[Ensaios Destrutivos e Não Destrutivos] Aula 18 - Ensaio de Ultra-Som

[Ensaios Destrutivos e Não Destrutivos] Aula 18 - Ensaio de Ultra-Som

Prof. Brenno Ferreira de Souza – Engenheiro Metalúrgico

Introdução

O ensaio ultra-sônico baseia-se no fenômeno de reflexão de ondas acústicas quando encontram obstáculos à sua propagação, dentro do material.

A onda será refletida retornando até a sua fonte geradora, se o obstáculo estiver numa posição normal (perpendicular) em relação ao feixe incidente.

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O Ensaio

O ultra-som é o método de ensaio não destrutivo mais utilizado mundialmente para o ensaio de descontinuidades internas nos materiais.

Ultra-som são ondas acústicas com freqüências acima do limite audível.

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

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Como é feito?

O pulso ultra-sônico é transmitido para o material através de um transdutor especial, usualmente denominado de cabeçote.

Os pulsos ultra-sônicos refletidos por uma descontinuidade, ou pela superfície oposta da peça ( ecos de fundo ), são captados pelo transdutor, convertidos em sinais eletrônicos e mostrados na tela plana de cristal líquido do aparelho.

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A medição

Geralmente, as dimensões reais de uma descontinuidade interna podem ser estimadas com uma razoável precisão através da altura dos ecos refletidos, fornecendo meios para que a peça possa ser aceita, ou rejeitada, baseando-se nos critérios de aceitação da norma aplicável.

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Aplicação

As maiores aplicações deste ensaio são os ensaios em soldas, laminados, forjados, fundidos, materiais compostos, medição de espessura, corrosão, etc.

O ensaio ultra-sônico é, sem sombra de dúvidas, o método de ensaio não destrutivo mais utilizado e o que apresenta o maior crescimento, para a detecção de descontinuidades internas.

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Aplicação

Isto se deve a:

•facilidade na execução do ensaio; •baixo investimento.

•velocidade de realização;

•alta sensibilidade;

•ampla gama de espessuras que podem ser ensaiadas (acima de 10mm em aço)

Por muito tempo o ultra-som tem sido empregado nos ensaios de aprovação, controle de processo, inspeção de aeronaves e nas indústrias nuclear, petroquímica e siderurgia.

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Aplicação

É utilizado na caracterização de materiais; um exemplo típico é a avaliação da resistência do cimento baseada na velocidade de propagação do som, ou na determinação do grau de nodularização de ferro fundido nodular utilizado em pontas de eixo da industria automobilística.

As aplicações mais recentes ocorrem no controle da qualidade de materiais compostos, no ensaio de uniões coladas de madeira, plásticos, metais e no controle de solda a ponto.

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Equipamento

A escolha do equipamento, transdutores e os procedimentos de ensaio requerem um cuidadoso estudo para que se obtenha o nível de sensibilidade requerido e a correta interpretação do resultado.

•Equipamento de transdutor por transparência;

•Equipamento de transdutor monocristal(pulsoeco);

•Equipamento de transdutor duplo-cristral;

•Equipamento de transdutor angular.

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Equipamento 10

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Técnica por Transparência

A técnica por transparência é simples, não havendo descontinuidades no material, o receptor recebe aproximadamente 100% do sinal emitido.

Havendo descontinuidades, o receptor recebe uma porcentagem inferior ao sinal emitido.

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Técnica por Transparência

Ela não é apropriada para processos de medições manuais, por diversas razões:

•cansaço em segurar dois cabeçotes; •a face posterior da peça pode ser inacessível;

•dificuldade de bom acoplamento dos dois lados;

•dificuldade de posicionar corretamente os dois cabeçotes;

•dificuldade em manusear o equipamento e os dois cabeçotes ao mesmo tempo.

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Técnica por Monocristal

Geralmente usamos os transdutores do tipo monocristal, emissor e receptor (pulso-eco), pela facilidade de manuseio e de operação.

É possível fazer uma medição precisa quando o transdutor não está emitindo sinal durante a chegada de um eco.

Neste caso, as ondas ultrasônicas têm de ser pulsantes para que o cristal possa receber os ecos de retorno nos intervalos de pulsação.

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Técnica por Monocristal

É fácil entender que, se o pulso emissor bater numa descontinuidade muito próxima da superfície, haverá um eco retornando, antes de terminar a emissão.

Neste caso, o sinal da descontinuidade não é percebido.

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Técnica por Monocristal

Para ensaiar peças com pouca espessura, nas quais se espera encontrar descontinuidades próximas à superfície, os transdutores pulso-eco não são adequados, pelos motivos já vistos.

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

Os transdutores TR são usados freqüentemente para verificar dimensões de materiais e detectar, localizar e avaliar falhas subsuperficiais.

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Transdutor Angular

Imagine a colocação de transdutores planos sobre um cordão de solda ou tubos. Não teríamos acoplamento suficiente para o ensaio.

Neste caso, usamos os transdutores angulares, que possibilitam um acoplamento perfeito e a detecção das descontinuidades.

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Equipamento 17

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Técnicas de Ensaio

As técnicas ultra-sônicas são, basicamente, divididas em duas:

•técnicas de contato e •técnicas sem contato (imersão).

Na técnica de contato o transdutor é diretamente aplicado no objeto usando-se água, óleo ou outros agentes que sirvam de meio acoplante;

influência da variação do acoplamento

Na técnica sem contato o transdutor é manipulado a uma certa distância do objeto de ensaio, dentro de um meio que pode ser água ou óleo leve; isto traz vantagens por eliminar a 18

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Técnicas de Ensaio

operação, velocidade necessária para a inspeção, etc

A escolha da técnica deverá ser feita levando-se em consideração a sensibilidade, forma geométrica da peça, tipo e orientação da descontinuidade, simplicidade de

A técnica de contato é mais aplicada a produtos de grandes dimensões e estruturas soldadas, ao passo que a técnica de imersão é utilizada para o ensaio de grandes lotes de peças pequenas e idênticas através de sistemas automatizados, especialmente na indústria automobilística e aeronáutica onde se exige alta sensibilidade no ensaio.

Em ambos os casos a avaliação da descontinuidade é baseada na comparação entre os sinais obtidos através dos blocos de calibração com descontinuidades artificiais com dimensões e localizações conhecidas, com aqueles obtidos da peça ensaiada.

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O Resultado

As descontinuidades se tornam visíveis na tela de cristal liquido sob a forma de um ecograma produzido por um sinal eletrônico (sinal do eco x tempo).

Além deste tipo de apresentação, o qual é o mais comum, existem outros métodos mais sofisticados tais como o que mostra toda uma secção da peça com todas as suas relativas descontinuidades.

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O Resultado 21

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O Resultado 2

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Limitação

Materiais com alta atenuação acústica

(madeira, concreto, certos fundidos e metais não ferrosos), ou a alta temperatura, são ensaios de difícil realização;

Peças com formato complexo;

A sensibilidade do ensaio é afetada pela condição superficial do objeto;

A relativa dificuldade na interpretação do sinal, a qual requer um longo treinamento.

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Niquelândia, 2011 brenno.senai@sistemafieg.org.br 24

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