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7/24/2019 AF01 Introduo
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ANLISE DE FALHAS BrbaraOliveira
?
Onde
Quando
Como
O que
Quem
Por que
Engenharia Mecnica
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PORQUE ESTUDAR?
As falhas de componentes e estruturas podem ocorrer seprvio e com consequncias desastrosas, entre elas podem cit
Fatalidades;
Ferimentos;
Danos materiais;
Parada de uma planta inteira;Perda de produo;
Problemas ecolgicos, como a liberao de materiais perigos
Litgios caros e prolongados que afetam a credibilidade do fe a confiabilidade de seus produtos.
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CDIGO HAMURABI 1700 A.C
229 Se um construtor construir uma casa para outrem, e no a fizer bem feita,
e matar seu dono, ento o construtor dever ser condenado morte.
230. Se morrer o filho do dono da casa, o filho do construtor dever ser conden
231. Se morrer o escravo do proprietrio, o construtor dever pagar por este es
da casa.
232. Se perecerem mercadorias, o construtor dever compensar o proprietrio
arruinado, pois ele no construiu a casa de forma adequada, devendo reerguer
prprias custas.
233. Se um construtor construir uma casa para outrm, e mesmo a casa no es
as paredes estiveram em falso, o construtor dever s suas prprias custas faze
casa slidas e resistentes.
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FALHAS NO SCULO XIX
1919 - Inundao de Melao em BostonFalha: rompimento de tanque de armazenamentode melao.
Causas:
- Montagem inadequada e elevao da pressointerna devido produo de dixido de carbono
resultante da fermentao.Consequncias:
- Morte de 21 pessoas;
- Inundao da cidade com 2,3 milhes de litros demelao.
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FALHAS NO SCULO XIX
1984
Desastre de Bhopal (India)Falha: vazamento de gases txicos pressointerna do tanque de armazenamento muitoalta.
Causas:
- Negligncia devido cortes de despesa.
Consequncias:
-3000 mortes diretas mais vrias mortes pordoenas decorrentes da inalao do gs;
-150 mil sofrem de doenas crnicas.
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CONSEQUNCIAS
OLIMITE DE ESCOAMENTOou oLIMITE DE RESISTno podem determinar a vida de um componente, ma formao de uma trinca e sua taxa de crescimenquais podem ser influenciados por uma variedad
fatores que devem ser entendidos para a prevenfalhas.
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FALHAS
Falhas
Fratura
Fadiga
Fluncia
Fadiga Associada
corrosoCorroso
Desgaste
Diferena inaceitvel desempenho previsto e ra estrutura incapaz de dsua funo especficasegura, confivel e rentv
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FALHAS
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Taxad
e
falha
Tempo de servio
Tempo de vida til
Efeito do ambiente agressivo
Taxa de falha constanteFalha
Prematura
CURVA DA BANHEIRA
3 Fases1- Mortalidade Infantil2- Maturidade
3- Desgaste/Velhice
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CURVA DA BANHEIRA
Na maioria dos casos, as falhas so uma funo do tempo. Onde a probabocorrncia vai diferir entre as etapas do ciclo de vida, seja do equipamentooperao. A curva que demonstra essa probabilidade de falhas ao decorreconhecida como curva da banheira.
1 Fase (mortalidade infantil) As falhas ocorridas neste perod
consideradas falhas precoces. Essas falhas, geralmente, so causadas projeto, operao indequada ou peas de m qualidade. A tendncia da t diminuir com tempo, medida que os componentes frgeis so substitudoprojeto ou instalao so reparados.
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CURVA DA BANHEIRA
2 fase (maturidade)
Neste perodo de vida til a taxa de falha seconstante. As falhas ocorridas so por motivosaleatrios normais, como acexcessiva de energia, mau uso e operao inadequada. As falhas aleatriascargas externas inevitveis e imprevisveis.
O sistema pode ser afetado por vibraes, impactos mecnicos, variatemperatura e sobrecarga. O perodo de vida til maior para compone
mecnicos, como baterias e eixos, classificados como no-reparveis. Parasistemas mais complexos o tempo de vida til mais limitado.
Considerando a aleatoriedade das falhas neste perodo e restrio em acomplexos, a melhor estratgia a manuteno preditiva, acompanhando todas as variveis que indicam o desempenho do equipamento, planejinterveno (MANUTENO CORRETIVA PROGRAMADA)
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CURVA DA BANHEIRA3 Fase (desgaste/velhice) O terceiro perodo representado na curva caracterizado pelo aumento da taxa de falhas em razo do envelhecimentodas peas medida que se aproxima o final de sua vida til. A fase desgaste dos componentes, onde h o aparecimento de trincas, faddeteriorao eltrica, mecnica ou qumica, manuteno insuficiente entre out
Sob uma perspectiva de confiabilidade, o fim da vida til ocorre quandomortalidade senil, onde ele perde o valor atribudo a funo que desempenvida econmica do componente levada em considerao, onde opera enqu necessria. Uma anlise sob esse ponto de vista ir determinar as decisquanto ao descarte ou recuperao do componente.
