Ensaios não destrutivos

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ENSAIOS NÃO DESTRUTIVOSENSAIOS NÃO DESTRUTIVOS

Outubro / 2009

Alfeu Saraiva Ramos

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São técnicas utilizadas na inspeção de materiais e

equipamentos sem danificá-los, sendo executados nas etapas

de fabricação, construção, montagem e manutenção

ENSAIOS NÃO DESTRUTIVOS (END)

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Constituem uma das principais ferramentas do controle da

qualidade de materiais e produtos, contribuindo para garantir a

qualidade, reduzir os custos e aumentar a confiabilidade da

inspeção.


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São largamente utilizadas nos setores petróleo/petroquímico,

químico, aeronáutico, aeroespacial, siderúrgico, naval,

eletromecânico, papel e celulose, entre outros.

Contribuem para a qualidade dos bens e serviços, redução de

custo, preservação da vida e do meio ambiente, sendo fator de

competitividade para as empresas que os utilizam.


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Os END incluem métodos capazes de proporcionar

informações a respeito do teor de defeitos de um determinado

produto, das características tecnológicas de um material, ou

ainda, da monitoração da degradação em serviço de

componentes, equipamentos e estruturas.


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Além do uso industrial, tem crescido significativamente a aplicação dos END para a conservação de obras de arte, assim como na agropecuária - controle da camada de gordura de bovinos e suínos - e a própria utilização, largamente difundida, na medicina. Comparativamente, podemos afirmar que o "controle da qualidade" que o médico faz de um corpo humano na avaliação da saúde ou da patologia de um paciente, é o mesmo aplicado na indústria, só que para materiais e produtos.

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Para obter resultados satisfatórios e válidos, os seguintes itens devem ser considerados como elementos fundamentais para os resultados destes ensaios:

- Pessoal treinado, qualificado e certificado

- Equipamentos calibrados

- Procedimentos de execução de ensaios qualificados com base em normas e critérios de aceitação previamente definidos e estabelecidos.


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MÉTODOS USUAIS DE END

► Ensaio Visual

► Líquido penetrante

► Partículas Magnéticas

► Ultra-Som

► Radiografia (raios X e Gama)

► Correntes Parasitas

► Análise de Vibrações

► Termografia

► Emissão Acústica

► Estanqueidade

► Análise de deformações

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É uma das mais antigas atividades nos setores industriais

É o primeiro ensaio não destrutivo aplicado em qualquer tipo de peça ou componente

Está freqüentemente associado a outros ensaios de materiais.

Ensaio Visual

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Recurso para a verificação de alterações dimensionais, padrão de acabamento superficial e na observação de descontinuidades superficiais visuais em materiais e produtos em geral, tais como: - - trincas

- corrosão

- deformação, alinhamento e cavidades

- porosidade

- montagem de sistemas mecânicos e muitos outros.

Ensaio Visual - Aplicação

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Para a inspeção de peças ou componentes que não permitem o acesso direto interno para sua verificação (dentro de blocos de motores, turbinas, bombas , tubulações, etc)

Utilizam-se de fibras óticas conectadas a espelhos ou microcâmeras de TV com alta resolução, alem de sistemas de iluminação, fazendo a imagem aparecer em oculares ou em um monitores de TV.

São soluções simples e eficientes.

Inspeção Visual Remota

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Na aviação, é a principal ferramenta para inspeção de componentes para verificação da sua condição de operação e manutenção.

Não existe nenhum processo industrial em que a inspeção visual não esteja presente.

Ensaio Visual – Importância

Simplicidade de realização (obedece a sólidos requisitos básicos que devem ser conhecidos e corretamente aplicados) e baixo custo operacional.

Nota: requer uma outra técnica apurada.

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É usado para detectar descontinuidades superficiais e sub superficiais em materiais ferromagnéticos.

São detectados defeitos tais como: trincas, junta fria, inclusões, gota fria, dupla laminação, falta de penetração, dobramentos, segregações, etc.

Partículas Magnéticas

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Está baseado na geração de um campo magnético que percorre toda a superfície do material ferromagnético.

Partículas Magnéticas - Metodologia

Forma do campo magnético produzido

por uma barra imantada e visualizada

por limalha de ferro

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Peça contendo uma trinca superficial, dando origem ao campo de fuga.

