ENSAIO NÃO DESTRUTIVO · Os Ensaios Não Destrutivos (END) são técnicas utilizadas na inspeção...

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?


MÉTODOS MAIS USADOS

• Ensaio Visual

• Ultrassom (solda e medição de espessuras)

• Radiografia (X e Gama)

• Partículas Magnéticas

• Líquidos Penetrantes

• Correntes Parasitas


• IRIS

• Ultrassom automatizado

• ToFD (Time-of-Flight Diffraction ultrasonics)

• Phased Array Ultrasonics

• Termografia

• ACFM (Alternating Current Field Measurement)

• Shearografia

OUTROS MÉTODOS DE END


• Emissão Acústica

• Ondas Guiadas Ultrassônicas

MÉTODOS DE RASTREIO (screening)

(INSPEÇÃO GLOBAL)


• FORJAMENTO DE UMA ESPADA

• PERCUSSÃO DO SOM GERADA PELA MARTELADA

• “ENSAIO DE TINIDO”

• SINOS, ÂNCORAS E RODAS DE TRENS

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


• 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.


• 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”.


• 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.


• 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


DESCONTINUIDADE

DIMENSIONAMENTO (– 6 dB)

COMPRIMENTO

LOCALIZAÇÃO


MÉTODO DE INSPEÇÃO (PULSO-ECO)


REGISTRO DOS RESULTADOS


- 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


Ultra-Som Computadorizado

Scanner e Cabeçotes

Bloco de Calibração

Scanner e Cinta

Monitor


CABEÇOTES


DIREÇÃO DE VARREDURA

DISPOSIÇÃO DOS CABEÇOTES


• 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


• 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


• 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


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


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.


•Os transdutores para ultrassom

convecional apresentam apenas um

cristal piezoelétrico

• Os transdutores Phased

Array apresentam um arranjo de

cristais que podem ser excitados

individualmente.


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


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.


APARELHAGEM


CABEÇOTES FLEXÍVEIS


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.



VARREDURA SETORIAL


VARREDURA LINEAR


ANGULAÇÃO DO FEIXE

Exemplo de Foco Eletrônico

Transdutor

Phased array

Varredura

Prof. 10 mm

SDH 1 mm

30 mm

60 mm



FOCALIZAÇÃO ELETRÔNICA


Cuidados na focalização


• 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;


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


• 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?


APARELHAGEM

Transmissor Receptor

Onda Lateral

OL

Extremo

Superior

Extremo

Inferior

Reflexão na Espessura

RE



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



Extremidade

da trinca

Reflexão na espessura

RE

Onda Lateral bloqueada

Sem onda lateral



Onda lateral

OL

Extremo

da trinca

Onda lateral bloqueada

Sem eco

na parede

oposta


(Falta de fusão entre

passes, delaminações)


Onda lateral

OL

Reflexão na espessura

RE

Eco de reflexão

Sinal refletido


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


D-scan

Superfície

superior Parede oposta

A-scan OL

RE


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


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


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


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.


TOFD PE 45 OT PE 60 OT


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.


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;


— 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);


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.


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

[email protected]

(21)99445-1766

www.abendi.org.br

(11) 5586-3199

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