Desenvolvimento e Produo de Componentes Soldados
Padro Defeituosos para Ensaios No Destrutivos
Gonalo Duarte Fazenda da Silva
Dissertao para obteno do Grau de Mestre em
Engenharia Mecnica
Jri
Presidente Professor Doutor Rui Manuel dos Santos Oliveira Baptista
Orientador Professora Doutora Maria Lusa Coutinho Gomes e Almeida
Co-Orientador Doutor Bento Ottone da Cruz Alves
Vogal
Vogal
Professor Doutor Nuno Miguel Carvalho Pedrosa
Doutor Eurico Gonalves Assuno
Outubro de 2013
i
Agradecimentos
Gostaria de expressar o meu profundo agradecimento a todas as pessoas que, directa ou
indirectamente, estiveram envolvidas no processo de elaborao deste trabalho.
Professora Lusa Coutinho, minha orientadora, que aceitou orientar a minha tese.
Ao Eng. Bento Alves, meu co-orientador, pelo bom acolhimento que tive no ISQ, pela experincia,
conhecimento, dedicao, pacincia e amizade que teve para comigo.
Ao Professor Pedro Vilaa, pelo acompanhamento, conhecimento, orientao e disponibilidade
demonstrada durante o decorrer do trabalho.
Ao Eng. Hugo Carrasqueira, director da rea do CND, por ter permitido o meu estgio no ISQ.
Aos Engenheiros Jos Velhinho, Nuno Pedrosa, Daniel Leito, Liliana Silva, Joo Gonalves e Joana
Courinha pela forma como me receberam no ISQ e pelos conhecimentos e apoios prestados.
Ao Vtor e ao Sanches, pelos conhecimentos transmitidos, pacincia e disponibilidade para me ajudar
com as soldaduras.
Aos vrios tcnicos e colaboradores do ISQ, em especial Ana Cardoso, Patrcia Bernardo, Patrcia
Brito, Antnio Sabino, Carlos Silva e Lus Nunes, pelo conhecimento e experincias e pelos bons
momentos.
Maria, ao Samuel e ao Tiago pelas muitas radiografias.
Ao Jos Pedro e ao Nlson Matos, por toda a ajuda, amizade e companheirismo ao longo de todo
este trabalho.
Aos meus colegas e amigos Andr Oliveira, Antnio Capoulas, Augusto Antunes, Rafael Preto, Joo
Gandra e Carlos Castanheira, entre muitos outros, que de diferentes formas me ajudaram e
apoiaram.
Finalmente, minha famlia por tudo.
ii
Resumo
Os Ensaios No Destrutivos (END) so tcnicas utilizadas na inspeco de materiais e
equipamentos, sem danific-los, e so executados nas fases de fabricao, construo, montagem e
manuteno. Constituem uma das principais ferramentas do controlo da qualidade dos materiais e
produtos. Tm aplicaes nos sectores petroqumico, qumico, electromecnico, aeronutico,
aeroespacial, siderrgico, naval, celulose, entre outros.
Os END incluem mtodos capazes de fornecer informaes sobre a quantidade e caractersticas de
defeitos de um determinado produto, sobre as caractersticas tecnolgicas de um material, ou ainda,
a monitorizao da degradao em servio de componentes, equipamentos e estruturas.
Para a obteno de resultados satisfatrios e vlidos muito importante garantir os END sejam
executados por pessoal devidamente treinado e certificado. Neste trabalho foram desenvolvidos
procedimentos para a produo sistemtica de componentes soldados padro defeituosos com o
propsito de serem utilizados para futuro treino e certificao de pessoal para execuo de tcnicas
END.
Outro factor muito importante para a obteno de resultados fiveis que os equipamentos de END
se encontrem devidamente calibrados. Para tal, so utilizados padres de calibrao. Neste trabalho
foi desenvolvida uma base de dados de padres de calibrao de Ensaios No Destrutivos para os
ensaios de ultra-sons, magnetoscopia, lquidos penetrantes, correntes induzidas e radiografia. O
objectivo ser facilitar a procura e aquisio destes padres ao utilizador.
Palavras-Chave
Ensaios No destrutivos
Padro
Calibrao
Descontinuidade
Base de Dados
iii
Abstract
The non-destructive testing (NDT) are techniques used in the inspection of materials and equipment,
without damaging them, and run through manufacturing, construction, assembly and maintenance
phases. They are one of the main tools for quality control of materials and products. They have
applications in petrochemical, chemical, electromechanical, aeronautic, aerospace, steel, shipbuilding,
cellulose sectors, among others.
The NDT include methods capable of providing information about defects quantity and characteristics
in a product, on the technological characteristics of a material, or still, monitoring land degradation in
service of components, equipment and structures.
To obtain satisfactory and valid results is very important to ensure that the NDT are done by properly
trained and certified personnel. In this work were developed procedures for the systematic production
of defective standard welded components to be used for future training and personnel certification for
the execution of NDT techniques.
Another very important factor for obtaining reliable results is that the NDT equipments are properly
calibrated. For this purpose, calibration standards are used.
In this work was developed a database of calibration standards for Non-Destructive Testing for
Ultrasonic Testing, Penetrant Testing, Magnetic Particle Testing, Eddy Current Testing and
Radiographic Testing. The aim will be to make easier to the user the search and acquisition of these
calibration standards.
Key-Words
Non-Destructive Testing
Calibration Block
Calibration
Discontinuity
Data Base
iv
ndice
Agradecimentos .........................................................................................................................................i
Resumo .................................................................................................................................................... ii
Palavras-Chave ........................................................................................................................................ ii
Abstract.................................................................................................................................................... iii
Key-Words ............................................................................................................................................... iii
ndice ....................................................................................................................................................... iv
Lista de Figuras ..................................................................................................................................... viii
Lista de Tabelas ...................................................................................................................................... xi
Terminologia utilizada ............................................................................................................................. xii
1 Introduo ........................................................................................................................................ 1
1.1 Enquadramento e objectivos ................................................................................................ 1
1.2 Estrutura da tese ................................................................................................................... 2
2 Estado da Arte ................................................................................................................................. 4
2.1 Introduo ............................................................................................................................. 4
2.2 Soldadura e os seus defeitos na indstria ............................................................................ 4
2.3 Ensaios No Destrutivos aplicados indstria ..................................................................... 7
2.3.1 Formao e Certificao de Tcnicos para Realizao de END ......................... 7
2.3.1.1 Provetes Soldados Utilizados na Formao/Certificao de Tcnicos
END 10
2.3.2 Lquidos Penetrantes (PT) ..................................................................................11
2.3.2.1 Consumveis do Ensaio ................................................................... 11
2.3.2.2 Vantagens e Desvantagens ............................................................ 12
2.3.2.3 Blocos Padro do Ensaios de Lquidos Penetrantes ...................... 12
2.3.3 Magnetoscopia ou Partculas Magnticas (MT) .................................................12
2.3.3.1 Padres de Referncia do Ensaio de Magnetoscopia .................... 14
2.3.3.2 Vantagens e Desvantagens ............................................................ 14
2.3.4 Radiografia .........................................................................................................14
2.3.4.1 Princpios Gerais de Radiografia ..................................................... 14
2.3.4.2 Efeito da Orientao dos Defeitos ................................................... 15
2.3.4.3 Fontes de Radiao ........................................................................ 16
v
2.3.4.4 Mtodos de Tratamento de Imagem ............................................... 16
2.3.4.5 Qualidade de Imagem ..................................................................... 16
2.3.4.6 Segurana ....................................................................................... 17
2.3.4.7 Vantagens e Desvantagens ............................................................ 18
2.3.5 Ultra-sons ...........................................................................................................18
2.3.5.1 Fundamentos dos Ultra-sons .......................................................... 18
2.3.5.2 Tcnicas do Ensaio de Ultra-Sons .................................................. 20
2.3.5.3 Equipamento .................................................................................... 21
2.3.5.4 Representao de dados ................................................................ 24
2.3.5.5 Vantagens e Desvantagens ............................................................ 25
2.3.6 Correntes Induzidas ...........................................................................................25
2.3.6.1 Induo Electromagntica ............................................................... 25
2.3.6.2 Gerao de Correntes Induzidas..................................................... 25
2.3.6.3 Informao/Dados da Inspeco ..................................................... 26
2.3.6.4 Aplicaes do Ensaio de Correntes Induzidas ................................ 26
2.3.6.5 Equipamento .................................................................................... 28
2.3.6.6 Vantagens e Desvantagens ............................................................ 31
2.4 Mercado dos Padres de Ensaios No Destrutivos ...........................................................31
3 Chapas Elaboradas atravs do Processo de Soldadura MAG ..................................................... 33
3.1 Defeitos Comuns ................................................................................................................33
3.2 Elaborao da Soldadura com Defeitos Pr-Determinados ...............................................33
3.2.1 Preparao das Chapas .....................................................................................33
3.2.2 Passo de Raiz.....................................................................................................34
3.2.3 Porosidades ........................................................................................................35
3.2.4 Falta de Fuso ....................................................................................................35
3.2.5 Passos Finais .....................................................................................................36
3.2.6 Equipamento e parmetros ................................................................................36
3.2.7 END s Chapas MAG .........................................................................................37
3.2.7.1 Radiografia ...................................................................................... 38
3.2.7.2 Ultra-sons ........................................................................................ 40
4 Chapas Elaboradas atravs do Processo de Soldadura por Elctrodo Revestido ....................... 44
vi
4.1 Defeitos Comuns ................................................................................................................44
4.2 Elaborao da Soldadura com Defeitos Pr-Determinados ...............................................44
4.2.1 Preparao das Chapas .....................................................................................44
4.2.2 Passo de Raiz.....................................................................................................45
