Radiologia Industrial, Notas de estudo de Engenharia Mecânica

Baixe Radiologia Industrial e outras Notas de estudo em PDF para Engenharia Mecânica, somente na Docsity! RADIOLOGIA IST A Radiologia Industrial - Ricardo Andreucci 1 RICARDO ANDREUCCI Prefácio “Este trabalho apresenta um guia básico para programas de estudos e treinamento de pessoal em Radiologia Industrial, contendo assuntos voltados para as aplicações mais comuns e importantes deste método de Ensaio Não Destrutivo. Trata-se portanto de um material didático de interesse e consulta, para os profissionais e estudantes que se iniciam ou estejam envolvidos com a inspeção de materiais por radiografia. Por utilizar as radiações ionizantes como principal fonte de energia penetrante para a inspeção, isto pode representar risco e danos à saúde, assim recomendamos que a utilização deste método de ensaio seja acompanhado de treinamento específico em Proteção Radiológica. O autor disponibiliza um livro específico sobre o assunto com título - Curso Básico de Proteção Radiológica Industrial”. O Autor A Radiologia Industrial - Ricardo Andreucci 4 Assunto Pág. Técnicas de Exposição Radiográfica ...................................................... 77 Técnica de Parede Simples .................................................................,.. Técnicas de Parede Dupla ..................................................................... 77 78 Interpretação dos Resultados ................................................................. 80 Aparência das Descontinuidades ........................................................... Descontinuidades Internas em Juntas Soldadas .................................... 80 81 Critérios de Aceitação ............................................................................ 85 Critérios para Ensaio Radiográfico de Soldas ........................................ Critério de Aceitação para Radiografia Total - UW-51 ........................... Critério de Aceitação para Radiografia "Spot" - UW-52 ......................... Critério de Aceitação para Qualificação de Soldadores – QW-191.......... 85 85 86 88 Tabelas Úteis ......................................................................................... 89 Obras Consultadas ................................................................................ 94 A Radiologia Industrial - Ricardo Andreucci 5 ntrodução Os Ensaios Não Destrutivos Quando pensamos em aeronaves, automóveis, metro, trens, navios, submarinos, e outras, todas estas máquinas não poderiam ter um bom desempenho não fossem a qualidade do projeto mecânico, dos materiais envolvidos, dos processos de fabricação e montagem, inspeção e manutenção. Todo esse elevado grau de tecnologia foi desenvolvido e aplicado para um fim comum, que é assegurar e proteger a vida daqueles que dependem de alguma forma, do bom funcionamento dessas máquinas, quer sejam nas indústrias automobilísticas, petróleo e petroquímicas, geração de energia inclusive nuclear, siderúrgica, naval e aeronáutica. Hoje no mundo moderno , a globalização nestes segmentos industriais fez aumentar o número de projetos e produtos de forma multinacional. Usinas elétricas, plantas petroquímicas, aviões, podem ser projetados em um país e construídos em outro, com equipamentos e matéria prima fornecidos pelo mundo todo. Esta revolução global tem como conseqüência a corrida por custos menores e pressão da concorrência. Sendo assim, como garantir que os materiais, componentes e processos utilizados tenham a qualidade requerida ? Como garantir a isenção de defeitos que possam comprometer o desempenho das peças ? Como melhorar novos métodos e processos e testar novos materiais ? As respostas para estas questões estão em grande parte na inspeção e consequentemente na aplicação dos Ensaios Não Destrutivos. Um dos avanços tecnológicos mais importantes na engenharia, podem ser atribuídos aos ensaios não destrutivos. Eles investigam a sanidade dos materiais sem contudo destruí-los ou introduzir quaisquer alterações nas suas características. Aplicados na inspeção de matéria prima, no controle de processos de fabricação e inspeção final, os ensaios não destrutivos constituem uma das ferramentas indispensáveis para o controle da qualidade dos produtos produzidos pela indústria moderna. Quando se deseja inspecionar peças com finalidade de investigar sobre defeitos internos , a Radiografia e o Ultra-som são poderosos métodos que podem detectar com alta sensibilidade descontinuidades com poucos milímetros de extensão. Usados principalmente nas indústrias de petróleo e petroquímica, nuclear, alimentícia, farmacêutica, geração de energia para inspeção principalmente de soldas e fundidos, e ainda na indústria bélica para inspeção de explosivos, armamento e mísseis, a radiografia e o ultra-som desempenham papel importante na comprovação da qualidade da peça ou componente em conformidade com os requisitos das normas , especificações e códigos de fabricação. Usados também na qualificação de soldadores e operadores de soldagem, a radiografia e ultra-som proporcionam registros importantes para a documentação da qualidade. I A Radiologia Industrial - Ricardo Andreucci 6 Em juntas soldadas, a radiografia e o ultra-som são dois métodos frequentemente referenciados pelos Códigos de fabricação de peças ou estruturas de responsabilidade para determinação da eficiência da base de cálculo pela engenharia. Outros ensaios não destrutivos também fazem parte das ferramentas da qualidade onde podemos citar: Partículas Magnéticas , Termografia , Emissão acústica , Correntes Parasitas , Líquido Penetrante. Considerado como um processo especial pelos Sistemas da Qualidade, NBR ISO-90011 e outros, os ensaios não destrutivos são aplicados segundo requisitos de projeto do produto fabricado, e não de forma aleatória ao prazer da conveniência de engenheiros e técnicos. A radiologia industrial desempenha um papel importante e de certa forma insuperável na documentação da qualidade do produto inspecionado, pois a imagem projetada do filme radiográfico representa a "fotografia" interna da peça, o que nenhum outro ensaio não destrutivo é capaz de mostrar na área industrial. Sendo assim, o treinamento, qualificação e certificação dos profissionais envolvidos com estes métodos é requisito importante do sistema da qualidade. Hoje no Brasil, as qualificações e certificações de pessoal para ensaios não destrutivos são efetuadas por organizações de classe como associações, ou por instituições ou fundações governamentais. A mais importante é o Sistema Nacional de Qualificação e Certificação - SNQ&C gerenciado pela Associação Brasileira de Ensaios Não Destrutivos - ABENDE, com reconhecimento pelo INMETRO. As certificações de pessoal são dirigidas a segmentos industriais, tais como: siderurgia, aeronáutica, calderaria, petróleo e petroquímica e outros. 1Processos Especiais são considerados processos em que as características da qualidade não podem ser totalmente recuperados após o serviço acabado. Sào exemplos de processos especiais: Soldagem, pintura, paladar, textura, e outros. - Texto extraído da ISO 9000-2 ed.94. A edição mais atual ISO 9001:2000 relata que a organização deve validar quaisquer processos de produção ou prestação de serviço onde o resultado não possa ser verificado por subsequente monitoramento ou medição ou após o serviço prestado. A Radiologia Industrial - Ricardo Andreucci 9 naturalmente). Ele achava que a maioria das partículas passavam direto através da fina folha do metal em sua direção original. Contudo, algumas partículas foram desviadas. Experiência atômica de Rutherford em 1906. Isto levou ao desenvolvimento do modelo atômico que é aceito até hoje. O núcleo contém carga positiva do átomo e ao redor do núcleo, giram um número de elétrons. Os elétrons ocupam níveis ou camadas de energia e o espaçamento desses níveis causam o grande tamanho do átomo em comparação com o núcleo. Núcleo camada K camada L camada M Modelo atômico de Rutherford. Os cientistas conheciam agora que o átomo consistia de um núcleo contendo um número de prótons e uma nuvem eletrônica com igual número de elétrons. Contudo eles achavam confuso, pelo fato do átomo de hélio (número atômico 2) pesar quatro vezes mais que o átomo de hidrogênio. Irregularidades no peso persistiam através da tabela periódica. Predisseram algumas teorias para o acontecido, mas a confusão terminou em 1932, quando James Chadwick, físico inglês, descobriu uma partícula chamada de neutron. Essa partícula tinha uma massa igual ao do próton, mas não tinha carga. Para descrever essa nova propriedade, cientistas alegaram o número de massa, número de partículas (prótons e neutrons no núcleo). Descrevendo o átomo, o número de massa seria escrito com um número superior no símbolo químico. A Radiologia Industrial - Ricardo Andreucci 10 Variações e Composição dos Átomos , Radioisótopos: Todos os elementos que contém, em seu núcleo atômico, o mesmo número de prótons, mas que possuem números diferentes de neutrons, manifestam as mesmas propriedades químicas e ocupam o mesmo lugar na classificação periódica. São elementos que, por terem o mesmo número de prótons, têm o mesmo número atômico e por terem números diferentes de neutrons têm número de massa diversos. São chamados isótopos, nome cuja etnologia indica o mesmo lugar que ocupam na classificação periódica dos elementos. O número de isótopos conhecidos, de cada elemento, é muito variável. O Iodo, por exemplo, tem 13, o ferro e o Urânio tem 6, cada um. Os isótopos de um mesmo elemento não tem as mesmas propriedades físicas. Assim, por exemplo, o isótopo do Iodo (I-127) é estável, todos os outros são radioativos, isto é, são chamados de radioisótopos. A partir de 1954, os radioisótopos passaram a ser produzidos em escala apreciável, nos reatores, iniciando-se a fase de produção de fontes radioativas de alta intensidade que têm um grande número de aplicações industriais. Os trabalhos baseados no emprego dos radioisótopos tem hoje enorme extensão. As experiências multiplicaram-se em muitos setores e, não é exagero dizer que os radioisótopos têm trazido uma verdadeira revolução em todos os domínios, nos quais a experimentação desempenha papel preponderante. Radiação e Radioatividade Define-se “Radioatividade” como sendo a emissão espontânea de radiação por um núcleo atômico, que se encontra num estado excitado de energia. Existem três tipos diferentes de radiação, como segue: - Partículas Alfa (α) - Partículas Beta (β) - Raios Gama (γ) As partículas “Alfa” são constituídas de dois neutrons e dois prótons, caracterizando um núcleo atômico de Hélio. Devido ao seu alto peso e tamanho, elas possuem pouca penetração e são facilmente absorvidas por poucos centímetros de ar. As partículas “Beta” são constituídas por elétrons, que possuem velocidades próximas da luz, com carga elétrica negativa. Possuem um poder de penetração bastante superior às radiações Alfa, podendo ser absorvidas por alguns