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ENSAIO NÃO DESTRUTIVO ULTRASSOM
SISTEMAS COMPUTADORIZADOS
PAULO CESAR F. HENRIQUES
ENGº MECÂNICO, M.Sc. US N3 SNQC 0029
CERTIFICADO EM 1992
O que são Ensaios Não
Destrutivos ?
Os Ensaios Não Destrutivos (END) são técnicas utilizadas na inspeção de
materiais e equipamentos sem danificá-los, sendo executados nas etapas
de fabricação, construção, montagem e manutenção.
São largamente utilizados nos setores petróleo/petroquímico, químico,
mecânico, aeronáutico, aeroespacial, siderúrgico, naval, eletromecânico,
papel e celulose, entre outros.
Contribuem para a qualidade dos bens e serviços, redução de custo,
preservação da vida e do meio ambiente, sendo fator de competitividade
para as empresas que os utilizam.
INTRODUÇÃO
PORQUE INSPECIONAR?
INTRODUÇÃO
Acidente em Plataforma no
Golfo do México A plataforma Deepwater Horizon, da petrolífera inglesa British Petroleum (BP),
explodiu e provocou vazamento de cerca de 5 milhões de barris de petróleo
no mar.
A sonda estava na fase final da perfuração de um poço no Golfo do México e no
dia 20 de abril de 2010 aconteceu uma explosão na torre, provocando um
incêndio de grandes proporções.
Morreram 11 pessoas e 7 trabalhadores foram levados para o hospital.
Deepwater Horizon afundou em 22 de abril de 2010 em águas de
aproximadamente 1500 metros de profundidade.
O petróleo vazou no Golfo do México durante 87 dias, se espalhou por mais de
1.500 km no litoral norte-americano.
INTRODUÇÃO
1- INSPEÇÕES SENSITIVAS
2- ENSAIOS MECÂNICOS E DE LABORATÓRIO
3- ENSAIOS NÃO DESTRUTIVOS
4- ANÁLISE DE DISTRIBUIÇÃO DE TENSÕES
5- MONITORAMENTO ONLINE DE VARIÁVEIS DE
PROCESSO E CORROSÃO
AS ARMAS DA INSPEÇÃO DE EQUIPAMENTOS
RAZÃO PARA UTILIZARMOS END?
• Competitividade
• Segurança (Meio ambiente, pessoas, projeto)
• Legislação ou exigências contratuais
• Confiabilidade
ENSAIOS NÃO DESTRUTIVOS (END)
• Matéria prima (chapas, eixos, engrenagens, etc.);
• Controle dos processos (soldagem)
• Inspeção final (liberação);
• Paradas para Manutenção;
• Inspeções Periódicas, conforme a NR-13.
EM QUE ETAPA UTILIZAMOS END?
ENSAIOS NÃO DESTRUTIVOS (END)
MÉTODOS MAIS USADOS
• Ensaio Visual
• Ultrassom (solda e medição de espessuras)
• Radiografia (X e Gama)
• Partículas Magnéticas
• Líquidos Penetrantes
• Correntes Parasitas
ENSAIOS NÃO DESTRUTIVOS (END)
• IRIS
• Ultrassom automatizado
• ToFD (Time-of-Flight Diffraction ultrasonics)
• Phased Array Ultrasonics
• Termografia
• ACFM (Alternating Current Field Measurement)
• Shearografia
OUTROS MÉTODOS DE END
ENSAIOS NÃO DESTRUTIVOS (END)
• Emissão Acústica
• Ondas Guiadas Ultrassônicas
MÉTODOS DE RASTREIO (screening)
(INSPEÇÃO GLOBAL)
ENSAIOS NÃO DESTRUTIVOS (END)
• FORJAMENTO DE UMA ESPADA
• PERCUSSÃO DO SOM GERADA PELA MARTELADA
• “ENSAIO DE TINIDO”
• SINOS, ÂNCORAS E RODAS DE TRENS
HISTÓRIA DO ULTRASSOM
HISTÓRIA DO ULTRASSOM
• AS DIFERENÇAS NO SOM GERADO ENTRE PEÇAS BOAS E DEFEITUOSAS SÓ ERAM PERCEBIDAS POR PESSOAS COM MUITA EXPERIÊNCIA
• ENSAIO RUDIMENTAR COM BAIXA CONFIABILIDADE
• ONDAS SONORAS DE BAIXA FREQUÊNCIA NÃO DETECTAVAM PEQUENOS DEFEITOS
HISTÓRIA DO ULTRASSOM
• Em 1826 o físico suíço Jean-Daniel Colladon
conseguiu determinar a velocidade do som
nas águas do lago de Genebra colocando um
sino debaixo da água.
