Faculdade de Engenharia da UEMDepartamento de Engenharia Mecnica

CONTROLE DE QUALIDADEDisciplina do 5 ano, 9 semestreRegente da disciplina: Dr. Eng. Antnio Matos

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INTRODUOControle de Qualidade Ensaios No Destrutivos Ensaios Destrutivos

3 Testes (T , T , T )+ 1 TL (Laboratrio)1 2 3

Clculo da nota final (MF)

MF= 0.25 x (T + T ) + 0.35 x T + 0.15 x TL1 2 3

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ENSAIOS DESTRUTIVOSINTRODUOSolicitaes simples aplicveis a um corpo Tenso mdia

W !

F S0

Lei de Hooke da elasticidade linear

F ! K(lExtenso nominal

I!Figura 1 - Tipos fundamentais de esforos

l f l0 l0

As solicitaes compostas so constitudas por combinaes de esforos simples e conduzem a estados de tenso duplos ou triplos3

ENSAIOS DESTRUTIVOSINTRODUO

Figura 2 Principais tipos de clulas unitrias A mais pequena representao geomtrica da rede cristalina a sua clula unitria

As mais importantes nos metais e ligas so CCC, CFC, HC No domnio elstico os tomos recuperam suas posies aps retirada da solicitao Quando os tomos se afastam em demasia e no retomam posio inicial = plstico os defeitos na rede (pontuais falta de um tomo, vazios, lacunas ou tomos de menor dimenso- e lineares planos de tomos fora das suas posies na rede cristalina) so responsveis por redes cristalinas imperfeitas e portanto necessrio uma menor fora para se realizar deformaes elsticas e plsticas.4

ENSAIOS DESTRUTIVOSENSAIO DE TRACO -Provetes-

Lo= Comprimento da zona cilndrica ou prismtica do provete entre marcas de referncia antes de aplicao da fora Lc= Comprimento do troo de seco constante de menor rea transversal do provete, designado por zona til ou calibrada. Este conceito substitudo pelo comprimento entre maxilas no caso de provetes no maquinados.

Figura 3 Dimenses caractersticas para provetes de traco (Norma NP/EN 10002-1) 5

ENSAIOS DESTRUTIVOSENSAIO DE TRACO -Provetes-

Figura 4 Exemplos de cabeas de amarrao roscadas segundo norma NP/EN 10002-1

As cabeas de amarrao so indicadas para metais duros escorregam com o aperto. Os provetes podem ter uma variada gama de relaes geomtricas. Os provetes proporcionais estabelecem uma relao de proporcionalidade entre comprimento inicial Lo e a seco inicial So

L0 ! K S 0K= constante . Valor habitual de 5,65. Para outros valores recomenda-se 11,3. Para provetes no proporcionais (arames, produtos estirados e produtos laminados de baixa espessura) a norma nada prev dada a pouca pouca influncia que tem a raiz quadrada de So no valor final.6

ENSAIOS DESTRUTIVOSENSAIO DE TRACO -Mquinas de Ensaio As mquinas de ensaio de traco so prensas que dispem de dois travesses, sendo um deles fixo e outro mvel. Os provetes so colocados entre os travesses por meio de dispositivos apropriados dos quais se destacam, porque mais vulgares, os sistemas das maxilas. O accionamento do travesso pode ser elctrico, mecnico ou hidrulico. A fora exercida medida por uma clula de carga em srie com o provete. As deformaes ou extenses so medidas, preferencialmente, atravs de extensmetros indutivos ou resistivos montados directamente no provete.

Tabela 1 Velocidade de aplicao da fora segundo norma NP/EN 10002-1

Medida de elasticidade do material [Mpa] < 150 000 >= 150 000

Velocidade de aplicao da fora [N/mm2 s-1] Mnimo 2 6 Mximo 10 30

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ENSAIOS DESTRUTIVOSENSAIO DE TRACO -Curva convencional de tenso - extensoFigura 5 Curva tpica de tenso extenso resultante de um ensaio de traco num material metlico

Entre instante inicial O at ponto A h uma proporcionalidade entre tenso e extenso. Caracteriza-se assim o domnio elstico (lei de Hooke). A parir do ponto A diz-se que o material plastificou, i.e., entrou no domnio plstico e a deformao total apresenta uma componente irreversvel que no pode ser recuperada. A partir do ponto B temos deformaes plsticas crescentes at rotura completa do provete (ponto C).

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ENSAIOS DESTRUTIVOSENSAIO DE TRACO -Curva convencional de tenso - extenso-

Figura 6 Outras curvas tpicas de tenso extenso

A transio elstico plstica representada pelo ponto A nem sempre se faz do mesmo modo. H trs situaes distintas: com patamar de cedncia (a) Com tenso limite convencional de proporcionalidade (b) [difcil indicar a transio elasto-plstica] Com tenso limite convencional de elasticidade (c)

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ENSAIOS DESTRUTIVOSENSAIO DE TRACO -Propriedades de resistnciaTenso de rotura traco (Rm) define-se como a razo entre a fora mxima (Fm) alcanada durante o ensaio, aps cedncia, expressa em N, e a rea da seco inicial (So) da zona til ou zona calibrada do provete, expressa em mm2 .

Rm !

Fm S0

transio elasto-plstica esto associados os seguintes parmetros, para os materiais que tem patamar de cedncia: Tenso de cedncia superior (ReH) entendida como a tenso correspondente ao instante em que se observa a primeira queda da fora; Tenso de cedncia inferior (ReL) que representa o valor da menor tenso, desprezados os fenmenos transitrios. O mdulo de elasticidade (E) mede a rigidez do material, isto , quanto maior for o mdulo menor ser a deformao elstica resultante da aplicao de uma determinada tenso..

W ! EI10

ENSAIOS DESTRUTIVOSENSAIO DE TRACO -Propriedades de resistnciaA parmetro da ductilidade representada pelo coeficiente de estrico (Z) que representa a variao mxima da rea da seco transversal medida aps o ensaio (So-Su) expresso em % da rea da seco inicial da zona calibrada do provete (So)

Z ! 100

S0 Su S0

A resilincia (Ur) corresponde capacidade de o material absorver energia no domnio elstico e sua restituio aps descarga.W 1 1 W Ur ! W c Ic ! W c c ! c 2 2 2E E2

W c tenso de cedncia superior. I c extenso respectiva E mdulo de elasticidadeFigura 7 Curva tenso - extenso 11

ENSAIOS DESTRUTIVOSENSAIO DE TRACO -Propriedades de resistncia-

r

!

W c W r If 2Figura 8 Definio dos conceitos de resilincia e tenacidade

A tenacidade de um material (UT) caracteriza-se pela sua aptido em absorver energia no domnio plstico. Corresponde rea de um rectngulo de comprimento I f e altura igual mdia entre a tenso de cedncia e a tenso de rotura.12

ENSAIOS DESTRUTIVOSENSAIO DE TRACO -Curva real tenso - extenso-

EncruamentoQuando se efectua uma descarga at ao ponto O (ver Figura 5) h uma trajectria rectilnea paralela recta do domnio elstico. Um novo carregamento a partir de a partir do ponto O segue o mesmo percurso feito na descarga, o que significa que a transio elasto-plstica d-se para uma fora mais elevada. Ao aumento da resistncia provocado pela deformao plstica designa-se por encruamento. O encruamento explicado ao nvel microscpico pela interaco de deslocaes que se movem simultaneamente em planos de escorregamento diferentes e, ao intersectarem-se, criam barreiras que limitam a sua livre movimentao. Outras barreiras como as juntas de gro, incluses e segundas fases so locais preferenciais de acumulao de deslocaes.

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ENSAIOS DESTRUTIVOSENSAIO DE TRACO -Curva real tenso - extenso-

Figura 9 Esquema comparativo das curvas do ensaio de traco real e convencional

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ENSAIOS DESTRUTIVOSENSAIO DE TRACO -Curva real tenso - extenso-

A curva convencional baseia-se nas dimenses do provete. Dado que essas dimenses variam continuamente durante o ensaio, no fornecem uma indicao real das caractersticas de deformao do material. A rea da seco transversal do provete diminui durante o ensaio e a fora necessria para prosseguir a deformao do provete tambm diminui. Contudo o material continua a encruar at ao instante da rotura, de modo que a tenso deve aumentar. Utilizando a tenso real baseada na rea da seco instantnea do provete, verifica-se que a curva real tenso-extenso cresce continuamente at ao instante da rotura. O ensaio real aplica-se sobretudo em trabalhos de investigao que envolvem a caracterizao do comportamento de novos materiais.

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ENSAIOS DESTRUTIVOSENSAIO DE TRACO -Curva real tenso - extensoF W! S(l I ! l l0l

l

Tenso real

Extenso real

I !l0

dl l

Atendendo a que o volume de um slido permanece constante durante a deformao plstica, podese considerar vlida a hiptese da incompressibilidade da maioria dos materiais dcteis.

S 0 l0 ! S lDeste modo obtm-se as relaes entre extenso e tenso real e convencional, como sendo:

I ! ln (1 I )

W ! W (1 I )

No ensaio de traco a tenso real sempre superior tenso convencional.16

ENSAIOS DESTRUTIVOSENSAIO DE TRACO -Curva real tenso - extensoModos de rotura

a) b) c) d)

Rotura frgil Rotura por corte dctil Rotura completamente dctil Rotura dctil

Figura 10 Modo de rotura observado em metais sujeitos a traco uniaxial

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ENSAIOS DESTRUTIVOSENSAIO DE COMPRESSO -Introduo-

Figura 11 Esquema do ensaio de compresso

Ao contrrio do ensaio de traco o ensaio de compresso utiliza-se pouco na determinao das propriedades mecnicas dos materiais metlicos porque apresentam limitaes, entre as quais se destacam: O atrito entre o provete e os pratos superior e inferior da mquina A possibilidade de encurvatura do provete Os erros de medida frequentes18

ENSAIOS DESTRUTIVOSENSAIO DE COMPRESSO -Materiais frgeis-

A zona elstica muito pequena e, por isso, difcil determinar com rigor as propriedades mecnicas relativas a esta zona de ensaio. As dimenses do provete condicionam o tipo de rotura. No caso do ferro fundido usa-se uma relao de 3:1 entre comprimento e dimetro. A propriedade mais significativa a avaliar a tenso de rotura compresso, calculada como o quociente entre a fora mxima atingida durante o ensaio e a seco inicial do provete Para os materiais frgeis a tenso de rotura compresso , em regra, oito vezes superior tenso de rotura traco.

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ENSAIOS DESTRUTIVOSENSAIO DE COMPRESSO -Materiais dcteis-

Propriedades a medir: Tenso limite de proporcionalidade Tenso de cedncia ou tenso limite convencional de elasticidade Mdulo de elasticidade Para alguns aos as propriedades dos materiais no so idnticas quando comparado os resultados dos ensaios de traco e compresso O provete tem uma relao de 2:1 ou 3:1 (comprimento : dimetro). A relao 8:1 usa-se em geral para medir o mdulo de elasticidade. A tenso de rotura (do ensaio de compresso) do material no pode ser usado como especificao

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ENSAIOS DESTRUTIVOSENSAIO DE COMPRESSO -Ensaios de tubosEnsaios mais comuns usados para caracterizar ductilidade de tubos: 1.- Achatamento 2.- Rebordagem 3.- Abocardamento

Figura 12 Esquema do ensaio de achatamento segundo norma NP 450-1991

O resultado do ensaio de achatamento expressa-se pelo aparecimento ou no de fissuras ou fendas na zona em traco, isto , na parte do provete que no contactou com os pratos da mquina.21

ENSAIOS DESTRUTIVOSENSAIO DE COMPRESSO -Ensaios de tubos-

Figura 13 Esquema do ensaio de rebordagem segundo norma NP 448-1991

Usa dois mandris (um esboador e outro de acabamento). O ensaio termina quando a aba tomar a posio perpendicular ao eixo do provete. A interpretao do ensaio de rebordagem deve efectuar-se de acordo com a exigncia da norma do produto (em gral vrias fissuras visveis). A ocorrncia de uma ligeira fissurao prematura dos bordos no dever ser considerada motivo de rejeio.22

ENSAIOS DESTRUTIVOSENSAIO DE COMPRESSO -Ensaios de tubos-

Figura 14 Esquema do ensaio de abocardamento segundo norma NP 449-1966

Sem choque ou rotao do mandril aplica-se uma fora progressivamente crescente at at o valor do dimetro exterior da extremidade do provete atingir o estabelecido na norma. O resultado do ensaio exprime-se atravs do dimetro da extremidade abocardada e pela descrio do aspecto do provete tanto na parte cilndrica como na parte abocardada.23

ENSAIOS DESTRUTIVOSENSAIO DE COMPRESSO -Ensaios de molas-

As molas so ensaiadas compresso para determinar a as constante de mola ou para serem submetidas ao teste de fora. No primeiro caso comprime-se a mola trs vezes at a fechar. Efectua-se de seguida uma quarta compresso como medida de alongamento. Constri-se um registo grfico fora versus alongamento e obtm-se uma recta que passa pela mdia dos valores obtidos durante o ensaio. A inclinao desta recta a constante da mola. No segundo caso, em que se pretende comprovar a resistncia da mola, aplicam-se algumas foras pr-determinadas e medem-se os respectivos alongamentos.

