FATEC - Particulas magnéticas (67Pg)

FATEC - Particulas magnéticas (67Pg)

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Ed. Jan/ 2007 Ed. Jan/ 2007

Ensaio por Partículas Magnéticas Ricardo Andreucci Jan./2007 1

Prefácio

“Este trabalho representa um guia básico para programas de estudos e treinamento de pessoal em Ensaio por Partículas Magnéticas, 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 pelo método de ensaio superficial."

O Autor

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Copyright ã

ANDREUCCI, Assessoria e Serviços Técnicos Ltda e-mail: andreucci@ajato.com.br

Esta publicação poderá ser obtida gratuitamente através de download nos seguintes web sites:

w.infosolda.com.br/ andreucci w.abende.org.br

Edição: Jan. / 2007

Ricardo Andreucci

• Professor da Faculdade de Tecnologia de São Paulo - FATEC/ SP, nas disciplinas de Controle da

Qualidade do Curso de Soldagem e da Universidade São Camilo;

• Qualificado e Certificado pelo IBQN como Nível I nos métodos de ensaio radiográfico, partículas magnéticas ultra-som e líquidos penetrantes, conforme norma CNEN-N 1.17

• Membro da Comissão de Segurança e Radioproteção da Associação Brasileira de Ensaios

Não Destrutivos - ABENDE.

Técnicos Ltda.

• Consultor Técnico como Nível I de END para importantes empresas brasileiras e do exterior

• Participante como Autor do livro "Soldagem" editado pelo SENAI / SP

• Autor do Livro "Curso Básico de Proteção Radiológica" - ABENDE / SP

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umário
Generalidades
Descrição aplicabilidade do Ensaio
Magnetismo
Polos Magnéticos
O campo magnético

Assunto Pág.

Unidades e Grandezas utilizadas no Magnetismo
Fluxo Magnético
Permeabilidade Magnética
Classificação dos Materiais
Campo de Fuga
Métodos e Técnicas de Magnetização
Tipos de correntes elétricas utilizadas
A técnica dos eletrodos
A técnicas por Contato direto
A técnica da bobina
A técnica do Yoke
A técnica do condutor central
Desmagnetização
Métodos de Ensaio e Tipos de Partículas
Via seca
Via úmida
Escolha do tipo de partículas
Acuidade Visual do Inspetor
Procedimento para Ensaio
Calibração de Equipamentos
Critérios de Aceitação das Indicações
ASME Sec. VIII Div. 1 Ap.6 e Div.2 Ap. 9
AWS D1.1
Registro das Indicações
Segurança no Ensaio
Indicações Produzidas
Questões para Estudo

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eneralidades

Descrição e Aplicabilidade do Método:.

O ensaio por partículas magnéticas é utilizado na localização de descontinuidades superficiais e sub-superficiais em materiais ferromagnéticos. Pode ser aplicado tanto em peças acabadas quanto semi-acabadas e durante as etapas de fabricação. O processo consiste em submeter a peça, ou parte desta, a um campo magnético. Na região magnetizada da peça, as descontinuidades existentes, ou seja a falta de continuidade das propriedades magnéticas do material, irão causar um campo de fuga do fluxo magnético. Com a aplicação das partículas ferromagnéticas, ocorrerá a aglomeração destas nos campos de fuga, uma vez que serão por eles atraídas devido ao surgimento de pólos magnéticos. A aglomeração indicará o contorno do campo de fuga, fornecendo a visualização do formato e da extensão da extensão da descontinuidade.

Magnetismo:

Todos nós conhecemos os imãs e dizemos que um material ferromagnético nas proximidades de um imã é por este atraído. O magnetismo é um fenômeno de atração que existe entre esses materiais. Nota-se que por vezes o fenômeno pode ser de repulsão ou de atração. Os imãs podem ser naturais, conhecidos como “pedras-imãs” e os artificiais, fabricados a partir de aços com propriedades magnéticas específicas para esse fim. A palavra “magnetismo” vem de Magnésia

natural

na Turquia onde séculos atrás observou-se o minério magnetita que é um imã

N S campo magnético

O Imã Permanente Pólos Magnéticos:

Quando estudamos uma barra imantada, verificamos que as características magnéticas da barra não são iguais ao longo da mesma, porém verificamos que ocorre uma concentração da força magnética de atração ou repulsão nas extremidades. A estes pontos onde se manifestam a atração com maior intensidade damos o nome de pólos magnéticos.