A manuteno preventiva a melhor opo, uma vez que a falha acontecermanuteno substituir ou reformar o item numa interveno programada.
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DEFEITOS
Os defeitos de componentes podem serconcebidos em diferentes etapas:
Design
Fabricao
Montagem
Inspe
Ma
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CAUSAS COMUNS DE FALHASImperfeio versus defeitos como raiz da causa de falhas
Defeito Uma condio que deve ser removida ou corrigida. De acordo com END: uma ou mais falhas cujo tamanho, forma, orientao e propriedades no cumprem com critrio de especificao e so rejeit
Imperfeio uma condio que no necessariamente resulta em uma pea com de
Descontinuidade Falta de continuidade ou de coeso, uma interrupo intencional ou nfsica da configurao de um material ou um componente.
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CAUSAS COMUNS DE FALHAS
Design Inadequado:
Tenso subestimada
Geometria inconveniente:
a) Concentradores de tenso
b) Raios inadequados em cantos
c) Inacessibilidade para inspeo
d) Difcil fabricao
Escolha inadequada de materiais
Escolha inadequada de tratamen
Efeitos ambientais
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CAUSAS COMUNS DE FALHAS
Deficincia no projeto original - Falha numa turbina a vapor:
Deslocamento de 2,5 mm
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CAUSAS COMUNS DE FALHAS
Fabricao Defeituosa:
Materiais
Fundio
Forjamento
Soldagem
Usinagem
Tratamento trmico
Tratamento Superficial
Montagem
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CAUSAS COMUNS DE FALHAS
IMPUREZAS EM MATERIAIS
Falha de turbina feita de liga Nimonic (Superliga de Nquel):
Falha por fadiga
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CAUSAS COMUNS DE FALHAS
Falha de turbina feita de liga Nimonic (Superliga de Nquel):
Causas da falha:Estudosmetalogrficosmostraramqueafalhapor fadigafoioriginadaemINCLUSES NO METLICASpresentesnamatrizmetlica.Asinclusesnometlicasatuamcomoconcentradores de tenso. Nelas sonucleadas microcavidades que sepropagam por fadiga em condies
deservio.
Inclus
Caminho percorridopela trinca
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CAUSAS COMUNS DE FALHAS
PROCESSO DE FABRICAO
Prtese de quadril feita de uma liga de Co-Cr-Mo-C
Falha por fadiga
Causa: Processo de apropriado.O processo de fundio esformao de uma superfprtese que foi reparadsoldagem. As trincas seatravs da superfcie dofadiga.Soluo: utilizar processode preciso rigoroso, comcomponentes aeroespaciais
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Nmero de eixos nosquais a rugosidadedeve ser alcanada.
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CAUSAS COMUNS DE FALHAS
FRAGILIZAO PELO HIDROGNIO
Falha em elemento de fixao (SuspensionLug).
Causa: durante o prevestimento de cdmio pcontra corroso do matalta resistncia), o hidrognno metal causando fratura frSoluo: aquecer os comaos aps o revestimento pahidrognio absorvido pelo mObs.: existem normas ASTMprocedimentos.
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CAUSAS COMUNS DE FALHAS
DESALINHAMENTO
Falha de um pisto de um motor martimofeito de uma liga Al-Si
Marcas de
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CAUSAS COMUNS DE FALHAS
DESALINHAMENTO
Falha de um pisto de um motor martimofeito de uma liga Al-Si Desgaste ano
Causa: desgaste anormal no lado dacabea do pisto devido alinhamentoimprprio e afastamento, ocorreu atritoentre a cabea do pisto e a camisa docilindro, que, durante o movimentoalternado do pisto pode levar a tensescclicas, que por sua vez poderia ser
ampliado em entalhes e cantos vivos.
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CAUSAS COMUNS DE FALHAS
Ilustrao do desalinhamento dopisto, da nucleao e dapropagao da trinca por fadiga.
A- Regio de desalinhamento;
B- Ranhura do anel do pisto;
B-C Propagao da trinca;
D- falha sbita por sobrecarga.
