Quando se adquire um produto qualquer,h sempre uma preocupao com a sua qualidade. Como consumidoresconscientes, nosso dever exigir do fabricante a garantia doproduto, pois quem fabrica deve assumir a responsabilidade peloperfeito funcionamento do objeto que produziu, uma vez que esteseja usado de acordo com as condies recomendadas.

Para poder dar esta garantia, o fabricante precisa ter certezade que seu produto foi produzido com materiais adequados, emconformidade com as normas tcnicas estabelecidas, e que apresenta,portanto, caractersticas apropriadas ao uso que lhe ser dado.

por isso que o fabricante deve realizar testes, tanto dosprodutos como de seus componentes, antes de lan-los no mercado. o que acontece, por exemplo, com os automveis, que tm todos osseus componentes testados, seguindo normas estabelecidas paraisto. Desde a pintura at o rudo do motor, tudo deve satisfazeraos padres internacionais de qualidade.

Esses testes, que so realizados em condies rigidamentecontroladas, so chamados de ensaios de materiais, assunto que sertratado neste mdulo.

Este mdulo compreende 25 aulas. A primeira aula apresenta umaviso geral sobre ensaios tecnolgicos e destaca as principaispropriedades dos materiais que podem ser avaliadas por meio deensaios. As demais aulas aparecem organizadas em dois blocos -ensaios destrutivos e ensaios no destrutivos - e tratam dascaractersticas dos principais ensaios de materiais.

Apresentao

Os assuntos so relacionados a situaes prticas, que fazemparte do dia-a-dia dos profissionais da rea de Mecnica, e soapresentados em linguagem simples, sem comprometer o aspectot c n i c o .

Alm do livro, voc tem tambm as aulas apresentadas nateleviso. Cada aula do livro corresponde a um programa de tev.Procure assistir aula pela tev e depois estude o assuntocorrespondente neste livro. Assim voc ter mais facilidade paraentender o contedo, realizar os exerccios propostos e assimilarnovos conhecimentos ou reforar os que j possui.

Ao chegar ao final do estudo deste mdulo, voc ter adquiridouma srie de conhecimentos sobre os procedimentos de vrios tiposde ensaios de materiais, e compreender melhor o universo damecnica ao qual os ensaios esto intimamente ligados.

AutoresIvan CozaciucLus Rodrigues da SilvaMarcos Antonio Togni

TextoRegina Maria Silva

ColaboraoAntonio RaimundoArnaldo Abray CastriotoJoel FerreiraJos Soares de Andrade

19A U L A

19A U L A

Depois do ensaio visual, o ensaio por lqui-dos penetrantes o ensaio no destrutivo mais antigo. Ele teve incio nas oficinasde manuteno das estradas de ferro, em vrias partes do mundo.

Naquela poca, comeo da era industrial, no se tinha conhecimento docomportamento das descontinuidades existentes nas peas. E quando estas eramcolocadas em uso, expostas a esforos de trao, compresso, flexo e, principal-mente, esforos cclicos, acabavam se rompendo por fadiga.

Era relativamente comum o aparecimento de trincas e at a ruptura de peasde vages, como eixos, rodas, partes excntricas etc., sem que os engenheirose projetistas da poca pudessem determinar a causa do problema.

Algumas trincas podiam ser percebidas, mas o ensaio visual no era sufi-ciente para detectar todas elas, pela dificuldade de limpeza das peas.

Foi desenvolvido ento um mtodo especial no destrutivo para detectarrachaduras em peas de vages e locomotivas, chamado de mtodo do leoe giz.

Neste mtodo, as peas, depois de lavadas em gua fervendo ou com umasoluo de soda custica, eram mergulhadas num tanque de leo misturado comquerosene, no qual ficavam submersas algumas horas ou at um dia inteiro,at que essa mistura penetrasse nas trincas porventura existentes nas peas.

Depois desta etapa, as peas eram removidas do tanque, limpascom estopa embebida em querosene e colocadas para secar. Depois de secas,eram pintadas com uma mistura de giz modo e lcool; dessa pinturaresultava uma camada de p branco sobre a superfcie da pea. Em seguida,martelavam-se as peas, fazendo com que a mistura de leo e querosenesasse dos locais em que houvesse trincas, manchando a pintura de giz etornando as trincas visveis.

Este teste era muito passvel de erros, pois no havia qualquer controle dosmateriais utilizados - o leo, o querosene e o giz. Alm disso, o teste noconseguia detectar pequenas trincas e defeitos subsuperficiais.

Lquidos penetrantes

Introduo

19A U L ATestes mais precisos e confiveis s apareceram por volta de 1930, quando

o teste do leo e giz foi substitudo pelo de partculas magnticas.

Somente em 1942, nos Estados Unidos, Roberto C. Switzer, aperfeioandoo teste do leo e giz, desenvolveu a tcnica de lquidos penetrantes,pela necessidade que a indstria aeronutica americana tinha de testar as peasdos avies, que so at hoje fabricadas com ligas de metais no ferrosos,como alumnio e titnio, e que, conseqentemente, no podem ser ensaiadospor partculas magnticas.

Agora que voc j est por dentro da histria deste importante ensaio, vamosconhecer a sua tcnica.

Descrio do ensaio

Hoje em dia, o ensaio por lquidos pene-trantes, alm de ser aplicado em peas de metaisno ferrosos, tambm utilizado para outrostipos de materiais slidos, como metais ferrosos,cermicas vitrificadas, vidros, plsticos e ou-tros que no sejam porosos. Sua finalidade detectar descontinuidades abertas na superf-cie das peas, como trincas, poros, dobras, queno sejam visveis a olho nu.

O ensaio consiste em aplicar um lquido penetrante sobre a superfcie a serensaiada. Aps remover o excesso da superfcie, faz-se sair da descontinuidadeo lquido penetrante retido, utilizando-se para isso um revelador.

A imagem da descontinuidade, ou seja, o lquido penetrante contrastandocom o revelador, fica ento visvel.

Vamos agora conhecer as etapas deste ensaio:

a) Preparao e limpeza da superfcie

A limpeza da superfcie a ser ensaiada fundamental para a revelaoprecisa e confivel das descontinuidades porventura existentes na superfciede ensaio.

O objetivo da limpeza remover tinta, camadas protetoras, xidos, areia,graxa, leo, poeira ou qualquer resduo que impea o penetrante de entrarna descontinuidade.

Nossa aula

19A U L A Para remover esses resduos sem contaminar a superfcie de ensaio utilizam-

se solventes, desengraxantes ou outros meios apropriados. A Tabela 1 apresentaalguns contaminantes, descreve seus efeitos e indica possveis solues paralimpeza e correo da superfcie de exame.

TABELA 1 - CONTAMINANTES E SUA REMOOCONTAMINANTE OU

CONDIO SUPERFICIAL1) leo, graxa

2) Carbonos, verniz, terra

3) Ferrugem, xido

4) Pintura

5) `gua

6) `cidos ou lcalis

7) Rugosidade superficial

8) Encobrimento da

descontinuidade devido a

uma operao de confor-

mao ou jateamento

A grande maioria dos

lubrificantes apresentam

fluorescncia sob a luz negra.

Esta fluorescncia poder

provocar mascaramento ou

indicaes falsas. `lem disso,

eles prejudicam a ao do

lquido penetrante.

Impedem a entrada do

lquido penetrante ou

absorvem o mesmo, ocasio-

nando fluorescncia ou

colorao de fundo. Impedem

a ao umectante. Provocam

uma "ponte" entre as indica-

es.

Mesmo efeito de 2

Impede a entrada do lquido

penetrante ou a ao

umectante. Provoca uma

"ponte" entre as indicaes.

Impede a entrada do lquido

penetrante ou a ao

umectante.

Impede a entrada do lquido

penetrante ou a ao

umectante.

Dificulta a limpeza, prepara-

o superficial e a remoo

do excesso de lquido

penetrante.

Pode impedir a entrada do

lquido penetrante.

Vapor desengraxante,

limpeza alcalina a quente,

solvente ou removedor.

Solvente ou soluo alcalina,

escovamento, vapor,

jateamento.

Soluo alcalina ou cida

Escova manual ou rotativa

Vapor

Jateamento

Solvente removedor de tinta

Removedor alcalino

Jateamento

Queima

Ar seco

Aquecimento

Estufa

Lavagem com gua

corrente

Neutralizadores

Polimento

Usinagem

Ataque qumico

Usinagem

EFEITO SOLUO

19A U L Ab) Aplicao do lquido penetrante

Consiste em aplicar, por meio de pincel, imerso,pistola ou spray, um lquido, geralmente de cor ver-melha ou fluorescente, capaz de penetrar nasdescontinuidades depois de um determinado tempoem contato com a superfcie de ensaio.

A Tabela 2 pode ser utilizada como referncia para estabelecer os tempos depenetrao de diversos materiais, com seus respectivos processos de fabricao.

c) Remoo do excesso de penetrante

Decorrido o tempo mnimo de penetrao, deve-se remover o excesso depenetrante, de modo que a superfcie de ensaio fique totalmente isenta dolquido - este deve ficar retido somente nas descontinuidades. Esta etapa doensaio pode ser feita com um pano ou papel seco ou umedecido com solvente:em outros casos, lava-se a pea com gua, secando-a posteriormente, ouaplica-se agente ps-emulsificvel, fazendo-se depois a lavagem com gua.

Uma operao de limpeza deficiente pode mascarar os resultados, revelan-do at descontinuidades inexistentes.

TABELA 2 - TEMPOS DE PENETRAO MNIMOS EM MINUTOS(para temperaturas entre 16 e 25C)

MATERIAL

Alumnio

Magnsio

Ao

Lato e

Bronze

Plstico

Vidro

Titnio e

Ligas

PROCESSO DE

FABRICAO

TIPO DE

DESCONTINUIDADE

LAV`VEL

A `GUA

PS-

EMULSIFIC`VEL

REMOVVEL

A SOLVENTE

Trinca a frio

Porosidade -

Gota Fria

Dobra

Porosidade

Trinca

Porosidade -

Gota Fria

Dobra

Porosidade

Trinca

Porosidade -

Gota Fria

Dobra

Porosidade

Trinca

Porosidade -

Gota Fria

Dobra

Porosidade

Trinca

Trinca

Trinca

Fundido

Forjado

Solda

Qualquer

Fundido

Forjado

Solda

Qualquer

Fundido

Forjado

Solda

Qualquer

Fundido

Forjado

Brazado

Qualquer

Qualquer

Qualquer

Qualquer

5 a 15

NR*303015

NR303030

NR603010

NR1530

5 a 305 a 30

NR

5

105

105

10101010

1020205

10101055

20 a 30

3

7353

7555

7773

73355

15

* NR= no recomendado

19A U L A d) Revelao

Para revelar as descontinuidades, aplica-se orevelador, que nada mais do que um talco branco.Esse talco pode ser aplicado a seco ou misturado emalgum lquido.

O revelador atua como se fosse um mata-borro,sugando o penetrante das descontinuidades e reve-lando-as.

Da mesma forma que na etapa de penetrao, aqui tambm deve-se preverum tempo para a revelao, em funo do tipo da pea, do tipo de defeito a serdetectado e da temperatura ambiente. Geralmente faz-se uma inspeo logo noincio da secagem do revelador e outra quando a pea est totalmente seca.

e) Inspeo

No caso dos lquidos penetrantes visveis, a inspeo feita sob luz brancanatural ou artificial. O revelador, aplicado superfcie de ensaio, proporcionaum fundo branco que contrasta com a indicao da descontinuidade,que geralmente vermelha e brilhante.