centímetros de acrílico ou plásticos, na sua grande maioria. As “partículas” “Gama” são de natureza ondulatória, ao contrário das demais que tem características corpusculares. Devido a isto, adquire um alto poder de penetração nos materiais. E possível separar os três tipos de radiação descritos através da aplicação de um campo elétrico ou magnético, numa amostra de material radioativo. A Radiologia Industrial - Ricardo Andreucci 11 Esquema de separação das radiações alfa, beta e gama. O poder de penetração das radiações eletromagnéticas, Raios X e Gama, são caracterizadas pelo seu comprimento de onda (ou energia) . As propriedades dos Raios X que tem importância fundamental, quando se trata de ensaios não destrutivos e são aquelas citadas anteriormente. Outras grandezas relativas às ondas eletromagnéticas são frequência e energia. Podemos converter a energia em comprimento de onda ou em frequência. A equação que relaciona a energia com o comprimento de onda é a equação de Planck: h .x c E = ------ λ onde: E = energia (Joule). h = constante de Planck ( 6.624 x 10-34 Joule x segundo). c = velocidade da luz. λ = comprimento de onda. A energia das radiações emitidas tem importância fundamental no ensaio radiográfico, pois a capacidade de penetração nos materiais está associada a esta propriedade. Exemplo de aplicação: Qual a energia de uma radiação eletromagnética com comprimento de onda igual a 0,1 Angstrom? Resposta: sendo c = 300 000 km/s = 3 x 108 m/s e 0,1 A = 10-9 m E = 6,624 x 10-34 x 3 x 108 / 10-9 = 1,987 x 10-16 Joule como 1 Joule = 6,242 x 10 12 Mev E = 0,0012 Mev ou 1,2 kev A Radiologia Industrial - Ricardo Andreucci 14 b) Refrigeração por convecção: O calor irradiado pelo ânodo, se transmite ao prolongamento de cobre, o qual está imerso em óleo ou gás, que se refrigera por convecção natural, ou por circulação. c) Refrigeração por circulação forçada de água: A refrigeração descrita em (b), é limitada, principalmente se o aparelho for operado continuamente, exposto ao sol. Neste caso, a circulação de água por uma serpentina interna à unidade geradora, é eficaz, permitindo o uso do aparelho por longos períodos de uso. Unidade Geradora, Painel de Comando Os equipamentos de Raios X industriais se dividem geralmente em dois componentes: o painel de controle e o cabeçote, ou unidade geradora. O painel de controle consiste em uma caixa onde estão alojados todos os controles, indicadores, chaves e medidores, além de conter todo o equipamento do circuito gerador de alta voltagem. E através do painel de controle que se fazem os ajustes de voltagem e amperagem, além de comando de acionamento do aparelho. No cabeçote está alojada a ampola e os dispositivos de refrigeração. A conexão entre o painel de controle e o cabeçote se faz através de cabos especiais de alta tensão. As principais características de um equipamento de Raios X são: a - voltagem e amperagem máxima; b - tamanho do ponto focal e tipo de feixe de radiação; c - peso e tamanho; Esses dados determinam a capacidade de operação do equipamento, pois estão diretamente ligados ao que o equipamento pode ou não fazer. Isso se deve ao fato dessas grandezas determinarem as características da radiação gerada no equipamento. A voltagem se refere à diferença de potencial entre o ânodo e o cátodo e é expressa em quilovolts (kV). A amperagem se refere à corrente elétrica do tubo e é expressa em miliamperes (mA). Outro dado importante se refere à forma geométrica do ânodo no tubo. Quando em forma plana, e angulada, propicia um feixe de radiação direcional, e quando em forma de cone, propicia um feixe de radiação panorâmico, isto é, irradiação a 360 graus, com abertura determinada. Os equipamentos considerados portáteis, com voltagens até 400 kV, possuem peso em torno de 40 a 80 kg, dependendo do modelo. Os modelos de tubos refrigerados a gás são mais leves ao contrário dos refrigerados a óleo. A Radiologia Industrial - Ricardo Andreucci 15 Raios X industrial, de até 300 kV Inspeção radiográfica de soldas em tubos (CONFAB) Energia Máxima dos Raios X e Rendimento Duas grandezas são geralmente usadas para descrever um determinado feixe de Raios X: a qualidade e a intensidade de radiação. Sabemos que os Raios X são gerados quando elétrons em alta velocidade são desacelerados no material do alvo. Essa desaceleração se faz por meio de colisão dos elétrons com o material do alvo. O caso mais simples ocorre quando um elétron se choca diretamente com o núcleo de um átomo do alvo. A energia adquirida pelo elétron, no campo elétrico entre o cátodo e o ânodo será dada pela relação seguinte: 1 E = ------ m . v2 = e . V (eq.1) 2 onde: V = diferença de potencial aplicada entre o cátodo e o ânodo. m = massa do elétron v = velocidade do elétron quando atinge o alvo (ânodo) e = carga do elétron = 1,6 x 10-19 C Por outro lado a energia pode ser escrita na forma : Emax = h x fmax sendo fmax = c / λmin onde: h = é a constante de Planck = 6,62 x 10-34 J.s c = velocidade da luz = 3 x 108 m/s A Radiologia Industrial - Ricardo Andreucci 16 Portanto podemos reescrever a eq.(1) acima na forma: h x c = e x V λmin = 6,62 x 10 -34 x 3 x 108 m λmin 1,6 x 10 -19 x V λmin = 1,24125 x 10 6 m / V sendo 1 Angstron = 10-10 m Portanto quando um elétron se choca com o núcleo de um átomo do alvo e transforma toda a sua energia em radiação X, podemos determinar o comprimento de onda mínimo da radiação gerada . 12.412,5 λmin = ----------- Angstrons , V = diferença de potencial aplicada em Volts. V O comprimento de onda encontrado é chamado de comprimento de onda mínimo, (λ min) pois representa a onda de maior energia que pode ser criada. Quanto menor o comprimento de onda mais penetrante serão os Raios X gerados. Assim como regra geral, para peças finas devemos utilizar maior comprimento de onda ( menor energia) do que para peças com grande espessura. Assim, para uma tensão máxima de 60 kV, o comprimento de onda mínimo será de 0,2 Angstron; e para 120 kV será de 0,1 Angstron Nota-se que esse comprimento de onda depende da voltagem aplicada ao tubo. Assim, quando aumentamos a voltagem no tubo, estamos criando radiação com o menor comprimento de onda, ou seja, radiação de maior energia. Apenas uma parcela muito pequena dos elétrons que atingem o alvo troca toda a sua energia através do choque com o núcleo. A maior parte dos elétrons incidentes choca-se com outros elétrons orbitais, transferindo-lhes parte de sua energia. Portanto, quando esses elétrons chegam a se chocar contra o núcleo de um átomo, já perderam parte de sua energia, indo gerar, portanto, Raios X de maior comprimento de onda, ou seja, de menor energia. Dessa forma, os Raios X emitidos por uma determinado aparelho apresentam uma grande variedade de comprimento de onda, a partir do comprimento de onda mínimo. O conceito de qualidade de radiação está ligado à energia do feixe de Raios X. Quando aumentamos a voltagem do aparelho, aumentamos a energia do feixe de radiação gerado, estamos aumentando a qualidade da radiação, com conseqüente aumento do poder de penetração da mesma. Os Raios X de alta energia, geralmente produzidos com voltagem superiores a 120 kV, são também chamados de raios “duros”. Os Raios X gerados com tensão inferiores a 50 kV são chamados Raios X “moles”. A Radiologia Industrial - Ricardo Andreucci 19 O circuito elétrico abaixo denominado Circuito Greinacher é um sistema que permite a passagem de corrente elétrica na ampola de Raios X quase que contínuo, com uma tensão de operação maior , também conhecido como Potencial Constante. i co rre nt e al te rn ad a i Ampola de Raios X tempo + _ V o lt s 0 Circuito Greinacher Acessórios do Aparelho de Raios X Cabos de energia: O aparelho de Raios X composto pela mesa de comando e unidade geradora, são ligadas entre si através do cabo de energia. A distância entre a unidade geradora e a mesa de comando deve ser tal que o operador esteja protegido no momento da operação dos controles, segundo as normas básicas de segurança. Para tanto os fabricantes de aparelhos de Raios X fornecem cabos de ligação com comprimento de 20 a 30 metros dependendo da potência máxima do tubo gerador. Blindagem de Proteção : O início da operação do aparelho deve ser feita com aquecimento lento do tubo de Raios X, conforme as recomendações do fabricante. Neste processo o operador deve utilizar as cintas ou blindagens especiais que são colocadas na região de saída da radiação, sobre a carcaça da unidade geradora. Este acessório fornecido pelo fabricante permite maior segurança durante o procedimento de aquecimento do aparelho. A Radiologia Industrial - Ricardo Andreucci 20 Aceleradores Lineares O aceleradores lineares são aparelhos similares aos aparelhos de Raios X convencionais com a diferença que os elétrons são acelerados por meio de uma onda elétrica de alta freqüência, adquirindo altas velocidades ao longo de um tubo retilíneo. Os elétrons ao se chocarem com o alvo, transformam a energia cinética adquirida em calor e Raios X com altas energias cujo valor dependerá da aplicação. Para uso industrial em geral são usados aparelhos capazes de gerar Raios X com energia máxima de 4 Mev. Os Betatrons são considerados como transformadores de alta voltagem o que consiste na aceleração dos elétrons de forma circular por mudança do campo magnético primário, adquirindo assim altas velocidades e consequentemente a transformação da energia cinética em Raios X, após o impacto destes com o alvo. Este processo podem gerar energias de 10 a 30 Mev. Os aceleradores lineares e os betatrons são aparelhos destinados a inspeção de componentes com espessuras acima de 100 mm de aço. As vantagens do uso desses equipamentos de grande porte, são: • foco de dimensões reduzidas (menor que 2 mm) • tempo de exposição reduzido • maior rendimento na conversão em Raios X A foto ao lado representa uma unidade de comando de um aparelho de Raios X industrial moderno. O painel, digital, resume uma série de informações técnicas sobre a exposição, tais como distância fonte-filme, kilovoltagem, miliamperagem, tempo de exposição. As informações no display poderá ser memorizada e recuperada quando necessário. A Radiologia Industrial - Ricardo Andreucci 21 Estes equipamentos não são portáteis e necessitam de instalação adequada, tanto do ponto de vista de movimentação do aparelho como das espessuras das paredes de concreto requeridas, que podem alcançar cerca de 1 metro. Foto de um acelerador linear com ponto focal de 1 mm, taxa de exposição a 1 metro de 350 R/minuto , energia máxima de 3 MeV , usado para radiografia industrial de peças com espessura de 80 a 300 mm de aço. Acelerador linear industrial, para radiografias de peças com espessuras acima de 100 mm de aço. Projetado para produzir um feixe de radiação de 4 Mev, com ponto focal bastante reduzido. Foto extraída do catálogo da Varian. A Radiologia Industrial - Ricardo Andreucci 24 Os irradiadores compõe-se, basicamente, de três componentes fundamentais: Uma blindagem, uma fonte radioativa