Ensaios Não-destrutivos: Ultrassom

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UNIVERSIDADE DO VALE DO ITAJAÍ ENGENHARIA DE PRODUÇÃO PROCESSOS DE FABRICAÇÃO – 5º PERÍODO

Ensaios Não Destrutivos: Ultrassom

Camila Schmitz, Elisa de Borba Lazzarin, Jorge Luiz Wernke, Pedro Henrique da Silva Tomaz, Rafael Moreira Brasileiro

Resumo

Ensaios mecânicos são de extrema importância para as Engenharias, pois é através deles que identificamos falhas em estruturas de diferentes materiais, como concreto, aço, madeira, etc. É possível identificar falhas causadas pela exposição da peça a diversos agentes, através da escolha correta do tipo de teste (ensaio) a ser realizado. Os ensaios mecânicos são divididos nas categorias: destrutivos e não destrutivos. São classificados como destrutivos os ensaios em que a peça ensaiada sofre algum tipo de dano, deixando-a inutilizada ou não, alguns dos métodos utilizados são ensaio de tração, torção, flexão, entre outros. Os ensaios classificados como não destrutivos são aqueles que não causam nenhum tipo de avaria na peça ensaiada e são ideais para controle de qualidade. O ensaio de ultrassom é um exemplo de ensaio não destrutivo e este fornece informações completas e confiáveis em relação à peça ensaiada.

Palavras-chave: Ensaios. Falhas. Peça. 

1. Introdução

No passado a técnica utilizada para ensaiar peças metálicas consistia na observação do som produzido pelos golpes de um martelo, o êxito do teste se dava pela experiência do inspetor em conhecer o som emitido pela peça considerada conforme em comparação com a peça defeituosa. Nos últimos 20 anos, o ensaio por ultrassom avançou junto com a evolução tecnológica, e hoje, é o método não destrutivo mais importante utilizado na indústria, por ser de alta sensibilidade e precisão oferecendo resultados bastante confiáveis.

        O objetivo do ensaio de ultrassom é detectar falhas internas, descontinuidades nas superfícies, extensão de corrosão, medidas de espessuras e perda das mesmas, e para determinar constantes elásticas, nos mais variados tipo e formas de materiais ferrosos e não ferrosos.  Este ensaio se dá pelo uso de ondas mecânicas ou acústicas.  

1. Princípio físico: ondas

Uma onda é energia em movimento, uma perturbação propagada que não deve ser confundida com o meio de propagação, ou seja, a onda transmite energia de um ponto a outro sem transportar matéria, podem ser classificadas quanto a sua natureza em mecânicas e eletromagnéticas.

Segundo Serway e Jewett [1], ondas mecânicas são ondas que perturbam e se propagam através de um meio. Todas as ondas mecânicas requerem alguma fonte de perturbação, um meio que possa ser perturbado e algum mecanismo físico pelo qual as partículas do meio possam influenciar outras partículas.

1.1.2 Ondas no ultrassom

        O ultrassom se dá por ondas sonoras com frequência acima de 20.000 Hz, inaudíveis aos ouvidos humanos, por isto o nome “ultrassom”. Sons abaixo de 20 Hz são chamados de infrassons. Alguns animais, como o cão, o golfinho e o morcego, possuem percepção sonora superior ao aparelho auditivo humano e podem ouvir ultrassons. O aparelho auditivo humano consegue ouvir apenas frequências entre 20 Hz e 20.000 Hz.

1. Funcionamento do ultrassom

A produção do ultrassom se dá pela aplicação de cargas elétricas em cristais piezelétricos (sulfato de lítio, o titanato de bário e o quartzo) utilizados em um transdutor e estes cristais transformam energia mecânica em energia elétrica.  A corrente elétrica alternada faz com que o cristal vibre na mesma frequência da corrente (emissão), gerando assim o ultrassom. No receptor ocorre de maneira inversa: o ultrassom faz vibrar o cristal, gerando um sinal elétrico de alta frequência. Esse processo de conversão de formas de energia acontece no próprio transdutor, onde o sinal é interpretado e o resultado pode ser visto na tela do aparelho de ultrassom.

Os sons são emitidos pelo transdutor em uma direção e refletem ao atingir num anteparo qualquer, retornando na forma de eco, assim, as ondas ultrassônicas reverberam ao percorrer um meio elástico. Ao incidir numa falha na peça ensaiada, refletirá indicando uma inconformidade.

2. Equipamentos

        Há, no mercado, diferentes tipos de equipamentos para realizar ensaios de ultrassom industrial, desde aparelhos convencionais mais simples, como o da Figura 1, até aparelhos mais sofisticados que oferecem inúmeras opções, como o da Figura 2.

Figura 1: Aparelho de ultrassom industrial convencional

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Fonte: https://www.amazon.ca/Starrett-3812-Ultrasonic-Thickness-Gage/dp/B007EMPD5O

Figura 2: Aparelho de ultrassom industrial Phased Array

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Fonte: http://www.camsgroup.com.au/ultrasonic-testing/

3.1 Tipos

        Os testes de ultrassom podem ser classificados quanto ao tipo de acoplamento do transdutor com a peça ensaiada e quanto ao tipo de técnica utilizada.

3.1.1 Tipos de acoplamento

        O acoplamento do aparelho com a peça a ser ensaiada se dá através do transdutor, que é a parte do aparelho responsável por emitir, receber e interpretar as ondas ultrassônicas. É possível efetuar este acoplamento de duas formas: por contato direto e por imersão.

        No contato direto, o acoplante do transdutor é colocado diretamente em contato com a peça ensaiada, conforme Figura 3. O acoplante normalmente é um gel de alta viscosidade, que varia de acordo com a condição do ensaio (temperatuda ambiente ou alta temperatura, por exemplo).

Figura 3: Ultrassom por contato direto

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Fonte: http://www.ebah.com.br/content/ABAAAerHEAF/ensaio-por-ultrasom?part=3

No acoplamento por imersão, a peça ensaia é mergulhada em um tanque onde o acoplante do transdutor é a água, como esquematizado na Figura 4.