As linhas magnéticas do fluxo induzido no material desviam-se de sua trajetória ao encontrar uma descontinuidade superficial ou sub superficial, criando assim uma região com polaridade magnética, altamente atrativa à partículas magnéticas.

No momento em que se provoca esta magnetização na peça, aplica-se as partículas magnéticas por sobre a peça que serão atraídas à localidade da superfície que conter uma descontinuidade formando assim uma clara indicação de defeito.


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Para que as descontinuidades sejam detectadas é importante que elas estejam de tal forma que sejam "interceptadas" ou "cruzadas" pelas linhas do fluxo magnético induzido; conseqüentemente, a peça deverá ser magnetizada em pelo menos duas direções defasadas de 90º.

Para isto utilizamos os conhecidos yokes, máquinas portáteis com contatos manuais ou equipamentos de magnetização estacionários para ensaios seriados ou padronizados. O uso de leitores óticos representa um importante desenvolvimento na interpretação automática dos resultados.


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Fundidos de aço ferrítico, forjados, laminados, extrudados, soldas, peças que sofreram usinagem ou tratamento térmico (porcas e parafusos ), trincas por retífica e muitas outras aplicações em materiais ferrosos.

Partículas Magnéticas - Aplicações

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É baseado na detecção de ondas acústicas emitidas por um material em função de uma força ou deformação aplicada nele.

Caso este material tenha uma trinca, descontinuidade ou defeito, a sua propagação irá provocar ondas acústicas detectadas pelo sistema.

Emissão Acústica – Princípio do Método

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Os resultados do ensaio por emissão acústica não são convencionais.

Não deve ser utilizado para determinar o tipo ou tamanho das descontinuidades em uma estrutura, mas sim, para se registrar a evolução das descontinuidades durante a aplicação de tensões para as quais a estrutura estará sujeita, desde que as cargas sejam suficientes para gerar deformações localizadas, crescimento do defeito, destacamento de escória, fricção, ou outros fenômenos físicos.

Emissão Acústica – Sobre a Aplicação do Método

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Aplicamos a emissão acústica quando queremos analisar ou estudar o comportamento dinâmico de defeitos em peças ou em estruturas metálicas complexas, assim como registrar sua localização.

O ensaio por emissão acústica permite a localização da falha, captados por sensores instalados na estrutura ou no equipamento a ser monitorado.

Emissão Acústica – Sobre a Aplicação do Método

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É o caso da monitoração de cilindros contendo gás sob pressão para abastecimento, do teste hidrostático e pneumático em vasos de pressão, teste de fadiga, controle de processos de soldagem, e ainda da caracterização de materiais.

Emissão Acústica – Exemplos de Aplicações do Método

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Ultra-Som

Detecta descontinuidades internas em materiais, baseando-se no fenômeno de reflexão de ondas acústicas quando encontram obstáculos à sua propagação, dentro do material.

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Um pulso ultra sônico é gerado e transmitido através de um transdutor especial, encostado ou acoplado ao material.

Princípio Básico da Inspeção de Materiais por ultra-som

Os pulsos ultra sônicos refletidos por uma descontinuidade, ou pela superfície oposta da peça, são captados pelo transdutor, convertidos em sinais eletrônicos e mostrados na tela LCD ou em um tubo de raios catódicos (TRC) do aparelho.

Ultra-Som

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Os ultra sons são ondas acústicas com freqüências acima do limite audível.

Normalmente, as freqüências ultra sônicas situam-se na faixa de 0,5 a 25 MHz.

Ultra-Som

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As dimensões reais de um defeito interno podem ser estimadas com uma razoável precisão, fornecendo meios para que a peça ou componente em questão possa ser aceito, ou rejeitado, baseando-se em critérios de aceitação da norma aplicável.

A espessura e a corrosão podem ser determinadas com extrema facilidade e precisão.

Ultra-Som

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Inspeção por ultra-som da chapa de um tubo

Foto gentileza da VOITH PAPER

soldas, laminados, forjados, fundidos, ferrosos e não ferrosos, ligas metálicas, vidro, borracha, materiais compostos, tudo permite ser analisado por ultra-som.