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ENSAIOS DESTRUTIVOSENSAIO DE DUREZAConsoante o mtodo de media adoptado podemos classificar os ensaios de dureza em trs tipos: Dureza de risco (usado pelos mineralogistas- escala de MOHS; 1= talco, 10=diamante) Dureza de ressalto (usado na metalurgia e metalomecnica) Dureza de penetrao (usado na metalurgia e metalomecnica)

PenetraoBrinell, Meyer, Vickers, Rockwell

RessaltoShore

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ENSAIOS DESTRUTIVOSENSAIO DE DUREZA - Mtodo BrinellO mtodo consiste em fazer penetrar uma esfera de ao temperado ou de metal duro de dimetro D na superfcie do metal a ensaiar, sob aco de uma fora F aplicada gradualmente e durante um intervalo de tempo estabelecido. Esta compresso (deformao plstica) provoca uma impresso com a forma de uma calote esfrica de dimetro d que ser tanto menor quanto mais duro for o material a ensaiar.

Figura 15 Representao esquemtica do ensaio de dureza Brinell 26

ENSAIOS DESTRUTIVOSENSAIO DE DUREZA - Mtodo BrinellForma de clculo1/ 2

F ( N mm 2 ) HB ! A

D D2 d 2 h ! 2 4 4

!

1 D D2 d 2 2

?

1/ 2

A

HB $ 0,102Designao segundo NP 106:1990

F 0,102 2F $ TDh TD D D 2 d 2

1/ 2

HBS= caso em que o ensaio realizado com esfera de ao HBW= caso em que o ensaio realizado com esfera de metal duro O smbolo HBS ou HBW deve ser precedido do valor de dureza Brinell. De seguida deve-se colocar: - dimetro da esfera (mm), valor da fora do ensaio (Kgf), durao da aplicao da fora (seg.) Exemplo: 360 HBS 5/750/1027

ENSAIOS DESTRUTIVOSENSAIO DE DUREZA - Mtodo BrinellTcnica do ensaio Os ensaios devem ser efectuados temperatura ambiente, entre 10C a 35C. A sua execuo processase sobre uma superfcie lisa e plana, isenta de xidos, de materiais estranhos e de lubrificantes. A fora de ensaio escolhe-se de maneira a que o dimetro da impresso fique compreendido entre os valores de 0,24 a 0,60 D. Sempre que a espessura do provete o permita (pelo menos 10 x a profundidade de penetrao), utiliza-se uma esfera de dimetro igual a 10 mm, 3,000 Kgf de carga e 15 segundos de tempo de aplicao. A superfcie a ensaiar colocada sobre um suporte rgido e fixo de modo a que o eixo do penetrador se situe num plano normal. Deve assegurar-se que a superfcie est firmemente apoiada para evitar qualquer deslocamento durante a realizao do ensaio. O tempo de aplicao da fora de ensaio fixado pelas normas. Em geral de 30 segundos. A distncia a guardar, quer entre centros de duas impresses subjacentes, quer entre o centro de uma impresso e o bordo da superfcie deve ser em geral entre 4 a 6 d e 2,5 a 3 d respectivamente.28

ENSAIOS DESTRUTIVOSTcnica do ensaio

ENSAIO DE DUREZA - Mtodo Brinell-

O valor da dureza de um mesmo material influenciado pela fora e dimetro da esfera. Sempre que se mantiver constante a relao F/D2, os resultados so concordantes. Regra geral os valores da relao F/D2 so 30,15,10,5,2.5,1.25 e 1 pelo que as foras a utilizar so as seguintes:Tabela 2 - Fora de ensaio F(Kgf) para relaes F/D2 de... Dimetro da esfera D (mm) 10 5 2,5 1 30 3000 750 187,5 30 15 1500 375 93,75 15 10 1000 250 62,5 10 5 500 125 31,25 5 2,5 250 62,5 15,63 2,5 1,25 125 31,25 7,81 1,25 1 100 25 6,25 1 29

ENSAIOS DESTRUTIVOSENSAIO DE DUREZA - Mtodo VickersEste ensaio utiliza um penetrador de diamante com a forma de pirmide quadrangular e com um ngulo entre faces de 136 (permite obter-se assim uma relao de dureza Vickers e Brinell) que corresponde geometria de uma impresso dada por uma razo de d/D=0,375, considerando a pirmide tangente esfera de dimetro D do ensaio Brinell. O valor da dureza Vickers proporcional ao quociente da fora de ensaio F (em Kgf) pela rea lateral da impresso em mm2, a qual se presume ser uma pirmide recta de base quadrada com um ngulo no vrtice igual ao do penetrador.

F HV ! ( N mm 2 ) A

d2 ! 1,854Figura 16 Penetrador de diamante (pirmide recta de base quadrada). Comprimento mdio d=(d1 + d2)/2

HV ! 0,1891

F d2

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ENSAIOS DESTRUTIVOSENSAIO DE DUREZA - Mtodo VickersDesignao Segundo norma NP 711-1:1990 a dureza Vickers designada por HV precedido do valor da dureza e seguido de um nmero que indica a fora de ensaio (em Kgf) e, eventualmente, de um segundo nmero que menciona a durao de aplicao da fora em segundos (no caso de esta ser diferente da normalizada). Exemplo: 540 HV 20/20 , dureza 540 obtida num ensaio com uma fora de 20 Kgf (196,1 N) aplicada durante 20 segundos. Tcnica de ensaio As foras e a preparao do ensaio devem ser aplicadas como no mtodo Brinell. Estas foras devem ser aplicadas sem variaes bruscas ou vibraes. O intervalo de tempo desde o inicio da aplicao da fora at esta atingir o valor da fora F no deve ser inferior a 2 seg. e superior a 8 seg., devendo ser mantida entre 10 a 15 seg. pelo menos.31

ENSAIOS DESTRUTIVOSENSAIO DE DUREZA - Mtodo Vickers-

Vantagens deste ensaio

Uma das vantagens deste ensaio o de permitir determinar durezas para materiais extremamente duros, at HV=1500, impossveis de determinar pelo mtodo Brinell. Outras vantagens: aplicao em qualquer espessura de material, elevada preciso de medida, impresses de pequena dimenso que no inutilizam as peas e escala contnua ( podem utilizar-se foras que podem variar de 1 a 120 kgf). As foras mais utilizadas so 5, 10, 20, 30, 50 e 100 Kgf.

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ENSAIOS DESTRUTIVOSENSAIO DE DUREZA - Mtodo RockwellEste mtodo o nasce para medir durezas de aos temperados e de metais duros, acima de 500 HB. O nmero de dureza est relacionado de forma directa com a profundidade deixada no material pelo penetrador. Geralmente, cada unidade de variao corresponde a um deslocamento perpendicular superfcie de 0,002 mm. Este mtodo difere dos anteriores pelo facto de utilizar duas foras de ensaio. Um fora F0 que garante a justaposio perfeita do penetrador superfcie a ensaiar, eliminando a interferncia de pequenos defeitos de superfcie e de defeitos mecnicos do prprio aparelho.A segunda fora, fora adicional F1 maior que a inicial, originando uma fora total F. Aps manter a fora F um tempo considerado suficiente, retira-se a fora adicional F1, verificando-se assim uma certa recuperao elstica do material. Depois l-se numa escala adequada o numero de dureza Rockwell. So utilizados dois tipos de penetradores: esferas de ao de dimetro 1,5875 mm, 3,175 mm, 6,35 mm e 12,7 mm ou um cone de diamante de ngulo 120 com ponta arredondada com 0,2 mm de raio, terminado numa calote esfrica. Existem ensaio Rockwell normal, Rockwell para produtos metlicos de pequena espessura e Rockwell superficial.33

ENSAIOS DESTRUTIVOSEnsaio Rockwell normal Este ensaio, em funo do penetrador e da fora total sobre ele exercida, designa-se por HRA, HRB, HRC, HRD, HRE, HRF, HRG, HRM, HRH, HR, etc. . A fora inicial F0 sempre igual a 10 Kgf e a fora total pode ser de 60, 100 ou 150 Kgf. A unidade de medida da profundidade de penetrao e de 0,002 mm. Ensaio Rockwell superficial Este ensaio, em funo do penetrador e da fora total sobre ele exercida, designa-se por 15N, 15T, 30T, 45W, etc. A fora inicial F0 sempre igual a 3 Kgf e a fora total pode ser de 15, 30 ou 45 Kgf. A unidade de medida da profundidade de penetrao e de 0,002 mm. Ensaio Rockwell para produtos metlicos de pequena espessura Este ensaio, em funo do penetrador e da fora total sobre ele exercida, designa-se HRBm (para espessuras nominais >= 6mm) e HR30 Tm (para espessuras nominais < 6mm) A fora inicial F0 igual a 10 Kgf e Ft de 100 kgf para HRBm. Para HR30 Tm F0 igual a 3 Kgf e Ft de 30 kgf Utiliza sempre uma esfera de ao de 1,5875 mm de dimetro.34

ENSAIO DE DUREZA - Mtodo Rockwell-

ENSAIOS DESTRUTIVOSENSAIO DE DUREZA - Mtodo Rockwell-

HR ! h

e 0,002

h uma constante dependendo do tipo de penetrador utilizado e a profundidade de penetrao em mm

Figura 17 Principio do ensaio Rockwell em esquema segundo a norma NP 141: 1990, usando cone de diamante escalas A,C,D 35

ENSAIOS DESTRUTIVOSENSAIO DE DUREZA - Mtodo RockwellFora total Ft Tabela 3 Designao dos ensaios Rockwell Penetrador (valor do dimetro da esfera ao em mm cone de diamante de 120) Diamante A D C Esfera de 1,588 F B G Esfera de 3,157 H E K Esfera de 6,350 L M P Esfera de 12,70 R S V

Rockwell normal

(Kgf) 60 100 150 Fora total Ft

Penetrador (valor do dimetro da esfera ao em mm cone de diamante de 120) Diamante 15N 30N 45N Esfera de 1,588 15T 30T 45T Esfera de 3,157 15W 30W 45W Esfera de 6,350 15X 30X 45X Esfera de 12,70 15Y 30Y 45Y

Rockwell superficial

(Kgf) 15 30 45

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ENSAIOS DESTRUTIVOSENSAIO DE DUREZA - Mtodo RockwellPreparar a superfcie do provete Ateno: A questo da espessura do provete. Aps o ensaio no deve ser visvel qualquer deformao na face do provete oposta aplicao do penetrador. A distncia entre os centros de duas impresses no dever ser inferior a 3 x dimetro da impresso. Seleccionar a fora do ensaio e o penetrador Aplicar F0 de forma progressivamente crescente. Aplicar de seguida F1. Esperar tempos recomendados na norma. Retirar a fora adicional (sobrecarga) e, mantendo fora inicial, fazer a leitura da dureza.