4.2.3 Porosidades ........................................................................................................46
4.2.4 Falta de Fuso ....................................................................................................47
4.2.5 Incluso de Escria ............................................................................................48
4.2.6 Passos Finais .....................................................................................................48
4.2.7 Equipamento e parmetros ................................................................................49
4.2.8 END s Chapas SER .........................................................................................50
4.2.8.1 Radiografia ...................................................................................... 50
4.2.8.2 Ultra-sons ........................................................................................ 51
5 Chapas Elaboradas atravs do Processo de Soldadura TIG ........................................................ 53
5.1 Defeitos Comuns ................................................................................................................53
5.2 Elaborao da Soldadura com Defeitos Pr-Determinados ...............................................53
5.2.1 Preparao das Chapas .....................................................................................53
5.2.2 Fissurao a Quente ..........................................................................................54
5.2.3 Incluso de Tungstnio ......................................................................................55
5.2.4 Passos Finais .....................................................................................................56
5.2.5 Equipamento e parmetros ................................................................................56
5.2.6 END s Chapas TIG ...........................................................................................58
5.2.6.1 Radiografia ...................................................................................... 58
5.2.6.2 Ultra-sons ........................................................................................ 59
6 Base de Dados de Padres de Ensaios No Destrutivos ............................................................. 61
6.1 Introduo ...........................................................................................................................61
6.2 Base de Dados ...................................................................................................................61
7 Concluses e Desenvolvimentos Futuros ..................................................................................... 65
7.1 Introduo ...........................................................................................................................65
7.2 Concluses .........................................................................................................................65
7.3 Propostas para desenvolvimentos futuros ..........................................................................66
8 Referncia Bibliogrficas ............................................................................................................... 67
vii
9.1 Procedimento MAG .............................................................................................................73
9.2 Procedimento SER .............................................................................................................75
9.3 Procedimento TIG ...............................................................................................................77
9.4 Ficha de inspeco Chapa MAG1 ......................................................................................79
9.5 Ficha de inspeco Chapa MAG2 ......................................................................................80
9.6 Ficha de inspeco Chapa SER1 .......................................................................................81
9.7 Ficha de inspeco Chapa SER2 .......................................................................................82
9.8 Ficha de inspeco Chapa TIG1 ........................................................................................83
9.9 Ficha de inspeco Chapa TIG2 ........................................................................................84
viii
Lista de Figuras
Figura 2-1: Soldadura na Indstria .......................................................................................................... 4
Figura 2-2: Exemplos de falhas: (esquerda) falha na soldadura longitudinal de uma tubagem; (centro)
fissura transversal num carril; (direita) falta de penetrao que levou a falha num suporte de uma
transportadora de uma fbrica ................................................................................................................ 6
Figura 2-3: Inspeco de Provetes por Ultra-sons .................................................................................. 9
Figura 2-4 - Provetes Soldados com Defeitos....................................................................................... 10
Figura 2-5: Blocos padro de lquidos penetrantes (esquerda) bloco comparador; (centro) Bloco n1;
(direita) Bloco n2 [36] ........................................................................................................................... 12
Figura 2-6: Materiais Ferromagnticos: (esquerda) desmagnetizado; (direita) magnetizado .............. 12
Figura 2-7: Princpio do processo de Magnetoscopia ........................................................................... 13
Figura 2-8: Formao de aglomerado de partculas sobre a descontinuidade ..................................... 13
Figura 2-9: Padres Referncia bloco n1 (esquerda); Pieristrina ou indicador de campo (direita) [39]
............................................................................................................................................................... 14
Figura 2-10: Princpio da Radiografia .................................................................................................... 15
Figura 2-11: (esquerda) Baixa energia de radiao; (direita) Alta energia de radiao ....................... 15
Figura 2-12: Efeito da orientao dos defeitos: (a) ngulo errado; (b) ngulo ptimo ......................... 15
Figura 2-13: Exemplos de diferentes ngulos de orientao: (esquerda) 0; (centro) 10; (direita) 20
............................................................................................................................................................... 16
Figura 2-14: Fontes de Raios-X e de Raios Gama ............................................................................... 16
Figura 2-15: Indicadores de Qualidade de Imagem (IQIs)[42] .............................................................. 16
Figura 2-16: Fontes de radiao naturais e artificiais ........................................................................... 17
Figura 2-17: Alguns dispositivos de vigilncia....................................................................................... 17
Figura 2-18: Ondas Longitudinais e Ondas Transversais ..................................................................... 18
Figura 2-19: Sonda de Ultra-sons (esquerda); Emisso e recepo de energia sonora (direita) ........ 19
Figura 2-20: Onda Reflectida e Onda Transmitida ............................................................................... 19
Figura 2-21: Tcnica do Eco Pulsado ................................................................................................... 20
Figura 2-22: Tcnica de Transparncia ................................................................................................ 20
Figura 2-23: Tcnica de Imerso .......................................................................................................... 21
Figura 2-24: Sondas Direitas (esquerda) e Sondas Angulares (direita) ............................................... 22
Figura 2-25: Sondas de Cristal nico (esquerda) e Sondas de Cristal Mltiplo (direita) ..................... 22
Figura 2-26: D-meter ou Medidor de Espessura (esquerda); Equipamento A-Scan (direita) ............... 23
Figura 2-27: Padres para Calibrao de Espessuras [49] .................................................................. 23
Figura 2-28: Padres para Calibrao de Sondas Angulares [49]........................................................ 24
Figura 2-29: Representao Digital (esquerda) e Representao A-Scan (direita) ............................. 24
Figura 2-30: Corrente induzida pelo campo magntico ........................................................................ 25
Figura 2-31: Correntes induzidas e campo magntico por elas criado [52] .......................................... 26
Figura 2-32: Influncia dos diferentes factores no ensaio .................................................................... 26
Figura 2-33: Medio de espessuras atravs de correntes de Eddy .................................................... 27
ix
Figura 2-34: Corroso e eroso na indstria de aviao e em tubagens ............................................. 27
Figura 2-35: Interrupo do fluxo de corrente devido a uma descontinuidade [53] .............................. 27
Figura 2-36: Deteco de fissuras superficiais ..................................................................................... 28
Figura 2-37: Medio do revestimento .................................................................................................. 28
Figura 2-38: Medidor Analgico e Digital .............................................................................................. 29
Figura 2-39: Equipamento de Multi-Frequncia .................................................................................... 29
Figura 2-40: Sondas Superficiais .......................................................................................................... 30
Figura 2-41: Sondas de Dimetro Interno ............................................................................................. 30
Figura 2-42: Sondas de Dimetro Externo ............................................................................................ 30
Figura 2-43: Padres para medio de espessuras (esquerda) e descontinuidades (direita) ............. 31
Figura 2-44: Padro para tubos e para medio de revestimentos no condutivos............................. 31
Figura 3-1: Chapa acabada de chanfrar ............................................................................................... 33
Figura 3-2: Folga entre chapas e colocao das chapas de prolongamento ....................................... 34
Figura 3-3: Localizao dos defeitos ..................................................................................................... 34
Figura 3-4: Soldadura com poros .......................................................................................................... 35
Figura 3-5: Esquema da falta de fuso ................................................................................................. 35
Figura 3-6: Condio para a ocorrncia de falta de fuso .................................................................... 35
Figura 3-7: Passe face (esquerda); Aspecto final da chapa (direita) ................................................. 36
Figura 3-8: Equipamento usado na soldadura MAG ............................................................................. 36
Figura 3-9: Confirmao da presena da falta de fuso por Ultra-sons ............................................... 38
Figura 3-10: Aplicao de Arc-air para confirmao de defeitos .......................................................... 38
Figura 3-11: Princpio da radiografia aplicada falta de fuso da chapa MAG .................................... 39
Figura 3-12: Princpio da radiografia aplicada falta de fuso da chapa MAG com correco do
cordo .................................................................................................................................................... 39
Figura 3-13: Porosidades Chapas MAG ............................................................................................... 39
Figura 3-14: Falta de Fuso Chapas MAG ........................................................................................... 40
Figura 3-15: Ambiente de Trabalho do Epoch 600 ............................................................................... 40
Figura 3-16: Significado de alguns dos termos [66] .............................................................................. 41
