[Ensaios Destrutivos e Não Destrutivos] Aula 17 - Ensaio de Partículas Magnéticas

[Ensaios Destrutivos e Não Destrutivos] Aula 17 - Ensaio de Partículas Magnéticas

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Prof. Brenno Ferreira de Souza – Engenheiro Metalúrgico

Introdução

O ensaio por partículas magnéticas é largamente utilizado nas indústrias para detectar descontinuidades superficiais e subsuperficiais, até aproximadamente 3mm de profundidade, em materiais ferromagnéticos.

•Ferromagnéticos: nome dado aos materiais que são fortemente atraídos pelo ímã, como ferro, níquel, cobalto e quase todos os tipos de aço.

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Introdução

Para melhor compreender o ensaio, é necessário saber o que significam os termos a seguir:

•campo magnético; •linhas de força do campo magnético;

•campo de fuga.

Observe novamente a figura que mostra a limalha de ferro sobre um vidro:

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Campo Magnético

Chamamos de campo magnético a região que circunda o ímã e está sob o efeito dessas

“forças invisíveis”, que são as forças magnéticas.

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Campo Magnético

O campo magnético pode ser representado por linhas chamadas linhas de indução magnética, linhas de força do campo magnético, ou ainda, linhas de fluxo do campo magnético.

•Em qualquer ímã, essas linhas saem do pólo norte do ímã e caminham na direção do seu pólo sul.

Atenção: Nas linhas de fluxo do campo magnético não há transporte de qualquer tipo de material de um pólo a outro.

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O Início da Pesquisa

No início do século, W. E. Hoke observou que, ao usinar peças de ferro e aço num torno com mandril imantado, as finas limalhas eram atraídas para rachaduras visíveis, existentes nas peças.

Fenômeno observado:

•As linhas de fluxo que passam por um material submetido a um campo magnético são alteradas por descontinuidades existentes no material.

Esta observação ajudou a desenvolver pesquisas em andamento, culminando com o surgimento do ensaio por partículas magnéticas.

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Campos de Fuga

Mas por que as partículas de limalha se agrupam nas descontinuidades? Observe as figuras a seguir:

Na descontinuidade há nova polarização do ímã, repelindo as linhas de fluxo. A esta repulsão chamamos de campo de fuga.

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Campos de Fuga

O que ocorre com uma peça de aço, por exemplo, quando submetida a um campo magnético? Veja a figura abaixo:

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Campos de Fuga

Primeiro observe que as linhas de fluxo do campo magnético passam através da peça, imantando-a. Observe ainda que:

•As linhas de fluxo da peça são repelidas pelas descontinuidades devido à sua polarização, gerando o campo de fuga;

•Esta polarização atrai a limalha, revelando a descontinuidade;

•Quando o campo de fuga não atinge a superfície, não há atração das partículas de limalha.

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Indução de Campos Magnéticos

A formação de campos magnéticos não é exclusividade dos pólos terrestres e nem dos ímãs permanentes.

Se passarmos corrente elétrica por um fio condutor, haverá formação de campo magnético ao redor desse condutor.

Portanto, a corrente elétrica também gera campo magnético.

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Indução de Campos Magnéticos

Portanto, a corrente elétrica também gera campo magnético.

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Indução de Campos Magnéticos

O campo magnético é mais intenso quando a corrente elétrica, em vez de passar por um fio reto, passa por um condutor enrolado em espiral (bobina).

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Indução de Campos Magnéticos

Uma barra de material ferromagnético, colocada no interior da bobina, aumenta muitas vezes o campo magnético produzido pela corrente da bobina.

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O Ensaio

Partículas magnéticas nada mais são do que um substituto para a limalha de ferro.

São constituídas de pós de ferro, óxidos de ferro muito finos e, portanto, com propriedades magnéticas semelhantes às do ferro.

Embora chamadas de “partículas magnéticas”, na realidade elas são partículas magnetizáveis e não pequenos ímãs ou pó de ímã.

Agora você deve estar pronto para conhecer o ensaio por partículas magnéticas.

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Etapas do Ensaio

As etapas do ensaio de partículas magnéticas são:

1. Preparação e limpeza da superfície

2. Magnetização da peça

3. Aplicação das partículas magnéticas

4. Inspeção da peça e limpeza 5. Desmagnetização da peça

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Preparação e Limpeza da Superfície

Em geral, o ensaio é realizado em peças e produtos acabados, semi-acabados ou em uso.

O objetivo dessa etapa é remover sujeira, oxidação, carepas, respingos ou inclusões, graxas etc. da superfície em exame.