e um dispositivo para expor a fonte. As blindagens podem ser construídas com diversos tipos de materiais. Geralmente são construídos com a blindagem, feita com um elemento (chumbo ou urânio exaurido), sendo contida dentro de um recipiente externo de aço, que tem a finalidade de proteger a blindagem contra choques mecânicos. Uma característica importante dos irradiadores, que diz respeito à blindagem, é a sua capacidade. Como sabemos, as fontes de radiação podem ser fornecidas com diversas atividades e cada elemento radioativo possui uma energia de radiação própria. Assim cada blindagem é dimensionada para conter um elemento radioativo específico, com uma certa atividade máxima determinada. Portanto, é sempre desaconselhável usar um irradiador projetado para determinado radioisótopo, com fontes radioativas de elementos diferentes e com outras atividades. Esse tipo de operação só pode ser feita por profissionais especializados e nunca pelo pessoal que opera o equipamento. A fonte radioativa consta de uma determinada quantidade de um isótopo radioativo. Essa massa de radioisótopo é encapsulada e lacrada dentro de um pequeno envoltório metálico muitas vezes denominado "porta-fonte" ou “torpedo” devido a sua forma, ou fonte selada, simplesmente. O porta- fonte se destina a impedir que o material radioativo entre em contato com qualquer superfície, ou objeto, diminuindo os riscos de uma eventual contaminação radioativa. Características Físicas e Tipo de Fontes Gama: As fontes radioativas para uso industrial, são encapsuladas em material austenítico, de maneira tal que não há dispersão ou fuga do material radioativo para o exterior. Um dispositivo de contenção, transporte e fixação por meio do qual a cápsula que contém a fonte selada, está solidamente fixada em uma ponta de uma cabo de aço flexível, e na outra ponta um engate, que permite o uso e manipulação da fonte, é denominado de “porta fonte”. Devido a uma grande variedade de fabricantes e fornecedores existem diversos tipos de engates de porta-fontes. fonte mola cabo de aço cápsula de aço inoxidável engate Características das fontes seladas radioativas industriais 2 discos de Ir-192 , φ 3 mm x 0,25 mm, cada A Radiologia Industrial - Ricardo Andreucci 25 Embora apenas poucas fontes radiativas seladas sejam atualmente utilizadas pela indústria moderna, daremos a seguir as principais que podem ser utilizadas assim como as suas características físico-químicas. (a) Cobalto - 60 ( 60Co , Z=27) O Cobalto-60 é obtido através do bombardeamento por nêutrons do isótopo estável Co- 59. Suas principais características são: • Meia - Vida = 5,24 anos • Energia da Radiação = 1,17 e 1,33 MeV • Faixa de utilização mais efetiva = 60 a 200 mm de aço • Fator Gama ( Γ ) = 9,06 µC/kg.h / GBq a 1 m ou 1,35 R/h .Ci a 1m ou 0,351 mSv/h.GBq a 1m Esses limites dependem das especificações técnicas da peça a ser examinada e das condições da inspeção. (b) Irídio - 192 ( 192Ir , Z=77) O Iridio-192 é obtido a partir do bombardeamento com nêutrons do isótopo estável Ir-191. Suas principais características são: • Meia - Vida = 74,4 dias • Energia da Radiação = 0,137 a 0,65 MeV • Faixa de utilização mais efetiva = 10 a 40 mm de aço • Fator Gama ( Γ ) = 3,48 µC/kg.h / GBq a 1 m ou 0,50 R/h.Ci a 1m ou 0,13 mSv/h . GBq a 1m (c) Túlio -170 ( 170Tu , Z=69) O Túlio-170 é obtido com o bombardeamento por nêutrons do isótopo estável, Túlio - 169. Como esse material é extremamente difícil de produzir, o material é geralmente manuseado sob a forma de óxido. Suas principais características são: • Energia de Radiação: 0, 084 e 0,54 MeV. (O espectro do Túlio possui também radiação de Bremsstrahlung, que é a radiação liberada pelo freiamento dos elétrons em forma de partículas beta). • Meia - Vida = 127 dias • Faixa de utilização mais efetiva = 1 a 10 mm de aço • Fator Gama ( Γ ) = 0,017 µC/kg.h / GBq a 1 m ou 0,0025 R/h.Ci a 1m ou 0,0007 mSv/h .GBq a 1m (d) Césio - 137 ( 137Cs , Z=55) O Césio-137 é um dos produtos da fissão do Urânio-235. Este é extraído através de processos químicos que o separam do Urânio combustível e dos outros produtos de fissão. Suas principais características são: • Meia - Vida = 33 anos A Radiologia Industrial - Ricardo Andreucci 26 • Energia de Radiação = 0,66 MeV • Faixa de utilização mais efetiva = 20 a 80 mm de aço • Fator Gama ( Γ ) = 2,30 µC/kg.h / GBq a 1 m ou 0,33 R/h.Ci a 1m ou 0,081 mSv/h .GBq a 1m É uma fonte de radiação quase sem utilidade no momento, em razão das dificuldades de obtenção e da má qualidade do filme radiográfico (e) Selênio - 75 ( 75Se ) • Meia-vida = 119,78 dias • Energia das Radiações = de 0,006 a 0,405 MeV • Faixa de utilização mais efetiva = 4 a 30 mm de aço • Fator Gama ( Γ ) = 1,39 µC/kg.h / GBq a 1 m ou 0,28 R/h.Ci a 1m É um radioisótopo de uso recente na indústria, proporcionando uma qualidade muito boa de imagem, assemelhando-se à qualidade dos Raios-X Características Físicas dos Irradiadores Gama: Os irradiadores gama são equipamentos dotados de partes mecânicas que permitem expor com segurança a fonte radioativa. A principal parte do irradiador é a blindagem interna , que permite proteção ao operador a níveis aceitáveis para o trabalho, porém com risco de exposição radiológica se armazenado em locais não adequados ou protegidos. O que mais diferencia um tipo de irradiador de outro são os dispositivos usados para se expor a fonte. Esses dispositivos podem ser mecânicos, com acionamento manual ou elétrico, ou pneumático. A única característica que apresentam em comum é o fato de permitirem ao operador trabalhar sempre a uma distância segura da fonte, sem se expor ao feixe direto de radiação. Os irradiadores gama são construídos através de rígidos controles e testes estabelecidos por normas internacionais, pois o mesmo deve suportar choques mecânicos, incêndio e inundação sem que a sua estrutura e blindagem sofram rupturas capazes de deixar vazar radiação em qualquer ponto mais do que os máximos exigidos. Irradiador gama específico para fontes radiativas de Selênio-75. Foto extraída do catálogo da Sauerwein A Radiologia Industrial - Ricardo Andreucci 29 EXEMPLO DE UM CERTIFICADO DE FONTE SELADA PARA USO INDUSTRIAL A Radiologia Industrial - Ricardo Andreucci 30 egistro Radiográfico Filmes Radiográficos Os filmes radiográficos são compostos de uma emulsão e uma base. A emulsão consiste em uma camada muito fina (espessura de 0,025 mm) de gelatina, que contém, dispersos em seu interior, um grande número de minúsculos cristais de brometo de prata. A emulsão é colocada sobre um suporte, denominado base, que é feito geralmente de um derivado de celulose, transparente e de cor levemente azulada. Uma característica dos filmes radiográficos é que, ao contrário dos filmes fotográficos, eles possuem a emulsão em ambos os lados da base. Os cristais de brometo de prata, presentes na emulsão, possuem a propriedade de, quando atingidos pela radiação ou luz, tornarem-se susceptíveis de reagir com produto químico denominado revelador. O revelador atua sobre esses cristais provocando uma reação de redução que resulta em prata metálica negra. Os locais do filme, atingidos por uma quantidade maior de radiação apresentarão, após a ação do revelador, um número maior de grãos negros que regiões atingidas por radiação de menor intensidade, dessa forma, quando vistos sob a ação de uma fonte de luz, os filmes apresentarão áreas mais escuras e mais claras que irão compor a imagem do objeto radiografado. Estrutura de um filme radiográfico Os filmes radiográficos industriais são fabricados nas dimensões padrões de 3.1/2” x 17” ou 4.1/2” x 17” ou 14” x 17” . Outras dimensões e formatos podem ser encontrados em outros países da Europa e EUA R A Radiologia Industrial - Ricardo Andreucci 31 Granulação A imagem nos filmes radiográficos é formada por uma série de partículas muito pequenas de sais de prata, os quais não visíveis a olho nu. Entretanto, essas partículas se unem em massas relativamente grandes que podem ser vistas pelo olho humano ou com auxílio de pequeno aumento. Esse agrupamento das partículas de sais de prata da emulsão cria uma impressão chamada de “Granulação”. Todos os filmes apresentam o fenômeno de granulação. Por possuírem grãos maiores, os filmes mais rápidos apresentam uma granulação mais acentuadas que os filmes lentos. A granulação, além de ser característica de cada filme, também sofre uma influência da qualidade da radiação que atinge o filme. Portanto, podemos afirmar que a granulação de um filme aumenta quando aumenta a qualidade da radiação. Por essa razão os filmes com grãos mais finos são recomendados quando se empregam fontes de alta energia (Raios X da ordem de milhões de volts). Quando usados com exposição longa, esses filmes também podem ser empregados com raios gama. A granulação é também afetada pelo tempo de revelação do filme. Se aumentarmos, por exemplo, o tempo de revelação, haverá um aumento simultâneo na granulação do filme. Esse efeito é comum quando se pretende aumentar a densidade, ou a velocidade, de um filme por intermédio de um aumento no tempo de revelação. E claro que o uso de tempos de revelação pequenos resultarão em baixa granulação porém corremos o risco de obter um filme sub-revelado. É importante salientar que a granulação aumenta de acordo com o aumento de grau de revelação. Dessa forma, aumentamos no tempo de revelação que visam a compensar atividade do revelador ou a temperatura do banho, terão uma influência muito pequena na granulação do filme. Densidade Óptica A imagem formada no filme radiográfico possui áreas claras e escuras evidenciando um certo grau de enegrecimento que denominamos de Densidade. Matematicamente expressamos a densidade como sendo logaritmo da razão entre a intensidade de luz visível que incide no filme e a intensidade que é transmitida e visualmente observada. Io D = log ----- I onde Io = intensidade de luz incidente I = intensidade de luz transmitida Pela relação acima concluímos que quanto maior for densidade, mais escuro será o filme. A Radiologia Industrial - Ricardo Andreucci 34 Classificação dos Filmes Industriais A grande variedade de condições e a heterogeneidade de materiais encontrados na radiografia industrial, levaram os fabricantes a produzir várias espécies de filmes. Uma classificação dos filmes foi estabelecida pelo ASTM* E-1815-96 , que identifica os tipos de filmes pela velocidade de exposição e sensibilidade. A velocidade de exposição é função logarítmica da dose de radiação necessária para que o filme atinja densidade óptica de 2,0. TABELA 2 Tipo do Filme Sistema de Classe ASTM* Velocidade "S" ISO Dose Ks em mGray para densidade 2,0 A Especial 32 29,0 B I 64 14,0 C I 100 8,7 D I 200 4,6 E II 320 3,2 F III 400 2,5 G WA 100 8,6 H WB 300 5,0 Fonte: Código ASME Sec. V , Artigo 22 SE-1815 • Tipo A - Características: granulação extremamente fina e muito alto contraste. Esse tipo de filme deve ser usado quando se deseja obter alta qualidade de imagem em componentes