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SUMÁRIO ULTRA-SOM; APLICAÇÃO.. LIMITAÇAO EM COMPARAÇAO A OUTROS PROCESSOS… 2 VANTAGENS EM RELAÇÃO A OUTROS ENSAIOS…. 2 LIMITAÇÕES EM RELAÇÃO A OUTROS ENSAIOS…. • 2 VIBRAÇÕES MECÂNICAS….. — GERAÇAO DAS ONDA L. to view nut*ge SON ICAS….. …… 5 TIPOS DE CRISTAIS.. _ 6 TRANSDUTORES. 7 APLICAÇÕES… 4 CONSTRUÇÃO DE UM VASO DE PRESSÃO; ACESSÓRIOS DE SEGURANÇA… ……… 5 IDENTIFICAÇÃO DE VASOS DE VASOS DE PRESSÃO…… ….. 17 RAZOES PARA INSPEÇAO; CAUSAS DE DETERIORAÇAO E AVARIAS……………….. 21 CONCLUSAO. 24 REFERÊNC AS…. ….. 25 INTRODUÇÃO

O trabalho apresenta uma técnica preditiva utilizando um ensaio não destrutivo para a detecção de defeitos internos que é chamado de ultra-som. 15 industrial, impulsionado pelas necessidades e responsabilidades cada vez maiores. Hoje, na moderna indústria, principalmente nas áreas de caldeiraria e estruturas marítimas, o exame ultrasônico, constitui uma ferramenta indispensável para garantia da qualidade de peças de grandes espessuras, geometria complexa de juntas soldadas, chapas. Na maioria dos casos, os ensaios são aplicados em aços- carbonos, em menor porcentagem em aços inoxidáveis.

Materiais ão ferrosos são difíceis de serem examinados, e requerem procedimentos especiais. LIMITAÇÕES EM COMPARAÇÃO COM OUTROS PROCESSOS Assim como todo ensaio não-destrutivo, o ensaio ultra-sônico, possui vantagens e limitações nas aplicações, como segue’ VANTAGENS EM RELAÇÃO A OUTROS ENSAIOS O método ultra-sônico possui alta sensibilidade na detectabilidade de pequenas descontinuidades internas, por exemplo: • Trincas devido a tratamento térmico, fissuras e outros de dificil detecção por ensaio de radiações penetrantes (radiografia ou gamagrafia). ?? Para interpretação das indicações, dispensa processos ntermediários, agilizando a inspeção • No caso de radiografia ou gamagrafia, existe a necessidade do processo de revelação do filme, que via de regra demanda tempo do informe de resultados. • Ao contrário dos ensaios por radiações penetrantes, o ensaio ultra-sônlco não requer planos especiais de segurança ou quaisquer acessórios para sua aplicação. ?? A localização, avaliação do tamanho e interpretação das descontinuidades encontradas são fatores intrínsecos ao exame ultra-sônico, enquanto ue outros exames não definem tais fatores. Por exemplo, ostrado num filme ilme radiográfico define o tamanho mas não sua profundidade e em muitos casos este é um fator importante para proceder um reparo. LIMITAÇÕES EM RELAÇÃO A OUTROS ENSAIOS • Requer grande conhecimento teórico e experiência por parte do inspetor. • O registro permanente do teste não é facilmente obtido. ?? Faixas de espessuras muito finas, constituem uma dificuldade para aplicação do método. • Requer o preparo da superfície para sua aplicação. Em alguns casos de inspeção de solda, existe a necessidade da remoção total do reforço da solda, que demanda tempo de fábrica. VIBRAÇÕES MECÂNICAS TIPOS DE ONDAS Como já vimos, o teste ultra-sônico de materiais é feito com o uso de ondas mecânicas ou acústicas colocadas no meio em inspeção, ao contrário da técnica radiográfica, que usa ondas eletromagnéticas.

Qualquer onda mecânica é composta de oscilações de partículas discretas no meio em que se propaga. A passagem de energia acústica no meio faz com que as partículas que compõem o mesmo, execute o movimento de oscilação em torno na posição de equilíbrio, cuja amplitude do movimento será diminuído com o tempo em posição de equilíbrio, cuja amplitude o movimento será diminuído com o tempo em decorrência da perda de energia adquirida pela onda.

Se assumirmos que o meio em estudo é elástico, ou seja que as partículas que o compõem rigidamente ligadas, mas que podem oscilar em qualquer direção, então podemos classificar as ondas acústicas em quatro ti os: gases. Figura: Onda longitudinal No desenho acima nota se que o primeiro plano de partículas vibra e transfere sua energia cinética para os próximos planos de partículas, e passam a oscilar. Desta maneira, todo o meio elástico vibra na mesma direção de propagação da onda longitudinal),e aparecerá “zonas de compressão” e “zonas diluídas”.