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ENSAIOS DESTRUTIVOSENSAIO DE DUREZA - Mtodo ShoreTrata-se de um ensaio de ressalto (dinmico). Consiste em medir a altura que uma pequena barra ressalta quando largada de uma altura de 254 mm sobre a superfcie do material a ensaiar, num tubo graduado de 0 a 140 (onde se l a altura que a barra ressalta). A barra (com peso de 36,2 gr), na queda, possui uma determinada energia potencial. Aps choque com a pea a ensaiar, uma parte dessa energia armazenada na forma de energia elstica e a restante dissipada para a deformao plstica, ondas sonoras e calor. A quantidade elstica depende no s da tenso de cedncia do material mas tambm do mdulo de elasticidade. O resultado da medida fornece uma indicao da combinao da deformao plstica, rigidez e capacidade de damping (parte da energia de deformao elstica que se perde devido ao atrito interno do material).

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ENSAIOS DESTRUTIVOSENSAIO DE DUREZA - Mtodo MeyerTrata-se de um ensaio semelhante ao mtodo Brinell. A diferena est na forma de medioda dureza. Ao invs de se medir a calote esfrica sugere-se medir a rea projectada da impresso.

HM !

1 4F g T d2

Meyer verificou que h uma relao emprica entre a fora de ensaio F (em Kgf) e o dimetro da impresso d (em mm) expressa pela equao:

F ! adna e n so constantes do material. A constante n varia de 2,0 (para materiais com pouca capacidade de encruamento) at 2,5 (para materiais com elevada capacidade de encruamento). A constante a representa a resistncia primeira penetrao e uma funo do tamanho da esfera.

log F ! log a n log d39

ENSAIOS DESTRUTIVOSENSAIO DE DUREZA - Relao entre dureza e outras propriedades mecnicasNa prtica muito importante converter o resultado obtido por um determinado mtodo de dureza noutro diferente. Existem relaes aproximadas entre mtodos de dureza e outras propriedades mecnicas. Porm, s em propriedades em que esto em jogo deformaes plsticas que se devem estabelecer estas relaes, como o caso da tenso de rotura (ver tabela 4). De um modo geral pode-se afirmar que o limite de resistncia fadiga W-1F= (0,4 a 0,55) Wr (limite de resistncia corroso) sendo Wr = (3,3 a 3,6)HB e HB = (9,3 a 10,3)HRC. Por outro lado o limite de resistncia flexo [Wf ]= 0,8[Wr ] sendo que [Wr ] = We /Ks, (limite de escoamento / coeficiente de segurana) e We = (0,6 a 0,7)Wr , com Ks= 1,5 a 2,5 (4) (condies de trabalho da pea estticas ou dinmicas); Exerccio: Determinar o limite de rotura convencional, a dureza HB e HRC, o limite de rotura real, o limite de escoamento e o alongamento relativo do material com comprimento inicial de 100 mm, comprimento final de 125 mm, dimetro inicial de 20 mm, dimetro final de 17,2 mm, fora mxima de 26500 Kgf cujo resultado do ensaio se apresenta. Resp: Wr } 827MPa;W } 927MPa; We } 480MPa; I =25%; HB } 237 Kgf/mm2; HRC } 23

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ENSAIOS DESTRUTIVOSENSAIO DE DUREZA

Tabela 4 Equivalncia entre a tenso de rotura e a dureza em vrias escalas para o ao carbono

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ENSAIOS DESTRUTIVOSENSAIOS DE TENACIDADE

Os materiais metlicos apresentam dois tipos fundamentais de rotura dctil ou frgil. Uma rotura frgil pode ocorrer imprevisivelmente. Na tentativa de reduzir a probabilidade do aparecimento de roturas foram desenvolvidos mtodos de ensaio para seu estudo (esttico-casos do COD e integral J- e dinmico- ensaios de choque de Charpy e Izod). Os ensaios de choque medem a capacidade de absoro de energia de deformao no domnio plstico e constituem um mtodo de comparao de materiais. Os equipamentos disponveis para realizar ensaios de choque so agrupveis em duas reas: Os que utilizam dispositivos pendulares Os que utilizam dispositivos de queda em massa Os mais habituais so os que recorrem aos dispositivos pendulares, casos dos mtodos Charpy e Izod, em que os provetes so solicitados em flexo.42

ENSAIOS DESTRUTIVOSENSAIOS DE TENACIDADE - Ensaios de choque Charpy e IzodAs geometrias dos provetes para ensaios de choque por flexo podem ser do tipo Charpy (mais vulgar na Europa) ou Izod (divulgado sobretudo nos EUA) consoante a fixao adoptada for de apoio simples em dois pontos ou encastramento numa das extremidades, respectivamente. O entalhe dos provetes pode ter formato U ou V. Dados das geometrias de acordo com norma EN 10045-1 1.- Comprimento do provete 2.- Altura do provete 3.- Largura do provete 4.- altura restante do fundo do entalhe 5.-ngulo do entalhe 6.- raio do fundo do cilindro do entalhe 7.- distncia entre apoios 8.- raio dos apoios 9.- ngulo de sada de cada apoio 10.- ngulo do cume do martelo 11.- raio da aresta do cume do martelo 12.- largura do martelo de pndulo 13.energia absorvida na rotura KU ou KVFigura 19 Configuraes normalizadas para o ensaio de tenacidade Charpy (norma EN 10045-1) 43

ENSAIOS DESTRUTIVOSENSAIOS DE TENACIDADE - Ensaios de choque Charpy e IzodSomente os resultados obtidos com provetes de forma e dimenses idnticas que podem ser comparados, pelo que as extrapolaes no sero, geralmente, admissveis. O provete Charpy deve ser encostado aos apoios. A sua colocao no dispositivo de suporte tal que o impacto d-se na face oposta ao entalhe.

Figura 20 Fixao dos provetes Charpy

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ENSAIOS DESTRUTIVOSENSAIOS DE TENACIDADE - Ensaios de choque Charpy e IzodA colocao do provete Izod faz-se de forma a que a linha que define o fundo do entalhe no se afaste mais que o,125 mm do plano superior do suporte. Neste caso o impacto acontece na face do provete que contm o entalhe.

Figura 21 Fixao dos provetes Izod

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ENSAIOS DESTRUTIVOSENSAIOS DE TENACIDADE - Ensaios de choque Charpy e IzodDeterminao da energia absorvida

E ! EC E P E perdasEM = Energia mecnica EC= Energia cintica EP =Energia potencial . As perdas so: energia perdida por atrito, energia calorifica dissipada, energia elstica absorvida, etc.

Figura 22 representao esquemtica do pndulo

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ENSAIOS DESTRUTIVOSENSAIOS DE TENACIDADE - Ensaios de choque Charpy e IzodDeterminao da energia absorvida

Antes de se iniciar o movimento descendente, no ponto Pi (ver figura 22) est associada a energias potencial mxima e a energia cintica mnima ou seja: EC= 0 EP = m g a

Quando se larga o impactor a energia cintica aumenta at ao mximo no ponto de impacto. Desprezando as perdas por atrito tem-se no ponto de impacto EC= EPi A energia absorvida (Ea) pelo provete equivalente energia perdida pelo pndulo e que se traduz por uma altura atingida no movimento ascendente inferior altura inicial de queda, ou seja: Ea= m g (a-b)

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ENSAIOS DESTRUTIVOSENSAIOS DE TENACIDADE - Ensaios de choque Charpy e IzodInterpretao dos resultados A energia absorvida caracteriza a resistncia ao choque. No ensaio Charpy o valor da energia deve ser designado de acordo com o tipo de entalhe. Para provetes com entalhe em U designa-se por exemplo, KU=80J, que significa uma energia absorvida de 80 J por um provete coim entalhe em U durante o ensaio realizado por uma mquina com 300 J de energia nominal. Se fosse entalhe em V a simbologia seria KV=80 J e a interpretao igual. Para mquinas de ensaio com energias nominais diferentes de 300 J os smbolos KU ou KV devem ser afectados de um indice que indica a energia nominal do dispositivo de ensaio. Por exemplo: KV 150= 65 J, significa um provete com entalhe em V absorveu uma energia de 65 J durante um ensaio com uma mquina com 150 J de energia nominal. A espessura deve ser indicada na simbologia no ensaio de provetes no normalizados, como por exemplo, KV 1505 = 65 J. Quando o provete no rompe durante o ensaio, deve ser indicado que o provete no rompeu para a energia nominal da mquina.48

ENSAIOS DESTRUTIVOSENSAIOS DE TENACIDADE - Ensaios de choque Charpy e IzodOutros mtodos de ensaio A avaliao da tenacidade de um material pode ser perspectivada segundo duas filosofias: a mais tradicional baseada no comportamento durante uma solicitao de choque e outra recente que se fundamenta na anlise de como uma fissura pr-existente se propaga instavelmente. Estas duas filosofias permitem dividir as tcnicas de ensaio disponveis em dois tipos consoante a natureza for de carcter dinmico ou quase-esttico. Entre diferentes tcnicas apontam-se: Ensaio de choque por queda de massa, Ensaio de Batelle Ensaio de rasgo dinmico Ensaio de exploso Ensaio de Robertson Enquanto os provetes Charpy ou Izod esto limitados utilizao de espessuras mximas de 10 mm, estes ltimos permitem a simulao de espessuras mais elevadas.49

ENSAIOS DESTRUTIVOSOUTROS TIPOS DE ENSAIO - Ensaios de Dobragem e flexoViso geral dos ensaios O ensaio de dobragem fornece uma indicao complementar sobre a ductibilidade dos materiais. Na sua verso mais comum no permite a retirada de qualquer informao numrica (ensaio qualitativo) largamente utilizado na industria ou em laboratrio para avaliao do comportamento de certos produtos tais como barras para construo civil (o resultado do ensaio exprime-se pela indicao do ngulo de dobragem, tipo de ensaio e ausncia de fissuras na parte convexa do provete norma NP 173), juntas soldadas (objectivo de avaliar a ductibilidade do cordo e apreciar a sua execuo medida de aptido do soldador norma DIN 50121- com a dobragem em 180 e verificao de fissuras na zona traccionada ), tubos ou arames (a dobragem alternada num e noutro sentido a 90 at um nmero determinado na norma ou at ocorrncia de fissurao visvel norma NP 851); O ensaio de dobragem um caso particular do ensaio de flexo que aplicado em materiais frgeis (ferro fundido, aos para ferramentas, metais duros, por exemplo) com o objectivo de obter informaes sobre propriedades de regidez, resistncia em flexo, mdulo de elasticidade flexo (norma ASTM A-438).50

ENSAIOS DESTRUTIVOSOUTROS TIPOS DE ENSAIO - Ensaios de Toro Viso geral dos ensaios Podem ser efectuados em provetes ou em peas acabadas, no sendo no entanto muito divulgados; Mdulo de regidez, tenso de cedncia toro, mdulo de elasticidade transversal e o mdulo de roptura so determinados atravs deste ensaio; A mquina de toro possui uma cabea rotativa que aplica o momento torsor na qual se fixa uma das extremidades do provete. A outra extremidade agarrada pelas pinas da mquina onde ligada uma clula de carga para medio do momento torsor aplicado. No domnio elstico, a aplicao de um momento torsor gera o desenvolvimento de tenses de corte na seco transversal que aumentam linearmente desde o interior at atingirem um mximo na periferia do provete. Uma vez no domnio plstico, esta distribuio de tenses deixa de ser linear; Num material dctil verifica-se, na superfcie da fractura, um rompimento por deslizamento em planos onde ocorre a tenso de corte mxima (fractura normal ao eixo do provete). A fractura frgil, onde os materiais rompem por clivagem em planos inclinados a 45 onde ocorre a tenso mxima, apresenta uma forma helicoidal. Outras vezes a fractura por fragmentao da zona de rotura em pedaos como resultado da iniciao da rotura em planos de tenso de corte mximo paralelos ao eixo do provete. 51

