pequena cavidade no cordão e

colocou-se um resto de eléctrodo.

56

Figura 5-6: Inclusão de Tungsténio

5.2.4 Passos Finais

No final é feito o passo à vista, são retiradas as chapas de prolongamento e é marcada a chapa com

o nome e com as referências 0 e 1 nas extremidades do cordão.

Figura 5-7: Aspecto final da chapa


Figura 5-8: Equipamento usado na soldadura TIG

57

Na soldadura TIG foi utilizado um equipamento EWM Tetrix 270 AC/DC TGD do tipo inverter, de

corrente contínua ou alternada, não pulsada ou pulsada, para soldadura por eléctrodos revestidos e

TIG.

A fonte de potência tem uma curva característica estática vertical (corrente constante).

Em modo de soldadura TIG, o equipamento disponibiliza várias funcionalidades específicas, tais

como pré-purga, pré-aquecimento, slope-up, slope-down, enchimento de cratera, etc.


características (ver xxx).

Figura 5-9: Chapa de Características do Equipamento usado na soldadura TIG

Como material de adição foi utilizada uma vareta com composição 95% Al e 5% Si com diâmetro

3,2mm e o eléctrodo de Tungsténio tinha 3mm de diâmetro.

Passo/Defeito Amperagem

Fissura 240 A

Passo por cima da fissura 180 A

Passo à face 260 A

Passo à vista 260 A


58

5.2.6 END às Chapas TIG

5.2.6.1 Radiografia

As radiografias dos defeitos das chapas TIG encontram-se em baixo. De referir que não foi possível

“isolar” os defeitos que se pretendiam, isto é, apareceram sempre poros junto às fissuras e às

inclusões. Uma especial atenção foi tida à limpeza da bancada, das chapas e do material de adição

assim como à protecção gasosa, mas nunca foi possível eliminar completamente as porosidades.

Figura 5-10: Fissuras

Nas radiografias das fissuras nota-se melhor as porosidades anexas ao defeito, as quais seguem o

prolongamento do mesmo.

Figura 5-11: Inclusões de tungsténio

59

5.2.6.2 Ultra-sons

Para se fazer a inspecção por ultra-sons nas chapas TIG, foi necessário fazer a calibração das

sondas para alumínio e as respectivas DACs. Vários parâmetros sofrem alteração quando o material

a inspeccionar é diferente do aço, tais como a velocidade de propagação do som, o ângulo da sonda,

o índice da sonda e o atraso da sonda.

Figura 5-12: Eco da descontinuidade (fissura)

Figura 5-13: Eco da descontinuidade (inclusão)

O dimensionamento e localização das descontinuidades foi feito da mesma forma que o das chapas

MAG e SER (Método dos 6dB).

60



No fim, foram preenchidas as fichas de inspecção das chapas TIG (anexos 9.8 e 9.9) e elaborou-se o

procedimento de soldadura que se encontra no anexo 9.3.

61

6 Base de Dados de Padrões de Ensaios Não Destrutivos

6.1 Introdução

Uma das coisas mais importantes na prática dos END é a calibração do equipamento. Se não houver

uma boa calibração, a qualidade e veracidade do método podem ser questionadas. Os blocos de

calibração são muito importantes pois com eles é possível calibrar o equipamento para diferentes

métodos, diferentes materiais, diferentes geometrias, etc…

Como dito anteriormente, são muitos os padrões de ensaios não destrutivos existentes no mercado,

assim como as empresas que os comercializam. Tais factos dificultam a tarefa de quem estiver

interessado em se informar e adquirir estes blocos.

Este capítulo é dedicado à base de dados de blocos padrão de ensaios não destrutivos que tem

como principal objectivo facilitar a procura de informação e aquisição destes padrões referência.

6.2 Base de Dados

Devido ao facto dos blocos de calibração serem imprescindíveis para a realização de ensaios não

destrutivos, foi pensada a elaboração de uma base de dados com blocos padrão para os END

convencionais (Ultra-sons, Magnetoscopia, Líquidos Penetrantes, Radiografia e Correntes Induzidas).

O objectivo desta base de dados seria facilitar a procura, a obtenção de informação e aquisição

destes padrões.

Primeiramente foi feita uma pesquisa intensiva dos padrões existentes no mercado e no meio dos

END.

Figura 6-1: Exemplos de Blocos Padrão de UT [74]

62

Várias empresas vendem padrões de calibração para ensaios não destrutivos como foi referido

anteriormente no capítulo 2.