• Diversos outros cientistas contribuíram para
com o desenvolvimento das técnicas então
chamadas de eco sonda.
• Em 1912, um mês após o Titanic afundar foi
patenteado o primeiro sonar pelo inglês
Lewis Richardson.
HISTÓRIA DO ULTRASSOM
• A partir de 1929 diversos instrumentos
geradores de ondas ultrassônicas foram
desenvolvidos pelo Instituto de Eletrotécnica de
Leningrado por Serguei Sokolov.
• Firestone desenvolveu e patenteou por volta
de 1941 na universidade de Michigan um
aparelho detector de falhas conhecido como
“refletoscópio supersônico”.
HISTÓRIA DO ULTRASSOM
• Após os trabalhos de Firestone os irmãos
Krautkrämer e Karl Deutsch iniciaram
pesquisas para o desenvolvimento de
aparelhos ultrassônicos.
• A partir de 1980 os aparelhos tornaram mais
robustos e menores sendo cada vez mais
aperfeiçoados até os dias atuais.
• Os tubos de raios catódicos foram
substituídos por telas de LED ou LCD e
incorporaram funções de operações
trigonométricas para a exta localização das
descontinuidades.
HISTÓRIA DO ULTRASSOM
• Os rápidos avanços da micro informática e a
capacidade de digitalização de imagens
permitem o registro, identificação e
dimensionamento das descontinuidades.
• Técnicas sofisticadas apresentação de
imagens em 3D em tempo real possibilitam
uma análise confiável da peça sob exame, tal
como conhecemos nos exames ultrassônicos
em gestantes ou para avaliação de regiões lesionadas do corpo humano.
ULTRASSOM CONVENCIONAL
• DETECTA DESCONTINUIDADES INTERNAS TAIS
COMO TRINCAS, VAZIOS, FALTA DE FUSÃO EM
SOLDAS, POROSIDADES ENTRE OUTOS.
• PODE SER UTILIZADO NA MAIORIA DO MATERIAS
METÁLICOS E NÃO METÁLICOS INCLUSIVE PARA
MEDIÇÃO DE ESPESSURA.
ULTRASSOM
ULTRASSOM CONVENCIONAL
DESCONTINUIDADE
DIMENSIONAMENTO (– 6 dB)
COMPRIMENTO
LOCALIZAÇÃO
ULTRASSOM CONVENCIONAL
MÉTODO DE INSPEÇÃO (PULSO-ECO)
ULTRASSOM CONVENCIONAL
REGISTRO DOS RESULTADOS
ULTRASSOM CONVENCIONAL
- Identificação da Empresa;
- Identificação numérica;
- Identificação da peça, equipamento ou tubulação;
- Material inspecionado indicando o tipo, grau, diâmetro e espessura;
- Número e revisão deste procedimento;
- Aparelho e cabeçotes utilizados, indicando os respectivos modelos e
número de série;
- Identificação do registro da calibração da aparelhagem;
- Condição superficial;
- Acoplante utilizado;
- Registro dos resultados contendo para cada descontinuidade:
Localização em relação à direção longitudinal da solda;
Croquis da localização na seção transversal da solda;
Identificação e comprimento da descontinuidade;
Cabeçote utilizado na detecção da descontinuidade.
Superfície de detecção;
Ganho de varredura;
- Norma, incluindo edição/revisão e/ou valores de referência para
interpretação dos resultados;
- Laudo indicando aceitação, rejeição ou recomendação de ensaio
complementar;
- Data;
- Identificação e assinatura do inspetor responsável;
ENSAIO ULTRASSÔNICO AUTOMATIZADO
O equipamento de ultrassom mecanizado consiste de:
- Scanner com painel de transdutores
- Cabo umbilical
- Computador e monitor
- Instrumentos eletrônicos
ENSAIO ULTRASSÔNICO AUTOMATIZADO
Ultra-Som Computadorizado
Scanner e Cabeçotes
Bloco de Calibração
Scanner e Cinta
Monitor
ENSAIO ULTRASSÔNICO AUTOMATIZADO
CABEÇOTES
ENSAIO ULTRASSÔNICO AUTOMATIZADO
DIREÇÃO DE VARREDURA
DISPOSIÇÃO DOS CABEÇOTES
ENSAIO ULTRASSÔNICO AUTOMATIZADO
ENSAIO ULTRASSÔNICO AUTOMATIZADO
• Velocidade de inspeção
• Registro dos resultados
• Possibilidade de reispeção virtual
• Ferramentas de avaliação de imagens
• Dimensionamento das descontinuidades
• Avaliação das descontinuidades
(critério de aceitação/rejeição)
VANTAGENS
ENSAIO ULTRASSÔNICO AUTOMATIZADO
• Grande número de painéis de transdutores para
cobrir gama de diâmetros aumenta os custos;
• Uma grande espessura de parede exige um grande
número de transdutores:
– Scanner fica muito pesado e difícil de manipular;
– Ex.: Junta de 32mm de espessura pode precisar
de mais de 40 transdutores para atender às
normas de projeto;
LIMITAÇÕES
ENSAIO ULTRASSÔNICO AUTOMATIZADO
• Pequeno diâmetro com parede espessa torna difícil
uma inspeção adequada;
• Diversidade de diâmetros diminui a produtividade;
• Um grande número de partes móveis aumenta a
probabilidade de problemas mecânicos ao longo da
obra.