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Se dispusermos de duas barras imantadas e colocarmos uma próxima da outra, deixando uma fixa e a outra livre, verificaremos que ocorrerá uma força de atração entre as barras de modo a fazer com que se unam. No entanto, se separarmos as

barras e girarmos a barra móvel de 180° e novamente aproximarmos, verificaremos que ao invés de ocorrer a atração, ocorrerá a força de repulsão, o que nos leva a concluir que temos duas espécies de pólos. Uma que promove a atração e o outro que promove a repulsão. Isto é, numa mesma barra os pólos não são iguais. É por isso que se diz que pólos iguais se repelem e pólos diferentes se atraem.

O Campo magnético

Uma região do espaço que foi modificada pela presença de um imã , recebe a denominação de campo magnético. O campo magnético pode ser visualizado quando limalha de material ferromagnético é pulverizado sobre um imã. Tais partículas se comportam como minúsculos imãs e se alinham na direção do campo magnético, formando o que chamamos de linhas de indução ou linhas de fluxo. As linhas de indução são sempre contínuas e mostram claramente a forma do campo magnético.

Forma do campo magnético produzido por uma barra imantada e visualizada por limalha de ferro

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nidades e Grandezas utilizadas no Magnetismo

Vetor Indução Magnética

Para caracterizar a ação de um imã em cada ponto do campo magnético, associase a esse ponto um vetor, denominado vetor indução magnética simbolizado por

“ B ”

A unidade de medida do módulo do vetor indução no sistema internacional (MKSA) denomina-se Tesla ( T ) ou Gauss1 ( G ) que é simplesmente a medida da concentração das linhas de indução numa pequena região espacial que contém o ponto considerado. Quando as linhas de indução são paralelas entre si , o vetor indução naquela região é constante em qualquer ponto.

1 Tesla = 104 Gauss

A produção de campos magnéticos não se prende somente à presença de imãs. Em 1820 o físico Hans Christian Oersted2 descobriu que a passagem de corrente elétrica por um fio condutor também produzia um campo magnético com a forma circular ao redor do condutor, com intensidade proporcional ao valor da corrente elétrica aplicada.

U Johann Carl Friedrich Gauss nasceu em 30 de abril de 1777 na cidade de

Brunswick, hoje alemanha. Trabalhou em diversos campos da matemática e da física dentre eles a teoria dos números, geometria diferencial, magnetismo, astronomia e ótica. Em 1832, Gauss e Weber começaram a investigar a teoria de magnetismo terrestre depois de Alexander von Humboldt ter tentado obter ajuda de Gauss para fazer um grid de pontos de observação magnética ao redor da

Terra. Gauss estava entusiasmado por este projeto e, antes de 1840, já tinha escrito três importantes documentos sobre o assunto: Intensitas vis magneticae terrestris ad mensuram absolutam revocata (1832), Allgemeine Theorie des Erdmagnetismus (1839) e Allgemeine Lehrsätze in Beziehung auf die im verkehrten Verhältnisse des Quadrats der Entfernung wirkenden Anziehungs- und Abstossungskräfte (1840). Estes documentos que tratavam das teorias atuais

das força magnética e uma definição empírica de magnetismo terrestreA saúde

sobre o magnetismo terrestre, incluindo as idéias de Poisson, medida absoluta dele deteriorou lentamente, e Gauss morreu na manhã cedo de 23 fevereiro,

O Sistema Internacional de Unidades - SI defini Tesla ( T) como sendo a indução magnética uniforme que produz uma força constante de 1 N / m2 de um condutor retilíneo situado no vácuo e percorrido por uma corrente elétrica invariável de 1 A, sendo perpendiculares entre si as direções da indução magnética, da força e da corrente.