Indústria de base (usinas siderúrgicas) e de transformação (mecânicas pesadas), automobilística, transporte marítimo, ferroviário, rodoviário, aéreo e aeroespacial, hospitais (a primeira imagem de um feto humano é obtida por ultra-som !)

Ultra-Som - Aplicações

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Modernamente o ultra-som é utilizado na manutenção industrial, na detecção preventiva de vazamentos de líquidos ou gases, falhas operacionais em sistemas elétricos (efeito corona), vibrações em mancais e rolamentos, etc.

É o método não destrutivo mais utilizado e o que apresenta o maior crescimento, para a detecção de descontinuidades internas nos materiais.

Ultra-Som - Aplicações

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Ultra-Som - Vantagens

O método possui alta sensibilidade na detecção de pequenas descontinuidades internas, por exemplo:· Trincas devido a tratamento térmico, fissuras e outros de difícil detecção por ensaio de radiações penetrantes (radiografia ou gamagrafia).· Para interpretação das indicações, dispensa processos intermediários, agilizando a inspeção.· No caso de radiografia ou gamagrafia, existe a necessidade do processo de revelação do filme, que via de regra demanda tempo do informe de resultados.

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Ultra-Som - Vantagens

· Ao contrário dos ensaios por radiações penetrantes, o ensaio ultra-sônico não requer planos especiais de segurança ou quaisquer acessórios para sua aplicação.· A localização, avaliação do tamanho e interpretação das descontinuidades encontradas são fatores intrínsecos ao exame ultra-sônico, enquanto que outros exames não definem tais fatores. Por exemplo, um defeito mostrado num filme radiográfico define o tamanho mas não sua profundidade e emmuitos casos este é um fator importante para proceder um reparo.

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Ultra-Som - Desvantagens

• Requer grande conhecimento teórico e experiência por parte do inspetor.

• O registro permanente do teste não é facilmente obtido.

• Faixas de espessuras muito finas constituem uma dificuldade para aplicação do método.

• Requer o preparo da superfície para sua aplicação. Em alguns casos de inspeção de solda, existe a necessidade da remoção total do reforço da solda, que demanda tempo de fábrica.

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Nenhum ensaio não-destrutivo deve ser considerado o mais sensível ou o mais completo, pois as limitações e as vantagens fazem com que aplicação de cada ensaio seja objeto de análise e estudo da viabilidade de sua utilização, em conjunto com os Códigos e Normas de fabricação.

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Radiografia, Radioscopia e Gamagrafia

O método está baseado na mudança da atenuação da radiação eletromagnética (Raios X ou Gama) causada pela presença de descontinuidades internas, quando a radiação passar pelo material e deixar sua imagem gravada em um filme, sensor radiográfico ou em um intensificador de imagem.

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deslocam-se em linha reta

podem atravessar materiais opacos a luz, ao fazê-lo, são parcialmente absorvidos por esses materiais

podem impressionar películas fotográficas, formando imagens

provocam o fenômeno da fluorescência

provocam efeitos genéticos

provocam ionizações nos gases.

Propriedades da Radiação Penetrante

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Define-se “Radioatividade” como sendo a emissão espontânea de radiação por um núcleo atômico, que se encontra num estado excitado de energia.

Existem três tipos diferentes de radiação, como segue:- Partículas Alfa (a)- Partículas Beta (b)- Raios Gama (g)

Radiação e Radioatividade

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são constituídas de dois nêutrons e dois prótons, caracterizando um núcleo atômico de Hélio.

Devido ao seu alto peso e tamanho, elas possuem pouca penetração e são facilmente absorvidas por poucos centímetros de ar.

Radiação Por Partículas Alfa

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são constituídas por elétrons, que possuem velocidades próximas da luz, com carga elétrica negativa.

Possuem um poder de penetração bastante superior às radiações Alfa, podendo ser absorvidas por alguns centímetros de acrílico ou plásticos, na sua grande maioria.

Radiação Por Partículas Beta

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são de natureza ondulatória, ao contrário das demais que temcaracterísticas corpusculares. Devido a isto, adquire um alto poder de penetração nos materiais.

Radiação Por Partículas Gama

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É possível separar os três tipos de radiação descritos através da aplicação de um campo elétrico ou magnético, numa amostra de material radioativo.