Para os lquidos penetrantes fluorescentes, as indicaes se tornam visveisem ambientes escuros, sob a presena de luz negra, e se apresentam numa coramarelo esverdeado, contra um fundo de contraste entre o violeta e o azul.

f) Limpeza

Aps a inspeo da pea e a elaborao do relatriode ensaio, ela deve ser devidamente limpa, removendo-se totalmente os resduos do ensaio; esses resduospodem prejudicar uma etapa posterior no processode fabricao do produto ou at o seu prprio uso,caso esteja acabado.

Aprenda mais esta

A luz negra, popularizada em discotecas, boates e casas de espetculos,tem comprimento de onda menor do que o menor comprimento de ondada luz visvel.

19A U L AA luz negra tem a propriedade de causar o fenmeno da fluorescncia em

certas substncias. Sua radiao no visvel. produzida por um arco eltricoque passa pelo vapor de mercrio.

Entre os eletrodos forma-se um arco eltrico que passa pelo vaporde mercrio, resultando na luz negra.

Fluorescncia a capacidade que certas substncias tm de absorverradiaes no visveis (luz no visvel) de uma determinada fonte e convert-laem radiaes visveis (luz visvel).

Vantagens e limitaes

Agora que voc j sabe onde pode aplicar o mtodo de inspeo por lquidospenetrantes e j conhece as etapas de execuo deste ensaio, vamos estudar suasvantagens e limitaes.

Vantagens

Podemos dizer que a principal vantagem deste mtodo sua simplicidade,pois fcil interpretar seus resultados.

O treinamento simples e requer pouco tempo do operador.

No h limitaes quanto ao tamanho, forma das peas a serem ensaiadas,nem quanto ao tipo de material.

O ensaio pode revelar descontinuidades extremamente finas, da ordemde 0,001 mm de largura, totalmente imperceptveis a olho nu.

Limitaes

O ensaio s detecta descontinuidades abertas e superficiais, j que o lquidotem de penetrar na descontinuidade. Por esta razo, a descontinuidade nopode estar preenchida com qualquer material estranho.

A superfcie do material a ser examinada no pode ser porosa ou absorvente,j que no conseguiramos remover totalmente o excesso de penetrante,e isso iria mascarar os resultados.

O ensaio pode se tornar invivel em peas de geometria complicada, quenecessitam de absoluta limpeza aps o ensaio, como o caso de peas paraa indstria alimentcia, farmacutica ou hospitalar.

19A U L A Um bom lquido penetrante

O lquido penetrante formado pela mistura de vrios lquidos, e deveapresentar uma srie de caractersticas, indispensveis ao bom resultado doensaio. Vejamos quais so essas caractersticas:

a) ter capacidade de penetrar em pequenas aberturas;b) ser capaz de manter-se em aberturas relativamente grandes;c) ser removvel da superfcie onde est aplicado;d) ter capacidade de espalhar-se em um filme fino sobre a superfcie de ensaio;e) apresentar grande brilho;f) ser estvel quando estocado ou em uso;g) ter baixo custo;h) no deve perder a cor ou a fluorescncia quando exposto ao calor, luz branca

ou luz negra;i) no deve reagir com o material em ensaio, e nem com a sua embalagem;j) no pode ser inflamvel;l) no deve ser txico;m) no deve evaporar ou secar rapidamente;n) em contato com o revelador, deve sair em pouco tempo da cavidade onde

tiver penetrado.

Como voc viu, ser um lquido penetrante no to simples assim. bomsaber que nenhuma dessas caractersticas, por si s, determina a qualidade dolquido penetrante: a qualidade depende da combinao destas caractersticas.

Tipos de lquidos penetrantes

Os lquidos penetrantes so classificados quanto visibilidade e quantoao tipo de remoo de excesso.

Quanto visibilidade podem ser: Fluorescentes (mtodo A)

Constitudos por substncias naturalmente fluorescentes, so ativadose processados para apresentarem alta fluorescncia quando excitados porraios ultravioleta (luz negra).

Visveis coloridos (mtodo B)Esses penetrantes so geralmente de cor vermelha, para que as indicaesproduzam um bom contraste com o fundo branco do revelador.

Quanto ao tipo de remoo do excesso, podem ser: Lavveis em gua

Os lquidos penetrantes deste tipo so elaborados de tal maneira quepermitem a remoo do excesso com gua; esta operao deve ser cuidadosa;se for demorada ou se for empregado jato de gua, o lquido pode serremovido do interior das descontinuidades.

Ps-emulsificveisNeste caso, os lquidos penetrantes so fabricados de maneira a sereminsluveis em gua. A remoo do excesso facilitada pela adio de umemulsificador, aplicado em separado. Este combina-se com o excessode penetrante, formando uma mistura lavvel com gua.

Emulsificador um compostoqumico complexoque, uma vezmisturado ao lquidopenetrante basede leo, faz comque o penetranteseja lavvel pelagua. Ele utilizadona fase de remoodo excesso.

19A U L A Removveis por solventes

Estes tipos de lquidos penetrantes so fabricados de forma a permitir queo excesso seja removido com pano seco, papel-toalha ou qualquer outromaterial absorvente que no solte fiapo, at que reste uma pequena quanti-dade de lquido na superfcie de ensaio; esta deve ser ento removida comum solvente removedor apropriado.

Quais deles devemos escolher?

Diante de tantos tipos de penetrantes, como saber qual o mais adequado?A vo algumas dicas:

Penetrante fluorescente lavvel com guaEsse mtodo bom para detectar quase todos os tipos de defeitos, menos

arranhaduras ou defeitos rasos. Pode ser utilizado em peas no uniformese que tenham superfcie rugosa; confere boa visibilidade. um mtodosimples e econmico.

Penetrante fluorescente ps-emulsificvel mais brilhante que os demais, tem grande sensibilidade para detectar

defeitos muitos pequenos e/ou muito abertos e rasos. um mtodo muitoprodutivo, pois requer pouco tempo de penetrao e facilmente lavvel,mas mais caro que os outros.

Penetrante visvel (lavvel por solvente, em gua ou ps-emulsificvel)Estes mtodos so prticos e portteis, dispensam o uso de luz negra,

mas tm menos sensibilidade para detectar defeitos muito finos; a visualizaodas indicaes limitada.

As caractersticas dos penetrantes sem dvida nos ajudaro a escolhero mtodo mais adequado para um determinado ensaio, porm o fator maisimportante a ser considerado so os requisitos de qualidade que devem constarna especificao do produto.

com base nestes requisitos que devemos escolher o mtodo. No sepode simplesmente estabelecer que todas as descontinuidades devem serdetectadas, pois poderamos escolher um mtodo mais caro que o necess-rio. Precisamos estar conscientes de que a pea deve estar livre de defeitosque interfiram na utilizao do produto, ocasionando descontinuidadesreprovveis.

Com base nesses aspectos, um mtodo mais simples e barato pode sertambm eficiente para realizar o ensaio.

MTODO

Afluorescentes

Bvisveis coloridos

REMOO DE PENETRANTESTIPO DE REMOO

`gua

A1

B1

Ps-emulsificvel

A2

B2

Solvente

A3

B3

A combinao destas cinco caractersticas gera seis opes diferentes parasua utilizao. Veja o quadro abaixo.

19A U L A Revelao

O revelador aquele talco que suga o penetrante das descontinuidades pararevel-las ao inspetor; alm de cumprir esta funo, deve ser capaz de formaruma indicao a partir de um pequeno volume de penetrante retido nadescontinuidade, e ter capacidade de mostrar separadamente duas ou maisindicaes prximas. Para atender a todas estas caractersticas, tem de possuiralgumas propriedades. Vamos conhec-las.

a) deve ser fabricado com substncias absorventes, que favorecem a ao demata-borro;

b) quando aplicado, deve cobrir a superfcie de exame, promovendo assimo contraste;

c) precisa ter granulao fina;

d) tem de ser fcil de aplicar, resultando numa camada fina e uniforme;

e) deve ser umedecido facilmente pelo penetrante;

f) deve ser de fcil remoo, para a limpeza final;

g) deve aderir superfcie;

h) no deve ser txico, nem atacar a superfcie de exame.

Como ocorre com os lquidos penetrantes, existem tambm no mercadovrios tipos de reveladores, para diversos tipos de aplicao. O critrio deescolha deve ser similar ao do lquido penetrante.

Os reveladores so classificados da seguinte maneira:

- de p seco

So constitudos de uma mistura fofa de slica e talco que deve ser mantidaseca. So indicados para uso em sistemas estacionrios ou automticos.Vm caindo em desuso devido falta de confiabilidade para detectardefeitos pequenos.

- revelador aquoso

Neste tipo de revelador, o p misturado com gua pode ser aplicado porimerso, derramamento ou asperso (borrifamento). Aps a aplicao, as peasso secas com secador de cabelo, ou em fornos de secagem.

- revelador mido no aquoso

Neste caso, o talco est misturado com solventes-nafta, lcool ou solventes base de cloro. Eles so aplicados com aerossol ou pistola de ar comprimido,em superfcies secas.

A funo principal desse revelador proporcionar um fundo de contrastebranco para os penetrantes visveis, resultando em alta sensibilidade.

19A U L A- revelador em pelcula

constitudo por uma pelcula adesiva plstica contendo um revelador quetraz o lquido penetrante para a superfcie.

medida que a pelcula seca, formam-se as indicaes das descontinuidades.Este mtodo permite que, aps o ensaio, possa destacar-se a pelcula da super-fcie e arquiv-la.

Dica

Hoje j existem no mercado kits que fornecem o produto de limpeza(solvente), o lquido penetrante e um revelador. Estes kits so de grande valia,pois facilitam muito a vida do inspetor. Mas devemos consultar as especificaesde ensaio para poder escolher o kit com os produtos mais adequados.

Marque com um X a resposta correta:

Exerccio 1O ensaio por lquidos penetrantes teve seu incio:a) ( ) na fabricao de cascos de navios;b) ( ) nas pontes da `frica;c) ( ) nas torres de alta tenso americana;d) ( ) nas oficinas de manuteno das estradas de ferro, em vrias partes

do mundo.

Exerccio 2Numere de 1 a 5, a seqncia correta de execuo do ensaio por lquidospenetrantesa) ( ) remoo do excesso de lquido penetrante;b) ( ) preparao e limpeza da superfcie de ensaio;c) ( ) revelao;d) ( ) aplicao do lquido penetrante;e) ( ) inspeo e limpeza da pea.

Exerccio 3Para que a imagem da descontinuidade fique visvel, devemos contrastarcom o lquido penetrante um:a) ( ) revelador;b) ( ) outro lquido penetrante mais forte;c) ( ) gua com soda castica;d) ( ) lquido incolor.

Exerccio 4Assinale com um C as proposies corretas, que exprimam vantagensem usar o ensaio por lquidos penetrantes:a) ( ) o treinamento simples e requer pouco tempo do operador;b) ( ) o ensaio pode revelar descontinuidades da ordem de at 1 mm;c) ( ) s podemos ensaiar peas de determinado tamanho;d) ( ) a interpretao dos resultados fcil de fazer.

Exerccios

19A U L A

Exerccio 5Escreva abaixo quatro caractersticas que um bom lquido penetrante nopode deixar de ter.a) .....................................................................b) .....................................................................c) .....................................................................d) .....................................................................