LIMITAÇÕES
INTERVALO
ENSAIO ULTRASSÔNICO PHASED ARRAY
ENSAIO ULTRASSÔNICO PHASED ARRAY
COMO FUNCIONA?
• Consiste de um feixe de cristais, que pulsam
de forma individualmente programada;
• Uma programação precisa permite que se
crie interferências construtivas e destrutivas,
direcionando e focalizando o feixe sônico;
• A tecnologia Phased Array permite:
– Deflecção Electrônica do Feixe
– Escaneamento Eletrônico Setorial do Feixe
– Inspeções Complexas
ENSAIO ULTRASSÔNICO PHASED ARRAY
COMO FUNCIONA?
• Phased array é uma tecnologia extensão do ultrassom
convencional, com a qual é possível modificar
eletronicamente as características acústicas do
transdutor.
• Em um único transdutor está disponibilizado um arranjo
de cristais, que são controlados de modo a garantir uma
inspeção mais completa.
• As modificações dos transdutores são feitas
introduzindo-se defasagens de tempo controladas entre
os sinais emitidos e recebidos por cada cristal.
ENSAIO ULTRASSÔNICO PHASED ARRAY
•Os transdutores para ultrassom
convecional apresentam apenas um
cristal piezoelétrico
• Os transdutores Phased
Array apresentam um arranjo de
cristais que podem ser excitados
individualmente.
ENSAIO ULTRASSÔNICO PHASED ARRAY
Ao invés de utilizar cristais piezoelétricos, são utilizados
estruturas de compósitos chamados de piezocompósitos.
Estes compósitos são feitos de pequenos pedaços de
cerâmica embebidos em uma matriz de epóxi.
TECNOLOGIA DOS PIEZOCOMPÓSITOS
ENSAIO ULTRASSÔNICO PHASED ARRAY
PRINCÍPIOS BÁSICOS
Para escanementos lineares, os feixes são multiplexados utilizando-se a
mesma lei focal.
Para escaneamentos setoriais (ângulos múltiplos), os mesmos elementos são
utilizados, mas as leis focais são modificadas.
Para focalizar em determindada profundidade, as leis focais são modificadas.
ENSAIO ULTRASSÔNICO PHASED ARRAY
APARELHAGEM
ENSAIO ULTRASSÔNICO PHASED ARRAY
CABEÇOTES FLEXÍVEIS
ENSAIO ULTRASSÔNICO PHASED ARRAY
CABEÇOTE PHASED ARRAY
Scanner Semi-Automático
Pode ser utilizado em tubos
a partir de uma polegada de
diâmetro até superfícies
planas
Modular, pode ser utilizado
com um ou dois
transdutores.
Rodas magnéticas para
superfícies ferrosas.