As distâncias entre duas zonas de compressão determinam o comprimento de onda Em decorrência do processo de propagação, este tipo de onda possui uma alta velocidade de propagação, característica do melo. ONDAS TRANSVERSAIS (OU ONDAS DE CISALHAMENTO) Uma onda transversal é definida, quando as partículas do meio vibram na direção perpendicular ao de propagação. Neste caso, observamos que os planos de partículas, mantém-se na mesma distância um do outro, movendo-se apenas vertlcalmente. Figura: Ondas transversais

As partículas oscilam na direção transversal a direção de propagação, podendo ser transmitidas somente a sólidos. As ondas transversais são praticamente incapazes de se propagarem nos líquidos e gases, pela características das ligações entre partículas, destes meios . O comprimento de onda é a dist¿ncla entre dois “vales” ou dois “picos”. ONDAS SUPERFICIAIS OU ONDAS DE RAYLEIGH São assim chamadas, p cas de se propagar na PAGF s 5 se propaga em movimento paralelo a superfície e transversal em relação a direção de propagação recebe a denominação de ondas de “Love”.

Sua aplicação se restringe ao exame de finas camadas de material que recobrem outros materiais. para ondas superficiais que se propagam com comprimento de onda próxima a espessura da chapa ensaiada, neste caso a inspeção não se restringe somente a superfície, mas todo o material e para esta particularidade denominamos as ondas de “Lamb”. As ondas de “Lamb” podem ser geradas a partir das ondas longitudinais incidindo segundo um ângulo de inclinação em relação a chapa.

A relação entre o ângulo e velocidade é feita pela relação: O ensaio ultra-sônico de materiais com ondas superficiais, são plicados com severas restrições, pois somente são observados defeitos de superfícies e nestes casos, existem processos mais simples para a detecção destes tipos de descontinuidades, dentro dos ensaios não destrutivos como por exemplo de Líquidos penetrantes e Partículas magnéticas, que em geral são de custo e complexidade inferior ao ensaio ultra-sônico.

GERAÇÃO DAS ONDAS ULTRA-SÓNICAS EFEITO PIEZELÉTRICO As ondas ultra-sônicas são geradas ou introduzidas no material através de um elemento emissor com uma determinada dimensão e que vibra com uma certa frequência. Este emissor pode se apresentar com determinadas formas (clrcular, retangular). Tanto o elemento emissor e receptor, são denominados transdutores, também designados por cabeçotes. Diversos materiais (cristais) apresentam o efeito piezelétrico.

Se tomarmos uma lâmina de certo formato (placa) e aplicarmos uma pressão sobre o mesmo sur em em sua superfície cargas elétricas. O efeito inverso adeiro: se aplicar PAGF 15 mesmo, surgem em sua superfície cargas elétricas. O efeito inverso também é verdadeiro: se aplicarmos dois eletrodos sobre as faces opostas de uma placa de cristal piezelétrico, de maneira ue possamos carregar as faces eletricamente, a placa comporta- se como se estivesse sobre pressão e diminui de espessura.

O cristal piezelétrico pode transformar a energia elétrica alternada em oscilação mecânica e transformar a energia mecânica em elétrica Figura: Mostrando a contração e expansão do cristal quando submetido a uma alta tensão alternada na mesma frequência ultra-sônica emitida pelo cristal. É um processo de transformação da energia elétrica em energia mecânica e vice-versa. Tal fenômeno é obtido aplicando-se eletrodos no cristal piezelétrico com tensão elétrica alternada da ordem de centenas e Volts, de maneira que o mesmo se contrai e se estende ciclicamente.

Se tentarmos impedir esse movimento a placa transmite esforços de compressão as zonas adjacentes, emitindo uma onda longitudinal, cuja forma depende da frequência de excitação e das dimensões do cristal. Figura: Efeito piezelétrico TIPOS DE CRISTAIS Materiais piezelétricos são: o quartzo, o sulfato de lítio, o titanato de bário, o metan10bato de chumbo e o zirconato- titanato de chumbo (PTZ). Quartzo é um material piezelétrico mais antigo, translúcido e duro como o vidro sendo cortado a partir de cristais originários no Brasil.

Sulfato de Lítio é um cristal sensível a temperatura e pouco resistente. Titana irconato-titanato cristais são os melhores emissores, produzindo impulsos ou ondas de grande energia, se comparadas com aquelas produzidas por cristais de quartzo. Para a inspeção ultra-sônica, interessa não só a potência de emissão, mas também a sensibilidade da recepção (resolução). A freqüência ultra-sônica gerada pelo cristal dependerá da sua espessura, cerca de 1 mm para 4 MHz e 2. mm para 2 MHz..