eletronicos, ligas levas. Pode ser usado em exposição direta ou com telas intensificadas. • Tipo B - Características: granulação ultra fina alto contraste e qualidade. Deve ser usado em ensaios de metais leves ou pesados, ou seções espessas, com radiação de alta energia. Sua granulação não é fina como a dos filmes do tipo A, mas sua maior velocidade torna-os de grande utilidade prática . É um filme ideal para ampliações ópticas. • Tipo C - Características: média velocidade ,alto contraste, granulação extra fina. Podem ser usados com ou sem telas intensificadoras e com radiação de alta energia. • Tipo D - Características: Filme com granulação muito fina e com alta velocidade e alto contraste quando utilizado em conjunto com telas intensificadoras de chumbo. • Tipo E - Características: Filme de granulação fina, com alto contraste e velocidade. É o filme mais utilizado na indústria em razão do atendimento em qualidade e maior produtividade • Tipo F - Características: Filme de granulação média, pouco utilizado na indústria. *ASTM - American Society for Testing and Materials ASME - American Society of Mechanical Engineer A Radiologia Industrial - Ricardo Andreucci 35 Qualidade da Imagem Radiográfica A qualidade da imagem radiográfica está associada a alguns parâmetros importantes ligados a características do filme radiográfico e da fonte de radiação utilizada , e é um fator para aceitação ou rejeição da radiografia. Contraste Para que se forme uma imagem no filme é necessário que ocorram variações na densidade ao longo do mesmo. Em outras palavra, uma imagem é formada a partir de áreas claras e escuras. A diferença de densidades entre duas regiões adjacentes no filme é denominada de Contraste. Por exemplo se medirmos a densidade de duas áreas adjacentes no filme e encontrarmos os valores D1 = 2,2 e D2 = 1,8 , o contraste será dado pela diferença entre D2 e D1, e portanto de 0,4. O contraste pode também ser entendido como sendo a capacidade do filme detectar intensidades e energias diferentes de radiação. Imagens com alto contraste permitem em geral melhor qualidade e segurança na interpretação da radiografia. Gradiente Para avaliar o efeito da forma da curva característica do filme radiográfico, podemos empregar outra grandeza denominada “Gradiente”. O gradiente de um filme é numericamente igual à tangente em um certo ponto de sua curva. Quando regiões da curva apresenta um gradiente maior que 1,0 , o contraste é amplificado, da mesma forma, nas regiões em que o gradiente é menor que 1,0 o contraste transmitido pela peça é diminuído. Definição Observando com detalhe a imagem formada no filme radiográfico, veremos que a mudança de densidades de uma área a outra não se faz de maneira brusca. Por exemplo, a imagem de um objeto apresenta um pequeno halo que acompanha as bordas da mesma, com uma densidade intermediária entre a densidade da imagem e a de fundo. Quanto mais estreita for esta faixa de transição a definição será melhor. Processamento do Filme Radiográfico Preparação Inicial: A preparação do filme e dos banhos para o processamento radiográfico deve seguir algumas considerações gerais, necessárias ao bom desempenho desta tarefa. A Radiologia Industrial - Ricardo Andreucci 36 • Limpeza: no manuseio do filme, a limpeza é essencial. A câmara escura, bem como os acessórios e equipamentos, devem ser mantidos rigorosamente limpos, e usados somente para o propósito aos quais eles se destinam. Qualquer líquido de fácil volatilização deve estar acondicionado em recipientes fechados, para não contaminar o ambiente. O termômetro e outros acessórios que manuseados devem ser lavados em água limpa imediatamente após o uso, para evitar a contaminação das soluções. Os tanques devem estar limpos e preenchidos com soluções frescas. • Preparação dos banhos: a preparação dos banhos devem seguir a recomendação dos fabricantes, e preparados dentro dos tanques que devem ser de aço inoxidável ou da matéria sintética, sendo preferível o primeiro material. É importante providenciar agitação dos banhos, utilizando pás de borracha dura ou aço inoxidável ou ainda de material que não absorva e nem reaja com as soluções do processamento. As pás devem ser separadas, uma para cada banho, para evitar a contaminação das soluções. • Manuseio: após a exposição do filme, o mesmo ainda se encontra dentro do porta- filmes plástico, e portanto deverá ser retirado na câmara escura, somente com a luz de segurança acionada. Nesta etapa os filmes deverão ser fixados nas presilhas das colgaduras de aço inoxidável para não pressionar o filme com o dedo, que poderá manchá-lo permanentemente. • Controle da temperatura e do tempo: os banhos de processamento e a revelação devem ser controlados, quanto a temperatura. Normalmente devem estar de acordo com a recomendação do fabricante. Processamento Manual A partir do momento que temos um filme exposto à radiação e passamos então ao processamento, o mesmo passará por uma série de banhos nos tanques de revelação, após o descrito acima , deverá ser feitas as seguintes etapas: • Revelação Quando imergimos um filme exposto no tanque contendo o revelador, esta solução age sobre os cristais de brometo de prata metálica, por ação do revelador. Esta seletividade está na capacidade de discriminar os grãos expostos dos não expostos. Devido a fatores eletroquímicos as moléculas dos agentes reveladores atingem os cristais, que ficam como que revestidos. Os cristais, que são constituídos de íons, ganham elétrons do agente revelador, que se combinam com o íon “Ag + ”, neutralizando-o, tornando “Ag metálica”. Essa reação química provoca uma degradação progressiva do revelador que é lentamente oxidado pelo uso e pelo meio ambiente. A visibilidade da imagem e consequentemente o contraste, a densidade de fundo e a definição, dependem do tipo de revelador usado, do tempo de revelação e da temperatura do revelador. Desta forma, o controle tempo-temperatura é de fundamental importância para se obter uma radiografia de boa qualidade. A Radiologia Industrial - Ricardo Andreucci 39 A alta velocidade de processamento torna-se possível pelo uso de soluções químicas especiais, contínua agitação dos filmes, manutenção da temperatura das soluções e secagem por jatos de ar aquecido. Processadora Automática típica para filmes radiográficos. (Foto extraída do catálogo da AGFA) Diagrama de Operação 1 - entrada do filme a ser processado 2 - dispositivo de condução do filme 3 - tanque revelador 4 - tanque de lavagem intermediária 5a - tanque de fixação F1 5b - tanque de fixação F2 6 - tanque de lavagem final 7 - tampa removíveis 8 - roletes de distribuição 9 - secador infravermelho 10- saída de filmes 11- bandeja de filmes 12 - bomba de circulação de revelador 13 - bomba de circulação de fixador 14a - liga/desliga 14b - fio terra 15 - válvulas para drenagem dos tanques 16 - protetores de superaquecimento A Radiologia Industrial - Ricardo Andreucci 40 Telas Intensificadoras de Imagem Telas de chumbo As telas de chumbo também chamados de telas intensificadoras possuem como finalidade diminuir o tempo de exposição em ensaios radiográficos industriais, usam-se finas folhas de metal (geralmente chumbo) com intensificadoras da radiação primária emitida pela fonte. O fator de intensificação, além de ser função da natureza e da espessura da tela, depende do contato efetivo entre elas e o filme. As telas intensificadoras de chumbo geralmente são colocadas sobre cartolina com espessura da ordem de 100 gramas por centímetro quadrado. Essa cartolina deve ter espessura constante para evitar que qualquer falta de homogeneidade prejudique a qualidade da radiografia. A tela intensificadora de chumbo precisa ter uma espessura ideal para determinada energia da radiação incidente, pois, caso contrário, a eficiência dela será reduzida. Em geral a espessura de chumbo é da ordem de 0,005 pol. (0,127 mm) para a tela dianteira e de 0,010 pol. (0,254 mm) para a tela traseira. Outras espessuras podem ser utilizadas, para radiações com maiores energias. A atenuação da intensidade da radiação primária em uma tela intensificadora de chumbo será insignificante, desde que esta tela tenha a espessura ideal que deve ser igual ao alcance dos elétrons emitidos pela folha de chumbo. Os elétrons que são emitidos por uma face devem atingir a face oposta e consequentemente o filme produzindo ionização adicional na emulsão fotográfica. Quando se aumenta a espessura da tela de chumbo, a radiação primária e os elétrons emitidos pela face oposta dessa tela sofrem atenuação, e em conseqüência o fator de intensificação diminui. O grau de intensificação das telas de chumbo depende da natureza e espessura do material a ensaiar, da qualidade da fonte emissora de radiação e do tipo de filme usado. As funções das telas intensificadoras de chumbo em radiografia industrial devem ser as seguintes: • gerar elétrons por efeito fotoelétrico ou Compton, produzindo fluxo adicional de radiação e diminuindo o tempo de exposição; • absorver ou filtrar a radiação secundária espalhada que pode atingir o filme radiográfico, borrando a imagem e empobrecendo a definição. Outras telas fabricadas em outros materiais também podem ser utilizadas, como por exemplo telas de cobre para uso com fontes de Cobalto-60. A Radiologia Industrial - Ricardo Andreucci 41 Telas fluorescentes Ecrans fluorescentes ou também chamadas telas intensificadoras fluorescentes são usadas para reduzir consideravelmente, o tempo de exposição em radiografias industriais. Constam, fundamentalmente, de fina folha de cartolina impregnada de minúsculos grãos de sais (usualmente o tungstato de cálcio) os quais, sob a ação da radiação incidente, emitem luz fluorescentes para a qual o filme radiográfico é sensível. Estas telas fluorescentes causam um empobrecimento da definição radiográfica e, portanto, devem ser usadas somente quando o tempo de exposição for muito longo. Neste caso a ação intensificadora de exposição poderá competir com o decréscimo de definição. Esta ação depende: do tipo de tela, da energia, e do tipo de filme radiográfico empregado no ensaio. O empobrecimento da imagem radiográfica causado pelo uso das telas intensificadoras fluorescentes, podem ser assim explicado: • os grãos da tela são maiores do que os grãos do filme; • o contato íntimo entre tela e filme não é perfeito, daí resultar um espalhamento adicional de luz. Esse espalhamento de luz é o fator que mais contribui para o empobrecimento da imagem radiográfica, aumentando em função do diâmetro dos grãos da tela. Por essas razões acima expostas, as telas fluorescentes somente são utilizadas em sistemas de radioscopia ou como um sistema de identificação do filme radiográfico. Sistema de radioscopia com câmara de TV transmitindo a imagem para uma monitor. O inspetor analisa a imagem radioscópica da peça, controlando os parâmetros de exposição aos Raios X. Aparelho para radioscopia industrial, dotado de camara de TV e monitor de vídeo para observação das