Figura 3-17: Modo de Inspeco das Chapas [67] ............................................................................... 41
Figura 3-18: Eco de uma descontinuidade............................................................................................ 42
Figura 3-19: Eco maximizado (esquerda); Marcao na chapa (direita) .............................................. 42
Figura 3-20: Procedimento para dimensionar a descontinuidade......................................................... 42
Figura 3-21: Eco da descontinuidade (porosidades) ............................................................................ 43
Figura 3-22: Localizao e dimenso das descontinuidades encontradas por ultra-sons (Chapa
MAG1) ................................................................................................................................................... 43
Figura 3-23: Localizao e dimenso das descontinuidades encontradas por ultra-sons (Chapa
MAG2) ................................................................................................................................................... 43
Figura 4-1: Folga entre chapas e colocao das chapas de prolongamento ....................................... 44
Figura 4-2: Poros Vermiculares ............................................................................................................. 45
Figura 4-3: Determinao da localizao dos defeitos ......................................................................... 45
x
Figura 4-4: Recomeo do cordo sem rectificao (em cima); Recomeo do cordo aps rectificao
(em baixo) .............................................................................................................................................. 46
Figura 4-5: Cordo rectificado (unha de lobo) .................................................................................... 46
Figura 4-6: Passo de raiz completo ....................................................................................................... 46
Figura 4-7: Elctrodo sem revestimento (esquerda); Soldadura com poros (direita) ........................... 47
Figura 4-8: Esquema da falta de fuso ................................................................................................. 47
Figura 4-9: Condio para a ocorrncia de falta de fuso .................................................................... 47
Figura 4-10: Deposio de escria ....................................................................................................... 48
Figura 4-11: Passe face (esquerda); Aspecto final da chapa (direita) ............................................... 48
Figura 4-12: Equipamento usado na soldadura por elctrodo revestido .............................................. 49
Figura 4-13: Porosidades Chapas SER ................................................................................................ 50
Figura 4-14: Escria Chapas SER ........................................................................................................ 51
Figura 4-15: Falta de Fuso Chapas SER ............................................................................................ 51
Figura 4-16: Eco mximo de descontinuidades: falta de fuso (esquerda); escria (direita) ............... 51
Figura 4-17: Localizao e dimenso das descontinuidades encontradas por ultra-sons (Chapa SER1)
............................................................................................................................................................... 52
Figura 4-18: Localizao e dimenso das descontinuidades encontradas por ultra-sons (Chapa SER2)
............................................................................................................................................................... 52
Figura 5-1: Lima de alumnio (esquerda); Chanfro em X (direita) ......................................................... 53
Figura 5-2: Cordo inicial para fissurao a quente ............................................................................. 54
Figura 5-3: Incio da fissurao (esquerda); Propagao da fissura (centro); Cordo fissurado ......... 54
Figura 5-4: Colocao das chapas de prolongamento ......................................................................... 55
Figura 5-5: Rasgo com pequenas partculas de tungstnio.................................................................. 55
Figura 5-6: Incluso de Tungstnio ....................................................................................................... 56
Figura 5-7: Aspecto final da chapa ........................................................................................................ 56
Figura 5-8: Equipamento usado na soldadura TIG (esquerda); Material de adio (direita) ................ 56
Figura 5-9: Fissuras ............................................................................................................................... 58
Figura 5-10: Incluses de tungstnio .................................................................................................... 58
Figura 5-11: Eco da descontinuidade (fissura)...................................................................................... 59
Figura 5-12: Eco da descontinuidade (incluso) ................................................................................... 59
Figura 5-13: Localizao e dimenso das descontinuidades encontradas por ultra-sons (Chapa TIG1)
............................................................................................................................................................... 60
Figura 5-14: Localizao e dimenso das descontinuidades encontradas por ultra-sons (Chapa TIG2)
............................................................................................................................................................... 60
Figura 6-1: Exemplos de Blocos Padro de UT [69] ............................................................................. 61
Figura 6-2: Menu Inicial da Base de Dados .......................................................................................... 62
Figura 6-3: Menu do Ensaio de Ultra-sons ............................................................................................ 62
Figura 6-4: Informao exibida sobre o padro V2 ............................................................................... 63
xi
Lista de Tabelas
Tabela 2-1: Descontinuidades Associadas aos Processos de Soldadura [4] ......................................... 5
Tabela 2-2: Tipos de Descontinuidades [4] ............................................................................................. 6
Tabela 2-3: END abrangidos pela norma EN ISO 9712:2012 [8] ........................................................... 8
Tabela 2-4: Nmero mnimo de horas de formao para os vrios END [8] .......................................... 8
Tabela 2-5: Nmero mnimo de questes gerais no exame de certificao [8] ...................................... 8
Tabela 2-6: Nmero mnimo e tipo de provetes para a parte prtica (Nvel 1 e Nvel 2) [8] .................. 9
Tabela 2-7: Certificaes em END disponveis na RELACRE [9]......................................................... 10
Tabela 2-8: Consumveis do Ensaio de Lquidos Penetrantes [35] ...................................................... 11
Tabela 2-9: Vantagens e Desvantagens do ensaio .............................................................................. 12
Tabela 2-10: Vantagens e Desvantagens do ensaio ............................................................................ 14
Tabela 2-11: Vantagens e Desvantagens do ensaio ............................................................................ 18
Tabela 2-12: Velocidades do som em diferentes materiais [46] ........................................................... 19
Tabela 2-13: Vantagens e Desvantagens do ensaio ............................................................................ 25
Tabela 2-14: Vantagens e Desvantagens ............................................................................................. 31
Tabela 3-1: Parmetros do processo .................................................................................................... 37
Tabela 4-1: Parmetros do processo .................................................................................................... 50
Tabela 5-1: Parmetros do processo .................................................................................................... 57
xii
Terminologia utilizada
CND Controlo No Destrutivo
DAC Curva Distncia Amplitude (Distance Amplitude Curve)
ET Correntes Induzidas (Eddy Current Testing)
END - Ensaios No Destrutivos
ISQ Instituto de Soldadura e Qualidade
IST Instituto Superior Tcnico
MIG Metal Inert Gas
MAG Metal Active Gas
MT Magnetoscopia (Magnetic Particle Testing)
NDT Non-destructive Testing
PT Lquidos Penetrantes (Penetrant Testing)
RT Radiografia (Radiographic Testing)
SER Soldadura por Elctrodo Revestido
TIG Tungsten Inert Gas
UT Ultra-Sons (Ultrasonic Testing)
1
1 Introduo
1.1 Enquadramento e objectivos
Os Ensaios No Destrutivos (END) so um vasto grupo de tcnicas de inspeco utilizadas na
cincia e na indstria para avaliar propriedades de materiais, componentes ou sistemas, sem lhes
causar danos. So tcnicas extremamente valiosas pois, como no alteram de forma permanente o
estado do componente a ser analisado, permitem economizar tempo e dinheiro na avaliao,
resoluo de problemas, preveno da ocorrncia de falhas e investigao do produto. Tm
aplicaes nos sectores petroqumico, qumico, electromecnico, aeronutico, aeroespacial,
siderrgico, naval, celulose.
Os END baseiam-se em princpios fsicos tais como ondas electromagnticas, ondas acsticas,
emisso de radiao, entre outros. Os ensaios mais comuns (convencionais) incluem ultra-sons (UT),
magnetoscopia (MT), lquidos penetrantes (PT), correntes induzidas (ET) e radiografia (RT).
A eficcia da aplicao de um mtodo de Ensaio No Destrutivo depende tanto da capacidade do
operador como do equipamento utilizado.
A formao e o treino de operadores de Ensaios No Destrutivos so muito rigorosos e incluem
conhecimentos sobre os princpios fsicos em que assentam os mtodos e conhecimento sobre
materiais e processos de fabrico.
Durante a formao e certificao dos tcnicos de END so utilizados padres soldados com defeitos
conhecidos, tais como fissuras, faltas de fuso, faltas de penetrao, porosidades, incluses.
Estes provetes so comercializados apenas por empresas especializadas, o seu custo bastante
elevado e a sua aquisio pode ser morosa. Para facilitar e agilizar o processo de formao de
tcnicos de END para as empresas interessadas e, at mesmo, para as empresas formadoras, foi
pensada uma forma delas poderem produzir os seus prprios provetes. Deste modo, conseguir-se-
reduzir a dependncia face s empresas comercializadoras destes provetes.
Muitos dos defeitos dos provetes so maquinados ou artificialmente produzidos pois bastante difcil
constru-los isto , faz-los surgir numa certa rea, com determinadas dimenses.
Nesta tese procurou-se evitar tal facto e encontrar condies ideais para o aparecimento de defeitos
reais, tanto em ao como em alumnio.
Posto isto, esta tese prope-se elaborar procedimentos para a produo sistemtica de componentes
soldados padro com defeitos reais pr-determinados atravs de um s processo. Os processos de
soldadura em questo so a soldadura por elctrodo revestido (SER), soldadura MIG/MAG e
soldadura TIG.
Posteriormente, os padres produzidos sero inspeccionados por radiografia (RT) e ultra-sons (UT)
para garantir a presena dos defeitos.
Durante esta fase da tese foi essencial a colaborao do Instituto de Soldadura e Qualidade (ISQ) [1],
quer na parte de soldadura como no controlo no destrutivo (CND).
2
Como referido anteriormente, o equipamento utilizado muito importante para a fiabilidade dos END,
o qual se deve encontrar devidamente calibrado para a sua execuo. A utilizao de equipamentos
que no se encontrem devidamente calibrados pode fornecer resultados errados que podem levar a
que ocorram problemas durante o servio dos componentes.
A calibrao dos equipamentos feita atravs da utilizao de padres de calibrao para os
diferentes END e tm diferentes finalidades. Uns tm como finalidade calibrao de sondas, outros a
verificao do desempenho de consumveis.
Existem muitos blocos de calibrao para os diferentes ensaios no destrutivos, cada qual com sua
funo, e muitas empresas que os comercializam. Tal facto torna o processo de procura de
informao e aquisio bastante difcil. Para reduzir esta dificuldade, foi pensada uma forma de reunir
a informao num s espao para facilitar o utilizador.