Essas impurezas prejudicam o ensaio, formando falsos campos de fuga ou contaminando as partículas e impedindo seu reaproveitamento.

•Carepa: camada de óxidos formada nas superfícies da peça, em decorrência de sua permanência a temperaturas elevadas, na presença de oxigênio.

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Preparação e Limpeza da Superfície

Os métodos mais utilizados para a limpeza das peças são:

•jato de areia ou granalha de aço; •escovas de aço;

•solventes.

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

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Magnetização da Peça

A figura a seguir mostra que, quando a descontinuidade é paralela às linhas de fluxo do campo magnético, o campo de fuga é pequeno e o ensaio tem menor sensibilidade.

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Magnetização da Peça

Se é perpendicular às linhas de fluxo do campo magnético, o campo de fuga é maior, dando maior sensibilidade ao ensaio.

Devido às dimensões, à geometria variada das peças e à necessidade de gerarmos campos magnéticos ora longitudinais, ora transversais, foram desenvolvidos vários métodos de magnetização das peças.

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Magnetização da Peça

Existem diferentes métodos para magnetização da peça:

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Magnetização da Peça

Para cada método existe uma técnica de magnetização e um equipamento adequado:

Magnetização por indução de campo magnético:

Neste caso, as peças são colocadas dentro do campo magnético do equipamento, fazendo-se então com que as linhas de fluxo atravessem a peça.

As linhas de fluxo podem ser longitudinais ou circulares, dependendo do método de magnetização, que é escolhido em função do tipo de descontinuidade a verificar.

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Magnetização da Peça

•Por bobinas eletromagnéticas - A peça é colocada no interior de uma bobina eletromagnética. Ao circular corrente elétrica pela bobina, forma-se um campo longitudinal na peça por indução magnética.

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Magnetização da Peça

•Por yoke (yoke é o nome dado ao equipamento):

Nesta técnica, a magnetização é feita pela indução de um campo magnético, gerado por um eletroímã em forma de “U” invertido que é apoiado na peça a ser examinada.

•Quando este eletroímã é percorrido pela corrente elétrica (C ou CA), gera-se na peça um campo magnético longitudinal entre as pernas do yoke.

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Equipamento Yoke 24

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Magnetização da Peça

•Por condutor central - Técnica usual para ensaio de tubos. Um condutor elétrico, que irá induzir um campo magnético circular, é introduzido no tubo, facilitando a visualização das suas descontinuidades longitudinais.

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Magnetização da Peça

Magnetização por passagem de corrente

Neste caso, faz-se passar uma corrente elétrica através da peça. A peça funciona como um condutor, gerando ao redor dela seu próprio campo magnético.

•Por eletrodos: É a magnetização pela utilização de eletrodos; quando apoiados na superfície da peça, eles permitem a passagem de corrente na mesma. O campo formado é circular.

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Magnetização da Peça 27

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Magnetização da Peça

•Por contato direto: Tem sua maior aplicação em máquinas estacionárias. A magnetização é efetuada pela passagem de corrente de uma extremidade da peça à outra. O campo magnético que se forma é circular.

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Magnetização da Peça

Indução/passagem de corrente (método multidirecional)

Dois campos magnéticos, um circular e outro longitudinal ou dois longitudinais perpendiculares são aplicados simultaneamente à peça ensaiada. Isso é feito quando queremos detectar, numa única operação, descontinuidades em qualquer direção.

A vantagem desta técnica é que ela permite analisar as peças de uma única vez. A dificuldade principal é conseguir um equilíbrio entre os dois campos, de modo que um não se sobreponha ao outro.

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Técnicas de Ensaios

Você já deve ter atraído agulhas e alfinetes com ímãs. Depois de retirar estes objetos do contato com o ímã, observou que eles ainda se atraíam mutuamente.

Há materiais que depois de magnetizados retêm parte deste magnetismo, mesmo com a remoção do campo magnetizante.

São materiais com alto magnetismo residual. Há ainda aqueles que não retêm o magnetismo, após a remoção do campo magnetizante.

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Técnicas de Ensaios

Estas diferenças permitem o ensaio por meio de duas técnicas:

•Técnica do campo contínuo - As partículas magnéticas são aplicadas quando a peça está sob efeito do campo magnético. Após a retirada desse campo, não há magnetismo residual.

•Técnica do campo residual - Nesta técnica, as partículas são aplicadas depois que a peça sai da influência do campo magnético, isto é, o ensaio é realizado apenas com o magnetismo residual. Neste caso, depois do ensaio é necessário desmagnetizar a peça.