Esquema de separação das radiações alfa, beta e gama.

Radiação

Nota: O poder de penetração das radiações eletromagnéticas, Raios X e Gama, são caracterizadas pelo seu comprimento de onda (ou energia)

39Técnica Geral de Ensaio Radiográfico na indústria.

Radiografia

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Radiografia – Finalidade e Aplicação

Foi o primeiro método de ensaio não destrutivo introduzido na indústria para descobrir e quantificar defeitos internos em materiais.

Seu enorme campo de aplicação inclui o ensaio em soldas de chapas para tanques, navios, oleodutos, plataformas offshore; em peças fundidas principalmente para as peças de segurança na indústria automobilística como porta-eixos, carcaças de direção, rodas de alumínio, airbags, assim como blocos de motores e de câmbio; produtos moldados, forjados, materiais compostos, plásticos, componentes para engenharia aeroespacial, etc... são outros exemplos.

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A radiografia também passou a ser realizada em processos dinâmicos (tempo real), como no movimento de projétil ainda dentro do canhão, fluxo metálico durante o vazamento na fundição, queima dos combustíveis dentro dos mísseis, operações de soldagem, etc.

Radiografia – Finalidade e Aplicação

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Radiografia: é a técnica convencional via filme radiográfico, com gerador de Raios X por âmpola de metal/cerâmica. Um filme mostra a imagem de uma posição de teste e suas respectivas descontinuidades internas.

Gamagrafia: mesma técnica tendo como fonte de radiação um componente radioativo, chamado de "isótopo radioativo " que pode ser o Irídio, Cobalto ou modernamente o Selênio.

Raios X Industrial abrange as seguintes técnicas:

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Radioscopia: a peça é manipulada a distância dentro de uma cabine a prova de radiação, proporcionando uma imagem instantânea de toda peça em movimento, portanto tridimensional, através de um intensificador de imagem acoplado a um monitor de TV. Imagens da radioscopia agrupadas digitalmente de modo tridimensional em um software, possibilita um efeito de cortes mostrando as descontinuidades em três dimensões o que nada mais é do que uma tomografia industrial.

Raios X Industrial abrange as seguintes técnicas:

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Líquidos Penetrantes

É considerado um dos melhores métodos de teste para a detecção de descontinuidades superficiais de materiais isentos de porosidade tais como: metais ferrosos e não ferrosos, alumínio, ligas metálicas, cerâmicas, vidros, certos tipos de plásticos ou materiais organo-sintéticos.

São também utilizados para a detecção de vazamentos em tubos, tanques, soldas e componentes.

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O método consiste em fazer penetrar na abertura da descontinuidade um líquido. Após a remoção do excesso de líquido da superfície, faz-se sair da descontinuidade o líquido retido através de um revelador. A imagem da descontinuidade fica então desenhada sobre a superfície.

Líquidos Penetrantes – Princípios Básicos

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Podemos descrever o método em seis etapas principais no ensaio , quais sejam:

a) Preparação da superfície - Limpeza inicialAntes de se iniciar o ensaio, a superfície deve ser limpa e seca. Não devem existir água, óleo ou outro contaminante.


Nota: contaminantes ou excesso de rugosidade, ferrugem, etc, tornam o ensaio não confiável.

Preparação e limpeza inicial da superfície.

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b) Aplicação do Penetrante: consiste na aplicação de um líquido chamado penetrante, geralmente de cor vermelha, de tal maneira que forme um filme sobre a superfície e que por ação do fenômeno chamado capilaridade penetre na descontinuidade.

Tempo de penetração do líquido na abertura.

Nota: Deve ser dado um certo tempo para que a penetração se complete.

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c) Remoção do excesso de penetrante: consiste na remoção do excesso do penetrante da superfície, através de produtos adequados, condizentes com o tipo de líquido penetrante aplicado , devendo a superfície ficar isenta de qualquer resíduo na superfície.

Remoção do excesso de líquido da superfície.

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d) Revelação: consiste na aplicação de um filme uniforme de revelador sobre a superfície. O revelador é usualmente um pó fino (talco) branco. Pode ser aplicado seco ou em suspensão, em algum líquido. O revelador age absorvendo o penetrante das descontinuidades e revelando-as.