ENSAIOS DESTRUTIVOSOUTROS TIPOS DE ENSAIO - Ensaios de Fadiga Viso geral dos ensaios 80 a 90% das roturas das peas ou estruturas observadas em servio so causadas por fadiga com tenses nominais inferiores tenso de cedncia do material. O processo de fadiga envolve 4 fases distintas nomeadamente a nucleao da(s) fenda(s), crescimento microscpico da(s) fenda(s), propagao macroscpica e rotura final. As 2 primeiras fases constituem o perodo de iniciao de uma fenda numa determinada regio do material. Juntamente com a fase de propagao macroscpica constitui grande parte do perodo de vida til do componente. A rotura dctil e frgil por fadiga so diferentes tal como acontece no ensaio de traco; Os ensaios em provetes so de mais fcil execuo (norma DIN 50113, DIN 50142, ASTM E466-76 e E606-80). As mquinas de ensaio dividem se em 2 grupos, sendo um com dispositivos mecnicos para foras de deslocamento reduzidas (funcionam na maioria dos casos, por rotao e em que a oscilao introduzida por meio de excntricos regulveis) e outra em que as mquinas universais do tipo servo-hidrulico com capacidades acima de 20kN). A curva de tenso versus nmero de ciclos para a rotura [em regra entre 104 a 108 ciclos](curva S-N) um modo convencional de apresentar resultados.52

ENSAIOS DESTRUTIVOSOUTROS TIPOS DE ENSAIO - Outros Ensaios Existem ainda ensaios por fluncia, rotura por fluncia e ensaios de relaxao para turbinas a gs, geradores de energia nuclear, msseis, foguetes, etc. onde importante avaliar a influncia da temperatura sobre a resistncia mecnica dos materiais; H ainda ensaios tecnolgicos diversos que tem como objectivo optimizar os processos tecnolgicos embutidura e maquinagem e prever a degradao das estruturas e componentes mecnicos corroso e desgaste. So os casos dos ensaios de embutidura (normas DIN 50101 e 50102, BS 38551965, EN M 14-58 e 14-67, etc.), entre os quis se destacam os ensaios Erichesen, Nakazima, Swift, Marciniak, Fukui, Jovignot e Kwi, os ensaios de maquinagem de longa (Taylor, Denis e ensaios baseados na produtividade) e curta durao (ensaio de desgaste de Brandsma, ensaiode avano de corte constante, ensaios de acabamento superficial, ensaios baseados na temperatura de corte, nas caractersticas das aparas), os ensaios de corroso (corroso generalizada, localizada, galvnica e intergranular normas ASTM A262-77-E, ASTM A262-77-Com, ASTM 648-76 por exemplo) e os ensaios de desgaste.

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ENSAIOS DESTRUTIVOS

FIM DA PARTE 1 DE ENSAIOS DESTRUTIVOS

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ENSAIOS NO DESTRUTIVOS Classificao dos END

Mtodos Visuais

Mtodos Mecnicos

Mtodos Magnticos

Comparadores pticos (endoscpios) Microscpios Lquidos penetrantes

Dureza Ensaio de presso

Hmido Seco

Mtodos Elctricos ou Electromagnticos

Mtodos Ultra-snicos

Mtodos Radiogrficos

Correntes Eddy

Sombra Impulso Ressonncia

Raios X Raios K Raios F55

ENSAIOS NO DESTRUTIVOS Desvantagens dos ED e ENDDESVANTAGENS GERAIS DOS ENSAIOS DESTRUTIVOS S se pode provar uma parte da srie das peas No se pode usar durante o funcionamento da mquina Necessita que se prepare as amostras para o ensaio, elevando assim o custo do processo A velocidade deste tipo de ensaios baixa No se pode utilizar as peas ensaiadas Regra geral no econmico, embora este conceito seja relativo DESVANTAGENS GERAIS DOS ENSAIOS NO DESTRUTIVOS

No se obtm resultados directos Resultam, dos ensaios, valores qualitativos necessrio, por vezes, usar vrios mtodos de END para se obter resultados seguros Requer pessoal com elevada qualificao56

ENSAIOS NO DESTRUTIVOS Vantagens dos ED e ENDVANTAGENS GERAIS DOS ENSAIOS DESTRUTIVOS Pode-se definir a segurana de servio das peas A relao resultados dos ensaios e propriedades dos materiais directa No requer pessoal altamente qualificado

VANTAGENS GERAIS DOS ENSAIOS NO DESTRUTIVOS

Pode-se realizar o ensaio com a mquina a funcionar na maior parte dos casos Pode-se repetir sempre que se quiser Depois do ensaio as peas podem voltar a ser utilizadas A preparao das peas e o tempo de ensaio relativamente curto Podem-se obter registos das peas57

ENSAIOS NO DESTRUTIVOS Comparadores pticos - Endoscpios

CARACTERSTICAS GERAIS DESTE ENSAIO

Nasce com o objectivo de ultrapassar as capacidades de visualizao da vista humana. Os endoscpios so utilizados com frequncia na medicina e inspeces industriais A introduo de fibras pticas nos endoscpios geraram melhores capacidades de definio , por vezes, a nica forma de se realizar a inspeco directa e visual Os endoscpios de fibra ptica podem ser rgidos, semi-rgidos ou flexveis, podendo atingir comprimentos at 2 a 3 metros. Podem adaptar-se a mquinas fotogrficas para registo do estado geral da zona de inspeco ou podem ligar-se a circuitos fechados de televiso.

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ENSAIOS NO DESTRUTIVOS Comparadores pticos - Endoscpios

Figura 23 Alguns componentes dos endoscpios 59

ENSAIOS NO DESTRUTIVOS Mtodo dos Lquidos PenetrantesFUNDAMENTAO DO MTODO Este mtodo emprega um liquido penetrante, o qual aplicado na superfcie da pea a ensaiar, penetrando nas descontinuidades. Aps um determinado tempo de penetrao, o excesso desse liquido removido. Aplica-se de seguida um revelador por forma a poder-se observar as descontinuidades.

ETAPAS ESSENCIAIS Preparao da superfcie Aplicao do liquido penetrante Remoo do excesso de penetrante Aplicao do revelador Inspeco

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ENSAIOS NO DESTRUTIVOS Mtodo dos Lquidos Penetrantes-Preparao da superfcieRemover gua, leo, graxa, tinta, ferrugem e todo e qualquer material que possa mascarar o ensaio Utilizar para a remoo escovas de ao (manuais ou rotativas), solventes, ou outros meios apropriados e adequados. Ateno aos seguintes detalhes: O uso de escovas de ao carbono, que tenham sido utilizadas em ao carbono e inoxidvel provoca contaminao da pea; A limpeza com jacto de areia pode obstruir descontinuidades. Para uma preparao mecnica recomenda-se sempre no final que se utilize um solvente para a remoo de leo ou graxa mas tambm de poeira. Neste caso, recomenda-se um tempo de secagem do solvente.

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ENSAIOS NO DESTRUTIVOS Mtodo dos Lquidos Penetrantes-Aplicao do PenetranteO penetrante pode ser aplicado por imerso, pincelamento, derramamento ou por asperso em toda a superfcie da pea de interesse O penetrante dever permanecer em contacto com a superfcie da pea, pelo menos o tempo mnimo de penetrao PROPRIEDADES IMPORTANTES DOS PENETRANTES Manter o material corante em suspenso Espalhar-se uniformemente por toda a superfcie da pea (humedecer e viscosidade mdia) Conduzir para o interior de qualquer descontinuidade aberta na superfcie da pea Fazer subir o penetrante superfcie Ser removido facilmente, quando desejvel. PROPRIEDADES FSICAS IMPORTANTES DOS PENETRANTES Viscosidade Tenso superficial Inrcia qumica Poder de humectao Tenso superficial Densidade Solubilidade Volatilidade Toxicidade62

Ponto de fulgor

ENSAIOS NO DESTRUTIVOS Mtodo dos Lquidos Penetrantes-Lei de Rideall = profundidade atingida pelo liquido penetrante no interior da fissura t = tempo de penetraoL= viscosidade do liquido penetrante E= ngulo de equilbrio do liquido e a superfcie da fissura K = tenso superficial do liquido penetrante

2L l 2 t! K cos E

CP !

K 2L

CP = Coeficiente de penetrao do liquido penetrante

2 K cos E p! [

p = presso capilar[ = abertura ou largura da fissura

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ENSAIOS NO DESTRUTIVOS Mtodo dos Lquidos Penetrantes-Tipos de Lquidos PenetranteO penetrante classificado quanto visibilidade e tipo de remoo em excesso.Tabela 5 Classificao dos lquidos penetrantes

Tipo de remoo Mtodo A Fluorescente B Visvel colorido gua A1 B1 Ps-emulsificvel A2 B2 Solvente A3 B3

Lavveis com gua: o excesso pode ser removido directamente da superfcie da pea, por uma simples lavagem, mas cuidadosa, com com gua Ps-emulsificvel: so insolveis na gua.A remoo do excesso facilitada pela adio de um emulsificador lipfilico aplicado em separado. O emulsificador combina com o excesso de penetrante formando uma mistura lavvel com gua. Solvente: o excesso removido com pano no absorvente64

ENSAIOS NO DESTRUTIVOS Mtodo dos Lquidos PenetrantesTabela 6 Tempos de penetrao dos lquidos penetrantes (Min.)

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ENSAIOS NO DESTRUTIVOS Mtodo dos Lquidos PenetrantesPropriedades de um reveladorDeve ser de granulao fina Deve proporcionar um fundo de contraste de cor uniforme Deve ser facilmente humedecvel pelo penetrante No deve conter substncias perigosas para o usurio e para a pea. Deve ter a habilidade de aderir superfcie

-Reveladores-

Deve ser constitudo de material absorvente para aumentar a aco de mata-borro

Funo bsica do reveladorExtrair o penetrante retido na descontinuidade e transferir parte dele at superfcie para que possa ser visto.

Os reveladores podem ser de:P seco Aquosos (p em suspenso aquosa) No aquoso (p em solvente voltil) Revelador de filme de plstico66

ENSAIOS NO DESTRUTIVOS Mtodo dos Lquidos PenetrantesRevelador de p seco

-Reveladores-

basicamente uma mistura fofa de slica e talco ou outros ps que devero ser mantidos secos Proporciona uma camada fina e no um filme contnuo , limitando o sangramento lateral do penetrante dando uma melhor resoluo que no revelador em suspenso aquosa No absorve grandes quantidades de liquido penetrante o que reduz o tamanho das indicaes Devido falta de confiabilidade nos casos mais delicados, este tipo de revelador vem caindo em desuso

Revelador em suspenso aquosa constitudo por p seco misturado em gua ou pode ser adquirido j misturado.

Vantagens possvel determinar se toda a rea de interesse foi coberta. No emitem vapores. A espessura da camada de revelador pode ser controlada pela concentrao de p na gua Uma camada contnua sobre a superfcie ensaiada proporciona melhores resultados

DesvantagensA decantao das partculas dificulta a mistura em forma de suspenso, aps alguns dias As peas devem ser apropriadamente drenadas Exige-se verificao diria da suspenso Dificuldade de revelao, aps secagem, principalmente nos furos e rasgos.67

ENSAIOS NO DESTRUTIVOS Mtodo dos Lquidos Penetrantes-ReveladoresRevelador no aquosoA finalidade principal deste revelador proporcionar um fundo de contraste branco para os penetrantes visveis, resultando em uma alta sensibilidade devido dupla aco do revelador O solvente reage com o penetrante retido na descontinuidade, por diluio, reduzindo a viscosidade e expandindo o volume, Os solventes podem ser nafta, lcool ou base de cloro (para os no inflamveis)

Revelador de filme plstico constitudo por uma laca clara ou uma disperso de resina coloidal no qual so adicionadas partculas de revelador O penetrante, retido na descontinuidade, dissolvido no filme plstico pela aco de um solvente altamente voltil. O filme limita-se apenas a fixar a indicao na forma de uma linha fina A nica forma possvel de aplicao por aerosol Tem a vantagem de possibilitar a manuteno de um registo permanente e de alta sensibilidade de resoluo. necessrio alta habilidade e apresenta um alto custo.68

ENSAIOS NO DESTRUTIVOS Mtodo dos Lquidos Penetrantes

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ENSAIOS NO DESTRUTIVOS Mtodo dos Lquidos PenetrantesTabela 7 Vantagens e desvantagens da tcnica A1

VantagensIndicaes brilhantes pela fluorescncia Facilmente removvel pela gua Rpido - economia de tempo Facilmente adaptvel a grandes quantidades de peas Bom para superfcies rugosas Bom para roscas e furos de chaveta Relativamente barato