O outro objectivo desta tese o desenvolvimento de uma base de dados de padres de calibrao de
Ensaios No Destrutivos. Nela encontram-se padres para os ensaios de ultra-sons, magnetoscopia,
lquidos penetrantes, correntes induzidas e radiografia. O objectivo ser permitir ao utilizador uma
procura e acesso rpido aos padres existentes no mercado e, atravs da informao contida na
base de dados, facilitar a deciso e aquisio destes padres.
1.2 Estrutura da tese
De seguida, descreve-se a distribuio das diversas matrias tratadas pelos captulos do relatrio da
tese.
O estado da arte encontra-se no Captulo 2. Aborda-se a soldadura na indstria, a formao de
tcnicos END e as diferentes tcnicas de ensaios no destrutivos convencionais. Trata-se ainda do
mercado que envolve os padres de calibrao de cada um dos ensaios.
No Captulo 3 feita a descrio do procedimento para elaborao de provetes soldados a MAG com
alguns defeitos tpicos, poros e faltas de fuso. So expostas as condies criadas para o
aparecimento de defeitos assim como os parmetros do processo. exibida a inspeco com o
ensaio no destrutivo de radiografia e feita uma simulao da parte prtica da formao de um
tcnico de END em ultra-sons.
No Captulo 4 descreve-se o procedimento para elaborao de provetes atravs da soldadura SER
com alguns defeitos tpicos, poros, faltas de fuso e escria. So divulgadas as condies criadas
para o aparecimento de defeitos assim como os parmetros do processo. exposta a inspeco com
o ensaio no destrutivo de radiografia e feita uma simulao da parte prtica da formao de um
tcnico de END em ultra-sons.
3
No Captulo 5 descrito o procedimento para produo de provetes atravs da soldadura TIG com
alguns defeitos tpicos, fissuras e incluses de Tungstnio. So tratadas as condies criadas para o
aparecimento de defeitos assim como os parmetros do processo. mostrada a inspeco com o
ensaio no destrutivo de radiografia e feita uma simulao da parte prtica da formao de um
tcnico de END em ultra-sons.
No captulo 6 abordam-se as empresas que comercializam padres de ensaios no destrutivos.
tratada a base de dados construda com o objectivo de consulta dos blocos de referncia.
As concluses relativas totalidade do trabalho e as propostas para desenvolvimentos futuros so
apresentadas no Captulo 7.
No captulo 8 encontram-se as referncias bibliogrficas.
Os anexos esto presentes no captulo 9.
4
2 Estado da Arte
2.1 Introduo
Neste captulo, aborda-se o essencial do estado da arte sobre a soldadura e o impacto dos seus
defeitos na Indstria e os Ensaios No Destrutivos. Em 2.2 aborda-se a o conceito de soldadura e a
influncia dos seus defeitos na indstria. No captulo 2.3 descreve-se a formao e certificao de
tcnicos para a realizao de END, so tratados os provetes soldados com defeitos utilizados na
formao e so referidos os ensaios no destrutivos convencionais aplicados indstria, Lquidos
Penetrantes, Magnetoscopia, Radiografia, Ultra-sons e Correntes Induzidas. Em 2.4 aborda-se o
mercado dos padres de referncia de ensaios no destrutivos.
2.2 Soldadura e os seus defeitos na indstria
A soldadura uma tcnica crtica para a ligao de materiais em vrias indstrias, tais como a
indstria de construo, petroleira, petroqumica, aeronutica, de processos de fabrico, entre outras.
usada no fabrico, manuteno e reparao de peas e estruturas. um processo eficiente,
econmico e confivel.
O termo soldadura refere-se ao processo de ligar materiais por fuso ou por presso, ou em
simultneo, com ou sem material de adio de modo a formar-se um s elemento.
Figura 2-1: Soldadura na Indstria
Hoje em dia existem muitos processos de soldadura disponveis, tais como a soldadura por elctrodo
revestido, soldadura MIG/MAG, soldadura TIG, soldadura por fios fluxados, soldadura por arco
submerso, soldadura por plasma, entre outros.
A qualidade da soldadura no pode ser verificada no instante em que a soldadura feita. Ento, para
garantir soldaduras de qualidade so necessrios meios adequados, pessoas certificadas e
procedimentos especficos.
No entanto, durante o processo de soldadura podem ocorrer defeitos de vrios tipos, tais como
porosidades, incluses, faltas de fuso, faltas ou excessos de penetrao, fissuras, bordos
queimados, etc, os quais podem ter diversas causas como proteco gasosa deficiente [2], tcnica de
soldadura pobre, superfcies mal limpas, parmetros de soldadura errados, etc Estes defeitos
podem vir a causar falhas e acidentes, pondo em risco o normal funcionamento das peas e
componentes e pondo em perigo a vida de pessoas. ento necessrio fazer-se o controlo de
5
qualidade. Este consiste na identificao do defeito, descoberta da causa e da soluo rpida e
eficiente. [3]
Tabela 2-1: Descontinuidades Associadas aos Processos de Soldadura [4]
6
Tabela 2-2: Tipos de Descontinuidades [4]
Figura 2-2: Exemplos de falhas: (esquerda) falha na soldadura longitudinal de uma tubagem; (centro) fissura transversal num carril; (direita) falta de penetrao que levou a falha num suporte de uma transportadora de uma
fbrica
Num mundo industrial que extremamente competitivo, onde as funes de engenharia e fabrico so
muitas vezes conduzidas por presso comercial e prazos de entrega, necessria a inspeco
rpida e eficaz das soldaduras para que seja assegurado um bom controlo do processo de fabrico.
aqui que entram os ensaios no destrutivos [5] [6] [7]
7
2.3 Ensaios No Destrutivos aplicados indstria
Como dito anteriormente no enquadramento, os Ensaios No Destrutivos (END) so tcnicas usadas
para examinar materiais, componentes ou sistemas sem lhes causar danos. So muito utilizados na
indstria por serem econmicos em termos de tempo e dinheiro e por no comprometerem o uso
futuro das peas inspeccionadas. Tm vrias funes tais como:
Deteco, localizao e dimensionamento de descontinuidades;
Deteco de fugas;
Caracterizao estrutural e microestrutural;
Estima de propriedades mecnicas e fsicas;
Classificao de materiais e determinao de composies qumicas.
So utilizados em qualquer etapa no fabrico ou no ciclo de vida de um componente. Por exemplo
para assistir no desenvolvimento de um produto; para inspeccionar e classificar materiais
recepcionados; para monitorizar, melhorar e controlar processos de fabrico; para verificar processos
prprios como por exemplo o tratamento trmico; para verificar montagens; para inspeccionar danos
causados em servio, entre muitas outras.
Os END baseiam-se em princpios fsicos tais como ondas electromagnticas, ondas acsticas,
emisso de radiao, entre outros. Os ensaios convencionais incluem os ultra-sons (UT),
magnetoscopia (MT), lquidos penetrantes (PT), correntes induzidas (ET) e radiografia (RT).
2.3.1 Formao e Certificao de Tcnicos para Realizao de END
A eficcia de qualquer aplicao de ensaios no destrutivos depende das capacidades das pessoas
que os executam ou que so responsveis pelo ensaio. Por essa razo, foi desenvolvido um
procedimento para fornecer meios de avaliao e de documentao de competncias das pessoas
cujas responsabilidades requerem um conhecimento terico e prtico dos ensaios no destrutivos
que executam, supervisionam ou avaliam.
Quando a certificao de tcnicos de ensaios no destrutivos exigida em normas, regulamentos,
cdigos ou especificaes, importante certificar as pessoas de acordo com uma norma
internacional, neste caso a EN ISO 9712:2012 - Non-destructive testing Qualification and
certification of NDT personnel. Esta norma cobre os ensaios que esto na tabela seguinte:
8
Tabela 2-3: END abrangidos pela norma EN ISO 9712:2012 [8]
Na formao em ensaios no destrutivos existem 3 nveis de certificao, cada qual com um nmero
mnimo de horas de formao. As diferenas entre os 3 nveis so as seguintes:
O tcnico nvel 1 pode executar o ensaio;
O tcnico nvel 2 pode executar o ensaio e interpretar os resultados;
O tcnico nvel 3 pode executar o ensaio, interpretar os resultados e elaborar procedimentos
de inspeco.
Tabela 2-4: Nmero mnimo de horas de formao para os vrios END [8]
Por exemplo, um candidato a nvel 2 em ultra-sons teria de ter uma formao de 120h para poder ir a
exame de certificao (40h de nvel 1 + 80h de nvel 2).
Relativamente ao exame de certificao (Nveis 1 e 2), este consiste em trs grupos: parte geral,
parte especfica e parte prtica, cada uma com um tempo recomendado permitido para ser feita.
A parte geral constituda apenas por questes de carcter geral seleccionadas de modo aleatrio
pelo ncleo de certificao.
Tabela 2-5: Nmero mnimo de questes gerais no exame de certificao [8]
9
A parte especfica inclui apenas questes de carcter especfico relacionadas com o ensaio em
causa. Neste grupo existem pelo menos 20 questes de escolha mltipla, as quais envolvem
clculos, procedimentos de END e perguntas sobre normas, cdigos e especificaes.