ENSAIO ULTRASSÔNICO PHASED ARRAY
ENSAIO ULTRASSÔNICO PHASED ARRAY
VARREDURA SETORIAL
ENSAIO ULTRASSÔNICO PHASED ARRAY
VARREDURA LINEAR
ENSAIO ULTRASSÔNICO PHASED ARRAY
VARREDURA LINEAR
ENSAIO ULTRASSÔNICO PHASED ARRAY
ANGULAÇÃO DO FEIXE
Exemplo de Foco Eletrônico
Transdutor
Phased array
Varredura
Prof. 10 mm
SDH 1 mm
30 mm
60 mm
ENSAIO ULTRASSÔNICO PHASED ARRAY
ENSAIO ULTRASSÔNICO PHASED ARRAY
FOCALIZAÇÃO ELETRÔNICA
ENSAIO ULTRASSÔNICO PHASED ARRAY
Cuidados na focalização
ENSAIO ULTRASSÔNICO PHASED ARRAY
ENSAIO ULTRASSÔNICO PHASED ARRAY
ENSAIO ULTRASSÔNICO PHASED ARRAY
ENSAIO ULTRASSÔNICO PHASED ARRAY
ENSAIO ULTRASSÔNICO PHASED ARRAY
• Melhorias obtidas com o Phased Array: – Substitui a radiografia e o ultrassom manual, com vantagens
técnicas, operacionais e econômicas;
– Substitui todos os transdutores por apenas um ou dois transdutores
trabalhando simultaneamente;
– Sem limite de ângulos para inspecionar, o que melhora a qualidade
da inspeção;
– Permite inspecionar, com alta confiabilidade, tubulações de
pequeno diâmetro (a partir de 48mm) e espessura (a partir de
2mm);
– Inspeção de juntas tubo-conexão por apenas um lado da solda.
• Scanner mais rápido e leve – Um conjunto scanner/probe atende a todos os diâmetros e
espessuras
– Inspeções mais rápidas;
ENSAIO ULTRASSÔNICO PHASED ARRAY
Maior flexibilidade para diferentes configurações de
diâmetro/espessura;
Setup mais rápido;
Melhor detectabilidade;
Melhor dimensionamento de defeitos;
Inspeções mais confiáveis e precisas.
Convencional
Phased array
ENSAIO ULTRASSÔNICO PHASED ARRAY
ENSAIO ULTRASSÔNICO PHASED ARRAY
• Tecnologia nova e mais complicada
• Elevado custo
• Maior capacitação do inspetor
LIMITAÇÕES
ENSAIO ULTRASSÔNICO ToFD
• Dois transdutores Configurados (Emissor/Receptor)
• Possui recursos de caracterização de defeitos
• Utiliza técnica de padrão de reconhecimento ao invés de amplitude
• Sinais difratados
• Mede os tempos de chegada das ondas diretas, refletidas e difratadas
COMO FUNCIONA?
ENSAIO ULTRASSÔNICO ToFD
ENSAIO ULTRASSÔNICO ToFD
APARELHAGEM
Transmissor Receptor
Onda Lateral
OL
Extremo
Superior
Extremo
Inferior
Reflexão na Espessura
RE
ENSAIO ULTRASSÔNICO ToFD
Transmissor Receptor
2S
d1
12 ddh
d2
Como apenas tempos de trânsito são usados para medida da altura do defeito,
estimativas precisas da altura são obtidas. Na prática precisão de 1 mm para trincas
reais são alcançadas (0,1 mm no caso de entalhes usinados)
Altura do defeito
ENSAIO ULTRASSÔNICO ToFD
Transmissor Receptor
Extremidade
da trinca
Reflexão na espessura
RE
Onda Lateral bloqueada
Sem onda lateral
ENSAIO ULTRASSÔNICO ToFD
Transmissor Receptor
Onda lateral
OL
Extremo
da trinca
Onda lateral bloqueada
Sem eco
na parede
oposta
ENSAIO ULTRASSÔNICO ToFD
(Falta de fusão entre
passes, delaminações)
Transmissor Receptor
Onda lateral
OL
Reflexão na espessura
RE
Eco de reflexão
Sinal refletido
ENSAIO ULTRASSÔNICO ToFD
Visualização dos Dados
Branco +
Preto -
Amplitude
Tempo
Tempo
Cada tela A-scan é substituida por uma linha em padrão de cinza
Grande quantidade de dados
Informação da fase é importante
ENSAIO ULTRASSÔNICO ToFD
D-scan
Superfície
superior Parede oposta
A-scan OL
RE
ENSAIO ULTRASSÔNICO ToFD
Recursos de Medição
A-scan
D-scan
Cursores
t1 t2
l
P t1,t2 d1, d2 e h são
calculados automaticamente
d1 d1 h
Cálculos por Software
ENSAIO ULTRASSÔNICO ToFD
Manipulador
Codificador de posição
Roda Magnética
Cabeçotes US
Solda
De fácil aplicação
Rodas Magnéticas
Manual (ou mecanizado)
Codificador de posição
uniaxial
Basicamente 2 cabeçotes,
mas pode portar mais (PE)
Ajuste fácil do PCS se
necessário
ENSAIO ULTRASSÔNICO ToFD
TOFD Vantagens
• Varredura linear, inspeção volumétrica • Varredura muito rápida • Ajuste independente da configuração da solda • Capacidade de dimensionamento preciso do
defeito • Muito sensível a todos os tipos de defeitos • Praticamente insensível a orientação da
descontinuidade • Independente da amplitude, acoplamento
acústico menos crítico
ENSAIO ULTRASSÔNICO ToFD
LIMITAÇÕES
• Não se baseia em refletividade (critérios convencionais);
• Deficiente para descontinuidades próximas das
superfíceis (ensaios complementares);
• Não aplicável para pequenas espessuras (< 8 mm);
• Não há criterios de aceitação na maioria das normas;
• Requer pessoal altamente especializado;
• Não recomendável para material de ganulação grosseira.