DesvantagensNo bom para se detectar riscos ou descontinuidades rasas na superfcie dos metais Sofre a aco dos cidos e cromados As superfcies metlicas anodizadas podem afectar a sensibilidade Por vezes, na re-inspeco podem sofrer decrscimo de sensibilidade Muito susceptvel de sair do interior da descontinuidade quando se faz a super-lavagem da pea Necessita ser inspeccionado em zona escura sob aco da luz negra (UV) Tempos de penetrao longos

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ENSAIOS NO DESTRUTIVOS Mtodo dos Lquidos PenetrantesTabela 8 Vantagens e desvantagens da tcnica A2

VantagensIndicaes muito mais brilhantes que removveis com gua A fluorescncia garante alta visibilidade Alta sensibilidade para descontinuidades pequenas Bom para detectar descontinuidades pouco profundas Facilmente lavvel com gua depois da emulsificao Alto rendimento, especialmente nas peas grandes Curtos tempos de penetrao Em geral no so afectados pelos cidos, cromados e superfcies metlicas anodizadas As peas podem ser facilmente re-inspeccionadas

DesvantagensA operao do emulsificador uma operao separada A emulsificao ulterior exige equipamento adicional No to bom quanto a tcnica A1, quando aplicado em roscas, rasgos de chavetas ou sobre superfcies rugosas Todos os materiais so mais caros Alguns materiais so inflamveis

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ENSAIOS NO DESTRUTIVOS Mtodo dos Lquidos PenetrantesTabela 9 Vantagens e desvantagens da tcnica B1

VantagensNo h necessidade de luz negra (UV) Muito porttil Muito bom para inspeco de pequenas zonas em peas ou manuteno de equipamentos As peas podem ser re-inspeccionadas No sofre influncia quando se inspecciona superfcies metlicas anodizadas Podem ser realizados luz natural

DesvantagensNo tem sensibilidade para descontinuidades muito fechadas ou pequenas As indicaes tem uma visibilidade limitada, menor que as tcnicas A1 e A2 Alguns materiais so inflamveis Exige maior nmero de homens hora H certa dificuldade em se usar esta tcnica sobre superfcies rugosas Os penetrantes no devem ser usados em tanques abertos Tempos de penetrao longos

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ENSAIOS NO DESTRUTIVOS Mtodo dos Lquidos PenetrantesTabela 10 Vantagens e desvantagens da tcnica B2

VantagensNo h necessidade de luz negra (UV) porttil Muito boa sensibilidade, maior que a tcnica B1 e menor que a tcnica A1 e A2 As peas podem ser re-inspeccionadas Em geral no so afectados pelos cidos e superfcies metlicas anodizadas Podem ser realizados luz natural Bom para detectar descontinuidades pouco profundas Bom rendimento especialmente para peas grandes No so to vulnerveis super-lavagem

DesvantagensTcnica mais cara que B1 A operao do emulsificador uma operao separada A emulsificao ulterior exige equipamento adicional No to bom quanto tcnica A1, quando aplicado em roscas e rasgos de chavetas ou sobre superfcies rugosas Alguns materiais so inflamveis

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ENSAIOS NO DESTRUTIVOS Mtodo dos Lquidos PenetrantesA seleco ou escolha de uma tcnica de inspeco pelos lquidos penetrantes envolve uma srie de factores e dificilmente pode ser equacionada de forma a se escolher ou seleccionar priori qualquer uma delas. A escolha dever sempre ter em vista: A sensibilidade que desejamos O nmero de peas a ensaiar O tipo de inspeco de manuteno, etc. Algumas perguntas que se devem fazer antes de decidir pela tcnica: Quais so os tipos e tamanhos dos defeitos procurados? Quais os tipos de peas ou partes que sero inspeccionados? (material, tamanho, forma, acabamento)? O material forjado, desbastado usinado, etc? Qual a maior descontinuidade tolerada? Qual a funo da pea em servio? Qual o tamanho e o numero de peas a ensaiar? Qual a disponibilidade de meios e equipamentos para a inspeco? Qual o custo da inspeco?74

ENSAIOS NO DESTRUTIVOS Mtodo dos Lquidos PenetrantesTabela 11 Pospostas de escolha para aplicao da tcnica correcta

Problemas especficos de inspecoProduo de grandes nmeros de peas pequenas Produo de grandes nmeros de peas grandes Mxima sensibilidade descontinuidade mnima Profundidades pouco profundas, riscos sobre metal Peas com superfcies grosseiras Roscas, rasgos de chavetas nas peas Peas com superfcies no muito grosseiras Inspeco localizadas em partes de peas grandes Inspeces onde no h gua e electricidade Ensaios de vazamentos em recipientes de partes finas

TcnicaA1 A2 ou B1 A2 A2 A1 A1 e B3 A1 e A2 A3 ou B3 B3 A3 ou B3

ObservaesManejo de peas pequenas por meio de cestos metlicos Grandes forjados e extrudados, etc. Indicaes muito claras e visveis A profundidade da emulsificao ter que ser acertada A tcnica de lavagem ter que ser estudada para cada caso

A escolha depender da quantidade a ser inspeccionada e na sensibilidade desejada Depende das condies locais e sensibilidade desejada

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ENSAIOS NO DESTRUTIVOS Mtodo MagnticoDefinies Magnetismo: Propriedade de alguns metais, nomeadamente de ferro e ao, de atrarem artigos em ferro e ao. Apenas o ferro e o ao e algumas das suas ligas so suficientemente afectados para poderem ser aplicados inspeco com magnafluxo. Materiais magnticos: Da definio de magnetismo resulta que materiais magnticos so os que so atrados pelo magnetismo ou que se podem dizer permeveis ao fluxo magntico Fluxo magntico: O magnetismo pode ser considerado como uma fora que tende a produzir um campo magntico. O fluxo magntico a condio do campo magntico responsvel pelo seu efeito sobre materiais magnticos e representam-se normalmente atravs das suas linhas de fluxo, ou linhas de fora. Permeabilidade: A permeabilidade indica a maior ou menor facilidade que tem um metal de ser magnetizado. Um metal fcil de magnetizar diz-se que tem alta permeabilidade e vice-versa. O ao duro com elevada percentagem de carbono mais difcil de magnetizar e portanto tem menor permeabilidade. Magnetismo residual: Ao campo magntico remanescente depois de interrompida a corrente magnetizante d-se o nome de campo residual. Redentividade: Capacidade de qualquer metal magntico de manter ou reter campo magntico depois de interrompida a corrente magnetizante. Os metais que mantm um campo magntico forte tem grande redentividade e vice-versa.76

ENSAIOS NO DESTRUTIVOS Mtodo Magntico Operaes bsicas do teste magnafluxo (ensaio magntico)1.- Exame e preparao da pea. Desmagnetizar se necessrio. 2.- Induo do campo magntico apropriado 3.- Aplicao de partculas magnticas 4.- Pesquisa de acumulao de partculas magnticas (Inspeco) 5.- Desmagnetizao

Figura 24 o defeito cria campos de fuga que atraem as partculas magnticas 77

ENSAIOS NO DESTRUTIVOS Mtodo Magntico-Tcnicas de magnetizao Caractersticas das correntes magnetizantes Corrente alternada: Este tipo de corrente cria um fluxo mximo superfcie e possui uma capacidade de penetrao relativamente fraca. Corrente continua constante: Tal corrente caracterizada pela constncia da tenso V Corrente de meia-onda: trata-se de uma corrente alternada rectificada em meia onda. A penetrao comparvel corrente continua e o efeito da pulsao ajuda a mobilidade das partculas. Impulsos de corrente: So correntes elctricas produzidos pela descarga de condensadores Tipos de magnetizao nas peas Magnetizao longitudinal Magnetizao circular Magnetizao combinada

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ENSAIOS NO DESTRUTIVOS Mtodo MagnticoMagnetizao longitudinal

-Tcnicas de magnetizao -

A magnetizao longitudinal pode ser induzida numa pea pela utilizao de um campo criado por uma bobine (solenide) ou pela utilizao de um electroman ou de um man permanente.O sentido do campo magntico funo do sentido da corrente que circula na bobine ou solenide.

Figura 25 Magnetizao longitudinal

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ENSAIOS NO DESTRUTIVOS Mtodo MagnticoMagnetizao Circular

-Tcnicas de magnetizao -

A magnetizao circular s pode ser produzido por passagem da corrente na pea ou por passagem da corrente num condutor atravessando a pea (ex: cabo penetrando num tubo).

Figura 26 Magnetizao circular

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ENSAIOS NO DESTRUTIVOS Mtodo MagnticoMagnetizao combinada

-Tcnicas de magnetizao -

A magnetizao combinada no mais do que a juno dos dois tipos referidos anteriormente.

Figura 27 Esquemas da magnetizao combinada 81

ENSAIOS NO DESTRUTIVOS Mtodo Magntico-Campos de Fuga Detectores de campo de escape ou de fuga Em funo das condies de magnetizao e dependendo dos tamanhos relativos das descontinuidades na pea, teremos maior ou menor campo magntico a escapar para o exterior das peas. Os campos de fuga so detectados por ps magnticos de ferro (Fe3O4) muito finos que so pulverizados sobre a pea (tcnica seca) ou so aplicados por meio de um veculo como gua, leo ou querozene (tcnica hmida).

Figura 28 Magnetizao longitudinal e campos de fuga

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ENSAIOS NO DESTRUTIVOS Mtodo Magntico-Ps Magnticos Propriedades dos ps magnticos Magnticas - desejvel que as partculas possuam alta permeabilidade e baixa redentividade Geomtricas -A forma esfrica oferece maior grau de mobilidade mas tem menor poder atractivo. As partculas delgadas, compridas e irregulares tem alto poder atractivo e fraca mobilidade. Uma partcula multifacetada em forma de pepita ptimo porque combina razoavelmente as qualidades referidas anteriormente. Mobilidade -A capacidade das partculas formarem uma indicao influenciada pelo estado, forma e processo de aplicao das partculas. A tcnica seca quando aplicada com corrente alternada, as partculas danam facilitando assim a mobilidade. Na tcnica hmida a mobilidade das partculas suspensas ocorre nas trs dimenses. Visibilidade - Uma indicao deve ser prontamente visvel. Nenhuma cor sempre satisfatria dado que as superfcies das peas variam desde tipos polidas at soldagens irregulares. As cores mais usadas so o cinzento, preto e vermelho. Usam-se tambm com frequncia ps e pastas fluorescentes, produzindo indicaes mais relevantes. 83

ENSAIOS NO DESTRUTIVOS Mtodo Magntico-Tcnica de magnetizao Seca Nesta tcnica as partculas devem flutuar no ar e cair vagarosamente sobre a superfcie da pea em inspeco. Utilizam-se com frequncia pulverizadores de p. No recomendada a tcnica de se colocar a superfcie da pea em inspeco com grande quantidade de p magntico. usada para peas, em geral, de grande porte e de difcil manejo (peas fundidas e juntas soldadas) mais sensvel que a tcnica hmida na deteco de descontinuidades prximas da superfcie, mas no o tanto para detectar pequenas descontinuidades na superfcie com equipamento de magnetizao porttil, para inspeco de grandes reas. de importncia fundamental a limpeza das superfcies das peas, devendo estar limpas (sem leo, areia e ferrugem) e secas. O espaamento entre os contactos (na magnetizao circular) devem estar entre 15 a 40 centmetros O excesso de partculas magnticas sobre a pea pode ser removida fazendo uso de um soprador (manual ou ligado a um regulador de presso). A posio destes contactores deve ser cuidadosa para evitar a formao do arco voltaico que elevar muito a temperatura nos pontos de contacto. Recomenda-se sempre realizar a magnetizao longitudinal e circular. As peas podem ser magnetizadas de uma s vez ou por partes. A intensidade de corrente depender do dimetro ou da maior dimenso da pea em ngulo recto com a direco da corrente e no da rea da pea. Geralmente so utilizados cerca de 40 a 150 Amperes por centmetro de dimetro.