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Técnicas de Ensaio

Neste ponto, estamos com a peça magnetizada e pronta para receber as partículas magnéticas.

Mas como verificar se o campo magnético gerado é suficiente para detectar as descontinuidades?

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

Existem várias maneiras de verificar isto:

•com aparelhos medidores de campo magnético; •aplicando o ensaio em peças com defeitos conhecidos;

•utilizando-se padrões normalizados com descontinuidades conhecidas;

•no caso do yoke, ele deve gerar um campo magnético suficiente para levantar, no mínimo, 4,5 kgf em corrente alternada e 18,1 kgf em corrente contínua.

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Técnicas de Ensaio

Técnica de varredura - Para garantir que toda a peça foi submetida ao campo magnético, efetuamos uma varredura magnética.

Depois de escolhida a técnica de magnetização, é necessário esquematizar na peça qual será o formato do campo magnético.

Deve-se observar se toda ela será submetida a campos magnéticos, defasados de 90° um do outro, e também verificar se este campo será aplicado na peça inteira, isto é, se será feita uma varredura magnética total da mesma.

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Aplicação das Partículas

Magnéticas

As partículas magnéticas são fornecidas na forma de pó, em pasta ou ainda em pó suspenso em líquido (concentrado).

Podem ainda ser fornecidas em diversas cores, para inspeção com luz branca, ou como partículas fluorescentes, para inspeção com luz negra.

Portanto, os métodos de ensaio podem ser classificados:

•a) Quanto à forma de aplicação da partícula magnética:

•Via seca: pó •Via úmida: suspensa em líquido

•b) Quanto à forma de inspeção:

•Visíveis: luz branca •Fluorescentes: luz negra

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Aplicação das Partículas

Magnéticas

Via seca - As partículas magnéticas para esta finalidade não requerem preparação prévia. São aplicadas diretamente sobre a superfície magnetizada da peça, por aplicadores de pó manuais ou bombas de pulverização. As partículas podem ser recuperadas, desde que a peça ensaiada permita que elas sejam recolhidas isentas de contaminação.

Via úmida - Neste método, as partículas possuem granulometria muito fina, o que permite detectar descontinuidades muito pequenas. As partículas são fornecidas pelos fabricantes na forma de pó ou em suspensão (concentrada) em líquido. Para a aplicação, devem ser preparadas adequadamente, segundo norma específica (são diluídas em líquido, que pode ser água, querosene ou óleo leve).

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Aplicação das Partículas Magnéticas

Para verificar a concentração das partículas no líquido:

•coloca-se 100 ml da suspensão num tubo padrão graduado;

•depois de 30 minutos, verifica-se o volume de partículas que se depositaram no fundo.

Os valores recomendados são:

•1,2 a 2,4 ml para inspeção por via úmida visível em luz branca;

•0,1 a 0,7 ml para inspeção por via úmida visível em luz negra.

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Aplicação das Partículas Magnéticas

A aplicação é realizada na forma de chuveiros de baixa pressão, borrifadores manuais ou simplesmente derramando- se a mistura sobre as peças.

Para melhor visualizar as partículas magnéticas, podemos aplicar previamente sobre a superfície da peça um “contraste”, que é uma tinta branca na forma de spray.

As partículas magnéticas (via seca e via úmida) são fornecidas em diversas cores, para facilitar a visualização das descontinuidades na peça ensaiada.

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Inspeção e Limpeza

Esta etapa é realizada imediatamente após ou junto com a etapa anterior. Aplicam-se as partículas magnéticas e efetua-se, em seguida, a observação e avaliação das indicações.

Feita a inspeção, registram-se os resultados e promove-se a limpeza da peça, reaproveitando-se as partículas, se possível.

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Desmagnetização

Se a peça apresentar magnetismo residual, deverá ser desmagnetizada.

A desmagnetização é feita em materiais que retêm parte do magnetismo, depois que se interrompe a força magnetizante.

A desmagnetização evita problemas como:

•Interferência na usinagem - Peças com magnetismo residual, ao serem usinadas, vão magnetizar as ferramentas de corte e os cavacos. Cavacos grudados na ferramenta contribuirão para a perda de seu corte.

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Desmagnetização

•Interferência na soldagem - Há o desvio do arco elétrico, devido à magnetização residual, o que prejudica a qualidade do cordão de solda. Esse fenômeno é conhecido como sopro magnético.

•Interferência em instrumentos - O magnetismo residual da peça irá afetar instrumentos de medição, quando colocados num mesmo conjunto.

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Desmagnetização

Não é necessário proceder à desmagnetização quando os materiais e as peças:

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