Esta pesquisa teve vários objectivos, tais como, saber quais os padrões existentes no mercado, os

materiais em que esses padrões se encontram fabricados, quais as suas funções e que empresas os

vendem.

Com a informação recolhida na pesquisa, foram elaboradas cinco listas em excel, uma para cada

ensaio não destrutivo.

Foi elaborado, depois, em Access uma plataforma na qual se importam as cinco listas e onde toda a

sua informação é exibida.

Na figura seguinte, encontra-se o menu inicial da base de dados.

Figura 6-2: Menu Inicial da Base de Dados

Primeiro, o utilizador tem de seleccionar o ensaio não destrutivo pretendido, por exemplo ultra-sons, e

aparecerá um novo menu com uma lista dos padrões.

Figura 6-3: Menu do Ensaio de Ultra-sons

63

Ao seleccionar um padrão dessa lista, será exibida informação sobre o bloco, tal como mostra a

figura seguinte. Neste caso foi seleccionado o padrão V2 a título de exemplo.

Figura 6-4: Informação exibida sobre o padrão V2

Na página do padrão V2 é exibida uma foto do bloco de calibração, os materiais em que se encontra

disponível, a norma associada, as empresas que o vendem, uma breve descrição das funções e um

desenho técnico.

64

No total, a base de dados tem informações sobre 105 padrões. Nem todos os blocos da base de

dados têm toda esta informação (principalmente desenhos técnicos), pois durante a pesquisa não se

conseguiu colmatar essas lacunas.

Um guia de utilização foi elaborado, no qual é explicado o funcionamento da base de dados e como

inserir/remover/editar informações.

65

7 Conclusões e Desenvolvimentos Futuros

7.1 Introdução

O presente trabalho surge como resposta a lacunas no mercado nacional no que se refere à

elaboração e ao fornecimento de provetes soldados defeituosos para formação de técnicos de

ensaios não destrutivos e para facilitar aos utilizadores acesso a informação sobre padrões de

calibração para os diferentes END e futura aquisição.

As conclusões relativas ao trabalho realizado e as propostas de desenvolvimentos futuros são

apresentados neste capítulo.

7.2 Conclusões

As principais conclusões tiradas deste trabalho são as seguintes:

Foram elaborados, com sucesso, procedimentos de soldadura para a elaboração de provetes

soldados defeituosos para os processos de soldadura MAG e SER para aços (chapas

350x150x12mm) e TIG para alumínio (chapas 300x150x10mm).

Os procedimentos irão assim colmatar uma lacuna no mercado nacional no que toca à

produção e fornecimento deste tipo de provetes, tornando-se assim mais fácil o processo de

formação e certificação de técnicos em END.

Os procedimentos vão conseguir diminuir a dependência das empresas interessadas em

formar técnicos END e às empresas formadoras, relativamente às empresas produtoras e

comercializadoras dos provetes soldados com defeitos.

Em todas as soldaduras foram executados ensaios de radiografia os quais confirmaram a

presença dos defeitos nos locais previamente definidos.

Foram também realizados ensaios de ultra-sons, com o objectivo de simular um treino de

preparação de um técnico END. Através da técnica dos 6dB dimensionaram-se e localizaram-

se os defeitos, com sucesso.

Após a inspecção por ultra-sons das chapas, foram preenchidas as fichas de inspecção END

de cada uma delas.

Os 6 provetes estão prontos para servir futuramente na formação prática de técnicos em

ultra-sons.

66

Foi elaborada com sucesso uma base de dados que contém informações sobre os blocos de

calibração dos ensaios não destrutivos convencionais (PT, MT, ET, RT, UT).

Foi reunida muita informação sobre os padrões dos diferentes ensaios e alojada num só

espaço. Conseguiu-se, assim, tornar fácil e rápido o acesso à informação aos utilizadores

interessados em adquirir padrões de calibração.

A base de dados irá, deste modo, poupar esforço, tempo e custos aos utilizadores

interessados em adquirir blocos de referência.

7.3 Propostas para desenvolvimentos futuros

Destacam-se as seguintes propostas de desenvolvimento futuro, no âmbito do trabalho realizado:

Elaboração de provetes soldados com defeitos reais com outro tipo de juntas: juntas de canto,

juntas em T e juntas sobrepostas.