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Bateria 12 VPonta de compasso

Diagrama esquemático da experiência de Oersted 2 comprovando que a passagem da corrente elétrica pelo fio condutor fez oscilar uma agulha de compasso devido à presença do campo magnético produzido pela corrente elétrica.

Quando colocamos um material qualquer num campo magnético de indução ou força magnetizante "H" ,o material formado por infinitos e minúsculos dipolos magnéticos respondem ao campo de indução e se alinham da direção de "H" .

O resultado é que o magnetismo gerado no interior e superfície do material poderá ser diferente ao campo induzido. A este campo induzido no material simbolizamos por "B" e chamamos de campo magnético induzido . A força magnetizante "H" pode ser medida em Oersted ( Oe ) ou Amperes/metro ( A/m ) . A razão entre "B" e "H" defini uma característica do material magnetizado ao que denominamos de permeabilidade magnética do meio.

Fluxo Magnético O fluxo magnético no SI é expresso na unidade de Weber, símbolo Wb. 1 Wb = 1 T.m2

O Sistema Internacional de Unidades - SI defini o Weber ( Wb) como sendo o fluxo magnético através de uma superfície plana de área igual a 1 m2 , perpendicular à direção de uma indução magnética uniforme de 1 Tesla.

O Sistema Internacional de Unidades - SI defini a intensidade de campo magnético medido em

A/m e é a intensidade de um campo magnético uniforme , criado por uma corrente elétrica invariável de 1 A , que percorre um condutor retilíneo de comprimento infinito e de área de seção transversal desprezível, em qualquer ponto de uma superfície cilíndrica de diretriz circular com 1 m de circunferência e que tem como eixo o referido condutor.

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Hans Christian Oersted

Permeabilidade Magnética:

A permeabilidade magnética é definida como sendo a facilidade com que um material pode ser magnetizado, e é representado pela letra “m“. É um número adimensional, isto é, não possui unidade, pois é uma relação entre duas grandezas. A permeabilidade magnética de um material é a relação entre a condutividade magnética do material e a condutividade magnética do ar , ou ainda a relação entre o magnetismo adquirido pelo material ( B ) pela presença de um magnetismo externo e a força de magnetização externa ( H ). É importante salientar que a permeabilidade magnética de um material não é constante e depende da força externa de magnetização.

Classificação Magnética dos Materiais:

De acordo com a permeabilidade magnética podemos classificar os materiais em três grandes grupos:

a) Ferromagnéticos: m > 1.

São assim definidos os materiais que são fortemente atraídos por um imã exemplo: ferro, cobalto e quase todos os tipos de aço. São ideais para inspeção por partículas magnéticas.

b) Paramagnéticos: m = 1.

São os materiais que são levemente atraídos por um imã. Exemplo: platina, alumínio, cromo, estanho, potássio. Não são recomendados para inspeção por partículas magnéticas.

Hans Christian Oersted era professor de ciências na Universidade de Copenhagen.

Enquanto ele fazia a demonstração elétrica

Em 1821 ele demonstrou em sua residência uma experiência para seus alunos e amigos, provando um aquecimento de um fio por passagem de corrente elétrica assim como também demonstrar o magnetismo a partir de uma agulha de compasso.

Oersted notava que todas as vezes que ligava a corrente elétrica a agulha se movia. Neste período concentrou sua atenção para desvendar este fenômeno.

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c) Diamagnéticos: m < 1.

São os materiais que são levemente repelidos por um imã. Exemplo: prata , zinco, chumbo, cobre, mercúrio. O ensaio por partículas magnéticas não é aplicável a estes materiais. A permeabilidade magnética dos materiais não são constantes, pois dependem da dos valores de B e H. Porém muitos livros trazem valores da permeabilidade magnética de vários materiais, porém esta se aplica na condição de total saturação magnética dos mesmos. A saturação magnética é conseguida quando ao aumentarmos o campo magnetizante H não ocorre nenhuma alteração de B.