20A U L A

Com certeza voc j observou uma bssola.J verificou que, ao gir-la, a agulha imantada flutuante mantm-se alinhada

na direo norte-sul do globo terrestre?

Deve ter observado tambm que, ao colocarmos um m sob um papeloe jogarmos limalha fina de ferro sobre esta superfcie, com ligeiras pancadas nopapelo a limalha se alinha obedecendo a uma determinada orientao.

Por que isto ocorre? Que foras invisveis agem sobre esses materiais?

Veremos nesta aula como feito o ensaio por partculas magnticas. Nesseensaio, utilizamos essas foras invisveis, que tambm alinham as partculasmagnticas sobre as peas ensaiadas. Onde houver descontinuidades, a orienta-o ser alterada, revelando-as.

20A U L A

Partculas magnticas

Introduo

20A U L A Ensaio por partculas magnticas

O ensaio por partculas magnticas largamente utilizado nas indstriaspara detectar descontinuidades superficiais e subsuperficiais, at aproximada-mente 3 mm de profundidade, em materiais ferromagnticos.

Para melhor compreender o ensaio, necessrio saber o que significamos termos a seguir:

- campo magntico;- linhas de fora do campo magntico;- campo de fuga.

Observe novamente a figura que mostra a limalha de ferro sobre o papelo.

Chamamos de campo magntico a regio que circunda o m e est sobo efeito dessas foras invisveis, que so as foras magnticas.

- O campo magntico pode ser representado porlinhas chamadas linhas de induo magntica,linhas de fora do campo magntico, ou ainda,linhas de fluxo do campo magntico.

- Em qualquer m, essas linhas saem do plonorte do m e caminham na direo do seuplo sul.

Ateno

Nas linhas de fluxo do campo magntico no h transporte de qualquer tipode material de um plo a outro.

Ponto de partida da pesquisa

No incio do sculo, W. E. Hoke observou que, ao usinar peas de ferro e aonum torno com mandril imantado, as finas limalhas eram atradas para rachadu-ras visveis, existentes nas peas.

Fenmeno observado

As linhas de fluxo que passam por um material submetido a um campomagntico so alteradas por descontinuidades existentes no material.

Esta observao ajudou a desenvolver pesquisas em andamento, culminan-do com o surgimento do ensaio por partculas magnticas.

Mas por que as partculas de limalha se agrupam nas descontinuidades?Observe as figuras a seguir.

Nossa aula

Ferromagnticos- Nome dado aos

materiais que sofortemente atrados

pelo m, comoferro, nquel,

cobalto e quasetodos os tipos

de ao.

20A U L A

Na descontinuidade h nova pola-rizao do m, repelindo as linhasde fluxo. A esta repulso chamamos decampo de fuga.

O que ocorre com uma pea de ao,por exemplo, quando submetida a umcampo magntico?

Veja a figura ao lado.

Primeiro observe que as linhas de fluxo do campo magntico passam atravsda pea, imantando-a. Observe ainda que:

As linhas de fluxo da pea so repelidas pelas descontinuidades devido suapolarizao, gerando o campo de fuga;

Esta polarizao atrai a limalha, revelando a descontinuidade; Quando o campo de fuga no atinge a superfcie, no h atrao das

partculas de limalha.

Saiba mais essa...

A formao de camposmagnticos no exclusivida-de dos plos terrestres e nemdos ms permanentes. Se pas-sarmos corrente eltrica porum fio condutor, haver for-mao de campo magntico aoredor desse condutor. Portan-to, a corrente eltrica tambmgera campo magntico.

20A U L A Saiba mais essa...

O campo magntico mais intenso quando acorrente eltrica, em vez de passar por um fio reto,passa por um condutor enrolado em espiral (bobina).

Uma barra de material ferromagntico, colocadano interior da bobina, aumenta muitas vezes o campomagntico produzido pela corrente da bobina.

Vamos estudar agora este ensaio esclarecendo primeiro o que so partculasmagnticas.

Partculas magnticas

Partculas magnticas nada mais so do que um substituto para a limalha deferro. So constitudas de ps de ferro, xidos de ferro muito finos e, portanto,com propriedades magnticas semelhantes s do ferro.

Embora chamadas de partculas magnticas, na realidade elas so partcu-las magnetizveis e no pequenos ms ou p de m.

Agora voc deve estar pronto para conhecer o ensaio por partculas magnticas.

Etapas para a execuo do ensaio

1. Preparao e limpeza da superfcie2. Magnetizao da pea3. Aplicao das partculas magnticas4. Inspeo da pea e limpeza5. Desmagnetizao da pea

Vamos conhecer cada etapa detalhadamente:

Preparao e limpeza da superfcie

Em geral, o ensaio realizado em peas e produtos acabados, semi-acabadosou em uso. O objetivo dessa etapa remover sujeira, oxidao, carepas, respin-gos ou incluses, graxas etc. da superfcie em exame. Essas impurezas prejudi-cam o ensaio, formando falsos campos de fuga ou contaminando as partculase impedindo seu reaproveitamento.

Carepa:camada de xidos

formada nassuperfcies da

pea, emdecorrncia de sua

permanncia atemperaturaselevadas, na

presenade oxignio.

20A U L AOs mtodos mais utilizados para a limpeza das peas so:

- jato de areia ou granalha de ao;- escovas de ao;- solventes.

Neste momento, temos a pea limpa e pronta para o ensaio.

Magnetizao da pea

As figuras a seguir mostram que, quando a descontinuidade paralelas linhas de fluxo do campo magntico, o campo de fuga pequeno e o ensaiotem menor sensibilidade. Se perpendicular s linhas de fluxo do campomagntico, o campo de fuga maior, dando maior sensibilidade ao ensaio.

Devido s dimenses, geometria variada das peas e necessidade degerarmos campos magnticos ora longitudinais, ora transversais, foram desen-volvidos vrios mtodos de magnetizao das peas.

Vamos magnetizar as peas?

Para cada mtodo existe uma tcnica de magnetizao e um equipamentoapropriado.

QUADRO 1 - MTODOS DE MAGNETIZAOMTODO

Longitudinal(cria campo magnticolongitudinal na pea)Circular (cria campomagntico circular napea)Multidirecional (criasimultaneamente campomagntico longitudinal ecircular)

TCNICAS DE MAGNETIZAOInduo de campo

Induo de campoPassagem de corrente

Induo e/ou passagem decorrente

Bobina eletromagnticaYoke

Condutor centralEletrodos (pontas)Contato direto (placas)Combinao das tcnicasde campo longitudinalcom o circular.

20A U L A Tcnicas de magnetizao

Magnetizao por induo de campo magnticoNeste caso, as peas so colocadas dentro do campo magntico do equipa-

mento, fazendo-se ento com que as linhas de fluxo atravessem a pea.As linhas de fluxo podem ser longitudinais ou circulares, dependendo do

mtodo de magnetizao, que escolhido em funo do tipo de descontinuidadea verificar.

Por bobinas eletromagnticas - A pea colocada no interior de uma bobinaeletromagntica. Ao circular corrente eltrica pela bobina, forma-se um campolongitudinal na pea por induo magntica.

Por yoke (yoke o nome dado ao equipamento) - Nesta tcnica,a magnetizao feita pela induo de um campo magntico, gerado por umeletrom em forma de U invertido que apoiado na pea a ser examinada.

Quando este eletrom percorrido pela corrente eltrica (CC ou CA), gera-se na pea um campo magntico longitudinal entre as pernas do yoke.

Por condutor central - Tcnica usual para ensaio de tubos. Um condutoreltrico, que ir induzir um campo magntico circular, introduzido no tubo,facilitando a visualizao das suas descontinuidades longitudinais.

20A U L AMagnetizao por passagem de corrente

Neste caso, faz-se passar uma corrente eltrica atravs da pea. A peafunciona como um condutor, gerando ao redor dela seu prprio campomagntico.

Por eletrodos - a magnetizao pela utilizao de eletrodos; quandoapoiados na superfcie da pea, eles permitem a passagem de corrente na mesma.O campo formado circular.

Por contato direto - Tem sua maior aplicao em mquinas estacion-rias. A magnetizao efetuada pela passagem de corrente de uma extremi-dade da pea outra. O campo magntico que se forma circular.

Induo/passagem de corrente (mtodo multidirecional)

Dois campos magnticos, um circular e outro longitudinal ou dois longitu-dinais perpendiculares so aplicados simultaneamente pea ensaiada. Isso feito quando queremos detectar, numa nica operao, descontinuidades emqualquer direo.

A vantagem desta tcnica que ela permite analisar as peas de uma nicavez. A dificuldade principal conseguir um equilbrio entre os dois campos,de modo que um no se sobreponha ao outro.

20A U L A Tcnicas de ensaio

Voc j deve ter atrado agulhas e alfinetes com ms. Depois de retirar estesobjetos do contato com o m, observou que eles ainda se atraam mutuamente.

H materiais que depois de magnetizados retm parte deste magnetismo,mesmo com a remoo do campo magnetizante. So materiais com alto magne-tismo residual. H ainda aqueles que no retm o magnetismo, aps a remoodo campo magnetizante.

Estas diferenas permitem o ensaio por meio de duas tcnicas:

Tcnica do campo contnuo - As partculas magnticas so aplicadasquando a pea est sob efeito do campo magntico. Aps a retirada desse campo,no h magnetismo residual.

Tcnica do campo residual - Nesta tcnica, as partculas so aplicadasdepois que a pea sai da influncia do campo magntico, isto , o ensaio realizado apenas com o magnetismo residual. Neste caso, depois do ensaio necessrio desmagnetizar a pea.

Neste ponto, estamos com a pea magnetizada e pronta para receberas partculas magnticas. Mas como verificar se o campo magntico gerado suficiente para detectar as descontinuidades?

Temos que garantir que o campo gerado tenha uma intensidade suficientepara que se formem os campos de fuga desejados.

Existem vrias maneiras de verificar isto: com aparelhos medidores de campo magntico; aplicando o ensaio em peas com defeitos conhecidos; utilizando-se padres normalizados com descontinuidades conhecidas; no caso do yoke, ele deve gerar um campo magntico suficiente para

levantar, no mnimo, 4,5 kgf em corrente alternada e 18,1 kgf em correntecontnua.

Tcnica de varredura - Para garantir que toda a pea foi submetidaao campo magntico, efetuamos uma varredura magntica.

Depois de escolhida a tcnica de magnetizao, necessrio esquematizarna pea qual ser o formato do campo magntico. Deve-se observar se toda elaser submetida a campos magnticos, defasados de 90 um do outro, e tambmverificar se este campo ser aplicado na pea inteira, isto , se ser feita umavarredura magntica total da mesma.

Isso conseguido movimentando-se o equipamento magnetizanteou aplicando-se duas tcnicas de magnetizao (o mtodo multidirecional,descrito anteriormente). A figura a seguir mostra um exemplo de varredurafeita com o yoke.

20A U L A

Aplicao das partculas magnticas

As partculas magnticas so fornecidas na forma de p, em pasta ou aindaem p suspenso em lquido (concentrado).

Podem ainda ser fornecidas em diversas cores, para inspeo com luzbranca, ou como partculas fluorescentes, para inspeo com luz negra.