imagens. Equipado com uma unidade de Raios X de 160 kV e 20 mA , é específico para inspeção de peças de ligas leves de alumínio e magnésio. A Radiologia Industrial - Ricardo Andreucci 44 Conversor Universal de Imagem A captura da imagem na forma de um sinal elétrico é feita através de detetores de radiação no estado sólido que tornam possível converter a radiação ionizante em sinal elétrico, conforme mostrado na figura abaixo: Contato Elétrico Radiação Camada de Fósforo Germânio ou Silício Contato Elétrico Eletrodo metálico R i Os detetores de estado sólido são formados pela parte superior que contém um material a base de fósforo que emite luz (cintilação) pela passagem da radiação, que por sua vez incide no núcleo do detetor que por efeito foto-elétrico emite elétrons, dando origem a uma corrente elétrica no terminal do detetor, que é proporcional ao fóton de radiação de entrada. Esta corrente elétrica pode ser usada para gerar imagens em TV, gravação em vídeo, digitalização e outros. FDD FOD attenuation image X-ray tube test sample flat panel detector Data acquisition and digital image processing digital signal monitor image monitor image processing system Sistema de Radioscopia usando captura digital da imagem Esquema de um detetor no estado sólido de germânio ou silício, utilizada São muito sensíveis, e o sinal elétrico que sai do detetor é proporcional ao fóton de radiação que atingiu o detetor. É uma das formas eficazes de transformar a exposição à radiação em sinal elétrico . A Radiologia Industrial - Ricardo Andreucci 45 Sistema de Radioscopia automatizado. ( Foto extraída do filme “X Ray Systems for Industrial Applications in Automotive Industries “ produzido pela Seifert - RAIMECK) As principais aplicações da radioscopia é na inspeção de rodas de alumínio, pontas de eixo de automotivos, carcaça da direção hidráulica, pneus automotivos , nos aeroportos para verificação de bagagens, inspeção de componentes eletrônicos, e muitas outras aplicações. A radioscopia moderna pode ser totalmente automatizada, não sendo necessário o técnico para analisar as imagens, sendo estas escaneadas e verificadas por um sistema óptico de um computador por comparação a uma imagem padrão da mesma peça. Todas as imagens podem ser armazenadas em fita de vídeo, como arquivo eletrônico , filme ou papel. Tomografia Industrial A tomografia industrial também pode ser considerada como um método de inspeção não destrutiva que não utiliza o filme radiográfico para registro dos resultados, assim como na radioscopia convencional. Nesta técnica , a peça é exposta a um feixe estreito de Raios X giratório que atravessa a peça em vários planos , projetando sua imagem processada por computador, num monitor. Este processo é feito por um complexo sistema que permite visualizar a imagem de uma peça em 3D e permite separar por planos ou camadas a peça. Raios X Imagem obtida digitalmente e analisada pelo computador na razão de 66 imagens em 90 segundos Peça A Radiologia Industrial - Ricardo Andreucci 46 FDD FOD attenuation image tube testing sample flat panel detector data acquisition and 3-dimensional volume reconstruction digital signal monitor image monitor reconstruction computer Esquema do Sistema de Inspeção por Tomografia Industrial Point shaped source rectangular volume elements x y z Cone beam Object Rotation- axis Flat detector Circular- scanning Princípio da formação da imagem Tomográfica. A Radiologia Industrial - Ricardo Andreucci 49 Sempre haverá perda de qualidade e da resolução de uma imagem digitalizada, quando ampliamos uma outra imagem já digitalizada, a menos que se aumente a quantidade de pixels na mesma proporção da ampliação. Exemplos de graus de resolução diferentes para uma mesma imagem Portanto para avaliar a capacidade de resolução de diferentes sistemas de imagem a quantidade de pixels é fator determinante. Na radiografia digital industrial valores como 2500 x 3000 pixels são comuns para uma boa qualidade de imagem. Outro fator que mede a qualidade é o contraste entre dois pontos adjacentes como uma função da sua distância de separação. Isto é chamado de "Função Modulação de Transferência- MTS" que assume valores de 0 a 1 dependendo do sistema digital usado. Por exemplo, quanto maior for o valor do MTS mais facilmente será visualizada uma descontinuidade. Digitalização de uma imagem com resolução de: 14 pixels x 11 pixels Tamanho da Imagem: 1 kbyte Digitalização da mesma imagem com resolução de: 84 pixels x 63 pixels Tamanho da Imagem: 16 kbytes Digitalização da mesma imagem com resolução de: 640 pixels x 480 pixels Tamanho da Imagem: 900 kbytes A Radiologia Industrial - Ricardo Andreucci 50 Processos de Digitalização da Imagem Radiográfica Os processos de digitalização da imagem radiográfica são os seguintes mostrados no quadro abaixo. PROCESSOS INDIRETOS PROCESSO DIRETO RADIOGRAFIA COMPUTADORIZADA DISPOSITIVO FOTODIODO FLUORESCÊNCIA DO FÓSFORO DISPOSITIVO FOTODIODO IODETO DE CÉSIO DISPOSITIVO DETECTOR Direct Ray Radiação X, Gama Radiação X, Gama Radiação X,Gama Radiação X, Gama Tela Intensificadora Eletrodo micro placa Camada Dielétrica Semi condutorPlaca é levada ao leitor Placa de Fósforo Laser Perfil do Sinal Perfil do Sinal Perfil do Sinal Perfil do Sinal Eletrodo coletor na forma de um fino transistor Superfície refletora Cristal de CsI Fotodiodo Fotodiodo Placa de Fósforo • Radiografia Computadorizada - CR O método de Radiografia computadorizada (CR), utiliza uma tela contendo cristais de fósforo fotoestimulado. Os grãos de fósforo são cobertos por um substrato flexível e armazenam a energia da radiação incidente. Os elétrons são excitados por um feixe de laser que emitem uma luz proveniente dos pequenos elementos "pixels" da placa. A luz emitida produz é detectada eletronicamente , digitalizada e armazenada na memória do computador na forma de um sinal digital. A imagem produzida no final é comparável à um filme radiográfico tipo III ou seja de grãos grosseiros. • Usando uma Tela Fluorescente Outro método de digitalizar a imagem é utilizar uma tela intensificadora fluorescente de fósforo ou iodeto de césio ( CsI ) para converter Raios X ou gama em luz visível que é capturada por um fotodiodo. A qualidade da imagem final é similar ao método anterior CR. A Radiologia Industrial - Ricardo Andreucci 51 Radiografia Original Digitalizada Radiografia Processada Digitalmente ( Imagens cedidas pela AGFA ) • Processo Direto No processo direto, a energia da radiação é convertida diretamente em sinal elétrico através do detetor o que previne perdas e aumenta a eficiência do sistema. Raios X Alta voltagem programável Eletrodo Camada dielétrica Fotocondutor Bloco de elétrons Coletores da carga elétrica Transistor Capacitor para armazenar o sinal elétrico Substrato Esquema do detetor para captura da imagem digital no sistema direto. Placa para captura direta da imagem digital, de selenio amorfo. Permite uma imagem com area ativa de 35 x 43 cm, com resolução de 2560 x 3072 pixels, com máxima exposição de 10 R em 1 segundo. (Imagem cedida pela AGFA) A Radiologia Industrial - Ricardo Andreucci 54 As principais vantagens da radiografia digital podem ser resumidas nos seguintes: • As placas de captura da imagem digital permitem uma ampla utilização em variadas condições de exposição, possibilitando reutilização imediata caso ocorrer erros na exposição, evitando assim perdas de material e tempo para no ensaio; • A grande latitude de exposição das placas de captura digital permitem a visualização da imagem radiográfica com somente uma pequena exposição à radiação, o que permite melhorar a proteção radiológica da instalação , otimizando a segurança; • As placas de captura possuem longa durabilidade e de boa proteção mecânica, podendo operar em temperaturas de 10 a 35 0C , pesando 8 kg. • Os programas de computador para análise da imagem digital são versáteis, permitindo ampliações localizadas da imagem propiciando maior segurança do laudo radiográfico. Melhoria do contraste por tratamento digital das imagens radiográficas. (Imagens cedidas pela AGFA) A Radiologia Industrial - Ricardo Andreucci 55 arâmetros Radiográficos Princípios Geométricos Suponhamos uma fonte emissora de radiação com diâmetro F, muito pequeno, que pode, para efeitos didáticos, ser considerado um ponto. Neste caso, colocando-se um objeto entre o foco puntiforme e um filme radiográfico teríamos uma imagem muito nítida. Se aumentarmos o diâmetro do foco para o valor F e o aproximarmos do objeto, obteremos uma imagem no filme (depois de revelado) com uma zona de penumbra, perdendo essa imagem muito da sua nitidez (definição) . Na prática, deve-se levar em conta que a fonte radioativa possui dimensões compreendidas entre 1 mm e 7 mm de tamanho, dependendo da natureza e atividade do radioisótopo . Quando a distância fonte-filme for muito pequena, para efeito de cálculo de penumbra, é impossível considera-la como um ponto. A ampliação é problema de geometria ,e a nitidez ou definição é função da fonte emissora de radiação e da posição do material situado entre a fonte e o filme. Quando a fonte possui diâmetro considerável ou está muito próxima do material, a sombra ou imagem não é bem definida. A forma de imagem poderá ser diferente da que tem o material se o ângulo do plano do material variar em relação aos raios incidentes, produzindo neste caso uma distorção da imagem. Para obtenção de imagens bem definidas ou próximas ao tamanho do objeto, devemos ter: • o diâmetro da fonte emissora de radiação deve ser o menor possível; • a fonte emissora deve estar posicionada o mais afastado possível do material a ensaiar; • o filme radiográfico deve estar mais próximo do material; • o feixe de radiação deve se aproximar o mais possível, da perpendicularidade em relação ao filme; • o plano do material e o plano do filme devem ser paralelos. A distorção da imagem não pode ser totalmente eliminada em virtude dos formatos complicados das peças e dos ângulos de que se dispõem para a realização do ensaio radiográfico. Por isso, geralmente as normas de inspeção radiográfica recomenda somente inspecionar peças com geometria simples, como junta soldada de topo e peças com espessura uniforme, para tornar mais fácil o controle da penumbra geométrica. O valor máximo da penumbra geométrica é recomendado por norma ou código de fabricação da peça a ser inspecionada. No entanto quando a penumbra é excessiva, outros parâmetros da qualidade da imagem também serão prejudicados, P A Radiologia Industrial - Ricardo Andreucci 56 fonte objeto penumbra Disposição Geométrica entre fonte-filme-objeto. Cálculo da Penumbra A penumbra geométrica pode ser calculada pela seguinte expressão: F x t Ug = ---------- D onde: Ug = penumbra geométrica F = dimensão do ponto focal t = espessura do objeto D = distância da fonte ao objeto. Referência Código ASME Sec. V Artigo 2 Sobreposição A inspeção radiográfica de objetos planos, tal como juntas soldadas de topo a serem radiografadas totalmente, requerem