A parte prtica do exame envolve a aplicao do ensaio a provetes fornecidos pelo ncleo de
certificao, o registo (e, para candidatos a nvel 2, a interpretao) dos resultados e a apresentao
dos resultados no formato exigido. Ainda dentro da parte prtica, os candidatos a nvel 2 tm de
escrever uma instruo do END apropriada para um nvel 1, para um provete previamente
seleccionado.
Tabela 2-6: Nmero mnimo e tipo de provetes para a parte prtica (Nvel 1 e Nvel 2) [8]
Figura 2-3: Inspeco de Provetes por Ultra-sons
Para obter a certificao, o candidato tem de obter um mnimo de 70% em cada um dos grupos
(geral, especfico e prtico). Dentro da parte prtica necessrio obter no mnimo 70% em cada
provete inspeccionado e tambm na instruo.
10
Em Portugal, a entidade de certificao a RELACRE-Associao de Laboratrios Acreditados de
Portugal [9], a qual tem como misso apoiar e promover a comunidade de laboratrios, contribuindo
para o seu reconhecimento na sociedade e para o desenvolvimento e credibilizao da sua
actividade. As certificaes em END disponibilizadas pela RELACRE esto representadas na tabela
seguinte:
Tabela 2-7: Certificaes em END disponveis na RELACRE [9]
2.3.1.1 Provetes Soldados Utilizados na Formao/Certificao de Tcnicos END
Os provetes soldados utilizados na parte prtica da formao consistem em chapas, tubos, meias
canas, juntas de canto ou juntas em T que possuem defeitos como porosidades, faltas de fuso,
fissuras, incluses, entre outros [10]. A funo do formando localizar as descontinuidades presentes
e, posteriormente, dimension-las. No fim, feita uma concluso se a descontinuidade aceitvel ou
no aceitvel consoante um critrio de aceitao fornecido.
Os provetes so comercializados por diversas empresas especializadas na elaborao destes. Entre
elas encontram-se a Sonaspection [11], QHR [12], Flawspec [13], etc
Figura 2-4 - Provetes Soldados com Defeitos
11
Muitos trabalhos e estudos foram desenvolvidos no sentido de aperfeioar os diversos processos de
soldadura (sobre determinados materiais tais como alumnio [14], tunsgtnio, aos inox austenticos;
sobre optimizao de parmetros de soldadura [15][16][17]; sobre a influncia dos gases de
proteco [18][19][20]; sobre a origem de defeitos [21][22]; sobre a assistncia da programao no
processo de soldadura automatizado [23][24]). Outros consistiam em estudar os efeitos que defeitos
maquinados provocam num componente [25]. Relativamente produo de soldaduras com defeitos
reais, o caso j diferente, no havendo muita informao quanto a isso.
Esta tese visa colmatar essa lacuna, com a elaborao de procedimentos para produo de
soldaduras com defeitos reais pr-determinados, tanto em ao como em alumnio, atravs de trs
processos de soldadura diferentes, MAG [26][27][28], SER [26][29][30] e TIG [26][31][32], e foram
abordados os defeitos tpicos de cada um, tais como, porosidades, faltas de fuso, escria, fissuras e
incluses de Tungstnio.
2.3.2 Lquidos Penetrantes (PT)
O ensaio de Lquidos Penetrantes (PT) [33][34] tem como objectivo detectar descontinuidades
superficiais em superfcies relativamente lisas e no porosas. muito usado em metais (magnticos
e no magnticos, tais como o alumnio, magnsio, ao inoxidvel austentico, entre outros),
cermicos, plsticos, etc.
Os tipos de descontinuidades que podem ser detectados por lquidos penetrantes so:
Materiais laminados fissuras, costuras, laminaes.
Materiais fundidos gotas frias, fissuras, porosidades, bolhas, diminuio de volume.
Materiais forjados fissuras, dobras, fendas.
Soldaduras fissuras, porosidades, bordos queimados, faltas de fuso, faltas de penetrao.
2.3.2.1 Consumveis do Ensaio
Penetrante Removedor do Excesso de Penetrante Revelador
Tipo Denominao Mtodo Denominao Forma Denominao
I Penetrante Fluorescente A gua a Seco
II Penetrante Colorido
III Penetrante Misto B Emulsificador lipfilo
1 - Aplicar emulsificador base de leo. 2 - Lavagem com gua corrente.
b Solvel em gua
C Solvente c Suspenso em gua
D Emulsificador hidrfilo
1 - Pr lavagem opcional com gua. 2 - Aplicar Emulsificador diludo em gua. 3 - Lavagem final com gua.
d Solvente bsico (Lquido no aquoso)
E gua e solvente e gua ou solvente bsico para aplicaes especiais
Tabela 2-8: Consumveis do Ensaio de Lquidos Penetrantes [35]
12
2.3.2.2 Vantagens e Desvantagens
Vantagens Desvantagens
Processo simples, fcil de executar e de interpretar;
Pode ser usado numa larga gama de materiais;
Superfcies/Volumes grandes de peas podem ser
inspeccionados rapidamente a baixo custo;
Componentes com geometria complexa so rotineiramente
inspeccionados;
As indicaes so produzidas directamente na superfcie
da pea permitindo uma imagem visual da
descontinuidade;
O equipamento barato;
As latas de spray tornam este processo bastante mvel.
Apenas detecta defeitos superficiais;
Requer que o material seja suave e no poroso;
A limpeza inicial crucial (os contaminantes podem
disfarar defeitos);
Requer mltiplas operaes sob condies controladas;
Requer cuidado no manuseamento dos lquidos;
A maquinagem das peas pode levar a falsas indicaes
para evitar tal situao, os materiais podem ser
previamente referenciados;
necessria uma limpeza final para remoo dos lquidos
da pea.
Tabela 2-9: Vantagens e Desvantagens do ensaio
2.3.2.3 Blocos Padro do Ensaios de Lquidos Penetrantes
No ensaio de lquidos penetrantes, os blocos padro tm como funo a verificao da sensibilidade
dos consumveis (penetrante e revelador) e a comparao entre famlias de lquidos.
Figura 2-5: Blocos padro de lquidos penetrantes (esquerda) bloco comparador; (centro) Bloco n1; (direita) Bloco n2 [36]
2.3.3 Magnetoscopia ou Partculas Magnticas (MT)
Este ensaio [37][38] usado na localizao de descontinuidades superficiais e sub-superficiais em
materiais ferromagnticos. Um material considerado ferromagntico se puder ser magnetizado.
Materiais com uma significante quantidade de ferro, nquel ou cobalto so, geralmente,
ferromagnticos.
Estes materiais so constitudos por vrias regies que se designam por domnios magnticos. Estes
apontam aleatoriamente num material desmagnetizado mas podem ser alinhados utilizando uma
corrente elctrica ou um campo magntico externo para magnetizar o material.
Figura 2-6: Materiais Ferromagnticos: (esquerda) desmagnetizado; (direita) magnetizado
13
O ensaio funciona da seguinte forma, um material ferromagntico magnetizado com um forte campo
magntico criado por um man ou um equipamento semelhante. Se o material tiver uma
descontinuidade, esta interrompe o fluxo de campo magntico e ir ocorrer uma falha no campo
designada campo de fuga.
Figura 2-7: Princpio do processo de Magnetoscopia
Partculas de ferro modo com um pigmento corante, designadas por p magntico, so aplicadas no
material, as quais vo ser atradas para os campos de fuga para formar uma indicao directamente
sobre a descontinuidade. Esta indicao pode ser visualmente detectada com iluminao adequada.
Desta forma, poderia dizer-se que o ensaio por partculas magnticas um detector de campos de
fuga, que so evidenciados pela acumulao de partculas.
Figura 2-8: Formao de aglomerado de partculas sobre a descontinuidade
Na prtica, para ocorrer um campo de fuga adequado na regio das descontinuidades, a intensidade
de campo, deve atingir valores adequados e as linhas de fora devem ser o mais perpendicular
possvel ao plano da descontinuidade, caso contrrio no ser possvel a acumulao das partculas
de forma ntida.
Um aspecto interessante que se pode observar que o campo de fuga somente ocorre quando existe
uma diferena na continuidade das caractersticas magnticas do material base. Assim todas as
descontinuidades a serem detectadas, por exemplo fissuras, faltas de fuso, porosidades, incluses,
possuem caractersticas magnticas bem diferentes das do metal base, o que atribui ao ensaio
grande sensibilidade de deteco.
Outro aspecto importante, a capacidade de deteco de descontinuidades muito pequenas. Isto faz
com que o mtodo de ensaio por partculas magnticas seja o mais eficiente dos mtodos
superficiais, at mesmo que o ensaio por lquidos penetrantes, para materiais ferromagnticos.
14
2.3.3.1 Padres de Referncia do Ensaio de Magnetoscopia
Os padres usados neste ensaio tm como funo a verificao da fora do campo magntico e da
sensibilidade do consumvel (partculas magnticas).
Figura 2-9: Padres Referncia bloco n1 (esquerda); Pieristrina ou indicador de campo (direita) [39]
2.3.3.2 Vantagens e Desvantagens
Vantagens Desvantagens
Detecta defeitos superficiais e sub-superficiais;
Inspecciona com facilidade componentes com formas
irregulares;
A limpeza inicial no crucial como noutros mtodos de
inspeco. A maioria dos contaminantes dentro duma
descontinuidade no ir prejudicar a sua deteco;
Mtodo rpido de inspeco e as indicaes so visveis
directamente na superfcie do material;
Processo barato comparativamente a outros ensaios no
destrutivos;
um mtodo de inspeco bastante mvel quando se usa
equipamento alimentado por baterias.