Portanto, os mtodos de ensaio podem ser classificados:a) Quanto forma de aplicao da partcula magntica:

- Via seca: p- Via mida: suspensa em lquido

b) Quanto forma de inspeo:- Visveis: luz branca- Fluorescentes: luz negra

Via seca - As partculas magnticas para esta finalidade no requerempreparao prvia. So aplicadas diretamente sobre a superfcie magnetizada dapea, por aplicadores de p manuais ou bombas de pulverizao. As partculaspodem ser recuperadas, desde que a pea ensaiada permita que elas sejamrecolhidas isentas de contaminao.

Via mida - Neste mtodo, as partculas possuem granulometria muitofina, o que permite detectar descontinuidades muito pequenas. As partculasso fornecidas pelos fabricantes na forma de p ou em suspenso (concentra-da) em lquido. Para a aplicao, devem ser preparadas adequadamente,segundo norma especfica (so diludas em lquido, que pode ser gua, quero-sene ou leo leve).

20A U L A Para verificar a concentrao das partculas no lquido:

coloca-se 100 ml da suspenso num tubo padro graduado; depois de 30 minutos, verifica-se o volume de partculas que se depositaram

no fundo.

Os valores recomendados so: 1,2 a 2,4 ml para inspeo por via mida visvel em luz branca; 0,1 a 0,7 ml para inspeo por via mida visvel em luz negra.

A aplicao realizada na forma de chuveiros de baixa presso, borrifadoresmanuais ou simplesmente derramando-se a mistura sobre as peas.

Para melhor visualizar as partculas magnticas, podemos aplicar previa-mente sobre a superfcie da pea um contraste, que uma tinta branca na formade spray.

As partculas magnticas (via seca e via mida) so fornecidas em diversascores, para facilitar a visualizao das descontinuidades na pea ensaiada.

Inspeo da pea e limpeza

Esta etapa realizada imediatamente aps ou junto com a etapa anterior.Aplicam-se as partculas magnticas e efetua-se, em seguida, a observaoe avaliao das indicaes.

Feita a inspeo, registram-se os resultados e promove-se a limpeza da pea,reaproveitando-se as partculas, se possvel. Se a pea apresentar magnetismoresidual, dever ser desmagnetizada.

Desmagnetizao da pea

A desmagnetizao feita em materiais que retm parte do magnetismo,depois que se interrompe a fora magnetizante.

A desmagnetizao evita problemas como:

Interferncia na usinagem - Peas com magnetismo residual, ao seremusinadas, vo magnetizar as ferramentas de corte e os cavacos. Cavacos gruda-dos na ferramenta contribuiro para a perda de seu corte.

Interferncia na soldagem - H o desvio do arco eltrico, devido magnetizao residual, o que prejudica a qualidade do cordo de solda.Esse fenmeno conhecido como sopro magntico.

Interferncia em instrumentos - O magnetismo residual da pea ir afetarinstrumentos de medio, quando colocados num mesmo conjunto.

No necessrio proceder desmagnetizao quando os materiais e as peas:- possuem baixa retentividade magntica;- forem submetidos a tratamento trmico;- tiverem de ser novamente magnetizados.

20A U L APara a desmagnetizao das peas, devemos submet-las a um campo

magntico pulsante (invertendo seu sentido) de intensidade superior ao campomagnetizante, reduzindo-o a zero gradualmente.

Isto conseguido, por exemplo, com a pea passando atravs de uma bobina;ou com a pea parada dentro da bobina, reduzindo-se gradualmente o campomagntico.

Voc percebeu que h vrias opes para realizar o ensaio por partculasmagnticas. Cabe ao tcnico escolher a forma que melhor se adapte s caracte-rsticas da pea.

Exerccio 1Assinale a alternativa em que todos os materiais podem ser ensaiados porpartculas magnticas:a) ( ) ao, alumnio, nquel, cobre;b) ( ) ferro, ao, nquel, cobalto;c) ( ) ferro, nquel, cobre, chumbo;d) ( ) alumnio, zinco, cobre, estanho.

Exerccio 2O ensaio por partculas magnticas detecta descontinuidades de at ..... mmde profundidade, aproximadamente.

Exerccio 3O ensaio por partculas magnticas pode ser classificado quanto forma deaplicao da partcula magntica e quanto forma de inspeo, respectiva-mente, em:a) ( ) via mida, via aquosa, via fluorescente normal;b) ( ) via branca, via vermelha, via fluorescente e visvel;c) ( ) via mida, via seca, visvel e fluorescente;d) ( ) visvel, fluorescente, via mida e via seca.

Exerccio 4Enumere, de 1 a 5, as etapas de execuo do ensaio por partculas magnticas:a) ( ) inspeo da pea e limpeza;b) ( ) aplicao das partculas magnticas;c) ( ) magnetizao da pea;d) ( ) preparao e limpeza da superfcie;e) ( ) desmagnetizao da pea.

Exerccio 5Complete o quadro a seguir, sobre os mtodos e tcnicas de magnetizao.

Exerccios

TCNICAS DE MAGNETIZAOInduo de campo

Induo de campo

Induo e/ou passagem decorrente

Eletrodos (pontas)Contato direto (placas)

Magnetizao longitudinal

Magnetizaomultidirecional

MTODO

21A U L A

21A U L A

Introduo Voc sabia que, por terem uma viso quasenula, os morcegos se orientam pelo ultra-som?

Eles emitem ondas ultra-snicas e quando recebem o eco de retorno socapazes de identificar o que tm sua frente.

Os sons audveis pelo ouvido hu-mano tambm possuem uma fonteemissora, uma receptora e um meiode propagao, que o local por ondeo som viaja da fonte emissora at receptora.

Portanto, o som se origina davibrao de um material. Esta vibrao transmitida ao ar e levada, na formade ondas sonoras, at a fonte receptora.

Nesta aula e na prxima estudaremos a realizao do ensaio por ultra-som.Nesse ensaio, induzimos, por meio de um emissor, ondas ultra-snicas quese propagam atravs do material que desejamos analisar. Pelo eco captadono receptor, determina-se a existncia ou no de descontinuidades.

O ensaio por ultra-som um dos principais mtodos de ensaio no destrutivoaplicados na indstria, porque permite inspecionar todo o volume da pea.

Para compreender esse ensaio voc deve saber:

O que so ondas Como se classificam Como se propagam Quais so seus principais elementos O que ultra-som Como gerar o ultra-som.

Que tal comear pelas ondas?

Ultra-som

21A U L AO que so ondas?

Imagine a superfcie calma de uma lagoa.Se voc jogar uma pedra no centro dessa lagoa,no ponto em que a pedra atingir a gua ocorreruma perturbao, que se propagar em todasas direes da superfcie.

Se voc puser uma rolha flutuando nessa lagoa e jogar de novo uma pedra,observar que a rolha no sair do local. Apenas oscilar, acompanhando asmolculas da gua, de cima para baixo, enquanto a onda se movimentahorizontalmente.

Toda onda transmite energia, sem transportar matria.

Classificao das ondas

As ondas podem ser classificadas quanto sua natureza e quanto ao sentidode suas vibraes.

Quanto natureza podem ser:

Mecnicas: necessitam de um meio material para se propagar. Exemplo:corda de violo. A onda, neste caso sonora, propaga-se atravs do ar,at os nossos ouvidos.

Nossa aula

Onda umaperturbao que sepropaga atravs deum meio.

21A U L A

Se acionarmos uma campainha no v-cuo, no haver som, pois a sua vibrao nopode ser transmitida.

Eletromagnticas: no necessitam deum meio material para se propagar.Exemplo: luz, ondas de rdio, televiso,raios x, raios gama etc.

Ao ligarmos uma lmpada no vcuo ve-mos sua luminosidade, porque ela no de-pende de meio material para ser transmitida.

Leia com ateno

As partculas de um material (slido, lquido ou gasoso) esto interli-gadas por foras de adeso. Ao vibrarmos uma partcula, esta vibraose transmite partcula vizinha. Produz-se ento uma onda mecnica.

As ondas sonoras so ondas mecnicas. Dependem de um meiomaterial (slidos, lquidos ou gases) para serem transmitidas.

Quanto ao sentido da vibrao, as ondas classificam-se em:

Transversais: numa onda transversal, as partculas vibram em direoperpendicular direo de propagao da onda. o caso do movimento dascordas do violo.

Longitudinais: as partculasvibram na mesma direo dapropagao da onda.

A velocidade de propagao de uma onda longitudinal maior do quea de uma onda transversal.

21A U L AElementos de uma onda

O exemplo da pedra atirada lagoa timo para entendermos algumasdefinies. Analise a figura a seguir e procure identificar cada um dos elementosdescritos:

Crista: so os pontos mais altos da onda (A, C, E, G). Vales: so os pontos mais baixos da onda (B, D, F). Comprimento: a distncia de uma crista outra (ou de um vale a outro). Amplitude: a altura da crista, medida a partir da superfcie calma da lagoa

(linha de repouso). Freqncia: o nmero de ciclos pela unidade de tempo.

Dica

A unidade de medida de freqncia o hertz (Hz)1 Hz = 1 ciclo/segundo1 quilohertz (1 kHz) = 1.000 ciclos/segundo1 megahertz (1 MHz) = 1.000.000 ciclos/segundo

Ciclo: movimento completo de um ponto qualquer da onda, saindo de suaposio original e voltando a ela.

Velocidade de propagao: a velocidade de propagao de uma onda funo do meio que ela percorre. Para diferentes materiais temos diferentesvelocidades de propagao.

A velocidade do som no ar de aproximadamente 330 metros por segundo.No caso de um slido, ou de um lquido, esta velocidade bem maior, pois suaestrutura mais compacta, facilitando a propagao. No ao, a velocidadede propagao do som de 5.900 metros por segundo.

A tabela a seguir informa a velocidade de propagao das ondas sonorasem alguns materiais de uso comum na indstria.

TABELA 1 - VELOCIDADE DE PROPAGAO DO SOMMATERIAL VELOCIDADE (M/ S)

AlumnioChumbo

AoFerro fundido

LatoVidro

Acrlico

Onda longitudinal6.3002.1605.900

3.500 a 5.6003.8305.5702.730

Onda transversal3.100700

3.2502.200 a 3.200

2.0503.5201.430

21A U L A E o que ultra-som?

O som audvel pelo ouvido humano est compreendido entre as freqnciasde 20 a 20.000 Hz.

Alguns animais so capazes de ouvir ultra-sons. o caso dos ces, quechegam a perceber sons com 25.000 vibraes por segundo (25 kHz). Os morce-gos captam sons de at 50.000 vibraes por segundo (50 kHz).

Produo do ultra-som

A forma mais comum de produzir o ultra-som para os ensaios no destrutivos a que utiliza os cristais piezeltricos, como o sulfato de ltio, o titanato de brio,o quartzo etc.

Voc quer saber o que um cristal piezeltrico? Ento leia o prximo tpico.

Incio das pesquisas

Em 1880, os irmos Curie(Pierre e Jacques) descobriramo efeito piezeltrico de certosmateriais. Observaram quedeterminados materiais(como o quartzo) cortados emlminas, quando submetidosa cargas mecnicas geravamcargas eltricas em sua super-fcie.

No ano seguinte, G. Lippmann descobriu queo inverso da observao dos irmos Curie tambmera verdadeiro. Aplicando-se cargas eltricas nasuperfcie dos cristais piezeltricos, originavam-sedeformaes no cristal.

Quando se aplica corrente eltrica alternada, h umavibrao no cristal, na mesma frequncia da corrente.

Esse princpio utilizado na gerao e narecepo do ultra-som.