Anel do pisto
Cabea do pisto
Desgaste anormal
Incio da tridois lados ranhuras
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CAUSAS COMUNS DE FALHAS
Inspeo Inapropriada:
Tcnica de inspeo errada
Falta de inspeo e calibrao das ferramentas de inspeo
Atalhos para cumprimento de metas
Desvios dos padres aceitveis
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CAUSAS COMUNS DE FALHAS
Bolhas em ligas de alumnio extrudadasutilizadas em asas de aeronaves
BolhasCausa: bolhas originadas durante fuso eque aps tratamento trmico aumentavamem nmero e tamanho. Aps a extruso, as
bolhas ficaram expostas.Soluo: Desgaseificao para eliminaode hidrognio, responsvel pela formaodas bolhas.
Boa inspeo impediu o uso dessas ligas.
Cavidadsuperfci
Seo transversal
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CAUSAS COMUNS DE FALHAS
Operao, anormalidades de servios e abusos:
Lubrificao inadequada - excesso, falta, tipo incorretoou contaminao do lubrificante responsvel por at36% das falhas prematuras em rolamentos.
Limpeza inadequada ex.: riscamento - partculasabrasivas deslizam na regio de contato
No cumprimento do manual de instrues:
a) Excesso de velocidade
b) Sobrecarga
c) Operadores mal treinados
Condies de servio inesperadas
Temperatura
Vibraes
Mudanas no ambie
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CAUSAS COMUNS DE FALHAS
Efeitos ambientais:
Vrios tipos de corroso qumica
Corroso sob tenso
Corroso sob fadiga
Eroso
Manuteno
Substituio errada
Ferramentas erradas
Concesses excessivas
Inspeo inadequada Monitoramento de condio inamanuteno preventiva
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CAUSAS COMUNS DE FALHAS
Corroso por esfoliao de uma superfciemetlica de um longeron da asa de umaavio
Causa: estacionamento prolongado emrea litoral causou grande ataquecorrosivo da estrutura.
Falha na direo paralelde laminao
Trincas ao longo dos gros alongados
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CAUSAS COMUNS DE FALHAS
Longeron da asade um avio
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CAUSAS COMUNS DE FALHAS
Danificao das ps das turbinas
Causa:entrada de objetos estranhos.Soluo: troca imediata das psdanificadas.
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MTODOS DE ANLISE DE FALHAS
Sobre ocomponente
Nome do componente, nmero de identificao, fabrican Localizao
Funo prevista Vida til desde novo Vida de servio desde ltima reviso Cargas de projeto, cargas em servio e orientao das c Frequncia de carregamento Parmetros de servio, tais como temperatura, presso, r Ambiente
Materiais de construo Especificaes e cdigos Concesses Parmetros de resistncia Processos de fabricao Tratamentos trmicos, termomecnicos, superficiais Tcnicas de inspeo e registros Registros de manuteno
Informaescoletadas
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MTODOS DE ANLISE DE FALHAS
Sobre a falha
Data e hora da falha/avaria Extenso de danos estrutura ao redor, pessoal, etc. Condies de operao um pouco antes da falha Anormalidades de servio Esboos e fotografias do componente de falhou e da re Mapa da distribuio de falha Depoimento de testemunhas
Informaescoletadas
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Em casos de falhas que provoquedestroos, deve-se montar umGRFICO POLAR com a distribuiocomoest e onde est.
Criar ORDEM DE TESTES para quaisquaisquer tipos de exames nodestrutivos dos materiais possam serfeitor antes ensaios destrutivos.
MTODOS DE ANLISE DE FALHAS
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Recolhimento de amostras para anlise laboratorial
Escolher amostras importantes que no provoquem destrabalho, confuso ou que levem a investigao uma dire
Recolher amostras da falha primria e tambm secundria
No tocar as superfcies de fratura: a fratura poinformaes sobre o modo e o mecanismo de fratura duranlaboratorial.
MTODOS DE ANLISE DE FALHAS
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Exame Visual
Aderncia de detritos
Corroso
Cor da superfcie
Abraso
Marcas
Lascas
MTODOS DE ANLISE DE FALHAS
Rebarbas
Qualidade de fabrica
Exame preliminar da fra
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Anlise microscpica
Microscopia tica
Microscopia eletrnica: a microscopia eletrnica de varredura basna anlise de fraturas.
MTODOS DE ANLISE DE FALHAS
Poros formados pelo metano em umao carbono exposto atmosferade hidrognio em altatemperatura. Os carbetos daperlita foram eliminados pelareao com o hidrognio. http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_ar
14392004000100015
http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=S1516-14392004000100015http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=S1516-14392004000100015http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=S1516-14392004000100015http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=S1516-143920040001000157/24/2019 AF01 Introduo
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Anlise Qumica
Verificar desvio das especificaes, heterogeneidades, impuresegregaes, etc.