cuidados especiais quanto a distância fonte-filme, pois nesses casos se essa distância for muito pequena seções da solda poderão não ser inspecionadas no seu volume total. Tabela de Penumbra Máxima Aceitável Espessura do material ( pol.) Valor máx. da penumbra ( pol.) abaixo de 2 0,020 de 2 até 3 0,030 acima de 3 até 4 0,040 maior que 4 0,070 A Radiologia Industrial - Ricardo Andreucci 59 IQI Nr. 40 35 T 2T 1T 4T IQI Nr. 10 IQI ASME ou ASTM tipo furos Esses IQI's devem ser colocados sobre a peça ensaiada, com a face voltada para a fonte e de modo que o plano do mesmo seja normal ao feixe de radiação. Quando a inspeção for feita em soldas, o IQI será colocado no metal de base, paralelo à solda e a uma distância de 3 mm no mínimo. No caso de inspeção de solda, é importante lembrar que a seleção do IQI inclui o reforço, de ambos os lados da chapa. Portanto, para igualar a espessura sob o IQI à espessura da solda, deverão ser colocados calços sob o IQI feitos de material radiograficamente similar ao material inspecionado. Para efeito da determinação da área de interesse não devem ser considerados os anéis ou tiras de cobre-junta caso existam. TABELA 3 - Seleção do IQI ASME / ASTM em função da Espessura do Material Espessura do Material Lado da Fonte Lado do Filme ( Pol.) Desig. IQI Furo essencial Ident. do Fio ( φ fio pol.) Desig. IQI Furo essencial Ident. do Fio ( φ fio pol.) até 0,25 , incl. 12 2T 5 (0,008) 10 2T 4 (0,006) acima de 0,25 até 0,375 15 2T 6 (0,010) 12 2T 5 (0,008) acima de 0,375 até 0,50 17 2T 7 (0,013) 15 2T 6 (0,010) acima de 0,50 até 0,75 20 2T 8 (0,016) 17 2T 7 (0,013) acima de 0,75 até 1,00 25 2T 9 (0,020) 20 2T 8 (0,016) acima de 1,00 até 1,50 30 2T 10 (0,025) 25 2T 9 (0,020) acima de 1,50 até 2,00 35 2T 11 (0,032) 30 2T 10 (0,025) acima de 2,00 até 2,50 40 2T 12 (0,040) 35 2T 11 (0,032) acima de 2,50 até 4,00 50 2T 13 (0,050) 40 2T 12 (0,040) Fonte: Código ASME Sec. V , Artigo 2 , Tab. T-276 A Radiologia Industrial - Ricardo Andreucci 60 IQI ASTM DE FIOS A norma ASTM E- 747 descreve um tipo de IQI denominado tipo fios, que trata de um conjunto de 5 fios de material similar ao do material a ser radiografado com diâmetros diferentes , desde o mais fino até o mais grosso, selados em um envelope plástico transparente, contendo identificações e informações sobre o IQI. O IQI deve ser colocado sobre a área de interesse ,no caso de soldas os fios devem estar aproximadamente perpendiculares ao cordão de solda. A seleção do IQI deve ser feita com base na espessura a ser radiografada , verificando qual o fio essencial que deverá ser visualizado na radiografia, conforme a tabela 3. A S T M 1 A 0 1 1 (0,0032”) 2 (0,004”) 3 (0,005”) 4 (0,0063”) 5 (0,008”) 6 (0,010”) A S T M 1 B 0 3 6 (0,010”) 7 (0,013”) 8 (0,016”) 9 (0,020”) 10 (0,025”) 11 (0,032”) A S T M 1 C 1 0 11 (0,032”) 12 (0,040”) 13 (0,050”) 14 (0,063”) 15 (0,080”) 16 (0,100”) Alguns tipos mais usados de IQI's ASME ou ASTM tipo fios, para aço carbono. Os números indicam os diâmetros dos fios em polegadas, as letras "A", "B" e "C" identificam o conjunto de fios ou o próprio IQI A Radiologia Industrial - Ricardo Andreucci 61 Uso do IQI ASTM tipo fios, numa junta soldada IQI conforme a norma DIN O IQI fabricado conforme a norma DIN 54109 é constituído por 7 arames, dispostos paralelamente, cujo material é radiograficamente similar ao material ensaiado. A relação entre o diâmetro do arame e seu número respectivo é descrito na norma indicada. Os arames foram divididos em três grupos, a saber: 1 a 7, 6 a 12 e 10 a 16. Quanto maior o número, menor seu diâmetro, o que determina os níveis de qualidade especificado na tabela 4 Cada IQI se caracteriza por conter as seguintes informações: - símbolo DIN. - o número 62 indica o ano de produção deste tipo de IQI. - a abreviatura do material do arame. Por exemplo, FE. - o número do arame mais grosso (1, 6 ou10). - símbolo da norma ISO. - o número do arame mais fino (7, 12 ou 16). O IQI DIN deve ser colocado sobre a solda ou área de interesse, com o fio essencial na mesma direção do eixo principal de radiação, para garantir maior sensibilidade possível. Em geral a projeção do fio essencial mais fino requer técnicas apuradas, como filme mais sensível de granulação muito fina e distância fonte filme maior. A Radiologia Industrial - Ricardo Andreucci 64 Esse efeito contribui para a máxima clareza de detalhes na radiografia. O uso de fonte de radiação com altas energias, propicia não somente o aparecimento das radiações dispersas na peça, como também as radiações retroespalhadas, que da mesma forma empobrecem com a imagem no filme. As radiações retroespalhadas podem ser atenuadas com o uso das telas traseiras, ou filtros que são lâminas de materiais absorvedores (cobre, alumínio, chumbo), dispostos de modo a proteger o filme. Para que exista um controle das radiações retroespalhadas pelo operador, este deve fixar na parte trazeira do chassis, uma letra “B” de chumbo. Caso as radiações retroespalhadas sejam muito intensa, a letra “B” será fortemente projetada na imagem do filme, aparecendo como uma imagem clara no filme, indicando que radiações atingiram o filme por detrás. Radiação Retro-espalhada Cálculo do tempo de Exposição do Filme Radiográfico Lei do Inverso do Quadrado da Distância Quando tratamos dos filmes radiográficos, dissemos que a exposição é representada pelo produto da intensidade da radiação pelo tempo, para uma certa energia em particular. Sabemos, também, que a intensidade de radiação que é emitida pela fonte não é totalmente recebida pelo filme, pois uma parcela é absorvida pelo objeto que será sendo radiografado. Acrescentaremos, agora, que mesmo que não houvesse um objeto entre a fonte e o filme, a intensidade de radiação que o atinge seria menor que aquela emitida pela fonte. A Radiologia Industrial - Ricardo Andreucci 65 Esse fenômeno é explicado pela Lei do Inverso do Quadrado. Sabemos que a intensidade da radiação é definida em termos da quantidade de raios que são gerados em um determinado intervalo de tempo. Ora, sabemos que a radiação se espalha após ser emitida pela fonte, portanto o mesmo número de raios gerados diverge, ocupando áreas cada vez maiores. Desse modo, um objeto próximo á fonte de radiação, recebe uma quantidade maior de raios, porque recebe um feixe de radiação mais concentrado. Algebricamente, a Lei do Inverso do Quadrado, pode ser escrita como segue: I(1) [ D(2) ] 2 ------- = ------ I(2) [ D(1) ] 2 onde: I(1) = intensidade da radiação a uma distância D(1) I(2) = intensidade da radiação a uma distância D(2) Uma vez definida essa lei, podemos notar que se dobrarmos a distância ao filme, a intensidade de radiação que o atingirá será ¼ de intensidade original. Como sabemos que a exposição é proporcional á intensidade da radiação, podemos dizer que ao dobrar a distância do filme em relação a fonte; precisamos de uma exposição 4 vezes maior para obtermos um filme com a mesma densidade inicial. Isso significa que é necessário um aumento no tempo de exposição, ou na miliamperagem do tubo, para compensar a diminuição da intensidade. Esse fato explica porque não é possível se compensar o tamanho da fonte com uma distância foco-filme maior, uma vez que esse aumento de distância provoca um incremento muito grande no tempo de exposição. fonte 1 metro 2 metros 100% 25% Lei do Inverso do Quadrado da Distância. A Radiologia Industrial - Ricardo Andreucci 66 Curvas de exposição para gamagrafia O tipo mais comum de curva de exposição é o que correlaciona o fator de exposição com a atividade da fonte, tempo de exposição e distância fonte-filme. Numericamente, o fator de exposição é representado pela formulação: A x t FE = --------- Dff 2 onde: FE = fator de exposição; A = atividade da fonte em milicuries; t = tempo de exposição em minutos; Dff= distância fonte-filme em centímetros. Exemplo de aplicação: Suponhamos, que se realiza um ensaio, por gamagrafia, de uma chapa de aço, com 1,5 cm de espessura , para obter uma densidade radiográfica de 2,0. Para este ensaio dispõe-se de uma fonte de Ir-192 com atividade 20 Ci e filme Classe 1. Pelo gráfico de exposição abaixo, conclui-se que para 1,5 cm de espessura de aço, e densidade radiográfica de 2,0, corresponde um fator de exposição igual a 50. Lembrando que 20 Ci correspondem a 20.000 milicuries. Tem-se: 20.000 x t 50 = ------------- Dff 2 Observa-se que podemos fixar uma das duas variáveis, tempo de exposição ou distância fonte-filme. Quando o tempo de exposição é não muito importante, pode-se escolher uma distância fonte-filme adequada, para melhorar a qualidade radiográfica. Supondo que a distância fonte-filme é 60 cm, tem-se: 20.000 x t 50 = -------------- , t = 9,0 minutos 3600 A Radiologia Industrial - Ricardo Andreucci 69 De forma a tornar compatíveis esses dois fatores, foram elaborados gráficos que mostram a máxima voltagem a ser usada para cada espessura de um dado material. É muito importante lembrar que, como materiais diferentes absorvem quantidades diferentes de radiação, existem gráficos para cada tipo de material a ser radiografado. É importante notar que cada gráfico fixa uma série de fatores como segue: - material inspecionado - tipo e espessura das telas - densidade óptica do filme - distância do foco-filme - tipo de filme usado - tempo e temperatura de revelação do filme Se qualquer um desses fatores for alterado, o gráfico perderá a sua validade, fornecendo resultados imprecisos. Outro fator importante, é que esses gráficos somente são válidos, para um determinado aparelho e modelo. Normalmente, os aparelhos de Raios X, são fornecidos com uma série de gráficos que permitem a sua utilização em uma vasta gama de situações. A escolha da miliamperagem e ou do tempo de exposição, prende-se à capacidade do aparelho, usando-se o que for mais conveniente. Relação entre Tempo e Amperagem Em geral podemos relacionar a exposição devido aos Raios X com a miliamperagem (M) e tempo de exposição ( T ). Podemos dizer também que a intensidade de radiação, requerida para uma certa exposição, é inversamente proporcional ao tempo de exposição. M(1) T(2) --------- = --------- M(2) T(1) onde: T(1) = tempo de exposição necessário ao se usar uma miliamperagem M(2) e T(2) = tempo de exposição necessário ao se usar uma miliamperagem M(2) Exemplo 1: Se obtemos uma boa radiografia usando uma miliamperagem de 5 mA e um tempo de 10 minutos, qual miliamperagem necessária para se reduzir o tempo de exposição a 2 minutos ? temos: M(1) = 5 mA T(2) = 2 min T(1) = 10 min M(2) = ? portanto: 5 2 ------- = ------- , M(2) = 25 mA. M(2 ) 10 A Radiologia Industrial - Ricardo Andreucci 70 Relação entre a Amperagem e Distância A intensidade requerida para uma certa exposição é diretamente proporcional ao quadrado da distância foco-filme. Desse modo, podemos escrever: para Raios-X: M(1) [ D(1) ] 2 ------- = ---------- M(2) [ D(2) ] 2 onde: D(1) = distância usada para uma radiografia feita com uma miliamperagem M(1) ou com uma fonte de atividade