Ao se aplicar corrente alternada de alta fre-qncia num cristal piezeltrico, ele vibrar namesma freqncia, gerando o ultra-som.

Na recepo, ocorre o inverso: o ultra-som far vibrar o cristal, gerando umsinal eltrico de alta freqncia.

Em geral, para os ensaios no destrutivos utilizam-se freqncias na faixade 0,5 a 25 MHz (500.000 a 25.000.000 Hz).

Os sons comfreqncias abaixo

de 20 Hz sochamados de

infra-sons.Os sons com

frequncia acimade 20.000 Hz so

chamados de ultra-sons.

21A U L AVantagens e desvantagens do ensaio por ultra-som

O ensaio por ultra-som, comparado com outros mtodos no destrutivos,apresenta as seguintes vantagens:- localizao precisa das descontinuidades existentes nas peas, sem proces-

sos intermedirios, como, por exemplo, a revelao de filmes;- alta sensibilidade ao detectar pequenas descontinuidades;- maior penetrao para detectar descontinuidades internas na pea;- respostas imediatas pelo uso de equipamento eletrnico.

Como desvantagens podemos citar:- exigncia de bons conhecimentos tcnicos do operador;- ateno durante todo o ensaio;- obedincia a padres para calibrao do equipamento;- necessidade de aplicar substncias que faam a ligao entre o equipamento

de ensaio e a pea (acoplantes).

Aplicando o ultra-som

O uso do ultra-som como ensaio no destrutivo largamente difundido nasindstrias para detectar descontinuidades em todo o volume do materiala analisar, tanto em metais (ferrosos ou no ferrosos) como em no metais.

O ensaio consiste em fazer com que o ultra-som, emitido por um transdutor,percorra o material a ser ensaiado, efetuando-se a verificao dos ecos recebidosde volta, pelo mesmo ou por outro transdutor.

O que transdutor?

Transdutor, tambm conhecido como cabeote, todo dispositivo queconverte um tipo de energia em outro. Conhecemos vrios tipos de transdutores,entre eles o microfone e o alto-falante.

No ensaio de ultra-som, os transdutores so necessrios para converterenergia eltrica em energia mecnica de vibrao (ultra-som) e vice-versa.

Parmetros dos transdutores

No ensaio por ultra-som, existe grande variedade de transdutores paraatender a diversas aplicaes.

So subdivididos em categorias: quanto ao ngulo de emisso/recepo doultra-som e quanto funo (emissor ou receptor ou emissor/receptor).

21A U L A Quanto ao ngulo de emisso/recepo do ultra-som os transdutores

podem ser:

Normais: emitem e/ou recebem o ultra-som perpendicularmente sua superfcie.

Angulares: emitem e/ou rece-bem o ultra-som obliquamente sua superfcie.

Quanto funo, os transdutores podem ser:

Monocristal: possuem apenas um cristal piezeltrico.H trs modalidades:- s emissor de ondas ultra-snicas;- s receptor de ondas ultra-snicas (este tipo deve trabalhar junto com

o primeiro);- emissor e receptor de ondas ultra-snicas (o mesmo cristal emite e recebe

os ecos ultra-snicos de maneira sincronizada).

Duplo cristal: o mesmo transdutor possuium cristal para recepo e outro para emis-so do ultra-som.

Caractersticas dos transdutores

Os elementos que caracterizam os transdutores so:

Tamanho do cristal piezeltrico: os transdutores normais mais utilizadospossuem de 5 a 25 mm de dimetro. Em geral, nos transdutores angularesutilizam-se cristais retangulares.

21A U L A Freqncia: devido s diferentes aplicaes, existem transdutores com

freqncia de 0,5 a 25 MHz. Os mais usuais vo de 1 a 6 MHz.

Amortecimento mecnico: o elemento amortecedor suprime no transdutortodas as vibraes indesejveis do cristal.

Face protetora: so elementos de contato com a pea. Em geral, so pelculasde material plstico.

Carcaa: elemento com forma apropriada para acomodar todo o conjuntoe, ao mesmo tempo, facilitar seu manuseio.

Elementos eltricos: so contatos eltricos ligando o cristal piezeltricoao elemento de engate do cabo coaxial e bobina geradora de freqncia.

Acoplante

Como o ultra-som deve passar do transdutor para a pea com o mnimode interferncia, h necessidade de colocar um elemento, o acoplante, quefaa esta ligao, evitando o mau contato.

Este acoplante pode ser leo, gua, glicerina, graxa etc.

Mtodo de ensaio

Quanto ao tipo de acoplamento, o ensaio por ultra-som pode ser classificadoem dois grupos:

Ensaio por contato direto: oacoplante colocado em pequenaquantidade entre a pea e ocabeote, formando uma pelcula.

Ensaio por imerso: a pea e o cabeote so mergu-lhados num lquido, geralmente gua, obtendo-seum acoplamento perfeito.

A aplicao deste mtodo requer a construo dedispositivos adaptados ao tipo de pea a ensaiar.

Agora que voc j sabe o que uma onda sonora, como as ondasse propagam, o que o ultra-som, os tipos de transdutores e as tcnicasde acoplamento, o prximo passo a realizao do ensaio.

Mas antes, que tal verificar o aprendizado dos assuntos desta aula?

21A U L A Exerccio 1

As ondas so classificadas quanto sua natureza em .............................e ............................. e quanto ao sentido de vibrao em .............................e .............................

Exerccio 2Os sons com freqncia acima de 20.000 Hz so denominados .....................

Exerccio 3A velocidade de propagao de uma onda ............................. maior do quea de uma onda .............................

Exerccio 4Para analisar materiais diferentes devemos sempre calibrar o aparelho, poisa velocidade de ............................. muda de um ............................. para outro.

Exerccio 5Os cristais piezeltricos ............................. quando submetidos a uma............................. alternada.

Exerccio 6Os transdutores podem ser classificados quanto ao ngulo de emisso/recepo do ultra-som em ............................. e ............................. e quanto funo em ............................. e .............................

Exerccios

22A U L A

Na aula anterior, voc ficou sabendo queo ultra-som uma onda mecnica que se propaga de uma fonte emissora at umafonte receptora, atravs de um meio fsico.

Viu tambm que a velocidade de propagao depende do meio e do tipode onda emitido (longitudinal ou transversal). E ficou conhecendo alguns tiposde transdutores, que so elementos fundamentais no ensaio, pois tm a funode receber o sinal eltrico do aparelho e converter esse sinal em energia mecnicade vibrao, produzindo o ultra-som e vice-versa.

Agora, vamos completar nosso estudo sobre o ensaio imaginando quea pessoa que opera o equipamento na fbrica faltou, e voc recebeu a incum-bncia de analisar por ultra-som um bloco usinado de ao laminado, comdimenses do 80 80 40 mm.

O que fazer? Calma! No entre em pnico... ainda.

Nesta aula, estudaremos alguns assuntos que ajudaro voc a se sair bem.Veremos:- as tcnicas de ensaio com os diversos tipos de transdutores;- o equipamento de ultra-som;- o ensaio com transdutores normais;- o ensaio com transdutores angulares.

Tcnicas de ensaio

Pelo tipo de transdutor utilizado, podemos classificar o ensaio por ultra-somem quatro tcnicas: por transparncia, por pulso-eco, por duplo cristal e portransdutores angulares.

Tcnica da transparncia

Observe a figura ao lado.

Introduo

22A U L A

Realizandoo ensaio de ultra-som

Nossa aula

22A U L A No havendo descontinuidades no material, o receptor recebe aproximada-

mente 100% do sinal emitido.

Havendo descontinuidades, o receptor recebe uma porcentagem inferiorao sinal emitido.

Esta tcnica mais indicada para processos automticos que envolvemgrandes produes.

Ela no apropriada para processos de medies manuais, por diversasrazes:- cansao em segurar dois cabeotes;- a face posterior da pea pode ser inacessvel;- dificuldade de bom acoplamento dos dois lados;- dificuldade de posicionar corretamente os dois cabeotes;- dificuldade em manusear o equipamento e os dois cabeotes ao mesmo

tempo.

Tcnica por pulso-eco:

Nos ensaios por ultra-som em processos ma-nuais, geralmente usamos os transdutores do tipomonocristal, emissor e receptor (pulso-eco),pela facilidade de manuseio e de operao.

possvel fazer uma medio precisa quandoo transdutor no est emitindo sinal durante achegada de um eco. Neste caso, as ondas ultra-snicas tm de ser pulsantes para que o cristalpossa receber os ecos de retorno nos intervalosde pulsao.

fcil entender que, se o pulso emissor bater numa descontinuidade muitoprxima da superfcie, haver um eco retornando, antes de terminar a emisso.Neste caso, o sinal da descontinuidade no percebido.

22A U L AFique sabendo ...

Zona morta a rea prxima da superfcie na qual no se detectam ecosdurante o tempo de emisso.

Tcnica do duplo cristal

Para ensaiar peas com pouca espessura, nas quais se espera encontrardescontinuidades prximas superfcie, os transdutores pulso-eco no soadequados, pelos motivos j vistos.

Neste caso, usamos outro tipo de transdutor o transmissor e receptor (TR),por duplo cristal. A zona morta, neste caso, menor.

Os transdutores TR so usados freqentemente para verificar dimenses demateriais e detectar, localizar e avaliar falhas subsuperficiais.

Tcnica com transdutores angulares

Imagine a colocao de qualquer dos transdutores vistos anteriomentesobre um cordo de solda. No teramos acoplamento suficiente para o ensaio.

Neste caso, usamos os transdutoresangulares, que possibilitam umacoplamento perfeito e a deteco dasdescontinuidades.

Equipamento de ensaio por ultra-som

No ensaio, o que nos interessa medir a intensidade do sinal eltricode retorno (tenso), recebido pelo transdutor, e o tempo transcorrido entrea emisso do pulso e o retorno do eco.

22A U L A Imagine que voc tenha em mos uma chapa de ao com 50 mm de espessura

e precise medir o tempo que o som leva para percorrer o caminho de ida e voltaatravs dessa espessura.

Sabendo que:

espessura (e) = 0,050 m

velocidade de propagao do som no ao (v) = 5.920 m/s

ms = microsegundos

Como voc mediria esse tempo to pequeno?

O equipamento que realiza tais medidas no ensaio por ultra-som um tipo deosciloscpio. Os sinais eltricos recebidos do transdutor so tratados eletronica-mente no aparelho e mostrados numa tela, a partir da qual o tcnico em ultra-sominterpreta os resultados.

Na tela, vemos na vertical a intensidade do sinal eltrico de sada do eco e deretorno e, na horizontal, o intervalo entre a emisso e a recepo do pulso.

Alm de operar como osciloscpio, efetuando medies (fonte receptora),o aparelho possui tambm uma fonte emissora de sinais eltricos, para gerar oultra-som atravs dos transdutores.

Na prtica, o valor numrico dessas medidas propriamente ditas no nosinteressa, pois trabalhamos por meio de comparaes. Comparamos as alturase as distncias entre os pulsos na tela com outros conhecidos, ajustados previa-mente na calibrao do equipamento. Vejamos o que isso significa.

ev

tempo (t) = 2 t = 2 t = 0,0000168 s ou t = 16,8 ms0,050 m5.920 m/s

22A U L ATomemos novamente o exemplo da chapa de ao com 50 mm de espessura.