Os cristais acima mencionados são montados sobre uma base de suporte (bloco amortecedor) e junto com os eletrodos a carcaça externa constituem o transdutor ou cabeçote propriamente dito. TRANSDUTORES Transdutor, também conhecido como cabeçote, é todo dispositivo que converte um tipo de energia em outro. Conhecemos vários tipos de transdutores, entre eles o microfone e o alto-falante. No ensaio de ultra-som, os transdutores são necessários para converter energia elétrica em energia mecânica de vibração (ultra-som) e vice-versa.

PARÂMETROS DOS TRANSDUTORES No ensaio por ultra-som, existe grande variedade de transdutores para atender a diversas aplicações. São subdivididos em categorias: quanto ao ângulo de emissão/recepçao do ltra-som e quanto à função (emissor ou receptor ou emissor/ receptor). TIPOS DE TRANSDUTORES TRANSDUTORES NORMAIS OU RETOS São assim chamados os cabe otes monocristal geradores de ondas longitudinais norm de acoplamento. para o cristal e absorver as ondas emitidas pela face colada a ele.

O transdutor emite um impulso ultra-sônico que atravessa o material a inspecionar e reflete nas interfaces, originando o que chamamos ecos. Estes ecos retornam ao transdutor e gera, no mesmo, o sinal elétrico correspondente. A face de contato do transdutor com a peça deve ser protegida ontra desgastes mecânico podendo utilizar membranas de borracha finas e resistentes ou camadas fixas de epoxi enriquecido com óxido de alumínio. Em geral os transdutores normais são circulares, com diâmetros de 5 a 24 mm, com frequência de 0,5; 1 ; 2; 2,5 ; 5 e 6 MHz.

Outros diâmetros e freqüências existem , porém para aplicações especlais. Figura: Transdutor normal ou reto O diâmetro do transdutor pode variar dependendo da aplicação. A figura acima utiliza-se um transdutor miniatura com 5 mm de diâmetro para estudo de pontos de corrosão de uma peça. TRANSDUTORES ANGULARES A rigor, diferem dos transdutores retos ou normais pelo fato do cristal formar um determinado ângulo com a superfície do material. O ângulo é obtido, inserindo uma cunha de plástico entre o cristal piezelétrico e a superf(cie.

A cunha pode ser fixa, sendo então englobada pela carcaça ou intercambiável. Neste último caso temos um transdutor normal que é preso com parafusos que fixam a cunha à carcaça. Como na prática operamos normalmente com diversos ângulos (35, 45, 60, 70 e 80 graus) esta solução é mais econômica já que um único transdutor com várias cunhas é de custo inferior, orem necessitam de mai no manuseio. ultra-sônico penetra no material vale somente para inspeção de peças em aço; se o material for outro, deve-se calcular o ângulo real de penetração utilizando a Lei de Snell.

A mudança do ângulo devese à mudança de velocidade no meio. O cristal piezelétrico com dimensões que podem variar entre 8 x 9 mm até 15 x 20 mm , somente recebe ondas ou impulsos ultra-sônicos que penetram na cunha em uma direção paralela ? de emissão, em sentido contrário. A cunha de plástico funciona como amortecedor para o cristal piezelétrico, após a emissão dos impulsos. Figura: Transdutor angular TRANSDUTORES DUPLO-CRISTAL OU SE Existem problemas de inspeção que não podem ser resolvidos nem com transdutores retos nem com angulares.

Quando se trata de inspecionar ou medir materiais de reduzida espessura, ou quando se deseja detectar descontinuidades logo abaixo da superfície do material, a “zona morta” existente na tela do aparelho impede uma resposta clara. O cristal piezelétrico recebe uma “resposta” num espaço de tempo curto após a emissão, não tendo suas vibrações sido amortecidas suficientemente. Neste caso , somente um transdutor que separa a emissão da ecepção pode ajudar.

Para tanto, desenvolveu-se o transdutor de duplo-cristal, no qual dois cristais são incorporados na mesma carcaça, separados por um material acustico isolante e levemente inclinados em relação à superfície de contato. Cada um deles funciona somente como emissor ou somente como receptor, sendo Indiferente qual deles exerce qual função. São conectados ao aparelho de ultra-som por uma cabo duplo; o aparelho deve ser ajustado para trabalhar agora com 2 cristais. Os cristais são montados sobre blocos de plástico especial de baixa atenuação. Devid