No inspecciona materiais no-ferrosos como o alumnio,
magnsio ou aos inox;
A inspeco de grandes componentes pode requerer o
use de equipamento com alimentao especial;
Alguns componentes podem requerer a remoo do
revestimento para se conseguir atingir a sensibilidade de
inspeco desejada;
Capacidades limitadas de deteco de descontinuidades
sub-superficiais (profundidade mxima de sensibilidade
aproximadamente 15mm);
A desmagnetizao frequentemente necessria;
O alinhamento entre o fluxo magntico e o defeito
importante.
Tabela 2-10: Vantagens e Desvantagens do ensaio
2.3.4 Radiografia
O ensaio de radiografia [40][41] usa a radiao penetrante que passa directamente atravs do
componente, o qual absorve alguma da radiao. A quantidade de radiao absorvida depende da
densidade do material e da espessura. Estas diferenas de absoro de radiao podem ser
gravadas em filmes ou electronicamente.
2.3.4.1 Princpios Gerais de Radiografia
No ensaio de radiografia, o componente a inspeccionar colocado entre a fonte de radiao e o
filme. A pea ir absorver alguma radiao, as reas mais densas e espessas vo absorver maior
quantidade. A escurido do filme (densidade) ir variar com a quantidade de radiao que atinge o
filme atravs do componente.
15
- menos exposio
- mais exposio
Figura 2-10: Princpio da Radiografia
A energia de radiao afecta a penetrao no material, para materiais mais espessos e mais densos
necessrio uma maior energia. Para se obter uma imagem de boa qualidade da regio de interesse
da pea, devem-se controlar o tempo de exposio e a energia de radiao.
Parede Fina
Figura 2-11: (esquerda) Baixa energia de radiao; (direita) Alta energia de radiao
2.3.4.2 Efeito da Orientao dos Defeitos
O ensaio de radiografia tem certas limitaes relativamente deteco de defeitos.
Figura 2-12: Efeito da orientao dos defeitos: (a) ngulo errado; (b) ngulo ptimo
Os raios-x e raios gama vem uma descontinuidade como uma variao de espessura e, quanto
maior a variao mais fcil a deteco do defeito. Quando a trajectria dos raios-x e dos raios gama
no paralela descontinuidade, a variao de espessura menor e o defeito pode no ser visvel.
Como o ngulo entre o feixe de radiao e um defeito linear to importante, a orientao do defeito
deve ser bem conhecida se a radiografia for o ensaio a ser usado para fazer a inspeco.
Defeitos volmicos, como porosidades e incluses de escria, tambm so detectados pelo ensaio de
radiografia.
16
Figura 2-13: Exemplos de diferentes ngulos de orientao: (esquerda) 0; (centro) 10; (direita) 20
2.3.4.3 Fontes de Radiao
Duas das fontes de radiao mais usadas na radiografia industrial so os geradores de raios-x e as
fontes de raios gama.
Figura 2-14: Fontes de Raios-X e de Raios Gama
2.3.4.4 Mtodos de Tratamento de Imagem
Vrios mtodos de tratamento de imagem esto disponveis para fornecer a imagem final na
radiografia industrial:
Filme radiogrfico;
Radiografia Digital.
2.3.4.5 Qualidade de Imagem
A qualidade da imagem fundamental para uma avaliao precisa da integridade da amostra. Para
tal, utilizam-se ferramentas designadas por indicadores de qualidade de imagem (IQI). Existem vrios
tipos de IQIs, uns contm furos de dimenses diferentes e outros contm fios de diferentes dimetros
posicionados paralelamente uns aos outros.
Os IQIs so colocados no componente a examinar ou junto a este.
A qualidade determinada com base no menor dimetro de furo ou fio reproduzido na imagem.
Figura 2-15: Indicadores de Qualidade de Imagem (IQIs)[42]
17
2.3.4.6 Segurana
A utilizao de fontes de radiao na radiografia industrial est fortemente regulamentada pelas
organizaes estatais e federais devido a possveis riscos pessoais e pblicos.
Existem muitas fontes de radiao. No geral, uma pessoa recebe cerca de 100mrem/ano de fontes
naturais e, aproximadamente, 100mrem/ano de fontes artificiais.
Os tcnicos que trabalham com radiao devem usar dispositivos de vigilncia que monitorizam a
absoro total e alertam quando esto numa rea de alta radiao, como os geigers e os dosmetros.
Existem trs factores que ajudam a reduzir a exposio radiao:
Tempo quanto menos tempo se estiver perto da fonte de radiao menos radiao se recebe;
Distncia quanto maior a distncia fonte de radiao menos radiao se recebe;
Proteco do tipo escudo (ex: parede) protegendo-se atrs de uma parede, o tcnico
receber menos radiao.
Figura 2-16: Fontes de radiao naturais e artificiais
Figura 2-17: Alguns dispositivos de vigilncia
18
2.3.4.7 Vantagens e Desvantagens
Vantagens Desvantagens
Este ensaio no limitado pelo tipo de material ou
densidade;
Podem ser inspeccionados conjuntos de componentes
montados;
A preparao de superfcie requerida mnima;
Sensvel a alteraes de espessura, corroso, vazios,
fissuras e densidade de material;
Detecta defeitos superficiais e sub-superficiais;
Fornece uma gravao permanente dos resultados da
inspeco.
So necessrias muitas precaues para o uso da
radiao de alta intensidade;
So necessrias muitas horas de formao;
necessrio o acesso a ambos os lados do componente
a inspeccionar;
A orientao do equipamento e do defeito podem ser
crticos;
impossvel determinar a profundidade do defeito sem
exposies angulares adicionais;
Custo inicial do equipamento elevado.
Tabela 2-11: Vantagens e Desvantagens do ensaio
2.3.5 Ultra-sons
A inspeco por ultra-sons [43][44] um mtodo no destrutivo que usa feixes de ondas sonoras de
alta frequncia para detectar descontinuidades superficiais e sub-superficiais no material examinado.
As ondas viajam atravs do material, perdendo alguma energia (atenuao) e so reflectidas nas
interfaces. O feixe reflectido detectado e analisado para definir a presena e localizao de
descontinuidades.
2.3.5.1 Fundamentos dos Ultra-sons
O som produzido pela vibrao de tomos ou molculas, constituintes do material, em torno das
suas posies de equilbrio e viaja na forma de uma onda.
A intensidade do som determinada pela frequncia da onda (vibraes ou ciclos completos num
determinado perodo de tempo). O ultra-som um som com uma frequncia demasiado alta para ser
detectada pelo ouvido humano (>20000Hz).
Vrias formas de propagao de onda so usadas na inspeco por ultra-sons. As mais comuns so
as ondas longitudinais, transversais, de Rayleigh (superficiais) e de Lamb (ondas placa) [45]. Cada
uma tem as suas caractersticas e velocidade prpria.
Figura 2-18: Ondas Longitudinais e Ondas Transversais
19
Tabela 2-12: Velocidades do som em diferentes materiais [46]
Os ultra-sons so gerados por uma sonda na qual existe um elemento piezoelctrico que converte
energia elctrica em vibraes mecnicas e vice-versa. A sonda tanto capaz de transmitir como de
receber energia sonora.
Figura 2-19: Sonda de Ultra-sons (esquerda); Emisso e recepo de energia sonora (direita)
As ondas ultra-snicas podem ser reflectidas, transmitidas e refractadas. A reflexo e a transmisso
ocorrem quando as ondas sonoras interagem com interfaces com diferentes propriedades acsticas.
A quantidade de energia reflectida ou transmitida pode ser detectada e fornece informao sobre a
dimenso do reflector. O tempo que o som leva a percorrer o material pode ser medido, o que
permite obter-se informao sobre a distncia que o som percorreu.
Figura 2-20: Onda Reflectida e Onda Transmitida
20
2.3.5.2 Tcnicas do Ensaio de Ultra-Sons
A inspeco por ultra-sons um mtodo muito verstil e pode ser dividida em duas categorias,
relativamente ao modo de aplicao:
Por contacto directo com a pea;
Por imerso.
2.3.5.2.1 Contacto Directo
Tal como o nome indica, esta tcnica consiste no contacto directo entre a sonda e a pea. Para que a
energia sonora seja perfeitamente transmitida ao material, necessrio remover o ar que existe entre
a sonda e a pea. A este processo designa-se acoplamento, o qual pode ser feito utilizando-se
diferentes acoplantes tais como gua, leo ou gel.
Dentro da inspeco por ultra-sons por contacto directo com a pea, existem ainda diferentes
tcnicas que podem ser aplicadas tais como eco pulsado e transparncia.
Na tcnica de eco pulsado [47], uma sonda envia um impulso de energia e a mesma sonda ou uma
segunda sonda recebe a energia reflectida. As reflexes ocorrem devido presena de
descontinuidades e superfcies na pea. A quantidade de energia sonora reflectida exibida num
referencial em funo do tempo, fornecendo assim informao sobre o tamanho e localizao do
reflector.