O procedimento para acerto da escala da tela consiste em ajustar as 10 diviseshorizontais da tela, a partir de um padro confeccionado do mesmo tipo dematerial a ser ensaiado.

Neste caso, usaremos um bloco de ao, que apresenta uma das suas dimen-ses equivalente a 100 mm. Portanto, cada diviso da tela ter 10 mm (100 mm/10 divises = 10 mm por diviso).

Logo, o valor do tempo (16,8 ms) no nos interessa, mas sim que este tempo relativo a 50 mm de pea, isto , a distncia entre o pulso de sada e o de retornona tela, corresponde a 50 mm.

Sendo nossa escala de 0 a 100 mm,o pulso de resposta da parede oposta dachapa eco de fundo aparecer na tela naquinta diviso. Como a espessura cabe duasvezes na tela ajustada para 100 mm, aparece-r mais um pulso na dcima diviso.

Essa a metodologia utilizada para oajuste da escala.

Observe que os pulsos, embora sejam da mesma superfcie refletora, dimi-nuem de tamanho. Essa atenuao causada pela distncia que o som percorreno material, ou seja, quanto maior a distncia percorrida dentro da pea, menora intensidade do sinal de retorno, devido aos desvios e absoro do ultra-sompelo material.

O ensaio propriamente dito

Voc j se sente capaz de efetuar o ensaio no bloco de ao?

A primeira coisa a fazer escolher a tcnica de ensaio.

Por tratar-se de uma nica pea plana (bom acoplamento), de dimensesconsiderveis, voc pode optar pela tcnica pulso-eco com o transdutor normal.

Como a velocidade de propagaodo ultra-som diferente para cadamaterial, necessitamos de um padropara calibrar o equipamento, isto ,para ajustar os pulsos de resposta natela do aparelho.

Neste caso, usamos o bloco-padro V1,em ao, o mesmo material da pea. Este blocotraz marcaes para facilitar o ajuste.

22A U L A Calibrao

A calibrao efetuada para atender aos critrios de aceitao preestabelecidospela engenharia da fbrica. Afinal, nem toda descontinuidade representa umdefeito, lembra-se?

No caso do bloco de ao que vamos analisar, vamos imaginar que o critriode aceitao determinado : sero considerados defeitos as descontinuidadescom dimetros superiores a 1,5 mm.

Ajuste da escala (distncia)

Iniciamos a calibrao ligando o aparelho e conectando o cabo coaxialao transdutor escolhido e ao aparelho.

Selecionamos a funo para operao com transdutor monocristalpulso-eco.

Os aparelhos de ultra-som possuem escalas de medio para ajuste da tela,ou seja, ajuste do tempo de resposta para jogar o pulso na tela.

Exemplo de escalas que um aparelho pode possuir: 0 a 50 mm 0 a 100 mm 0 a 200 mm 0 a 500 mm 0 a 1.000 mm

Para ensaiarmos a pea em questo (80 80 40 mm), podemos selecionara escala de 0 a 100 mm. Se a tela possuir 10 divises, cada diviso da tela ter10 mm (fator de escala K).

O fator K conhecido a partir das seguintes relaesK = escala/diviso da telaK = 100/10K = 10 mm

O passo seguinte acoplar o transdutor sobre o bloco-padro na espessurade 25 mm.

Devero aparecer na tela 4 pulsos, pois na escala de 0 a 100 mm cabe 4 vezesa espessura de 25 mm.

Nmero de pulsos = escala de profundidade/espessura de calibraoNmero de pulsos = 100/25Nmero de pulsos = 4

Para conseguir melhor preciso da escala,devemos ajustar os pulsos nas seguintes locali-zaes da tela:

1 pulso = 25 mm/K fi posio na tela = 2,52 pulso = 50 mm/K fi posio na tela = 5,03 pulso = 75 mm/K fi posio na tela = 7,54 pulso = 100 mm/K fi posio na tela = 10

A escala para peas de ao de at 100 mm estpronta e calibrada.

22A U L AAjuste da sensibilidade de resposta

nesta etapa que ajustamos a sensibilidade do aparelho para detectaras descontinuidades preestabelecidas como defeitos.

Vimos que o sinal de retorno atenuado em funo da distncia dadescontinuidade superfcie.

Portanto, necessitamos elaborar uma curva de atenuao de sinal para nosorientarmos.

Para isso, podemos tomar como referncia um corpo de prova conhecido, emao, com furos propositalmente efetuados com 1,5 mm de dimetro que areferncia, em nosso exemplo, em distncias crescentes da superfcie.

Traamos ento a curva deatenuao do sinal em funoda espessura da pea, de modoa termos uma intensidade desinal suficiente mesmo para osfuros localizados prximo faceinferior da pea.

Pronto. Agora s adaptara curva sobre a tela do aparelhoe inspecionar o bloco de ao.

Localizando as descontinuidades

Agora sim, voc j pode acoplar o transdutor sobre a pea, como mostraa figura seguinte.

Depois, s movimentar lentamente o transdutor sobre toda a superfcie aser ensaiada, efetuando uma varredura na pea. Essa varredura deve ser feitapelo menos em duas superfcies da pea, pois dependendo da posio dadescontinuidade (topo, transversal ou longitudinal) o sinal ser maior ou menor.

Qualquer pulso que aparea entre 0 e 8 na tela, acima da curva de atenuao,como no exemplo - S3, ser interpretado como defeito pelo operador. Os queficarem abaixo, como S4, sero apenas descontinuidades.

H situaes em que o ensaio com transdutores normais no possvel. o caso de uma chapa de ao soldada.

A inspeo do cordo de solda praticamente impossvel com os cabeotesnormais j vistos. Por isso, devemos usar cabeotes angulares, que enviampulsos em determinados ngulos com a superfcie do material, como porexemplo 35, 45, 60, 70, 80 etc.

22A U L A Ensaio com transdutor angular

O processo inicial de calibrao semelhante ao realizado para os transdutoresnormais. Como exemplo, usaremos a escala 0 a 100 mm, com K = 10 mme transdutor de 60.

Calibrao

Para essa finalidade, dois blocos-padro podem ser utilizados: V1 ouV2. Usaremos, neste caso, o bloco V2.

O primeiro procedimento consisteem acoplar o transdutor sobre o bloco-padro V2, focando o raio de 25 mm.

Ajustando o aparelho, na tela aparecero os pulsos:2,5 divises K = 25 mm10 divises K = 100 mm

Localizando as descontinuidades

Aps os ajustes necessrios no equipamento, s inspecionar a pea.

Na tela aparecer a distncia Sentre o cabeote e a descontinuidade.A localizao conseguida por meioda trigonometria, aplicando-se asrelaes para o tringulo retngulo.

No exemplo, b = 60.

a = sen 60 Sd = cos 60 S

Caso a onda ultra-snica sejarefletida antes de atingir adescontinuidade, adotamosoutra forma de clculo.

S = S1 + S2

a = S sen 60

d = 2e - S cos 60

22A U L ADepois, s efetuar a varredura lentamente, ao longo de todo o cordo de solda.

Apostamos que, com estas informaes, voc se sairia bem ao realizara inspeo da pea solicitada, em substituio ao operador que faltou.

Mas, para ficar realmente afiado, resolva os exerccios a seguir.

Exerccio 1As tcnicas de ensaio por ultra-som so denominadas .......................................,........................................... e ................................... .

Exerccio 2Para ensaiar peas de espessura pequena, nas quais se pretenda encontrardescontinuidades prximas superfcie, a tcnica mais recomendada por ................................ .

Exerccio 3Assinale V se a afirmao for verdadeira ou F, se for falsa:a) ( ) os transdutores convertem os sinais eltricos emitidos pelo aparelho

em ondas ultra-snicas e vice-versa;b) ( ) um tipo de osciloscpio utilizado para medir a intensidade do sinal

eltrico e o tempo de retorno dos ecos;c) ( ) os transdutores normais so ideais para anlise de cordes de solda;d) ( ) o ideal utilizarmos um bloco V1 confeccionado em ao,

para calibrarmos o equipamento para anlise de ao, alumnio,cobre e outros materiais.

Exerccio 4Localize a descontinuidade para calibrao em escala 0-100 mm.

a) ( ) a = 23,0 mm e d = 9,8 mm;b) ( ) a = 39,8 mm e d = 7,0 mm;c) ( ) a = 7,0 mm e d = 39,8 mm;d) ( ) a = 25,9 mm e d = 15,0 mm.

Exerccio 5Calcule o fator de escala K para tela com 10 divises e escala de 0 a 200 mm.a) ( ) 2 mm;b) ( ) 10 mm;c) ( ) 15 mm;d) ( ) 20 mm.

Exerccios

b = 60S1 = 30 mmS2 = 16 mme = 15 mm

23A U L A

23A U L A

Introduo Se voc j teve algum tipo de fratura sseaou pegou uma gripe mais forte, certamente o mdico deve ter solicitadouma radiografia da rea afetada, para fazer um diagnstico do seu problema.

Realizada a radiografia, provvel que voc tenha observado, junto como mdico, o resultado, apresentado numa chapa radiogrfica semelhante aonegativo de uma fotografia.

Pelas diferenas de tonalidade na chapa, ele percebeu vrias coisas e atcomentou com voc, que deve ter ficado meio desconfiado, pois no viu quasenada ou... nada do que ele apontou.

, a interpretao da radiografia requer conhecimento especializadoe prtica!

Na indstria, usa-se o mesmo tipo de exame, com o mesmo produto finalpara anlise a chapa radiogrfica para detectar descontinuidades em mate-riais. a radiografia industrial, mais um tipo de ensaio no destrutivo que vocvai comear a estudar nesta aula.

Mas h um aspecto muito importante: a radiografia industrial trabalha comdoses de radiao cerca de dez vezes maiores que as usuais nos ensaiosde radiografia clnica! Por a voc j pode imaginar que a segurana um dosfatores fundamentais na realizao deste ensaio.

S pode agir com segurana quem conhece o assunto. Por isso, vamoscomear pelo estudo de alguns conceitos bsicos, necessrios compreenso dosensaios por radiografia, como: em que consiste este ensaio e qual a sua importn-cia; como surgiu; quais os tipos de radiao utilizados, suas caractersticase modos de obteno.

Ensaio por radiografia

Na radiografia industrial, utilizamos o mesmo princpio da radiografiaclnica.

Coloca-se o material a ser ensaiado entre uma fonte emissora de radiaoe um filme.

Radiografia industrial

Nossa aula

23A U L AUma parte dos raios emitidos absorvida pelo material e a outra parte ir

atravess-lo, sensibilizando o filme e produzindo nele uma imagem do materialensaiado.

Aps a revelao, temos uma chapa radiogrfica para ser analisadae interpretada por um tcnico especializado.

Por que radiografar?

Imagine as seguintes situaes:

um gasoduto transportando gs combustvel a alta presso entre refinarias,ou mesmo entre equipamentos dentro da refinaria;

uma caldeira fornecendo vapor a alta presso em uma indstria ou hospital.

Estes produtos simplesmente no podem falhar e, portanto, no podem terdefeitos!

Mas a construo dos gasodutos, caldeiras, oleodutos etc. feita basicamen-te com chapas de ao e solda.

Se uma solda no estiver adequada, no suportar a presso e apresentarvazamentos, podendo provocar acidentes com conseqncias terrveis. A explo-so de uma caldeira, por exemplo, pode fazer desaparecer o prdio onde ela estinstalada e tudo mais que estiver na vizinhana.