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ENSAIOS NO DESTRUTIVOS Mtodo Magntico-Tcnica de magnetizao Seca Tabela 12 Espaamento de contactos e respectivas intensidades de corrente

Figura 29 Fraca Indicao para defeito A e forte indicao para defeito B

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ENSAIOS NO DESTRUTIVOS Mtodo Magntico-Tcnica de magnetizao HmidaNesta tcnica as partculas de p magntico esto suspensas num liquido. indicada para detectar descontinuidades superficiais muito pequenas, tais como trincas por fadiga e as provocadas por esmeril. Cobre toda a superfcie da pea de forma mais fcil e rpida. Usa-se bem para peas de formatos complicados e porte mdio e pequeno nas linhas de produo. Utiliza banhos oleosos e aquosos. Os banhos oleosos so feitos base de leo mineral leves com baixo teor de enxofre (norma ASM E-138-63). O banho aquoso constitudo por gua com adio de certas substancias que modificam a tenso superficial da gua (substancias anti-corrosivas, anti-espuma so tambm adicionadas gua). necessrio tomar-se providencias relativas concentrao dos ps nos banhos, antes de aplicar esta tcnica. A norma ASTM E-138-63 recomenda concentrao de 1,2 a 2,4 ml para ps coloridos e 0,1 a 0,7 ml para ps fluorescentes por cada 100 ml. A intensidade de corrente para magnetizao circular recomendada de 40 a 70 Amperes por centmetro de dimetro.

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ENSAIOS NO DESTRUTIVOS Mtodo Magntico-Sequncia das operaesDesmagnetizao preliminar Dado que o objectivo do controle no a procura de campos magnticos dispersos, tal como se apresentam, mas sim campos magnticos gerados por defeitos (campos de fuga), extremamente importante que a pea a examinar no tenha acumulado magnetismo residual. O magnetismo residual pode gerar um sinal falso de defeito na pea, quando a corrente a utilizar provoca um campo magntico inferior ao existente. No necessrio desmagnetizar a pea quando: Depois do teste a pea vai sofrer um tratamento trmico ou aquecimento a mais de 900 C; A pea de ferro macio de baixa retentividade. Limpar as superfcies da pea a controlar Remover todas as impurezas superficiais (lixo, xidos, escria depois da soldadura, etc.) pois a eficincia do mtodo est na capacidade de movimentao das partculas magnticas na superfcie da pea em resposta ao campo de fuga.

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ENSAIOS NO DESTRUTIVOS Mtodo Magntico-Sequncia das operaesMagnetizao da pea O campo magntico mais forte na pea enquanto a corrente circula. Logo que a corrente interrompida o valor do campo decresce.Ao mtodo que mantm a corrente magnetizante enquanto se faz a aplicao das partculas magnticas, d-se o nome de MTODO CONTINUO. Na tcnica hmida aplica-se o banho a todas as superfcies. Retirada a agulheta d-se o tiro da corrente de baixa tenso mas de elevada amperagem. Este processo assegura que quando a corrente passa na pea, as particulas so atradas para qualquer campo de fuga gerado. inconveniente a aplicao do banho durante ou depois do tiro pois a fora do banho pode limpar ou reduzir as indicaes. Deve-se tambm ter em conta a densidade do fluxo magnetizante. Um campo de fuga muito fraco gera indicaes pouco relevantes e um campo forte gera indicaes ( provoca um excesso de acumulao das partculas magnticas) mascaradas. Para a magnetizao circular recomenda-se 800 a 100 Amperes por polegada da seco transversal quando se usa corrente contnua e 500 a 600 Amperes para a corrente alterna. Para a magnetizao longitudinal o clculo da amperagem (A) tem em conta o comprimento da pea a ensaiar (L), dimetro da pea a ensaiar (D) e n de espiras da bobine (T).

!

45000 D LT88

ENSAIOS NO DESTRUTIVOS Mtodo Magntico-Sequncia das operaes!Magnetizao da pea Para aplicao da frmula necessrio que: L seja menor que 18 polegadas A relao L/D deve situar-se entre 2 a 15

45000 D LT

A pea no deve ser colocada no centro da bobine mas sim encostado perde interior da bobine A pea deve ser posicionada de modo a que o seu eixo maior esteja paralelo ao campo magntico (eixo da bobine) Aplicao da ps magnticos No caso de no se usar o mtodo continuo a suspenso (usando a tcnica seca ou hmida) aplicada aps magnetizao Inspeco da superfcie da pea ensaiada A acumulao de partculas indica a existncia de plos magnticos, i.e., h possibilidades de se ter detectado um defeito. A pesquisa do defeito facilitada pelo facto de a indicao ser at 200 vezes maior que o tamanho do defeito original. Desmagnetizar a pea se necessrio Limpeza da pea89

ENSAIOS NO DESTRUTIVOS Mtodo Magntico-Factores que determinam a tcnica de inspecoEste mtodo ptimo para determinar pequenas e finas espessuras sub-superficiais ou superficiais, sendo simples de se realizar. Atinge-se bons resultados para defeitos a uma profundidade menor que 2 mm. Devem ser considerados os seguintes factores para a realizao deste ensaio: Liga, forma e estado da pea Tipo de corrente magnetizante Direco do campo magntico Valor da densidade de fluxo magntico Forma, dimenses e profundidade do defeito Orientao dos defeitos relativamente ao fluxo magntico Dimenses das partculas de p magntico e tcnica de aplicao

90

ENSAIOS NO DESTRUTIVOS Mtodo Magntico-Factores que determinam a tcnica de inspecoLiga, forma e estado da pea A liga usado numa pea determina a sua permeabilidade e portanto a facilidade com que pode ser magnetizada. O tamanho e forma da pea determinam, para o equipamento em causa, qual o mtodo mais prtico. O estado da pea, em especial da sua superfcie, influencia a tcnica de magnetizao. Tipo de corrente magnetizante

Figura 30 Curvas da corrente contnua (a), meia onda (b) e alterna (c)

91

ENSAIOS NO DESTRUTIVOS Mtodo Magntico-Factores que determinam a tcnica de inspecoTipo de corrente magnetizante

Figura 31 Dependncia entre tipo de corrente e tcnica de magnetizao a usar 92

ENSAIOS NO DESTRUTIVOS Mtodo Magntico-Aparelhos principais necessriosExistem trs tipos de aparelhos: Aparelhos estacionrios universais (para controle de peas em srie) Aparelhos portteis Aparelhos especiais Dispositivos: Fontes de corrente elctrica alterna e contnua e seus reguladores. Por forma a ser possvel mudar a fora da corrente, para corrente alterna usam-se transformadores abaixadores e para a corrente continua usam-se rectificadores ou mquinas elctricas de corrente contnua. Mecanismos para alimentao da corrente elctrica na pea Dispositivos de magnetizao (plos de magnetizao, solenides, electromans, etc.) Dispositivos para aplicao superficial da suspenso do p magntico (pulverizadores, compressores) Aparelhos de medio da intensidade do campo magntico

93

ENSAIOS NO DESTRUTIVOS Mtodo ElectromagnticoIntroduo: Aplica-se a cilindros, tubos, coberturas (revestimentos), etc. sendo um mtodo que actua atravs da medio da condutibilidade, i.e., induz pequenas correntes elctricas circulares numa pea condutora por forma a se observar a interaco entre a pea condutora e as correntes induzidas. O fluxo as corrente limita-se rea onde actua o campo induzido. Este mtodo detecta descontinuidades e determina a espessura de revestimento das peas metlicas.

Figura 32 Correntes de Eddy induzida numa pea condutora por uma bobine 94

ENSAIOS NO DESTRUTIVOS Mtodo ElectromagnticoVantagens: Medio precisa da condutibilidade Indicao imediata Teste a alta velocidade Deteco de descontinuidades de pequena rea (at 0,015 mm2) No h contacto Desvantagens A natureza especifica da descontinuidade no claramente identificada A profundidade de penetrao restringe o teste a profundidades inferiores a polegada O teste de metais ferro-magnticos por vezes difcil Muitas vezes no possvel a gravao permanente do ensaio Uso de aparelhagem moderna altamente especializada projectada para separar variveis de interesse. S a condutibilidade afectada pela composio qumica, composio da liga, o tratamento trmico, arrefecimento, distoro e deslocao da rede, etc. e as descontinuidades.95

Factores que afectam o teste com correntes de Eddy:

ENSAIOS NO DESTRUTIVOS Mtodo Electromagntico

. O principal problema no teste com correntes de Eddy, mais do que em qualquer outro teste no destrutivo, o nmero de variveis conhecidas e desconhecidas que aparecem na indicao de sada. Elas limitam e/ou restringem a utilizao deste mtodo de teste. Elas exigem o desenvolvimento de aparelhagem altamente especializada e projectada para separar as variveis de interesse das outras. As variveis a considerar so:

Figura 33 Efeito da descontinuidade nas correntes de Eddy

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Factores que afectam o teste com correntes de Eddy:

ENSAIOS NO DESTRUTIVOS Mtodo Electromagntico

Condutibilidade: uma das principais variveis. Permite a inspeco de materiais baseando-se na sua condutividade, permite detectar variaes da composio qumica, composio da liga, o tratamento trmico, arrefecimento, distoro e deslocao da rede, etc. e ainda detectar as descontinuidades. o fluxo de correntes de Eddy est directamente relacionado com a condutibilidade, aumentando com o aumento da condutibilidade. medida em IACS (International Annealed Copper Standart). Cobre = 100% de condutibilidade. O alumnio puro tem uma condutibilidade de 66%. Permeabilidade: importante, antes de realizar o teste, saber se a pea a ensaiar magntica ou no. O efeito da permeabilidade na bobine de teste muito maior que a condutibilidade. A permeabilidade define-se matematicamente pela relao entre a densidade de fluxo B e a fora magnetizante da bobine H, sendo sempre maior que 1. A permeabilidade do ar igual a 1. Um factor que interfere com a permeabilidade a no linearidade da permeabilidade (ver figura 34). De inicio, com o aumento de H, a densidade de fluxo na pea aumenta rapidamente para depois ter um crescimento mais lento e, no final, sendo H muito elevado, B quase no varia com H. Se temos um material no magnetizado, o processo de magnetizao segue a curva OA, que tem o nome de curva virgem ou curva de magnetizao inicial. Chegado ao ponto A, o ferromagntico atingiu o seu estado de saturao e o aumento posterior de B ser feito apenas custa do aumento de H. Diminuindo ento progressivamente H, o processo de desmagnetizao seguir pela curva AC. Quando H for igual a zero, restar ainda uma certa magnetizao residual. Quando B=0 existe uma certa fora magnetizante coerciva.97

ENSAIOS NO DESTRUTIVOS Mtodo Electromagntico

Figura 34 Curva de histerese de magnetizao 98

Densidade de fluxo num material no magntico e magntico:

ENSAIOS NO DESTRUTIVOS Mtodo Electromagntico

Quando se aplica a fora de magnetizao de uma bobine a uma pea, o fluxo da bobine estabelece, no interior da pea, as correntes de Eddy. A quantidade de corrente est directamente relacionada com a fora magnetizante. Densidade de fluxo num material no magntico: Nos materiais no magnticos, a pea no gera qualquer densidade de fluxo adicional devido ausncia de domnios magnticos. A nica densidade de fluxo no interior da pea a fornecida pelo campo magntico da bobine. Nestas condies pode-se dizer que a variao na corrente de Eddy provocada pela condutibilidade da pea ou pela densidade de fluxo da bobine induzida na pea.

Figura 35 Densidade de fluxo num material no-magntico 99

Densidade de fluxo num material magntico:

ENSAIOS NO DESTRUTIVOS Mtodo Electromagntico

Quando se aplica a fora H a um material magntico o valor da densidade de fluxo na pea superior densidade de fluxo fornecida pela bobine. Isto deve-se s densidades de fluxo adicionais geradas pelos domnios magnticos.

Figura 36 Densidade de fluxo num material magntico

Afastamento (lift-off): Lift-off constitui um termo em END, que definido como sendo o pronunciado efeito na indicao obtida devido reduo da densidade de fluxo nas peas, quando se aumenta a distncia entre a bobine superficial e a superfcie da pea.