Figura 2-21: Tcnica do Eco Pulsado
A tcnica do eco pulsado permite que a inspeco por ultra-sons se realize quando apenas um lado
da pea est acessvel e permite a localizao precisa dos reflectores.
Na tcnica por transparncia [47], so utilizadas duas sondas situadas em superfcies opostas da
pea. Uma actua como emissor e a outra como receptor. Descontinuidades que existam no trajecto
do som sero responsveis pela perda parcial ou total do som transmitido, a qual ser indicada por
uma diminuio da amplitude do sinal recebido.
Figura 2-22: Tcnica de Transparncia
21
A tcnica por transparncia til na deteco de descontinuidades que no so boas reflectoras e
quando o sinal fraco. As limitaes desta tcnica so o facto de no fornecer informao sobre a
profundidade da descontinuidade e de ser necessrio acesso pelos dois lados da pea.
2.3.5.2.2 Imerso
Na tcnica por imerso [47], a pea e a sonda so colocados num banho de gua. Este sistema
permite um melhor movimento da sonda mantendo um acoplamento consistente.
Com esta tcnica, exibido um sinal que representa o eco da superfcie frontal da pea e outro que
representa o eco de fundo. Caso haja descontinuidades, um sinal ir ser exibido entre os dois sinais
anteriormente referidos.
Figura 2-23: Tcnica de Imerso
2.3.5.3 Equipamento
2.3.5.3.1 Sondas
As sondas utilizadas em ultra-sons possuem um ou mais cristais piezoelctricos. O chamado efeito
piezoelctrico consiste na capacidade de certos materiais, quando sujeitos a presso mecnica,
produzirem tenses elctricas e vice-versa. A capacidade de uma sonda pode ser definida por:
Sensibilidade - aptido para detectar pequenas descontinuidades;
Resoluo - aptido para distinguir as reflexes ultra-sonoras de duas descontinuidades
muito prximas;
Eficincia - eficcia na converso da energia.
Existem, contudo, outros factores a considerar, nomeadamente:
2.3.5.3.1.1 Tamanho do cristal
Quanto maior for o dimetro do cristal da sonda, menor a divergncia do feixe e maior a quantidade
de energia emitida. Cristais grandes e de baixa frequncia so utilizados para se obter uma maior
penetrao.
Quanto maior for a frequncia, menor ter de ser a espessura do cristal. Por isso, no so utilizados
cristais grandes e finos, visto que se inutilizam facilmente.
Assim, as sondas, utilizando cristais pequenos e de alta frequncia, detectam descontinuidades muito
pequenas.
2.3.5.3.1.2 Frequncia
Aumentando a frequncia, a divergncia do feixe diminui e a sensibilidade e a resoluo aumentam.
Diminuindo a frequncia, a penetrao e a divergncia do feixe aumentam e a disperso diminui.
22
As baixas frequncias de inspeco so necessrias quando a pea tem um gro grosseiro, no caso
das peas vazadas, ou quando as superfcies se apresentam rugosas ou corrodas.
As altas frequncias so, regra geral, utilizadas em materiais com estrutura de gro fino, a fim de se
detectar defeitos de pequenas dimenses.
Em materiais espessos , por vezes, necessrio recorrer a sondas de grande dimetro. Para uma
dada frequncia, quanto maior for o cristal, menor ser a divergncia do feixe.
Para uma sonda de um dado dimetro, a divergncia do feixe tanto menor quanto maior for a
frequncia.
Nos ultra-sons convencionais existem dois tipos de sondas: sondas direitas e sondas angulares
[48].
Esta classificao tem em conta o ngulo com que o som introduzido na pea. Enquanto as sondas
direitas introduzem o som numa direco perpendicular superfcie, as sondas angulares fazem-no
numa direco que forma um ngulo maior do que zero graus com a mesma superfcie.
As sondas direitas e angulares podem ainda ser:
Sondas de cristal nico;
Sondas de cristal mltiplo [48].
No primeiro tipo, as funes emisso e recepo so levadas a efeito por um nico cristal. Nas
sondas de cristal mltiplo, as funes emisso e recepo so levadas a efeito por transdutores
separados (transdutor da sonda o elemento fundamental pois ele que converte os impulsos
elctricos de alta frequncia em impulsos mecnicos). Estas ltimas esto disponveis tanto na forma
de sonda direita, como em forma de sonda angular.
2.3.5.3.2 Instrumentao
Os instrumentos de ultra-sons convencionais so:
D-meters ou medidores de espessura;
Equipamento A-Scan;
Figura 2-24: Sondas Direitas (esquerda) e Sondas Angulares (direita)
Figura 2-25: Sondas de Cristal nico (esquerda) e Sondas de Cristal Mltiplo (direita)
23
D-meters ou medidores de espessura
Os D-meters ou medidores de espessura fornecem ao utilizador uma leitura digital numrica. So
projectados principalmente para aplicaes de inspeco de corroso/eroso e so portteis.
Alguns instrumentos fornecem ao utilizador tanto uma leitura digital como uma amostra do sinal.
A principal vantagem destas unidades reside no facto de permitirem ao utilizador avaliar o sinal para
garantir que as medies digitais so partes desejadas.
Equipamento A-Scan
Os equipamentos A-Scan so instrumentos projectados para inspeccionar defeitos em componentes.
No entanto, o sinal obtido pode ser avaliado para se obterem outras informaes tais como valores de
espessura do material. So maiores que os D-meters mas so tambm portteis.
Figura 2-26: D-meter ou Medidor de Espessura (esquerda); Equipamento A-Scan (direita)
2.3.5.3.3 Padres de Calibrao
A calibrao consiste na configurao do equipamento de ultra-sons com valores tabelados. Isto
fornece ao inspector meios para fazer comparaes entre sinais obtidos e medidas conhecidas.
Os padres de calibrao so de diversos tipos de materiais e configuraes devido diversidade de
aplicaes. So normalmente fabricados a partir de materiais com as mesmas propriedades acsticas
dos componentes a serem examinados.
Os padres para calibrao de espessuras so lisos (ou curvos para aplicaes de tubos ou
tubagens) e consistem em simples variaes de espessura no material.
Existem ainda padres para calibrao de sondas angulares que usam furos laterais, entalhes e
configuraes geomtricas para estabelecer relaes de distncia, tempo e amplitude.
Figura 2-27: Padres para Calibrao de Espessuras [49]
24
2.3.5.4 Representao de dados
Os aparelhos de ultra-sons fornecem as informaes sob diversas formas:
Representao digital;
Representao A-Scan;
Representao B-Scan;
Representao C-Scan;
Representao P- Scan e variante T- Scan.
Neste trabalho apenas se falaro da representao digital nos D-Meters e a representao A-Scan
nos equipamentos A-Scan.
Representao digital
Este tipo de representao fornece a leitura directa de uma medida (tempo, espao ou velocidade).
Tradicionalmente utilizada nos aparelhos de ultra-sons para medio de espessuras (D-meters).
Representao A-Scan
Na representao A-Scan, o cran do equipamento de ultra-sons fornece a indicao de quantidade
de energia ultra-sonora reflectida e a relao velocidade/distncia (tempo) para um dado material.
A dimenso relativa de uma descontinuidade pode ser determinada comparando a amplitude do seu
eco com a de um reflector de dimenso conhecida.
Figura 2-29: Representao Digital (esquerda) e Representao A-Scan (direita)
Figura 2-28: Padres para Calibrao de Sondas Angulares [49]
25
2.3.5.5 Vantagens e Desvantagens
Vantagens Desvantagens
Sensvel a pequenos defeitos tanto superfcie como no
interior;
A profundidade de penetrao para deteco ou medio
de defeitos superior dos outros mtodos;
Quando a tcnica de eco pulsado utilizada, apenas
necessrio um lado de acesso;
Alta preciso na determinao da posio reflectora e a
estimar o tamanho e forma do defeito;
Requer uma preparao mnima da superfcie;
O equipamento electrnico fornece resultados
instantneos;
Podem ser produzidas imagens detalhadas com o uso de
sistemas automticos;
Tem outras utilizaes para alm da deteco de defeitos,
tais como medio de espessuras.
A superfcie tem de ser adequada para a transmisso de
ultra-sons;
A tcnica e o treino para este ensaio so mais extensivos
do que para os outros mtodos;
Normalmente requer um meio de acoplamento para
promover a transferncia de energia sonora para a pea;
Materiais rugosos, de forma irregular, muito pequenos,
extremamente finos ou no homogneos so muito
difceis de inspeccionar;
Ferro fundido e outros materiais granulosos espessos so
difceis de inspeccionar devido baixa transmisso
sonora e alto sinal de rudo;
Defeitos lineares com orientao paralela ao feixe de som
podem passar despercebidos;
Padres de referncia so exigidos para calibrao do
equipamento e para caracterizao de defeitos.
Tabela 2-13: Vantagens e Desvantagens do ensaio
2.3.6 Correntes Induzidas
2.3.6.1 Induo Electromagntica
Este ensaio [50][51] baseia-se na medio da variao da impedncia elctrica de uma bobina,
quando esta submetida a um campo magntico.
As correntes de Eddy so criadas atravs de um processo designado por induo electromagntica.
Quando uma corrente alternada aplicada a um condutor, como o cobre por exemplo, origina-se um
campo magntico no material e sua volta. O campo vai-se expandindo com o aumento da corrente
alternada at ao mximo e desaparece quando a corrente se reduz para zero.