Elaboração de provetes soldados com defeitos reais tubulares;

Elaboração de provetes soldados com defeitos superficiais (estes provetes estaria mais

virados para os ensaios de Magnetoscopia e de Líquidos Penetrantes).

Utilização de outros materiais para elaboração de provetes.

Elaboração de provetes através de outros processos de soldadura (soldadura com fios

fluxados, soldadura por fricção linear, etc…)

Preencher as lacunas de informação presentes na base de dados.

Desenvolver um modo para fazer comparações de preços dos blocos de referência de

diferentes empresas.

67

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73

9 Anexos

9.1 Procedimento MAG

ESPECIFICAÇÃO PRELIMINAR DE PROCEDIMENTO DE SOLDADURA

(Preliminary Welding Procedure Specification)

1 - TIPO DE MATERIAIS (Material Type) 2 - JUNTA (Weld Shape)

ITEM TIPO&CLASSE/NORMA (Type&Grade/Standard) 2.1 - TIPO (Detail): Topo a Topo

A EN 10025-2 – S275JR (ISO 15608 Grupo 1.1)

2.2- COBRE JUNTAS (Backing):

Cobre Junta Cerâmica

ESAB OK backing

concave 13

B EN 10025-2 – S275JR (ISO 15608 Grupo 1.1) 2.3- OUTRO (Other): NA

--- --- 3 - POSIÇÃO DE SOLDADURA (Welding

Posit.):

(ISO

6947) PA

4 - ESPESSURA DO MATERIAL (Material Thickens): 10mm

5 - DIÂMETRO EXTERIOR (Outside Diameter):

7 - ESQUEMA (Detail)

7.1 – PREPARAÇÃO (Prep. method): Oxicorte-Rebarbagem

8 - SEQUÊNCIA (Sequence)

9 - SOLDADURA (Welding)

PASSE SOLDADURA

(welding) MATERIAIS DE ADIÇÃO (Filler Metal) PARÂMETROS DE SOLDADURA (Welding

Parameters)

(Run) PROCE.

Process.

TIPO

(Type)

DESIGNAÇÃO (Designation)

NORMA (Standard)

mm

FLUXO

Flux

GAS

l/min

VELOC

cm/min

CORR

POLAR

I

Amp

V

Vol.

P.AQ

ºC

INTERP

ºC

1 135 M ISO 14341-A – G 42 3 M

G3Si1 / AUTAL SG2

1 --- 13 --- DCEP 200 26 --- ---

Porosida

des

135 M ISO 14341-A – G 42 3 M

G3Si1 / AUTAL SG2

1 --- 13 --- DCEP 200 26 --- ---

Falta de

Fusão

135 M ISO 14341-A – G 42 3 M

G3Si1 / AUTAL SG2

1 --- 13 --- DCEP 200 26 --- ---

Protecção da raiz – Sim

Gás – EN ISO 14175 – M21

Caudal – 13l/min

12.0

0-6.0

30-35º

74

2 135 M ISO 14341-A – G 42 3 M

G3Si1 / AUTAL SG2

1 --- 13 --- DCEP 210 27,5 --- ---

3 135 M ISO 14341-A – G 42 3 M

G3Si1 / AUTAL SG2

1 --- 13 --- DCEP 210 27,5 --- ---

9.1 – GÁS DE PROTECÇÃO (Shielding gas) EN ISO 14175 – M21

10 - TÉCNICA (Technique)

10.1 - PASSES CORRIDOS OU BALANCEADOS (String or Weave Bead): NA

10.2 - OSCILAÇÃO (Oscillation): NA

10.3 - DIÂMETRO DO BOCAL (Orifice or Gas Cup Size): NA

10.4 - MÉTODO DE LIMPEZA DA RAIZ (Method of Back Gouging): Disco

10.5 - DISTÂNCIA TUBO DE CONTACTO / PEÇA (Contact Tube to Work Distance - Stick Out): NA

10.6 - TRATAMENTO TÉRMICO (PWHT) NA

11 - QUALIFICAÇÃO DO SOLDADOR (Welder Performance Qualification): NA

Capítulo 9 – Anexos

75

9.2 Procedimento SER




ITEM TIPO & CLASSE/NORMA (Type & Grade/Standard) 2.1 - TIPO (Detail): Topo a Topo

A EN 10025-2 – S275JR (ISO 15608 Grupo 1.1) 2.2- COBRE JUNTAS (Backing): NA

B EN 10025-2 – S275JR (ISO 15608 Grupo 1.1) 2.3- OUTRO (Other): NA

--- --- 3 - POSIÇÃO DE SOLDADURA (Welding Posit.): (ISO

6947) PA




7.1 – PREPARAÇÃO (Prep. method): Oxicorte-Rebarbagem



PASSE SOLDADURA

(welding) MATERIAIS DE ADIÇÃO (Filler Metal) PARÂMETROS DE SOLDADURA (Welding Parameters)

(Run) PROCE.