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Afastamento (lift-off) numa superfcie condutora:

ENSAIOS NO DESTRUTIVOS Mtodo Electromagntico

O efeito lift-off muito sensvel neste caso. Uma variao de menos de um milsimo da polegada (cerca de 0,025 mm) produz uma indicao. Circuitos especiais includos no equipamento de teste podem ser utilizados para equilibrar este efeito. Normalmente este tipo de bobines possui uma mola que mantm o contacto com a superfcie de modo a que o afastamento seja constante.

Figura 37 Bobine superficial actuada com mola 101

Afastamento (lift-off) numa superfcie no condutora:

ENSAIOS NO DESTRUTIVOS Mtodo Electromagntico

Uma das aplicaes do teste com correntes de Eddy est na utilizao de bobines superficiais em superfcies no condutoras. Como as correntes de Eddy no existem em materiais no condutores, pode-se utilizar o efeito de afastamento (lift-off) para medir espessuras de coberturas no condutoras em peas condutoras. A espessura da camada no condutora corresponde a um valor de afastamento. Como este efeito muito pronunciado possvel medir com preciso as espessuras no condutoras.

Figura 38 Medio da espessura da superfcie no condutora 102

ENSAIOS NO DESTRUTIVOS Mtodo ElectromagnticoFactor de enchimento (fill-factor): Para as bobines exteriores ou interiores, o termo equivalente a lift-off fill-factor, factor de enchimento. a relao entre a rea da seco transversal da pea e a rea de abertura da bobine, podendo ser exprimido atravs dos respectivos dimetros ao quadrado.

Figura 39 Factor de enchimento

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ENSAIOS NO DESTRUTIVOS Mtodo ElectromagnticoElementos bsicos do teste com correntes de Eddy: Os elementos bsicos do teste com correntes de Eddy so a bobine de teste, o gerador e o indicador. As bobines podem ser: Absolutas Bobine simples utilizada na medio do valor das caractersticas como a condutibilidade, permeabilidade, etc. Diferencial: Consiste em duas bobines (normalmente) que se opem electricamente uma outra. As indicaes correspondem s caractersticas da pea cancelam-se pois as bobines so opostas. Porm, a existncia de pequenos defeitos provoca a rotura desse equilbrio, gerando um sinal. A geometria da bobine estabelece o campo magntico necessrio para uma resposta mxima a um determinado teste. Assim, as bobines podem ser superficiais ou sonda ou bobines projectadas para examinar dimetros internos das peas ou bobines circundantes (encirching coil). Os indicadores baseiam-se em trs tipos: Medida utiliza a variao da impedncia Tubo de raios catdicos- utiliza a anlise de fase Registador de fita utiliza a anlise de modulao104

ENSAIOS NO DESTRUTIVOS Mtodo ElectromagnticoQualidades do equipamento de correntes Eddy: O operador deve conhecer a resposta s seguintes questes: 1. 2. 3. Tipo de material; magntico ou no magntico? Tipo de problema; descontinuidades, composio da liga, trabalho a frio, envelhecimento, etc. Como que estas propriedades afectam o artigo? Verificar-se- uma variao da condutibilidade em materiais no magnticos ou uma variao da condutibilidade e/ou permeabilidade em materiais ferro-magnticos?

A validade do teste com correntes de Eddy reside apenas na capacidade do especialista em determinar qual o equipamento (sistema) necessrio para resolver um problema especifico (tarefa).

105

ENSAIOS NO DESTRUTIVOS Mtodo Ultra-snicoObjectivo: Deteco de defeitos ou descontinuidades internas presentes nos mais variados tipos ou formas (bolhas de gs em fundidos, trincas em forjados, dupla laminao em laminados, escrias em unies soldadas, etc.) de materiais ferrosos ou no ferrosos Campo de aplicao: Este exame constitui nos dias de hoje uma ferramenta indispensvel para a garantia de qualidade de peas de grandes espessuras, geometria complexa de juntas soldadas, chapas, estruturas martimas, etc. Vantagens em relao a outros exames: Possui alta sensibilidade na deteco de pequenos defeitos Para interpretao das indicaes dispensa processos intermedirios, agilizando a inspeco No requer planos especiais de segurana ou quaisquer acessrios para sua aplicao, como nos casos de Raios X ou gama A localizao, avaliao do tamanho e interpretao das descontinuidades imediata.106

ENSAIOS NO DESTRUTIVOS Mtodo Ultra-snicoDesvantagens em relao a outros exames: Requer grande conhecimento terico e experincia por parte do inspector O registo permanente do teste no facilmente obtido Faixas de espessuras muito finas constituem uma dificuldade para aplicao do mtodo Requer uma preparao da superfcie. A NATUREZA E CARACTERSTICAS DA SONDAS ULTRA-SNICAS As oscilaes ultra-snicas so oscilaes elsticas de alta frequncia, maiores que 20 KHZ (O homem tem uma frequncia vocal que vai de 16 HZ a 20 KHZ). Na ultrasonoscopia as frequncias usadas vo de 0,25 a 10 Mciclos/segundo. Este mtodo baseia-se assim na capacidade destas oscilaes penetrarem no seio do material em forma de feixes dirigidos reflectindo-se numa superfcie de diferentes defeitos contidos na pea (fissuras, cavidades internas, bolsas de contraco, etc.). EFEITO DA PIEZOELECTRICIDADE Os transdutores dos aparelhos ultra-snicos (emissores e receptores) utilizam o efeito da piezolelectricidade. Este efeito semelhante ao que se passa no ser humano para emitir som. A laringe vibrada graas s ondas elctricas emitidas pelo crebro. Essa vibrao produz som. Neste ensaio o crebro seria um pulsador que envia sinais elctricos ao material piezoelctrico e que, posteriormente, transforma a energia elctrica em vibrao mecnica e vice-versa.

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ENSAIOS NO DESTRUTIVOS Mtodo Ultra-snico

Figura 40 Campo de aplicao das frequncias ultra-snicas

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ENSAIOS NO DESTRUTIVOS Mtodo Ultra-snicoFrequncia, velocidade e comprimento de onda Quando atiramos uma pedra num lago de guas calmas, imediatamente criamos uma perturbao no ponto atingido, formando-se assim ondas superficiais circulares que se propagam sobre a gua. Neste exemplo, pode-se imaginar que a frequncia (f) seria o nmero de ondas que passam por um observador fixo, a velocidade de propagao (V) seria esse nmero de ondas por minuto e o comprimento de onda (P) seria a distancia entre dois picos de ondas consecutivas. A relao entre estes parmetros estabelecida pela frmula V (m/seg.) = P (mm). f (Hz)

Exemplo de aplicao: Uma onda longitudinal ultrasnica, com frequncia de 2 MHz utilizada para examinar uma pea de ao. Qual o comprimento de onda gerado no material? Resposta: P de 2,95 mm.

Figura 41 Relao do comprimento de onda com dimenso da descontinuidade 109

ENSAIOS NO DESTRUTIVOS Mtodo Ultra-snicoTabela 13 .- Velocidade de propagao e modos de vibrao das ondas ultra-snicas em funo do meio

110

ENSAIOS NO DESTRUTIVOS Mtodo Ultra-snicoTIPOS DE ONDAS Ondas longitudinais So ondas cujas partculas do meio vibram na mesma direco da propagao da onda.

Zona de compresso Zona diluda

Figura 42 Ondas longitudinais

O primeiro plano de partculas vibra e transfere a sua energia cintica para os prximos planos de partculas que passam a oscilar. Desta maneira todo o meio elstico vibra na mesma direco da propagao das ondas (longitudinal) e aparecer zonas de compresso e zonas diludas. As distancias entre duas zonas de compresso determinam o comprimento de onda P. Tendo em conta este processo de propagao, este tipo de onda possui uma alta velocidade de propagao, caracterstica do meio. No ao temos VL = 5900 m/s ; gua tem-se VL= 1480 m/s ; ar tem-se VL = 330 m/s111

ENSAIOS NO DESTRUTIVOS Mtodo Ultra-snicoTIPOS DE ONDAS Ondas transversais Tambm conhecidas como ondas de corte, as ondas transversais so ondas cujas partculas do meio vibram direco perpendicular ao da propagao da onda.

Figura 43 Ondas transversais

Neste caso os planos das partculas mantm-se mesma distncia um do outro, movendo-se apenas verticalmente. O comprimento de onda a distncia entre dois vales ou dois picos. As ondas transversais so praticamente incapazes de se propagarem nos lquidos e gases, pelas caractersticas das ligas entre partculas, destes meios. Estas ondas (shear waves) tem uma velocidade de aproximadamente metade que a velocidade das ondas longitudinais. No ao temos VT = 3230 m/s112

ENSAIOS NO DESTRUTIVOS Mtodo Ultra-snicoTIPOS DE ONDAS Ondas superficiais ou ondas de Rayleigh So assim chamadas por se propagarem na superfcie, limitando-se a uma fina camada de partculas na fronteira livre de um slido.

Figura 44 Ondas superficiais

O movimento das partculas no propriamente senoidal dado que as partculas executam um movimento em torno da posio de equilbrio descrevendo uma trajectria elptica. Estas ondas contornam a curva dos objectos a ensaiar, ocorrendo reflexo apenas em cantos bem definidos. A velocidade destas ondas aproximadamente 10% inferior velocidade das ondas transversais.113

ENSAIOS NO DESTRUTIVOS Mtodo Ultra-snicoTIPOS DE ONDAS Ondas de Lamb Para ondas superficiais que se propagam com comprimento de onda prximo superfcie da chapa ensaiada, neste caso a inspeco no se restringe somente superfcie, mas em todo o material. Neste caso designamos as sondas superficiais de Lamb. As ondas de Lamb podem ser geradas a partir de ondas longitudinais, incidindo segundo um ngulo de inclinao em relao chapa.

Figura 45 Ondas de Lamb

114

ENSAIOS NO DESTRUTIVOS Mtodo Ultra-snicoIMPEDNCIA ACSTICA A energia transmitida ou reflectida depende exclusivamente da impedncia acstica dos meios em questo. A impedncia acstica (Z) definida como sendo o produto da velocidade de propagao das ondas (V) pela densidade especifica (V). Z (kg/m2 . seg.) = V (Kg/m3) . V (m/seg.)

Figura 46 Onda plana incidindo num interface

115

ENSAIOS NO DESTRUTIVOS Mtodo Ultra-snicoIMPEDNCIA ACSTICA Exemplo de aplicao: Sendo a velocidade de propagao no ao de 5,900 m/seg. e densidade especifica de 7,7 g/cm3, determine a impedncia acstica para o ao. Z (kg/m2 . seg.) = V (Kg/m3) . V (m/seg.) Resposta: Z= 45 x 106 Kg/m2seg. A percentagem da energia snica que pode ser transmitida de um meio a outro pode ser calculada atravs da seguinte relao:

2 Z2 T'! Z1 Z 2Onde:

R!

Z1 Z 2 Z1 Z 2

Z1 e Z2 so respectivamente as impedncias acsticas dos meios 1 e 2. T o factor de transmisso e R de reflexo. Exemplo de aplicao: Considere dois meios diferentes como ao e gua. Z da gua 1,5 x 106 Kg/m2seg. e Z do ao 45 x 106 Kg/m2seg. Calcule, para ondas longitudinais, os valores da transmisso ultra-snica e da reflexo. Resposta: T = 6,5% e R= 93,5%116

ENSAIOS NO DESTRUTIVOS Mtodo Ultra-snicoREFLEXO ACSTICA Incidncia normal Quando uma onda ultra-snica incide perpendicularmente num interface qualquer, a reflexo ocorrer na mesma direco, porm em sentido contrrio.

Figura 47 Onda incidente normal superfcie 117

ENSAIOS NO DESTRUTIVOS Mtodo Ultra-snicoREFLEXO ACSTICA Incidncia oblqua Quando uma onda ultra-snica incide segundo um ngulo qualquer E num interface, ocorre imediatamente a reflexo com ngulo idntico E. O angulo incidente e reflectido medido a partir da normal superfcie. Entretanto ocorre um segundo fenmeno que consiste na mudana do modo de vibrao da onda original incidente, no ponto considerado, passando a reflectir tambm uma segunda onda com modo de vibrao diferente e ngulo U calculado atravs da relao: Lei de Snell

sen E sen U ! V1 V2

Figura 48 Incidncia angular num interface

118

ENSAIOS NO DESTRUTIVOS Mtodo Ultra-snicoREFRACO ACSTICA Incidncia normal Quando uma onda ultra-snica incide perpendicularmente num interface qualquer, a refraco ocorrer na mesma direco e no sentido da onda incidente.