Se outro condutor elctrico for colocado nas proximidades, o campo magntico que causar uma
corrente induzida que passar atravs dele.
Figura 2-30: Corrente induzida pelo campo magntico
2.3.6.2 Gerao de Correntes Induzidas
As correntes de Eddy so correntes elctricas induzidas que tm uma trajectria circular e so
geradas por uma sonda dentro da qual est um condutor em forma de bobina. Uma corrente
alternada passa na bobina a uma frequncia determinada pelo operador formando-se um campo
magntico dinmico volta da bobina.
26
Quando um material condutor colocado no campo magntico dinmico, correntes de Eddy vo ser
induzidas no material. Estas correntes iro gerar o seu prprio campo magntico secundrio.
Figura 2-31: Correntes induzidas e campo magntico por elas criado [52]
Todo o processo de induo electromagntica para produo de correntes de Eddy pode ocorrer
entre centenas de vezes e milhes de vezes por segundo, dependendo da frequncia.
As correntes induzidas so mais fortes superfcie do material e vo sendo mais fracas medida que
a profundidade aumenta. A profundidade em que a densidade de correntes de Eddy corresponde a
37% da densidade de correntes superfcie designa-se por profundidade padro de penetrao. Esta
profundidade varia com a frequncia da sonda, com a condutibilidade e permeabilidade do material.
Figura 2-32: Influncia dos diferentes factores no ensaio
2.3.6.3 Informao/Dados da Inspeco
A intensidade das correntes de Eddy num componente influenciada por trs factores:
condutividade elctrica do material;
permeabilidade magntica do material;
quantidade de material slido nas proximidades da bobina.
2.3.6.4 Aplicaes do Ensaio de Correntes Induzidas
Uma das grandes vantagens deste ensaio a grande variedade de inspeces que podem ser feitas.
2.3.6.4.1 Medio de Espessuras de Componentes Finos
possvel fazer medies de espessuras atravs do ensaio de correntes induzidas mas com certas
limitaes pois apenas uma determinada quantidade de correntes de Eddy se formam num dado
27
volume de material. A fora/quantidade de correntes de Eddy pode ser medida e relacionada com a
espessura do material.
Figura 2-33: Medio de espessuras atravs de correntes de Eddy
A inspeco por correntes de Eddy muito usada na indstria de aviao e em tubagens de
instalaes de gerao de energia e petroqumica, para deteco de perdas de material devido a
corroso e eroso.
2.3.6.4.2 Deteco de Fissuras
A deteco de fissuras um dos principais usos da inspeco por correntes de Eddy.
As fissuras causam uma interrupo nos padres de fluxo circular das correntes enfraquecendo a
fora destas. Esta alterao no local da fissura pode ser detectada.
Figura 2-35: Interrupo do fluxo de corrente devido a uma descontinuidade [53]
Figura 2-34: Corroso e eroso na indstria de aviao e em tubagens
28
Este ensaio tem uma alta sensibilidade para a deteco de defeitos superfcie.
2.3.6.4.3 Medio de Revestimento
Atravs deste ensaio [54] podem-se medir os revestimentos no condutivos com bastante preciso.
O revestimento afasta a sonda do material base condutor o que enfraquece as correntes de Eddy.
Este enfraquecimento pode ser medido e relacionado com a espessura do revestimento.
Figura 2-37: Medio do revestimento
2.3.6.4.4 Monitorizao de Variaes de Condutividade e Permeabilidade
Este mtodo de inspeco sensvel s alteraes na condutividade elctrica e permeabilidade
magntica do material. Esta sensibilidade permite que este ensaio possa ser usado em
procedimentos como:
Identificao de materiais;
Classificao de materiais;
Determinao dos danos causados pelo calor;
Medio de espessuras e de revestimento;
Monitorizao do tratamento trmico.
2.3.6.5 Equipamento
O equipamento para a inspeco de correntes de Eddy muito diversificado.
muito importante a seleco de equipamento adequado se for necessrio fazer-se uma inspeco
precisa num determinado caso particular.
So necessrios, no mnimo, trs componentes bsicos para qualquer inspeco com este ensaio:
instrumentao, sondas e padres de referncia.
Figura 2-36: Deteco de fissuras superficiais
29
2.3.6.5.1 Instrumentao
Os medidores so a forma mais simples da instrumentao de correntes induzidas. Dividem-se em
duas categorias gerais, analgicos e digitais.
Figura 2-38: Medidor Analgico e Digital
Os medidores analgicos podem ser usados em diferentes aplicaes tais como deteco de
fissuras, medio de espessuras, medio de revestimento no condutivo/condutivo.
Os medidores digitais so normalmente fabricados para examinar um atributo especfico do material
tal como a condutividade ou a espessura de revestimento no condutivo/condutivo. Estes medidores
tm tendncia a ter uma maior preciso que os aparelhos analgicos.
Existem ainda os equipamentos de multi-frequncia [55] que conseguem fazer inspeces a mais de
duas frequncias, sequencialmente ou simultaneamente.
Este tipo de instrumentos muito usado para inspeco de tubagens nas indstrias qumica,
petroqumica e de gerao de energia.
Estes equipamentos so capazes de ligarem-se a computadores e podem ter at quatro sondas
ligadas ao mesmo tempo.
As vantagens de fazer inspeces com equipamentos de multi-frequncia so as seguintes:
Permitem o aumento de informao recolhida atravs de uma sonda;
Fornecem um sinal da mesma descontinuidade a diferentes frequncias para posterior
comparao;
Permitem uma mistura de frequncias que ajuda a reduzir/eliminar as fontes de rudo;
Muitas vezes melhoram as capacidades de deteco, interpretao e dimensionamento de
descontinuidades.
Figura 2-39: Equipamento de Multi-Frequncia
30
2.3.6.5.2 Sondas
A seleco de sondas muito importante para uma aquisio adequada de informao.
Devido grande variedade de sondas, existem vrios sistemas de classificao. Os mais comuns so
as sondas de superfcie, sondas internas e as sondas externas.
2.3.6.5.2.1 Sondas de Superfcie
As sondas superficiais [56] so bobinas que esto montadas numa das extremidades de um corpo de
plstico. Esta extremidade colocada e movida sobre a superfcie do componente a inspeccionar.
2.3.6.5.2.2 Sondas Internas
As sondas de dimetro [56] so bobinas que esto enroladas num corpo de plstico. Estas sondas
so usadas para inspeco de tubagens.
Figura 2-41: Sondas de Dimetro Interno
2.3.6.5.2.3 Sondas Externas
As sondas de dimetro externo [56] so bobinas que enrolam num corpo de plstico oco. Esta sonda
fabricada de modo a que o componente a inspeccionar passe pelo meio da bobina. Estas sondas
so usadas para inspeco de barras, hastes e tubos.
2.3.6.5.3 Padres de Referncia
Para que a inspeco atravs de correntes de Eddy fornea ao inspector informao til, os sinais
gerados a partir do componente devem ser comparados com resultados com valores conhecidos.
Para isso, so fabricados padres de referncia [57] do mesmo material que o componente ou de um
muito semelhante. Existem muitos tipos de padres devido variedade de inspeces feitas por ET.
Figura 2-40: Sondas Superficiais
Figura 2-42: Sondas de Dimetro Externo
31
Figura 2-44: Padro para tubos e para medio de revestimentos no condutivos
2.3.6.6 Vantagens e Desvantagens
Vantagens Desvantagens
Sensvel a pequenas fissuras e a outros defeitos;
Detecta defeitos superficiais e sub-superficiais;
A inspeco fornece resultados imediatos;
Equipamento bastante porttil;
Este mtodo pode ser usado para mais do que deteco de
defeitos;
A preparao do componente a examinar mnima;
A sonda no precisa de estar em contacto com a pea;
Inspecciona formas complexas e dimenses de materiais
condutivos.
Apenas materiais condutivos podem ser inspeccionados;
A superfcie tem de estar acessvel sonda;
Acabamento da superfcie e rugosidade podem interferir
com o ensaio;
So necessrias referncias normativas para preparao
do ensaio;
Profundidade de penetrao limitada;
Defeitos como laminaes paralelos bobine da sonda e
direco de varrimento so indetectveis.
Tabela 2-14: Vantagens e Desvantagens
2.4 Mercado dos Padres de Ensaios No Destrutivos
Os blocos padro para ensaios no destrutivos so de extrema importncia e, consoante o ensaio,
tm diversos objectivos. No ensaio PT a funo dos padres verificar a sensibilidade dos
consumveis; no ensaio MT os padres tm como objectivo verificar a fora do campo magntico (se
adequada ao ensaio ou no) e a sensibilidade do agentes consumveis fluorescentes; na radiografia
os padres so usados para verificao da qualidade de imagem do filme; nos ultra-sons os blocos
[58] so usados para calibrao de sondas e equipamentos; em correntes induzidas utilizam-se
padres de referncia para comparao de resultados.
So muitas as empresas que vendem equipamentos e padres de calibrao para os END
mundialmente. Entre elas encontram-se a OLYMPUS [59], ZETEC [60], PHTool [61], Flawtech [62],
ATS [63], Karl Deutsch [64], MPM Products [65], GE [66] etc
Figura 2-43
Recommended