Process.

TIPO

(Type)


NORMA (Standard)

mm

FLUXO

Flux

GAS

l/min

VELOC

cm/min

CORR

POLAR

I Amp V Vol. P.AQ

ºC

INTERP

ºC

1 111 M ISO 2560-A – E 42 4 B 22 H5

(AWS A5.1: E7018-1)

2.5 --- --- --- DCEP 80 --- --- ---

Porosida

des

111 M ISO 2560-A – E 42 4 B 22 H5

(AWS A5.1: E7018-1)

3.2 --- --- --- DCEP 90 --- --- ---

Falta de

Fusão

111 M ISO 2560-A – E 42 4 B 22 H5

(AWS A5.1: E7018-1)

3.2 --- --- --- DCEP 90 --- --- ---

Inclusão

Escória

111 M ISO 2560-A – E 42 4 B 22 H5

(AWS A5.1: E7018-1)

3.2 --- --- --- DCEP 90 --- --- ---

2 111 M ISO 2560-A – E 42 4 B 22 H5 3.2 --- --- --- DCEP 120 --- --- ---

Protecção da raiz – ---

Gás – ---

Caudal – ---

12.0

30-35º

0-4.0

76

(AWS A5.1: E7018-1)

3 111 M ISO 2560-A – E 42 4 B 22 H5

(AWS A5.1: E7018-1)

3.2 --- --- --- DCEP 120 --- --- ---

9.1 – GÁS DE PROTECÇÃO (Shielding gas) NA










77

9.3 Procedimento TIG




ITEM TIPO & CLASSE/NORMA (Type & Grade/Standard) 2.1 - TIPO (Detail): Topo a Topo

A EN 485-2 – EN AW – 5083 – H111 2.2- COBRE JUNTAS (Backing): NA

B EN 485-2 – EN AW – 5083 – H111 2.3- OUTRO (Other): NA

--- --- 3 - POSIÇÃO DE SOLDADURA (Welding Posit.): (ISO 6947) PA




7.1 – PREPARAÇÃO (Prep. method): Grosa para Alumínio



PASSE SOLDADU

RA

(welding)

MATERIAIS DE ADIÇÃO (Filler Metal) PARÂMETROS DE SOLDADURA (Welding Parameters)

(Run) PROCE.

Process.

TIPO

(Type)


NORMA (Standard)

mm

FLUXO

Flux

GAS

l/min

VELOC

cm/min

CORR

POLAR

I Amp V

Vol.

P.AQ

ºC

INTERP ºC

Fissura 141 M EN ISO 18273

(AWS A5.10:99 ER4043)

3,2 --- 13 --- AC 240 --- --- ---

1 141 M EN ISO 18273

(AWS A5.10:99 ER4043)

3,2 --- 13 --- AC 240 --- --- ---

2,4 141 M EN ISO 18273

(AWS A5.10:99 ER4043)

3,2 --- 13 --- AC 180 --- --- ---

Inclusão

Tungsténi

141 M EN ISO 18273

(AWS A5.10:99 ER4043)

3,2 --- 13 --- AC 260 --- --- ---

Protecção da raiz – Sim

Gás – EN ISO 14175 –I1

Caudal – 13l/min

10.0

30-35º

78

o

3,5 141 M EN ISO 18273

(AWS A5.10:99 ER4043)

3,2 --- 13 --- AC 260 --- --- ---

9.1 – GÁS DE PROTECÇÃO (Shielding gas) EN ISO 14175 – I1










79

9.4 Ficha de inspecção Chapa MAG1

80

9.5 Ficha de inspecção Chapa MAG2


81

9.6 Ficha de inspecção Chapa SER1

82

9.7 Ficha de inspecção Chapa SER2


83

9.8 Ficha de inspecção Chapa TIG1

84

9.9 Ficha de inspecção Chapa TIG2

Documents

Desenvolvimento e Produção de Componentes Soldados Padrão