Natureza dos produtos de corroso, revestimentos, detritos, etc.
MTODOS DE ANLISE DE FALHAS
Tcnicas para anlise qumica mdia Espectrofotometria Espectrometria de absoro atmica Espectrometria de Emisso Fluorescncia de raios X
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MTODOS DE ANLISE DE FALHAS
Tcnicas de variaes na composio dos locais Microanlise por sonda de laser Microanlise por sonda eletrnica
Tcnicas de anlise qumica superficial
Espectroscopia Auger Espectroscopia fotoeletrnica de raios X
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MTODOS DE ANLISE DE FALHAS
Propriedades Mecnicas
Ensaios Destrutivos
As propriedades satisfazem as especificaes de resistncia?
O componente capaz de resistir s tenses de servio?
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MTODOS DE ANLISE DE FALHAS
Ensaios No Destrutivos
EnsaioVisual
PartculaMagntica
Correntesparasitas Radiografia
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FRATURA DCTIL E FRGIL
Aspecto Fractogrfico Macroscpico
FRATURA DCTIL FRATURA FRGILTAA-CONE
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FRATURA DCTIL E FRGIL
Aspecto Fractogrfico Macroscpico Origem da fratura
Presena de trincas secundrias
Descolorao
Presena de marcas de desgaste na vizinhana da fratura
Deformao plstica precedente
Alteraes dimensionais no componente
Evidncia de sobreaquecimento
Marcas de abraso
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Estgios da formao da fratura dctil apsempescoamento (estrico)
1) Nucleao (formao) de cavidades oumicrovazios no interior da seo transversal;
2) Crescimento dos microvazios;
3) Coalescncia das cavidades para formar trinca
elptica;4) Crescimento paralelo ao eixo principal formandoa zona radial;
5) Propagao rpida da trinca ao redor dopermetro externo do pescoo por deformaocisalhante. Segue a direo de 45 do eixo,formando o cone.
FRATURA DCTIL E FRGIL
Maisrpido
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FRATURA DCTIL E FRGIL
Trs zonas distintas da superfcie de fratura de um material dctil que sob carca de trao
ZonaFibrosa
ZonaRadial
Zona decisalhamento
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FRATURA DCTIL E FRGIL
Aspecto Fractogrfico Macroscpico
Ponto ougume
Trs Zonas Fratura frgil
brilhosa
a) Metais muito moles;b) Metais dcteis;c) Metais muito endurec
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Caminho percorrido pela trinca
Transgranular - se propaga atravs dosgros, chamada fratura transgranular.
Intergranular- se propaga entre os gros dometal policristalino.
FRATURA DCTIL E FRGIL
Alguns estudos mostraram que o alumnio,que bastante dctil, fratura-se destaforma. tpica de materiais FRGEIS. necessria maior energia para propagaresta trinca em relao trinca
intergranular.
CaractesofreramfragilizacontornoSEMPRE
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Fratura intergranular causada pelafragilizao pelo hidrognio de umcomponente feito de ao de alta
resistncia.
Aspecto Fractogrfico Microscpico
FRATURA
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Fratura intergranular
Aspecto Fractogrfico Microscpico
FRATURA
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Fratura transgranular texturagranular causada pela alterao dosplanos de um gro para outro.
Aspecto Fractogrfico Microscpico
FRATURA
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Aspecto Fractogrfico Microscpico
FRATURA
Estrias num ao inoxidvel18-8 austentico.
a) Finas estrias encontradas
na metade
do caminhoda fratura.b) Estrias grosseiras
encontradas mais pertoda rea de sobre carga.
FADIGA
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FRATURA
FADIGAEstrias de fadiga mal
definidas.
Aspecto Fractogrfico Microscpico
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Aspecto Fractogrfico Microscpico
FRATURA DE FADIGA
Espaamento entre asmarcas de praia (estria
Menores espaamento entre asestrias indicam baixa tenso emuitos ciclos enquanto que maioresespaamentos indicam alta tenso epoucos ciclos.
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Aspecto Fractogrfico Microscpico
FRATURA
MetalografiaPropagaotransgranular
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Aspecto Fractogrfico Microscpico
FRATURA
MetalografiaCorroso
intergranularnum aoinoxidvelsintetizado.
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Aspecto Fractogrfico Microscpico
FRATURA
Metalografia
Fragilizao pelo
hidrognio em umatubulao de ao.
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MECANISMOS DE FRATURA
Micromecanismos de fratura em metais
Fratura dctil Clivagem Fratura in
Nucleao, crescimento ecoalescncia dos
microvazios
Propagao ao longo dosplanos cristalogrficos de
clivagem (pode serprecedida por deformao
plstica)