Nota: Deve ser previsto um determinado tempo de revelação para sucesso do ensaio.


Aplicação do revelador e observação da indicação

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e) Avaliação e Inspeção: após a aplicação do revelador, as indicações começam a serem observadas, através da mancha causada pela absorção do penetrante contido nas aberturas, e que serão objetos de avaliação.


Absorção do líquido, pelo revelador, de dentro da abertura.

Nota: A inspeção deve ser feita sob boas condições de luminosidade, se o penetrante é do tipo visível (cor contrastante com o revelador) ou sob luz negra, em área escurecida, caso o penetrante seja fluorescente.

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A interpretação dos resultados deve ser baseada no Código de fabricação da peça ou norma aplicável ou ainda na especificação técnica do Cliente. Nesta etapa deve ser preparado um relatório escrito que mostre as condições do ensaio, tipo e identificação da peça ensaiada, resultado da inspeção e condição de aprovação ou rejeição da peça.

Em geral a etapa de registro das indicações é bastante demorada e complexa, quando a peça mostra muitos defeitos. Portanto, o reparo imediato das indicações rejeitadas com posterior re-teste, é mais recomendável.


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f) Limpeza pós ensaio: A última etapa, geralmente obrigatória, é a limpeza de todos os resíduos de produtos, que podem prejudicar uma etapa posterior de trabalho da peça (soldagem, usinagem, etc....).


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Simplicidade: é fácil de fazer e de interpretar os resultados. Aprendizado é simples e requer pouco tempo de treinamento do inspetor. Como a indicação assemelha-se a uma fotografia do defeito, é muito fácil de avaliar os resultados. Em contrapartida o inspetor deve estar ciente dos cuidados básicos a serem tomados (limpeza, tempo de penetração, etc), pois a simplicidade pode se tornar uma faca de dois gumes. Não há limitação para o tamanho e forma das peças a ensaiar, nem tipo de material; por outro lado, as peças devem ser susceptíveis à limpeza e sua superfície não pode ser muito rugosa e nem porosa. O método pode revelar descontinuidades (trincas) extremamente finas (da ordem de 0,001 mm de abertura ).

Líquidos Penetrantes – Vantagens

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Só detecta descontinuidades abertas para a superfície, já que o penetrante tem que entrar na descontinuidade para ser posteriormente revelado. Por esta razão, a descontinuidade não deve estar preenchida com material estranho.

A superfície do material não pode ser porosa ou absorvente já que não haveria possibilidade de remover totalmente o excesso de penetrante, causando mascaramento de resultados.

Líquidos Penetrantes – Limitações

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A aplicação do penetrante deve ser feita numa determinada faixa de temperatura permitida ou recomendada pelo fabricante dos produtos. Superfícies muito frias (abaixo de 5oC ) ou muito quentes (acima de 52oC) não são recomendáveis ao ensaio.

Algumas aplicações das peças em inspeção fazem com que a limpeza seja efetuada da maneira mais completa possível após o ensaio (caso de maquinaria para indústria alimentícia, material a ser soldado posteriormente, etc). Este fato pode tornar-se limitativo ao exame, especialmente quando esta limpeza for difícil de fazer.


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Junta soldada contendo trinca visual


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a) ter habilidade para rapidamente penetrar em aberturas finas;b) ter habilidade de permanecer em aberturas relativamente grandes;c) não evaporar ou secar rapidamente;d) ser facilmente limpo da superfície onde for aplicado;e) em pouco tempo, quando aplicado o revelador, sair das descontinuidades onde tinha penetrado;f) ter habilidade em espalhar-se nas superfícies, formando camadas finas;

Propriedades Físicas do Penetrante

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g) ter um forte brilho. h) a cor ou a fluorescência deve permanecer quando exposto ao calor, luz ou luz negra;i) não reagir com sua embalagem nem com o material a ser testado;j) não ser facilmente inflamável;k) ser estável quando estocado ou em uso;l) não ser demasiada

Propriedades Físicas do Penetrante

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Tipos de Líquidos Penetrantes

Produtos penetrantes segundo a norma Petrobras N-1596

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Tipos de Líquidos Penetrantes

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