Para evitar acidentes, precisamos ter certeza de que no h defeitos nessesprodutos. Por isso, realizamos os ensaios no destrutivos. Nos casos citados,a radiografia bastante utilizada - os cordes de solda so totalmente radiografa-dos.

Tudo comeou por acaso...

Em 1895, quando o professorWilhelm K. Rentgen pesquisavaa fluorescncia causada por raioscatdicos numa folha de papelrecoberta com uma pelcula de sal debrio, ele acidentalmente esqueceu deretirar uma caixa de papelo preto queprotegia a ampola de raios catdicos.Ficou surpreso ao perceber que, mes-mo assim, ocorria a fluorescncia napelcula de sal de brio.

Rentgen concluiu que algum tipo de raio, desconhecido at ento, ultrapas-sava a caixa de papelo atingindo o papel. Ou seja, alm dos raios catdicos,a ampola emitia outro tipo de raio. Por ser um raio desconhecido, Rentgenresolveu cham-lo de raio X.

A descoberta dos raios X foi de grande auxlio para diversas pesquisas.Alguns meses mais tarde, outros cientistas divulgaram suas descobertas.

Raioscatdicos Soum feixe deeltrons que partemdo ctodo, (plonegativo),acelerados a altavelocidade por umafonte externa dealta tenso, emdireo a um alvo,o nodo (plopositivo).

23A U L A Henri Becquerel, Pierre e Marie Curie constataram a emisso de raios,

semelhantes aos raios X, por metais pesados, como o urnio, o polnio e o rdio,surgindo da a denominao radioatividade: emisso espontnea de radiaopor elementos qumicos, naturais ou artificiais. Nos anos que se seguiram,diversos experimentos nucleares levaram descoberta do raio g (l-se gama).Esta descoberta deu origem gamagrafia, inspeo por meio de raios gama.

Nos ensaios por radiografia industrial, utilizamos dois tipos de radiao:o raio X e o raio gama.

Um pouco de onda

Os raios X e os raios gama, assim como a luz, so formas de radiaoeletromagntica de natureza ondulatria, isto , propagam-se em forma deondas. Possuem alta freqncia e, portanto, pequeno comprimento de onda.

O comprimento de onda desses raios menor que o da luz visvel dos raiosultravioleta e infravermelhos.

Merece destaque o fato de os raios X e gama poderem atravessar corposopacos, como metais e concreto, enquanto a luz visvel atravessa apenas mate-riais translcidos, como o vidro transparente e a gua limpa, por exemplo.

A quantidade de radiao que atravessa a pea varivel e depende da espessura e densidade domaterial naquele ponto. Depende tambm da fre-qncia de radiao quanto maior a freqncia,maior sua capacidade de penetrar e atravessaros materiais.

Essa variao de radiao que atravessaa pea captada e registrada em filmeradiogrfico que, aps a revelao, mostrauma imagem da pea com regies claras,referentes s maiores espessuras, e escu-ras, referentes s menores espessuras.

As principais propriedades dasradiaes X e gama so:

- propagam-se em linha reta, velocidade da luz (300.000 km/s);

- produzem luz em substnciasfluorescentes;

- provocam o escurecimento defilmes fotogrficos;

Metaispesados Metais

com grande nmeroatmico.

espectro de radiaes eletromagnticas

23A U L A- tornam o ar e outros gases condutores de eletricidade;

- so mais absorvidas pelos elementos pesados;- no so desviadas por campos magnticos;- possuem vrios comprimentos de onda;- causam danos s clulas do corpo humano e modificaes genticas.

Gerao dos raios X

Voc deve estar lembrado de que o tomo constitudo do ncleo, com seus prtons e nu-trons, mais a eletrosfera, com seus eltrons.

Os raios X so gerados ao se acelerar, por meio de uma fonte externa deenergia, os eltrons de um ctodo. Esses eltrons saem em alta velocidade emdireo ao nodo. Ao colidirem com o nodo, esses eltrons penetram naeletrosfera do metal do nodo, causando sua instabilidade, com grande liberaode calor e de ondas eletromagnticas os raios X.

Um dispositivo usado para gerar raios X o tubo de Coolidge, que nada mais do que um tubo de raios catdicos modificado.

Consiste numa ampola devidro com alto vcuo, que con-tm um ctodo feito de umfilamento aquecido e um nodofeito de metal duro, com altoponto de fuso (tungstnio).

As tenses utilizadas naproduo de raios X so da or-dem de 80.000 a 500.000 Volts(80 a 500 kV).

A intensidade dos raios X determinada pela corrente eltrica que passapelo filamento. Quanto maior a intensidade da corrente, maior o aquecimentodo filamento e maior o nmero de eltrons que ele libera.

Devido ao aquecimento causado no alvo (nodo) pelo bombardeamento deeltrons, necessrio refriger-lo por aleta ou por circulao de gua.

O poder de penetrao dos raios X tanto maior quanto menor for seucomprimento de onda, que funo da tenso que acelera os eltrons dofilamento para o alvo.

Gerao dos raios gama

Como j vimos, o ncleo atmico formado por partculas chamadasprtons e nutrons. Os elementos qumicos so definidos em funo do nmerode prtons presentes no ncleo do tomo.

23A U L A Entretanto, possvel encontrar tomos do mesmo elemento qumico com

diferentes quantidades de nutrons no seu ncleo. Esses elementos so oschamados istopos.

Muitos dos istopos dos elementos encontrados na natureza so radioati-vos, isto , emitem espontaneamente do ncleo partculas e radiaes eletro-magnticas.

O urnio pode apresentar em seu ncleo 92 prtons e 146 nutrons(o chamado urnio 238 ou U238) ou 92 prtons e 143 nutrons (o urnio 235ou U235). Ele um exemplo de istopo radioativo, ou seja, que emite partculase radiaes eletromagnticas.

As partculas e as radiaeseletromagnticas emitidas pelosistopos radioativos so de trstipos: alfa (a), beta (b) e gama (g).

As partculas alfa so formadas por dois prtons e dois nutrons. As partculasbeta so semelhantes aos eltrons. Esses dois tipos de partculas possuem cargaseltricas e, portanto, podem ser desviadas por campos magnticos. Alm disso,seu alcance pequeno, limitando-se a poucos centmetros no ar.

Os raios gama, so radiaes eletromagnticas com alto poder de penetra-o. Por isso essa radiao usada nos ensaios.

Existem dois tipos de istopos: os naturais e os artificiais. Os primeiros soencontrados normalmente na natureza. Os artificiais so produzidos nos reato-res nucleares bombardeando-se nutrons nos ncleos dos tomos.

Na gamagrafia utilizam-se istopos artificiais. Os mais usados so o irdio192, o csio 137, o tlio 170 e o cobalto 60.

Quando se trabalha com istopos, um aspecto importante conhecera atividade da fonte, que mede a velocidade de desintegrao nuclear.

Uma unidade de medida o becquerel (Bq), que equivale a uma desintegraopor segundo. Outra unidade usada o curie (Ci), que equivale a 3,7 1010 Bq.

S para ter uma idia, saiba que uma fonte de irdio 192 pode ter atividadede at 18,5 1011 Bq. Quanto isso? Imagine!

Todos os ncleos dos tomos se desintegram da mesma maneira. Portanto,alguns valores devem ser conhecidos como, por exemplo, a meia-vida de umistopo radioativo.

23A U L ACom as desintegraes nucleares, a atividade da fonte decresce. Para desig-

nar o tempo necessrio para a atividade da fonte chegar metade do seu valorinicial, utiliza-se o termo meia-vida. Esta caracterstica varia para cada istopo.Veja alguns exemplos:

O filme

O filme para radiografia semelhante aos filmes comuns. A nica diferena que recoberto dos dois lados por uma emulso de sais de prata (brometo deprata - AgBr).

Depois que o filme exposto radiao, os gros dos sais de prata reagemquimicamente em contato com o revelador, transformando-se em prata metlicaenegrecida.

essa prata escurecida que forma a imagem na chapa radiogrfica.

O filme radiogrfico escolhido em funo do ensaio a ser realizado.Suas caractersticas so:

- densidade radiogrfica: o grau de enegrecimento registrado no filmeem funo da exposio;

- contraste da imagem: dado pela diferena de densidade entre as regiesdo filme;

- velocidade do filme: a taxa em que ocorre a sensibilizao dos gros de saisde prata. Filmes com gros maiores necessitam de menor tempo de exposio;

- granulometria: o tamanho dos gros nos sais da emulso. Quanto menoresos gros, maior a nitidez.

Qualidade e sensibilidade radiogrfica

A radiografia de qualidade requer nitidez e definio da imagem. Consegue-se isso controlando o contraste, ou seja, a densidade da imagem. Alm disso, necessrio evitar falhas de processamento do filme (arranhes, manchas etc.).

A sensibilidade radiogrfica tambm precisa ser controlada, devendo serajustada aos requisitos da inspeo.

O grau de sensibilidade, que pode ser alto, mdio ou baixo, determinadopelo uso a que se destina a pea. Quem faz essa definio a engenharia defbrica, segundo normas especficas.

ISTOPO

Cobalto 60Irdio 192Csio 137

MEIA-VIDA5,3 anos75 dias33 anos

23A U L A Para controlar a sensibilidade radiogrfica, basta colocar penetrmetros

sobre a face da pea metlica voltada para a fonte de radiao.

Os penetrmetros ou indicadores de qualidade de imagem IQI sodispositivos (lminas de uma ou vrias espessuras, ou fios de diversos dime-tros), colocados em evidncia sobre a pea, para verificar a sensibilidaderadiogrfica, isto , a nitidez desses dispositivos na radiografia.

Em geral, o IQI deve ter 2% da menor espessura da pea analisada e precisanecessariamente ser visvel na radiografia.

At aqui voc viu que tipos de radiao interessam radiografia industriale como podem ser obtidas. Para prosseguir o estudo desse assunto nas prximasaulas, importante que voc verifique o que foi aprendido, resolvendo osexerccios a seguir.

Marque com um X a resposta correta:

Exerccio 1As radiaes eletromagnticas se propagam mesma velocidade:a) ( ) do som;b) ( ) da luz;c) ( ) do ultra-som;d) ( ) do ultravioleta.

Exerccio 2Os tipos de radiao eletromagntica utilizados na radiografia industrial so:a) ( ) ultravioleta e infravermelho;b) ( ) microondas e ondas de rdio;c) ( ) raios gama e raios x;d) ( ) raios alfa e raios beta.

Exerccios

23A U L AExerccio 3

Podemos dizer que radiografia :a) ( ) um filme radiogrfico com o resultado do exame impresso;b) ( ) o ato de realizar um ensaio no destrutivo;c) ( ) emisso de radiao X e gama;d) ( ) o dispositivo que bombardeia eltrons no nodo.

Exerccio 4O IQI usado para:a) ( ) avaliar a densidade do filme radiogrfico;b) ( ) medir a atividade radioativa da fonte;c) ( ) avaliar a sensibilidade da imagem obtida na radiografia;d) ( ) melhorar o contraste da imagem no filme.

Exerccio 5Escreva V se a afirmao for verdadeira, ou F, se for falsa:a) ( ) a atividade de uma fonte a grandeza que mede a velocidade

de desintegrao dos ncleos atmicos;b) ( ) a emisso de radiao uma atividade que ocorre devido

instabilizao energtica do istopo;c) ( ) em gamagrafia geralmente usamos istopos naturais;d) ( ) o becquerel a grandeza que mede as desintegraes nucleares

por segundo em um istopo.