Figura 49 Refraco da onda 119

ENSAIOS NO DESTRUTIVOS Mtodo Ultra-snicoREFRACO ACSTICA Incidncia oblqua Quando uma onda ultra-snica incide segundo um ngulo qualquer E num interface, a refraco ocorre no ponto considerado da interface com ngulo U calculado atravs da relao:

sen E sen U ! V1 V2

sen E senU1 ! V1 V3

Figura 50 Refraco da onda com incidncia angular num interface 120

ENSAIOS NO DESTRUTIVOS Mtodo Ultra-snicoREFRACO ACSTICA Exemplo de aplicao Uma onda longitudinal incide num interface acrlico ao num ngulo de 20 graus (ver figura 51). Calcular os ngulos das ondas refractadas (longitudinal e transversal). Resposta: Onda longitudinal U = 47,70 Onda longitudinal U1 = 23,90

sen E sen U ! V1 V2

sen E senU1 ! V1 V3

Figura 51 Refraco da onda com incidncia angular num interface 121

ENSAIOS NO DESTRUTIVOS Mtodo Ultra-snicoTIPOS DE TRANSDUTORES Transdutores rectos ou normais So transdutores mono-cristal, geradores de ondas longitudinais, normal superfcie de acoplamento. Em geral estes transdutores normais so circulares com dimetros de 5 a 25 mm, com frequncia de 0,5 1 2 2,5 4 5 6 MHz. Transdutores angulares Estes transdutores diferem dos anteriores pelo facto de o cristal formar um determinado ngulo com a superfcie do material. O angulo obtido inserindo uma cunha de plstico entre o cristal piezoelctrico e a superfcie. Normalmente os ngulos so de 35, 45, 60, 70 e 80 graus. Embora emita uma onda longitudinal, as ondas que penetram na pea a ensaiar so transversais Transdutores duplo cristal So transdutores que separam a emisso da recepo. Consistem em dois cristais incorporados na mesma carcaa separados por um material isolante e levemente inclinados em relao superfcie de contacto. So conectados por um cabo duplo.122

ENSAIOS NO DESTRUTIVOS Mtodo Ultra-snicoTIPOS DE TCNICAS DE INSPECO Pulso-Eco: Um impulso enviado pelo transdutor e recebido o seu sinal (eco) pelo mesmo transdutor, sendo posteriormente interpretado o seu sinal. No emite continuamente ondas ultra-snicas. aplicado em 90% dos casos e tem as seguintes vantagens: Pode-se localizar a descontinuidade O tamanho da descontinuidade proporcional altura do sinal reflectido No necessita de acesso de ambos os lados da pea a ensaiar A quantidade de defeitos e sua extenso podem ser determinados Transparncia Empregam-se dois transdutores separados, sendo um emissor e outro o receptor. No se pretende avaliar ou localizar as descontinuidades existentes. Limitaes deste tipo de inspeco: No se pode localizar a descontinuidade No se pode relacionar a amplitude do sinal recebido e o tamanho do defeito Os dois transdutores devem estar alinhados e acoplados No se pode determinar a quantidade de defeitos existentes H necessidade de acesso dos dois lados da pea a ser examinada123

ENSAIOS NO DESTRUTIVOS Mtodo Ultra-snicoTIPOS DE TCNICAS DE INSPECO Delta: Tcnica desenvolvida para soldas de grande espessura, especialmente na rea de construo de componentes nucleares. Usa um transdutor angular como emissor e outro recto como receptor.

Figura 52 Tcnica Delta

Tandem: Idntica tcnica Delta. Utiliza dois transdutores angulares presos a um dispositivo com distncia fixa entre eles. Permite o teste a uma certa zona de ensaio de profundidade pr-estabelecida. O transdutor receptor s apresenta um sinal quando existe uma descontinuidade. de elevada dificuldade manter os dois transdutores mesma distncia, principalmente em superfcies curvas ou irregulares.124

ENSAIOS NO DESTRUTIVOS Mtodo Ultra-snicoTIPOS DE TCNICAS DE INSPECO

Figura 53 Tcnica Tandem

Imerso: Tanto a pea a ser examinada como o transdutor operam debaixo de gua, geralmente dentro de um tanque. Este teste independente da sensibilidade manual e o acoplamento sempre homogneo. Os tanques de imerso possuem dispositivos de fixao e de movimentao da pea a ensaiar, assim como geralmente incorporam um sistema de fixao do transdutor com todos os movimentos. Estes movimentos so comandados electricamente e podem ser pr-programadas.125

ENSAIOS NO DESTRUTIVOS Mtodo Ultra-snicoTIPOS DE TCNICAS DE INSPECO Imerso:

Figura 54 Tcnica de Imerso

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ENSAIOS NO DESTRUTIVOS Mtodo Ultra-snicoTIPOS DE TCNICAS DE INSPECO Imerso (explicao da figura 54): No ponto zero da escala calibrada em 100 mm de ao temos o impulso inicial do transdutor A primeira reflexo proveniente da superfcie da pea aparece no ponto 40 da escala. Como a espessura da gua possui uma espessura de 10 mm e a velocidade dos ultra-sons na gua aproximadamente 4 vezes menor que no ao, conclui-se que os 10 mm de gua correspondem a cerca de 40 mm de ao. O eco de fundo dobrado da superfcie da pea aparece no ponto 80 mm da escala (segundo eco de fundo) Aps a primeira reflexo (40 mm) temos o eco de fundo da pea 12mm adiante, i.e., no ponto 52 mm da escala. Seguem-se os ecos mltiplos deste primeiro eco de fundo Ressonncia: Consiste na utilizao de um onda ultra-snica de tal modo que a frequncia produza uma ressonncia harmnica dentro do material (calibrao prvia). Quebrada essa ressonncia possvel afirmar que existe um defeito na pea.

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ENSAIOS NO DESTRUTIVOS Mtodo Ultra-snicoDIFRACO, DISPERSO E ATENUAO Uma onda ultra-snica ao percorrer uma pea qualquer sofre, na sua trajectria, efeitos de difraco, disperso e absoro resultando reduo de energia. A disperso deve-se ao facto da matria no ser totalmente homognea, contendo interfaces naturais (gros de grafite, ferrite com propriedades elsticas distintas) da sua prpria estrutura ou processo de fabricao. A disperso exerce influncia principal na atenuao quando o tamanho do gro for da ordem de 1/10 do comprimento do gro. A absoro pode ser entendida como a energia gasta pela onda mecnica para fazer oscilar cada partcula do meio. A disperso e a absoro ser maior quanto maior for a frequncia ultra-snica. O somatrio de todos os componentes responsveis directos pela perda de energia ultra-snica, durante a sua propagao, resultar num fenmeno de atenuao ultra-snica (alguns autores designam este fenmeno como amortecimento da onda sonora). O fenmeno da difraco devido propagao ondulatria das ondas ultra-snicas. O comportamento destas ondas em relao a orifcios ou pequenos obstculos, da ordem de grandeza do comprimento de onda, entendida e explicada pelos princpios de Huyghens sobre a difraco.

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ENSAIOS NO DESTRUTIVOS Mtodo Ultra-snicoDIFRACO, DISPERSO E ATENUAO A causa dos fenmenos de difraco a superposio das oscilaes originadas em cada ponto de uma frente de onda. Em condies normais o processo de se desenvolve de modo que a forma das frentes de onda preservada durante a propagao.

Figura 55 Difraco das ondas atravs de orifcios com dimenses da ordem do comprimento de onda 129

ENSAIOS NO DESTRUTIVOS Mtodo Ultra-snicoDIFRACO, DISPERSO E ATENUAO Quando uma onda snica encontra em seu percurso uma descontinuidade, alm da reflexo sofrida por uma parte da onda, a difraco permite que a mesma contorne o defeito e continue a sua propagao.

Figura 56 Difraco das ondas atravs de orifcios (a) sofrendo reflexo contornando o defeito (b)

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ENSAIOS NO DESTRUTIVOS Mtodo Ultra-snicoDIFRACO, DISPERSO E ATENUAO Aquando da emisso das ondas ultra-snicas, na proximidade do cristal, existe uma interferncia ondulatria grande assim como uma concentrao de energia sonica. Tem-se assim o campo prximo que consiste na regio prxima do cristal, com um comprimento N, dependente da rea do cristal ou dimetro D e do comprimento de onda.

D2 N! 4P

Figura 57 Sistema de ondas circulares, de comprimento de onda P, provenientes dos pontos 1 , 2 e 3

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ENSAIOS NO DESTRUTIVOS Mtodo Ultra-snicoDIFRACO, DISPERSO E ATENUAO A regio que vem logo a seguir ao campo prximo chama-se campo distante (zona de Fraunhofer). Neste campo a onda diverge como um facho de luz de uma lanterna. Uma das caractersticas do feixe ultra-snico a sua forma rectilnea. Quanto menor for o comprimento de onda mais o feixe se aproxima da ideal propagao rectilnea. Porm, h sempre uma certa abertura do feixe. A difraco de Fraunhofer faz com que o feixe abra a uma distncia da face do transdutor (a seguir ao campo prximo).

Figura 58 Distancia focal (DF) e profundidade focal (DF) do feixe ultra-snico do transdutor duplo

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ENSAIOS NO DESTRUTIVOS Mtodo Ultra-snicoDIFRACO, DISPERSO E ATENUAO Aumentando a distncia diminui a sensibilidade, como consequncia da divergncia do feixe sonoro (ver frmula). O valor K depende da sensibilidade requerida sendo igual a 1,09 para uma sensibilidade de 1.0%.

sen U ! k

P D

Figura 59 Diagrama polar 133

ENSAIOS NO DESTRUTIVOS Mtodo Ultra-snicoDIFRACO, DISPERSO E ATENUAOTabela 14 Sensibilidade do feixe ultra-snico

Exemplo Calcule a divergncia para um transdutor normal com D= 12mm e F= 2 MHz no ao (VL=6000 m/s). Resposta: U = 160

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ENSAIOS NO DESTRUTIVOS Mtodo Ultra-snicoACOPLANTES Quando se acopla um transdutor numa superfcie seca imediatamente estabelece-se uma pelcula de ar entre o transdutor e a superfcie da pea. Assim, sem acoplante, teremos dois meios (ar e um material metlico qualquer). Considerando que a velocidade do som no ar de 330 m/s e a sua densidade 1,3 Kg/m3, calcula-se a impedncia acstica em 430 Kg/m2seg. Este valor infinitamente menor que a impedncia acstica dos materiais metlicos. De facto, a transmisso ultra-snica de um meio rgido (metlico) para o ar ou meios gasosos (baixa impedncia acstica) praticamente nula. O uso de acoplantes melhorar significativamente as caractersticas acsticas entre o transdutor e a superfcie de acoplamento.

Figura 60 Influncia da superfcie na qualidade do ensaio ultra-snico 135

ENSAIOS NO DESTRUTIVOS Mtodo Ultra-snicoACOPLANTES Tendo em conta que Z2 infinitamente pequeno, o melhor acoplante ser aquele que tem mais alta impedncia acstica. As caractersticas de um bom acoplante so:Tabela 15 Alguns acoplantes mais usados

Deve ser economicamente vivel Deve ter uma certa viscosidade capaz de garantir a aderncia superfcie No deve conter elementos que possam atacar a superfcie quimicamente Deve ter boas caractersticas de transmisso snica Deve ser de fcil remoo aps ensaio No deve ser txico nem provocar alteraes dermatolgicas No deve conter bolhas de ar

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ENSAIOS NO DESTRUTIVOS Mtodo Ultra-snicoDETECTABILIDADE DAS DESCONTINUIDADES Existem factores intrnsecos que permitam a deteco correcta das descontinuidades, nomeadamente: Depende da experincia e/ou sensibilidade manual do inspector Depende do angulo de incidncia no caso de uso de transdutores angulares Depende da orientao geomtrica dos