A(1). D(2) = distância usada para uma radiografia feita com uma miliamperagem M(2) ou com uma fonte de atividade A(2). Exemplo 1: Uma certa radiografia é feita usando-se uma miliamperagem de 5 mA e uma distância de 120 cm. Pergunta-se qual a miliamperagem necessária, se aumentarmos a distância para 150 cm? temos: M(1) = 5 mA M(2) = ? D(1) = 120 cm D(2) = 150 cm portanto: 5 [ 120 ] 2 ------- = -------- , M(2) = 7,8 mA M(2) [ 150 ] 2 Relação Tempo - Distância O tempo de exposição requerido para uma certa radiografia, é diretamente proporcional ao quadrado da distância. Matematicamente podemos descrever: T(1) [ D(2) ] 2 ------- = ---------- T(2) [ D(1) ] 2 Exemplo: Uma boa radiografia é obtida com uma distância foco-filme de 30 cm e tempo de exposição de 10 min.. Se alterarmos para 24 cm a distância foco-filme , qual a mudança necessária no tempo de exposição ? A Radiologia Industrial - Ricardo Andreucci 71 temos que: T(1) = 10 min D(1) = 30 cm T(2) = ? D(2) = 24 cm portanto: 10 [ 30 ] 2 ------- = -------- , T(2) = 6,4 minutos T(2) [ 24 ] 2 Curva de Exposição para Raios X , direcional, para aços carbono O cálculo do tempo de exposição de filmes para aparelhos de Raios-X pode ser calculado com auxílio do gráfico anterior , fornecido pelo fabricante do aparelho. A Radiologia Industrial - Ricardo Andreucci 74 Radiografia de uma solda de emenda de um tubo pela técnica PD-VD Exemplo de aplicação do Gráfico: Uma peça em aço carbono com 30 mm de espessura deve ser radiografada com filme Classe II , distância fonte filme de 700 mm, usando um aparelho Eresco 300, usando 230 kV. Qual o tempo de exposição ? Solução: Observando o gráfico acima, temos que para 30 mm , o tempo de exposição deve ser aproximadamente de 20 minutos. Técnico de uma companhia aérea preparando a inspeção radiográfica da turbina do avião, utilizando um aparelho de Raios X. A inspeção radiográfica das aeronaves em operação é uma ferramenta indispensável para controlar os componentes , e verificar se os mesmos permanecem na mesma condição de fabricação. Foto extraída do catálogo da Seifert Ensaio Radiográfico da Turbina de um avião A Radiologia Industrial - Ricardo Andreucci 75 valiação da Qualidade da Imagem Identificação do Filme Na identificação do filme deve conter informações importantes tais como: data do ensaio, identificação dos soldadores, no caso de juntas soldadas, identificação da peça e local examinado, número da radiografia, identificação do operador e da firma executante. Todas essas informações devem aparecer claramente no filme radiográfico, para permitir a rastreabilidade do ensaio. Tais informações poderão ser feitas a partir de letras e números de chumbo dispostos sobre o porta-filmes exposto juntamente com o filme registrando-o de modo permanente. Poderá também ser utilizado o sistema de telas fluorescentes que consiste em escrever no papel vegetal ou similiar toda a identificação do filme e o mesmo colocado junto a tela fluorescente. Este conjunto é montado previamente junto ao filme radiográfico entre a tela traseira, na câmara escura, e posteriormente exposto, registrando de modo permanente no filme, toda a identificação. Verificação da Densidade Radiográfica A densidade óptica deve ser medida a partir de aparelhos eletrônicos (densitômetro), ou fitas densitométricas calibradas, especialmente feitas para esta tarefa. A densidade deve ser sempre medida sobre área de interesse, por exemplo, sobre a imagem do cordão de solda, no caso de juntas soldadas, e o valor numérico é normalmente recomendado uma faixa de 1,8 até 4,0 HD para radiografias feitas com Raios X e de 2,0 a 4,0 para Raios Gama, sendo que a faixa mais usual é de 2,0 a 3,5 HD. Procedimentos para calibração do densitômetro e da fita densitométrica são recomendados pelo ASME Sec. V , Art.2. Defeitos de Processamento do Filme O trabalho em câmara escura após a exposição do filme corresponde a parte mais importante do processo radiográfico, pois caso ocorram falhas técnicas durante o processamento do filme, todo o serviço de preparação de exposição do filme será perdido. Tais falhas ocorrem na maioria dos casos por manuseio inadequado do filme nesta fase e podem resultar em: • Manchas Geralmente aparecem em forma arredondada que no caso esteja sobre a área de interesse poderá mascarar descontinuidades inaceitáveis. Tais manchas decorrem de pequenas gotas de água que é visível no filme somente contra a luz. A A Radiologia Industrial - Ricardo Andreucci 76 • Riscos Geralmente ocorrem por ação mecânica sobre a película superficial do filme, decorrente da sua manipulação durante a preparação e processamento. Tais riscos, visíveis sobre filme contra a luz, confundem-se com trincas, sendo assim inaceitáveis, devendo o filme ser repetido. • Dobras Assim como os riscos as dobras aparecem no filme como imagens escuras e bem pronunciadas, também decorrentes do manuseio do filme antes e durante a exposição. Por exemplo podem ocorrer com frequência em peças curvas, com raios pequenos, em que o operador para manter o porta-filme junto a peça deve força-lo a acompanhar a superfície, resultando numa dobra no filme que será observada após seu processamento. Análise do IQI O indicador de qualidade da imagem ou IQI, deve aparecer na radiografia de maneira clara que permita verificar as seguintes informações: se o número do IQI está de acordo com a faixas de espessura radiografada, se o tipo de IQI está de acordo com a norma de inspeção, se o furo ou arame essencial são visíveis sobre a área de interesse, se o posicionamento foi corretamente feito, e finalmente em se tratando do IQI ASME ou ASTM, se a densidade no corpo do IQI está dentro da tolerância em relação a área de interesse. Preparação da exposição radiográfica, fixação do IQI tipo fios sobre a solda a ser inspecionada A Radiologia Industrial - Ricardo Andreucci 79 Fonte Filme Filme Fonte Tubo Tubo Tubo (A) ( B) Técnica de exposição parede dupla e vista simples (A) e parede dupla e vista dupla (B) Técnica de Parede Dupla Vista Dupla (PDVD) Neste caso o feixe de radiação proveniente da fonte, também atravessa duas espessuras, entretanto projetará no filme a imagem de duas seções da peça, e serão objetos de interesse. Nesta técnica o cálculo do tempo de exposição deve ser levado em conta as duas espessuras das paredes que serão atravessadas pela radiação. A técnica de parede dupla e vista dupla (PDVD) é freqüentemente usada para inspeção de juntas soldadas em tubulações com diâmetros menores que 3.½ polegadas. A foto ao lado mostra um equipamento especial para radiografias de tubulações pela técnica de PS-VS, denominado de Crawler. O equipamento é introduzido dentro da tubulação, por onde percorre toda sua extensão, parando nos pontos onde a radiografia será feita. O controle da movimentação do equipamento é feita pelo lado externo da tubulação, remotamente. A Radiologia Industrial - Ricardo Andreucci 80 nterpretação dos Resultados Aparência das Descontinuidades As descontinuidades são quaisquer variações na homogeneidade de uma peça ou material, tanto em sua estrutura como em sua forma. Através da análise da influência que a descontinuidade terá sobre a utilização do material, ou do equipamento, é que poderemos definir critérios de aceitabilidade. As descontinuidades podem ser atribuídas a diferentes causas. Elas podem ocorrer durante o próprio processo de fabricação do material (por exemplo: durante a fundição), durante o processamento (por exemplo: durante a laminação, forjamento, usinagem, etc.), ou durante o uso de equipamento, em serviço (por exemplo: durante a aplicação de esforços mecânicos ou corrosão). As descontinuidades típicas mais comuns são: • Rupturas São descontinuidades típicas de processamento ocorrem tanto em materiais ferrosos como em materiais não ferrosos. Elas consistem em cavidades, pequenas e irregulares, superficiais, geralmente paralelas com os grãos. As rupturas ocorrem durante operação de forjamento, extrusão ou laminação, devido a temperaturas muito baixas, material excessivamente trabalhado ou por movimentação do material durante o processo. O ensaio radiográfico não é normalmente usado para a detecção deste tipo de descontinuidade. Fatores tais como a direção da ruptura, suas dimensões e a espessura do material diminuem a eficiência da radiografia. • Trincas de Filete São descontinuidades que ocorrem com o uso do equipamento, são trincas superficiais, que se localizam na junção dos filetes, e que se propagam para o inferior da peça. As trincas em filetes ocorrem quando houver uma brusca mudança de diâmetros, tal como a que ocorre na união da cabeça de um parafuso com a haste, onde existe um grande acúmulo de tensões. Esses defeitos não são normalmente detectadas pelo ensaio radiográfico. As descontinuidades superfícies desse tipo são de difícil avaliação na radiografia devido á pequena dimensão da trinca em relação a espessura do material. • Trincas de Esmerilhamento São descontinuidades que ocorrem durante o processamento das peças, tanto em materiais ferrosos quanto não ferrosos. São descontinuidades de pouca profundidade e muito finas, semelhantes a trincas ocasionadas por tratamento térmico. Geralmente, mas não sempre, ocorrem em grupos, e geralmente em ângulos retos com a direção de usinagem. I A Radiologia Industrial - Ricardo Andreucci 81 Esse tipo de trinca são encontradas em materiais que sofreram tratamento térmico, endurecimento superficial e de materiais cerâmicos que sofrem usinagem. São trincas térmicas causadas por superaquecimento localizado, na superfície usinada. Esse superaquecimento é causado por falha de refrigeração, velocidade muito alta ou alta velocidade de corte. • Trincas de Tratamento Térmico São falhas de processamento que ocorrem em materiais ferrosos e não ferrosos, fundidos e forjados. São falhas superficiais, geralmente de grande profundidade e em forma de forquilha. Originam-se em áreas onde ocorrem bruscas mudanças de espessura, ou áreas onde outras descontinuidades estejam expostas á superfície do material. São causados por tensões podem exceder a tensão de ruptura do material causando as trincas. Os ensaios mais recomendados para a detecção desse tipo de falhas são líquidos penetrantes e partículas magnéticas. A radiografia não é normalmente usada para detectar defeitos superficiais. • Escamas de Hidrogênio Ocorrem durante o processamento característico dos materiais ferrosos. Consistem em descontinuidades pequenas e finas, geralmente aos grãos. Aparecendo como fissuras, em uma superfície fraturada, são representadas por áreas com um brilho prateado. As escamas são fissuras internas atribuídas a tensões produzidas por uma transformação localizada por um decréscimo na solubilidade do hidrogênio durante o resfriamento após o trabalho a quente. São geralmente encontradas apenas em aços forjados de alta liga. Também são difíceis de serem detectadas por Radiografia. Descontinuidades Internas em Juntas Soldadas • Inclusão Gasosas (Poros) Durante a fusão da