24A U L A

24A U L A

Introduo Na aula anterior voc conheceu os raios X e osraios gama, que so radiaes eletromagnticas, e algumas de suas propriedades.

Nesta aula, estudaremos mais detalhadamente o ensaio por raios X.Voc ter uma descrio bsica do equipamento, do ensaio e dos cuidadosdurante a sua realizao.

Antes de estudar o ensaio propriamente dito, voc ainda precisa conhecermais algumas caractersticas dos elementos envolvidos na radiao, ou seja,fonte, pea e filme radiogrfico.

Essas caractersticas, assim como os princpios estudados na aula anterior,so comuns s radiaes X e gama. As diferenas entre os dois ensaios referem-se principalmente aos aspectos operacionais, como voc mesmo poder consta-tar depois de estudar os assuntos desta aula e da prxima.

Geometria da exposio

A radiografia na realidade uma sombra da pea, provocada por seuposicionamento na trajetria das radiaes X ou gama.

Podemos neste caso utilizar os mesmos princpios geomtricos aplicadoss sombras produzidas pela luz.

Para compreender o que ocorre e, portanto, obter melhores resultadosna radiografia, voc deve conhecer a influncia da distncia e da posio entreos elementos: fonte de radiao, pea e filme.

Vamos analisar como esses dois fatores afetam a formao da imagem.

Ampliao da imagem - A imagem da pea no filme torna-se maior quea prpria pea medida que aumenta a distncia entre a pea e o filme,resultando uma imagem irreal.

Ensaio por raios X

Nossa aula

24A U L A

Para que a imagem projetada no filmerepresente o tamanho real da pea, filmee pea devem estar prximos. Na prtica,o filme deve estar em contato com a pea.

A fonte de radiao,pelo contrrio, deve ficaro mais afastada possvelda pea e do filme, paraminimizar o efeito de am-pliao da imagem, respei-tadas as caractersticas doequipamento e da fonte.

Nitidez da imagem - Quan-to maiores as dimenses da fonteemissora, menor a nitidez da ima-gem, devido formao de umapenumbra na radiografia. Paraevitar este problema, deve-seutilizar uma fonte emissora coma menor dimenso possvel.

No caso dos raios X, paramelhorar a nitidez da imagemo alvo (nodo) posicionadonum plano inclinado em rela-o ao filme, de modo a con-centrar a radiao emitida.

Distoro da imagem - Sehouver uma inclinao entre afonte, a pea e o filme, a imagemresultar distorcida. Para elimi-nar esta distoro, deve-se colo-car a fonte emissora o mais per-pendicular possvel em relao base da pea e ao filme.

24A U L A Lei do inverso do quadrado da distncia

Imagine uma lmpada acesa, distncia deum metro da superfcie de uma mesa.

Se elevarmos esta mesma lmpada a doismetros de altura, isto , se multiplicarmosa altura por 2, o nvel de iluminao na super-fcie da mesa ser dividido por 4, ou seja,dividido por 22 (quadrado da distncia entrea fonte de luz e a superfcie).

Este fenmeno recebe a denomina-o de lei do inverso do quadrado dadistncia (no nosso caso, lei da atenua-o da radiao). Esta lei tambm seaplica aos ensaios radiogrficos, poisneste caso as radiaes emitidas tmpropriedades semelhantes s daluz visvel.

A intensidade com que um feixe deradiao atinge uma superfcie inver-samente proporcional ao quadrado dadistncia entre esta superfcie e o pon-to de emisso, ou seja, a radiao atenuada em virtude do aumentoda distncia. Este outro fator quelimita a colocao da fonte distanteda pea, para minimizar a ampliao da imagem.

Fique sabendo ...Uma das unidades de medida da intensidade de radiao oCoulomb/kg (C/kg). 1 C/kg a intensidade de radiao necessria paraproduzir uma ionizao equivalente a uma unidade eletrosttica decarga, conhecida como Coulomb, em um quilograma de ar, tempera-tura de 20C e presso de uma atmosfera.

Verificando o entendimento

Um tubo de raios X emite uma radiao que atinge a intensidade de 100 mC/kg(micro Coulomb/kg) distncia de 1 m da fonte. Determine a intensidade a 5 mda fonte.

Resposta: ............................................

E ento, conseguiu resolver? Compare sua resoluo com as explicaesa seguir.

Voc sabe que a uma distncia d1 corresponde uma intensidade I1 e a umadistncia d2 corresponde uma intensidade I2.

Ionizao o processo que

torna o ar condutorde eletricidade.

24A U L A

10025

A lei do inverso do quadrado da distncia estabelece a seguinte relaomatemtica:

No problema proposto: d1 = 1 m; I1 = 100 mC/kg; d2 = 5 m e I2 o valorprocurado.

Substituindo as variveis da frmula pelos valores conhecidos, voc obtm:

Logo, a intensidade da fonte, a 5 metros de distncia, ser igual a4 microCoulomb/kg.

Equipamento para o ensaio de raios X

A ilustrao a seguir mostra a configurao bsica de um equipamentoestacionrio de raios X para peas de pequeno porte.

I1 (d2)2

I2 (d1)2=

100 52

I2 12

= 52 I2 = 100 12 25 I2 = 100 I2 = I2 = 4 mC/kg

24A U L A Na aula anterior, voc viu que os raios X so produzidos no tubo de

Coolidge, que o corao do equipamento.

Veja agora os principais elementos do tubo de raios X.

Observe que o ctodo constitudo por um filamento e pelo cone defocalizao.

O filamento feito de tungstnio (metal com alto ponto de fuso), pararesistir s altas temperaturas.

O cone de focalizao feito de uma liga de ferro e nquel (Fe-Ni). Eleenvolve o filamento com a finalidade de concentrar a emisso do feixe eletrniconuma rea restrita do nodo.

Volte a observar o nodo. O alvo no nodo feito de tungstnio, pois estematerial, alm de resistir a temperaturas elevadas, apresenta alta densidadee, portanto, grande nmero de tomos para coliso.

O vcuo existente no interior do tubo tem a funo de proteger os elementoscontra a oxidao e tambm de proporcionar isolamento eltrico, para evitara ocorrncia de centelhas entre os eletrodos.

Devido s altas temperaturas envolvidas, h necessidade de um sistemade refrigerao para evitar danos aos componentes.

O elemento mais afetado o nodo, que recebe o impacto dos eltrons,gerando os raios X e grande quantidade de calor.

Um fluido refrigerante, que normalmente gua, circula no interiordo nodo para refrigerao.

O revestimento, geralmente feito de chumbo, tem a finalidade de reduzira intensidade da radiao espalhada. Apresenta apenas uma abertura paraa sada dos raios X, na direo desejada.

24A U L AVariveis que afetam a quantidade de raios X emitidos

As principais variveis que influenciam a quantidade de raios X emitidos so:

Intensidade da corrente: A emisso de eltrons diretamente proporcional temperatura do filamento que aquecido pela corrente eltrica. Quanto maiorfor a corrente, maior ser a temperatura do filamento e, portanto, maiora quantidade de eltrons emitidos. A intensidade da corrente medidaem miliampere (milsimo de ampre).

Diferena de potencial (DDP): A diferena de potencial ou voltagem medida em kV (quilovolt). Quanto maior a DDP entre o nodo e o ctodo, maiora acelerao dos eltrons, causando maior impacto no nodo e gerando raios Xcom maior energia, ou seja, com maior poder de penetrao e, conseqentemen-te, pequeno comprimento de onda.

Determinao do tempo de exposio

A exposio ou quantidade de radiao recebida diretamente proporcio-nal miliamperagem e voltagem aplicada ao tubo de Coolidge.

Uma vez fixados esses dois fatores, o tempo de exposio outro parmetroque influi na sensibilizao do filme. Quanto maior o tempo, maior a sensibilizao.

Portanto, fundamental determinar o tempo de exposio.

Para determinar o tempo de exposio, utilizam-se as curvas de exposiofornecidas pelo fabricante do equipamento. Cada equipamento possui sua curvaespecfica.

Para entender melhor esse assunto, voc precisa conhecer um pouco maissobre os filmes radiogrficos.

Na aula anterior, vimos que as principais caractersticas dos filmes so:densidade radiogrfica, contraste da imagem, velocidade do filmee granulometria. Se voc no estiver lembrado, consulte novamente a Aula 23.

De acordo com essas caractersticas, os filmes radiogrficos so classificadosem quatro tipos:

A seleo do filme radiogrfico para uma dada aplicao um compromissoentre a qualidade requerida dessa radiografia e seu custo, incluindo-sea o tempo de exposio. Para facilitar a escolha, os fabricantes fornecemas curvas caractersticas de cada tipo de filme.

TIPO DE FILME VELOCIDADE CONTRASTE GRANULAO1 baixa muito alto extra fina2 mdia alto fina3 alta mdio grosseira4 muito alta muito alto vrias

24A U L A A norma da American Society for Testing and Materials ASTM E94

relaciona o tipo de filme com a espessura da pea e com a voltagem a serutilizada no ensaio. O quadro a seguir mostra um extrato dessa norma,desenvolvido para o ao.

Telas intensificadoras de imagem (crans)

Para dar maior nitidez s radiografias e diminuir o tempo de exposio,usam-se as telas intensificadoras, conhecidas por crans.

Estas telas evitam que as radiaes que ultrapassam o filme reflitam de voltapara este, prejudicando a nitidez da radiografia, alm de favorecer uma maiorabsoro de radiao pelo filme.

Alguns crans utilizados so cartes recobertos com pelcula fina de chum-bo, da ordem de centsimo de milmetro.

Se os assuntos tratados at aqui ficaram suficientemente claros, voc j temcondies de acompanhar a realizao de um ensaio por raios X. Se ainda nose sentir seguro, estude novamente a aula anterior e os tpicos precedentesdesta aula, at sentir que as dvidas ficaram esclarecidas. Depois, que tal partirpara a execuo do ensaio?

Ensaio de solda por raios X

No incio da aula anterior, voc ficou sabendo que uma das utilizaesda radiografia industrial na inspeo de solda. Para conhecer o processo comoum todo, veja como feita esta inspeo.

Observe a pea a seguir, uma chapa de ao soldada.

Para ensaiar esta pea, serutilizado um equipamentocom capacidade de at 100 kVe 15 mA.

Analise a curva de tempo de exposio fornecida para este equipamento.

GUIA PARA SELEO DE FILMES DE ACORDO COM ASTM E94 - PARA AOVOLTAGEM APLICADA NO EQUIPAMENTO (kV)ESPESSURA DO MATERIAL

(mm)03 a 006,3

6,3 a 012,712,7 a 025,425,4 a 050,850,8 a 101,6

101,6 a 203,2

50 a 8034

80 a 120334

120 a 150323

150 a 25012234

250 a 400

12244

24A U L A

A espessura do material a ser ensaiado conhecida (10 mm). No caso, vamosadicionar 2,5 mm a essa espessura, devido ao reforo do cordo de solda.O grfico mostra que para esta espessura deve ser tomada como base a curva C(para 100 kV). Ligando ao eixo do tempo o ponto em que a linha da espessura(12,5 mm) cruza com a curva C, constatamos que o tempo de exposio deve serde 10 minutos. Outras informaes obtidas so:

- filme de alta velocidade e mdio contraste;

- intensidade de corrente no tubo de 15 mA;

- distncia filme/foco (d