ENSAIO ULTRASSÔNICO ToFD
TOFD PE 45 OT PE 60 OT
ENSAIO ULTRASSÔNICO ToFD
ENSAIO ULTRASSÔNICO ToFD
ENSAIO ULTRASSÔNICO ToFD
ENSAIO ULTRASSÔNICO ToFD
ENSAIO ULTRASSÔNICO
ToFD
ENSAIO ULTRASSÔNICO ToFD
ENSAIO ULTRASSÔNICO ToFD
ENSAIO ULTRASSÔNICO ToFD
QUALIFICAÇÃO DE PROCEDIMENTOS DE INSPEÇÃO
NORMA BRASILEIRA ABNT NBR 16616:2017
Ensaios não destrutivos - Ultrassom convencional - Qualificação de
procedimento
• Esta Norma estabelece os requisitos para metodologia de
qualificação de procedimento de ensaio não destrutivo por
ultrassom convencional em soldas de aços-carbono, aços
baixa liga, aços inoxidáveis e ligas austeníticas.
QUALIFICAÇÃO DE PROCEDIMENTOS DE INSPEÇÃO
QUALIFICAÇÃO DE PROCEDIMENTOS DE INSPEÇÃO
QUALIFICAÇÃO DE PROCEDIMENTOS DE INSPEÇÃO
Programa de qualificação do procedimento
• Para a qualificação do procedimento deve ser elaborado um
programa de qualificação escrito que deve conter no mínimo
os seguintes itens:
a) aplicabilidade do procedimento;
b) aparelhagem e blocos necessários;
c) corpos de prova (CP):
— metais-base e de adição;
— processos de soldagem e geometria dos chanfros;
— diâmetros (se aplicáveis) e espessuras indicando as faixas
cobertas;
QUALIFICAÇÃO DE PROCEDIMENTOS DE INSPEÇÃO
— quantidade, dimensões e tipo de CP;
— orientação para confecção (fabricação) dos CP, incluindo
quantidade, tipo, dimensões e localização
de descontinuidades;
— os CP devem ser representativos da peça ou componente a
ser inspecionado pelo procedimento
de ensaio de ultrassom (por exemplo, inspeção de junta
soldada entre tubo e acessório de tubulação);
QUALIFICAÇÃO DE PROCEDIMENTOS DE INSPEÇÃO
d) ensaios complementares necessários para qualificação:
— preferencialmente, deve ser realizado o ensaio radiográfico
e, quando não for possível, deve ser utilizado outro método ou
técnica complementar que permita detectar e dimensionar as
descontinuidades existentes;
e) descrição da metodologia de ensaios a serem realizados,
ressaltando limitações de varredura ou situações
especiais/diferenciadas, se presentes (por exemplo, alta
temperatura);
f) metodologia de registro de resultados dos ensaios
realizados;
g) critério de análise de resultados; e
h) relatório final.
QUALIFICAÇÃO DE PROCEDIMENTOS DE INSPEÇÃO
Demonstração de desempenho do procedimento
Avaliação dos resultados • Para cada CP inspecionado, deve ser elaborado um mapa
comparativo das descontinuidades introduzidas versus
descontinuidades detectadas
Relatório final • parecer conclusivo sobre a aprovação para uso ou não do
procedimento
AGRADECIMENTO E CRÉDITOS
• Manfred Ronald Richter
• Cesar Coppen
• Ricardo de Oliveira Carneval
• Rafael Florêncio
• Global End
• Applus RDT
• Olympus
• GE Technologies
• Abendi
Contatos
Obrigado!
Paulo Cesar Francisco Henriques Especialista em Inspeção de Equipamentos e
N3 em Ultrassom
(21)99445-1766
www.abendi.org.br
(11) 5586-3199