Curva de Histerese – Variação de B x H

A permeabilidade magnética do vácuo é m0 = 4.¶ x 10-7 T.m/A (MKSA) , que é a base para cálculos de campos magnéticos formado a partir de condutores elétricos.

Intensidade do Campo Magnético em Função de alguns materiais magnéticos.

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Variação da Indução B com a Força magnetizante H de alguns materiais:

H B ( Gauss)

(Oersted) Ferro Níquel Cobalto 20 15.500 5.100 1.200

Outras características magnéticas dos materiais são:

Retentividade : é definida como sendo a habilidade de um material em reter uma parte do campo magnético após a interrupção da força magnetizante.

Força Coercitiva: é a magnetização inversa que se aplicada ao material , anula o magnetismo residual.

Campo de Fuga:

O desvio das linhas de força dá origem a novos pólos, provocando a dispersão das linhas de fluxo magnético que dão origem ao “Campo de Fuga”. A figura demonstra como as linhas de força são pertubadas pela presença de uma descontinuidade dando origem ao campo de fuga.

Campo de FugaCampo de Fuga

CampoCampo MagnéticoMagnético

Material FerromagnéticoMaterial Ferromagnético Peça contendo uma trinca superficial, dando origem ao campo de fuga

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No ensaio por partículas magnéticas, ao aplicarmos um pó ferromagnético,

constituído de partículas finamente divididas, as quais denominadas de pó magnético, no local onde surgir um campo de fuga, devido à formação de um dipolo magnético, provocará o agrupamento das partículas, ou seja, as partículas se acumulam em todo contorno de um campo de fuga. Desta forma, poderíamos dizer que o ensaio por partículas magnéticas é um “detetor” de campos de fuga, que são “evidenciados” pela presença de acúmulos de partículas.

Verificamos na prática que, para ocorrer um campo de fuga adequado na região das descontinuidades, a intensidade de campo, deve atingir valores adequados e as linhas de força devem ser o mais perpendicular possível ao plano da descontinuidade, caso contrário não será possível o acúmulo das partículas de forma nítida.

Enfatizamos que é necessário que haja, na região inspecionada, intensidade de campo suficiente e que as linhas de força do campo magnético estejam o mais perpendicular possível em relação ao plano formado pelo contorno da descontinuidade para que ocorra a detecção, caso contrário, isso não será possível.

Corte da secção transversal de uma junta soldada de topo contendo uma indicação de trinca longitudinal superficial na solda.

Outro aspecto interessante que podemos observar é que o campo de fuga somente ocorre quando existe uma diferença na continuidade das características magnéticas do material base inspecionado. Assim todas as descontinuidades a serem detectadas, trincas, escórias, falta de fusão, porosidade, inclusões , etc.. possuem características magnéticas bem diferente do metal base, o que atribui ao ensaio grande sensibilidade de detecção.

Outro aspecto também é a não existência de um tamanho mínimo da descontinuidade para que ocorra o campo de fuga, o que faz com que o método de ensaio por partículas magnéticas seja mais eficiente dos métodos superficiais até mesmo que o ensaio por líquidos penetrantes , para materiais ferromagnéticos.

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étodos e Técnicas de Magnetização

Magnetização Longitudinal

É assim denominado o método de magnetização que produz um campo magnético longitudinal da peça e fechando o circuito através do ar. Portanto, recomendamos para a detecção de descontinuidades transversais na peça A magnetização longitudinal é obtida por indução de campo por bobinas ou eletroimãs.

Método para magnetização longitudinal, por bobina indutora

Magnetização Circular

Neste método, que pode ser tanto por indução quanto por passagem de corrente elétrica através da peça , as linhas de força que formam o campo magnético circulam através da peça em circuito fechado, não fazendo uma “ponte” através do ar. É usada para a detecção de descontinuidades longitudinais.

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