Trabalho De Metrologia

1 Ensaio Ultrassônico

1.1 Descrição do ensaio e seus princípios físicos

O ensaio por ultra-som é um método de ensaio não-destrutivo com a finalidade de detectar descontinuidades e/ou defeitos internos em diversos tipos de materiais. Esse tipo de ensaio consiste em emitir um feixe de ondas acústicas no material sob exame e captar o feixe emitido após interação com o material. Geralmente são utilizadas ondas longitudinais, pois elas propagam-se em uma velocidade aproximadamente duas vezes maior do que as ondas transversais.

O ultra-som é um tipo de onda acústica situada na faixa de 0,5 MHz a 25 MHz. O pulso ultra-sônico é gerado e transmitido através de um transdutor especial, encostado ou acoplado ao material. Eles são refletidos por uma descontinuidade ou pela superfície oposta da peça, são captados pelo transdutor, convertidos em sinais eletrônicos e mostrados na tela LCD ou em um tubo de raios catódicos (TRC) do aparelho. As dimensões reais de um defeito interno podem ser estimadas com uma razoável precisão, fornecendo meios para que a peça ou componente em questão possa ser aceito ou rejeitado, baseando-se em critérios de aceitação da norma aplicável. Utiliza-se ultra-som também para medir espessura e determinar corrosão com extrema facilidade e precisão.

Os princípios físicos que regem o ensaio por ultra- -som são a dispersão, a absorção, a atenuação sônica e a divergência do feixe sônico.

1.1.1 Dispersão

A dispersão do feixe sônico deve-se ao fato de a matéria não ser totalmente homogênea e conter interfaces naturais de sua própria estrutura ou que são provocadas pelo processo de fabricação. Como exemplo citam-se os fundidos, que apresentam grãos de grafite e ferrita com propriedades elásticas distintas. A mudança das características elásticas de ponto num mesmo material é chamada anisotropia, que é mais significativa quando o tamanho do grão é de 1/10 do comprimento de onda.

1.1.2 Absorção

Absorção é a energia cedida pela onda para que cada partícula do meio execute um movimento de oscilação, transmitindo vibração às outras partículas do próprio meio; esse fenômeno ocorre sempre que uma vibração acústica percorre um meio elástico.

1.1.3 Atenuação sônica

A onda sônica, ao percorrer um material qualquer, sofre em sua trajetória efeitos de dispersão e absorção que resultam na redução da sua energia. Os resultados dos efeitos de dispersão e absorção quando somados resultam na atenuação sônica.

Na prática, este fenômeno pode ser visualizado na tela do aparelho de ultrassom, quando se observam vários ecos de reflexão de fundo provenientes de uma peça com superfícies paralelas. As alturas dos ecos diminuem com a distância percorrida pela onda.

A atenuação sônica é importante quando se inspecionam peças em que este fator pode inviabilizar o ensaio. Soldas em aços inoxidáveis austeníticos e peças forjadas em aços inoxidáveis são exemplos clássicos desta dificuldade. O controle e avaliação da atenuação nestes casos é- razão para justificar procedimentos de ensaio especiais. Alguns valores de atenuação podem ser encontrados num quadro extraído do livro de Krautkramer "Ultrasonic Testing of Materials".

1.1.4 Divergência do feixe sônico

A divergência é um fenômeno físico responsável pela perda de parte da intensidade ou energia da onda sônica; a divergência se pronuncia à medida que a fonte emissora é afastada das vibrações acústicas. Tal fenômeno pode ser observado ao detectar um defeito pequeno com o feixe ultrassônico central do transdutor; nesta condição, a amplitude do eco na tela do aparelho é máxima. No entanto, quando o transdutor é afastado lateralmente ao defeito, a amplitude diminui, indicando uma queda na sensibilidade de detecção do mesmo defeito. A diferença de sensibilidade ou altura do eco de reflexão entre a detecção do defeito com o feixe ultra- sônico central e a detecção do mesmo defeito com a borda do feixe ultrassônico é considerável.

1.2 Equipamentos e/ou insumos utilizados no ensaio e métodos utilizados

Basicamente, o aparelho de ultrassom contém circuitos eletrônicos especiais, que permitem transmitir ao cristal píezelétrico, através do cabo coaxial, uma série de pulsos elétricos controlados, que são transformados pelo cristal em ondas ultrassônicas. Da mesma forma, sinais captados no cristal são mostrados na tela do tubo de raios catódicos em forma de pulsos luminosos denominados ecos, que podem ser regulados tanto na amplitude quanto na posição na tela graduada. Os ecos constituem o registro das descontinuidades encontradas no interior do material.

1.2.1 Tipos de cristais para transdutores

Os cristais acima mencionados são montados sobre uma base de suporte (bloco amortecedor) e junto com os eletrodos e a carcaça externa constituem o transdutor. Existem quatro tipos usuais de transdutores:

Reto ou normal;

Angular;

Duplo-cristal;

Phased Array.

Transdutores normais ou retos: São cabeçotes monocristal geradores de ondas longitudinais perpendiculares a superfície de acoplamento. O transdutor emite um impulso ultra-sônico que atravessa o material a inspecionar e reflete nas interfaces, originando ecos. Estes ecos retornam ao transdutor e geram, no mesmo, o sinal elétrico correspondente.

Transdutores angulares: A rigor, diferem dos transdutores retos ou normais pelo fato do cristal formar um determinado ângulo com a superfície do material.

Transdutores duplo-cristal: São utilizados quando se trata de inspecionar ou medir materiais de reduzida espessura, ou quando se deseja detectar descontinuidades logo abaixo da superfície do material. Neste caso o cristal piezelétrico recebe uma “resposta” num espaço de tempo curto após a emissão. Neste transdutor cada um dos cristais funciona somente como emissor ou somente como receptor, separados por um material acústico isolante possibilitando uma resposta clara.

Transdutores Phased Array: Os transdutores convencionais dispõem de um único cristal ou no máximo dois, em que o tempo de excitação do cristal é determinado pelo aparelho de ultra-som,