solda, pode haver o aprisionamento da mesma, devido a várias razões como o tipo de eletrodo utilizado, má regulagem do arco, deficiência na técnica do operador, umidade etc. Estas inclusões gasosas podem ter a forma esférica ou cilíndrica. Sua aparência radiográfica é sob a forma de pontos escuros com o contorno nítido. Algumas destas inclusões gasosas assumem uma forma alongada, cilíndrica e sua imagem radiográfica vai depender de uma orientação em relação ao feixe de radiação incidente. Outra forma típica de inclusão é aquela que tem a aparência de um galho ramificado, chamada, também, de porosidade Vermiforme. A Radiologia Industrial - Ricardo Andreucci 84 No caso de dúvidas por parte do inspetor, seria aconselhável uma mudança na direção do feixe de radiação e a utilização de filmes de granulação fina. Pode ocorrer, também, o fato das trincas não serem detectadas, principalmente quando radiografamos peças de grande espessura. Seção de uma solda contendo poro e uma trinca longitudinal no cordão • Falta de Fusão Descontinuidades em duas dimensões, devido a uma falta de fusão entre o metal depositado e o metal base. A falta de fusão só é bem caracterizada numa radiografia quando a direção do feixe incidente coincide com o plano do defeito. A imagem radiográfica da falta de fusão é uma linha escura, estreita, paralela ao eixo da solda, em um ambos os lados. Seção de uma solda contendo uma falta de fusão junto ao chanfro no cordão (Fotos extraídas do livro "Nondestructive Testing Handbook - ASNT) A Radiologia Industrial - Ricardo Andreucci 85 ritérios de Aceitação O critério de aceitação de qualquer componente inspecionado por radiografia deve ser avaliado segundo a norma ou código de projeto de construção. Não existe nenhuma possibilidade de avaliar radiografias com base em normas diferentes ou até mesmo com base na experiência do inspetor. Assim apresentamos a seguir traduções livres dos principais critérios de aceitação mais usados para vasos de pressão. Critérios para Ensaio Radiográfico de Soldas O critério de aceitação a seguir foi extraído do Código ASME Sec.VIII div.1 para vasos de pressão, sendo o mesmo aplicável a juntas soldadas de topo , dividido em dois grupos: Soldas projetadas para ensaio radiográfico total (parágrafo UW-51) e soldas projetadas para ensaio radiográfico “Spot” ( parágrafo UW-52) . As juntas soldadas de topo , de um vaso de pressão projetadas conforme o Código ASME, com eficiência 1, devem ser radiografadas totalmente , mas somente aquelas principais , classificadas como categoria A e B, como por exemplo as soldas longitudinais do casco e conexões e circulares do casco e emendas de fundos. Assim sendo, soldas circulares de conexões menores que 10” de diâmetro , soldas entre conexões e casco , não estão sujeitas ao ensaio radiográfico (ver UW-11 do referido Código). As juntas soldadas de topo , de um vaso , projetadas conforme o Código ASME com eficiência 0,85, devem ser radiografadas conforme os critérios do ensaio “Spot”. Neste caso , o ensaio deve ser aplicado para cada soldador ou conjunto de soldadores que participaram da soldagem do casco ou fundos do vaso. A extensão mínima destas soldas deve ser de 152 mm, na prática utiliza-se metade do comprimento do filme padrão ( 8.1/2”) que excede 152 mm. Portanto, antes de ser aplicado o ensaio “Spot” deve ser verificado no vaso os soldadores que participaram das soldagens, para se estabelecer a quantidade de filmes necessários. • Critério de Aceitação para radiografia total (UW-51) As soldas deverão estar livres de: (1) qualquer indicação caracterizada como trinca , zona de fusão ou penetração incompleta ; (2) qualquer outra indicação alongada na radiografia que tenha um comprimento maior que: (a) ¼ pol. para t até ¾ pol. ; (b) 1/3.t pata t de ¾ pol. até 2.1/4 pol. (c) ¾ pol. para t acima de 2.1/4 pol. C A Radiologia Industrial - Ricardo Andreucci 86 onde t é a espessura da solda excluindo qualquer reforço permitido. Para juntas de topo que tenham diferentes espessuras de soldas , t é a mais fina das dessas espessuras. (3) qualquer grupo de indicações alinhadas que tenham um comprimento agregado maior que t num comprimento de 12 .t exceto , quando a distância entre duas imperfeições sucessivas exceder a 6.L onde L é o comprimento da mais longa imperfeição no grupo. 12.t L1 L2 L3 Ln C cordão de solda Obs: C < 6 x o comprimento da maior indicação do grupo L1 + L2 + L3 + .... + Ln < t ( espessura do metal base) (4) indicações arredondadas em excesso ao especificado no padrão de aceitação do ASME Sec.VIII Div.1 Ap.4 . As descontinuidades arredondadas poderão ser comparadas diretamente com os limites indicados nos padrões reproduzidos. • Critério de Aceitação para radiografia “Spot” (UW-52) As soldas deverão estar livres de: (1) qualquer indicação caracterizada como trinca , zona de fusão ou penetração incompleta ; (2) qualquer outra indicação alongada na radiografia que tenha um comprimento maior que: 2/3. t onde t é a espessura da solda excluindo qualquer reforço permitido. Para juntas de topo que tenham diferentes espessuras de soldas , t é a mais fina das dessas espessuras. A Radiologia Industrial - Ricardo Andreucci 89 abelas Úteis TABELA DE CONVERSÃO ENTRE POLEGADAS E MILÍMETROS Pol. mm Pol. mm Pol. mm 1/64 0,39 12 304,8 28 711,2 1/32 0,79 12.1/2 317,5 28.1/2 723,9 1/16 1,58 13 330,2 29 736,6 1/8 3,17 13.1/2 342,9 29.1/2 749,3 1/4 6,35 14 355,6 30 762,0 5/16 7,93 14.1/2 368,3 30.1/2 774,7 3/8 9,52 15 381,0 31 787,4 1/2 12,7 15.1/2 393,7 31.1/2 800,1 5/8 15,87 16 406,4 32 812,8 3/4 19,05 16.1/2 419,1 32.1/2 825,5 1 25,4 17 431,8 33 838,2 1.1/2 38,1 17.1/2 444,5 33.1/2 850,9 2 50,8 18 457,2 34 863,6 2.1/2 63,5 18.1/2 469,9 34.1/2 876,3 3 76,2 19 482,6 35 889,0 3.1/2 88,9 19.1/2 495,3 35.1/2 901,7 4 101,6 20 508,0 36 914,4 4.1/2 114,3 20.1/2 520,7 36.1/2 927,1 5 127,0 21 533,4 37 939,8 5.1/2 139,7 21.1/2 546,1 37.1/2 952,5 6 152,4 22 558,8 38 965,2 6.1/2 165,1 22.1/2 571,5 38.1/2 977,9 7 177,8 23 584,2 39 990,6 7.1/2 190,5 23.1/2 596,9 39.1/2 1003,3 8 203,2 24 609,6 40 1016,0 8.1/2 215,9 24.1/2 622,3 40.1/2 1028,7 9 228,6 25 635,0 41 1041,4 9.1/2 241,3 25.1/2 647,7 41.1/2 1054,1 10 254,0 26 660,4 42 1066,8 10.1/2 266,7 26.1/2 673,1 42.1/2 1079,5 11 279,4 27 685,8 43 1092,2 11.1/2 292,1 27.1/2 698,5 43.1/2 1104,9 T A Radiologia Industrial - Ricardo Andreucci 90 REQUISITOS RECOMENDADOS PARA PROCESSAMENTO MANUAL DE FILMES Fase do Processa mento Revelação Banho de Parada Fixação Lavage m Final Agente Umectante Secagem Composi- ção ou tipo da solução G 127 (ver nota 2) 30 ml de ácido acético glacial por litro de água G 321 (ver nota 2) Água Corrente 0,25% em vol. de Agepon (ver nota 2) estufa Tempo do Banho Temp.(C) Tempo (min.) 18 ............. 6 20 ............. 5 22 ............. 4 24 ............. 3,5 26 ............. 3 de 30 a 60 segundos No mínimo 2 vezes o tempo de clareamento (ver nota 1) A temperatura do fixador deve ser a mesma que a do revelador 20 minutos 2 minutos ar frio por 30 min. + ar quente por 15 min. Notas da Tabela : 1. Durante o uso, cada dia, a solução fixadora deve ser verificada antes de iniciar a revelação através do tempo de clareamento, que é o intervalo de tempo entre a colocação do filme na solução fixadora e o desaparecimento do amarelado original do filme. Se o tempo de clareamento exceder a 2,5 min. Então a solução fixadora deve ser trocada ou restaurada de acordo com as recomendações do fabricante. 2. As soluções químicas devem ser trocadas e/ou restauradas de acordo com as recomendações do fabricante. A Radiologia Industrial - Ricardo Andreucci 91 Número de filmes Requeridos para Juntas Circunferenciais Totalmente Radiografadas Diâmetro Nominal ( in.) Diâmetro externo (mm) Faixa de Espessura (mm) de até Número de filmes Compr. do Filme (mm) Sobreposição nominal (mm) Sobreposição mínima (mm) - <89,0 > 3,0 12,7 3 88,9 x 215,9 - - - < 89,0 > 3,0 12,7 2 88,9 x 215,9 - 4 114 > 6,35 25,4 4 88,9 x 215,9 126 30 5 141 > 6,35 25,4 4 88,9 x 215,9 101 30 6 168 > 6,35 25,4 4 88,9 x 215,9 84 30 8 219 > 6,35 25,4 4 88,9 x 215,9 44 30 10 273 > 6,35 25,4 4 217 30 12 323,8 > 6,35 25,4 4 177 30 14 355,6 > 6,35 25,4 5 152 30 16 406,4 > 6,35 25,4 5 112 30 18 457,2 > 6,35 25,4 5 73 30 20 508,0 > 6,35 25,4 5 123 30 22 558,8 > 6,35 25,4 5 88,9 x 431,8 81 30 24 609,6 > 6,35 25,4 6 or 49 30 28 711,2 > 9,5 25,4 6 114,3 x 431,8 59 30 30 762,0 > 9,5 25,4 7 88 30 34 863,6 > 9,5 25,4 7 44 30 36 914,4 > 9,5 25,4 8 73 30 40 1016,0 > 9,5 25,4 9 77 30 44 1117,8 > 9,5 25,4 10 81 30 46 1168,4 > 9,5 25,4 10 65 30 > 46 > 1168,4 > 9,5 63,5 - - 30 OBS: Esta Tabela poderá ser utilizada como referência . A norma ou especificação aplicável deverá ser observada. Valores de X1/2 ou HVL e TVL para alguns materiais FONTE DE Alumínio ( cm ) Chumbo ( cm ) Concreto ( cm ) Aço ( cm ) RADIAÇÃO HVL TVL HVL TVL HVL TVL HVL TVL Raios X 100 kVp 10,24 34,00 0,026 0,087 1,65 5,42 - - Raios X 200 kVp 2,20 7,32 0,043 0,142 2,59 8,55 - - Raios X 250 kVp * - - 0,088 0,29 0,28 0,94 - - Raios X 300 kVp * - - 0,147 0,48 0,31 1,04 - - Raios X 400 kVp * - - 0,25 0,83 0,33 1,09 - - Iridio 192 3,66 12,16 0,55 1,90 4,30 14,00 1,30 4,30 Cobalto 60 5,36 17,80 1,10 4,00 6,30 20,30 2,00 6,70 Césio 137 4,17 13,85 0,65 2,20 4,90 16,30 1,60 5,40 Fonte: IAEA , Manual on Gamma Radiography , e NCRP * valores aproximados obtidos para voltagem de pico de um tubo direcional para uso médico A Radiologia Industrial - Ricardo Andreucci 94 bras Consultadas Código ASME Sec. V e VIII Div.1 e 2 , "American Society of Mechanical Engineer, New York, Ed.2001 Leite, P. GP, "Curso de Ensaios Não Destrutivos", São Paulo, 8a ed. USA, EASTMAN KODAK COMPANY, "Radiography in Modern Industry" , 4a Ed. New York, 1974 Sanchez,W. ; "Ensaios Não Destrutivos pela Técnica de Raios X e Gama", Informação Nr.29 IEA, Instituto de Energia Atômica, São Paulo , 1974 Bélgica , Agfa Gevaert, "Radiografia Industrial" Mc Gonnagle, Warren J. ; "Nondestructive Testing", McGraw-Hill Book Company, New York, 1961 BRYANT,L., Nondestructive Testing Handbook - Radiography and Radiation Testing , 2a Edição, Ohio/USA , ASNT , vol. 3 ALMENDRA, A. Carlos e outros, Soldagem, 1a Edição, São Paulo, SENAI, 1997, vol.1 BRITO, Ricardo R.Azevedo e Outros; "Guia Prático em Segurança Radiológica para contratação de Serviços de Radiografia Industrial", Rio de Janeiro, PETROBRAS, Jun./2000 DGZfP - Proceedings BB 67-CD - "Computerized Tomography for Industrial Applications and Image Processing in Radiology" , Março,/1999, Berlin, Germany Website da AGFA em http://ndt.agfa.com "RadView" , Jul. 2002 D.Stegemann , "Radiografia e Radioscopia Técnica de Microfoco" , Alemanha, KFA, 1995 O A Radiologia Industrial - Ricardo Andreucci 95 DIREITOS RESERVADOS PARA PUBLICAÇÃO E VENDAS COM A AUTORIZAÇÃO DO AUTOR ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE ENSAIOS NÃO DESTRUTIVOS Rua Guapiaçu 05 , 04024-020 , São Paulo / SP Tel: 0XX-11-5586-3199 setor de publicações , e-mail : abende@abende.org.br ou com o autor: r.andreucci@plugnet.com.br