ENSAIOS NÃO-DESTRUTIVOS Controle de Qualidade e END; Estanqueidade Ricson Rocha de Souza Departamento de Engenharia Mecânica Universidade Federal do Rio Grande do Sul 2010 Grupo de Mecânica Aplicada 1

Ensaios Não-Destrutivos Definição de END Os Ensaios Não Destrutivos (END) são métodos utilizados na inspeção de materiais e equipamentos sem danificá-los - executados nas etapas de fabricação, construção, montagem e/ou manutenção. Inspeção Não-Destrutiva e Avaliação Não-Destrutiva são também expressões comumente usadas para descrever esta tecnologia. Uma das principais ferramentas do CONTROLE DE QUALIDADE Garantia de qualidade, Redução de custos e Confiabilidade operacional 2

Ensaios Não-Destrutivos Definição de END O corpo humano é um dos mais importantes instrumentos de ensaio não-destrutivos já criados! Calor – pode ser sentido colocando a mão próxima a um objeto quente e, sem tocá-lo, poder estimar a temperatura que se encontra o corpo. Olfato – com o senso do cheiro podemos determinar se existe uma substância desagradável presente simplesmente pelo odor emanado. Tato – sem observar um objeto, é possível determinar rugosidade, forma e tamanho, apenas tocando. Audição – permite analisar vários sons e ruídos, podendo estimar a fonte destes efeitos sonoros. Visão – é a mais versátil de todas, inspeção visual.

END na indústria Algumas aplicações: setores petróleo/petroquímico, Ensaios Não-Destrutivos END na indústria Algumas aplicações: setores petróleo/petroquímico, químico, aeronáutico, aeroespacial, siderúrgico, medicina, naval, eletromecânico, papel e celulose, entre outros.

END na indústria FALHAS CATASTRÓFICAS!!! FALHAS CATASTRÓFICAS!!! Ensaios Não-Destrutivos END na indústria Os END incluem métodos capazes de: Detectar trincas/defeitos presentes em um determinado produto, Determinar características mecânicas, físicas, químicas e metalúrgicas de um material Monitorar a degradação em serviço de componentes, equipamentos e estruturas. Tudo para evitar... FALHAS CATASTRÓFICAS!!! FALHAS CATASTRÓFICAS!!!

Histórico PRIMEIRO ENSAIO NÃO-DESTRUTIVO – ENSAIO VISUAL!!! Ensaios Não-Destrutivos Histórico “In the beginning, God created the heavens and the earth and He saw that it was good”. PRIMEIRO ENSAIO NÃO-DESTRUTIVO – ENSAIO VISUAL!!!

Ensaios Não-Destrutivos Histórico Nos tempos antigos, o som da lâmina da espada de Damascus seria uma indicação do quão forte o metal seria no combate. Essa mesma técnica “sônica” foi usada por décadas por ferreiros como eles ouviram o som de diferentes metais que estavam sendo formados. Essa aproximação foi também usada por confeccionadores de sino. Ouvindo o som do sino, a sonoridade do metal poderia ser estabelecida em um caminho muito geral.

Histórico Alguns fatos históricos marcantes: AC - Deus criou a Terra. Ensaios Não-Destrutivos Histórico Alguns fatos históricos marcantes: AC - Deus criou a Terra. 1800 - Primeira observação termográfica por William Herschel. 1831 - Primeira observação de indução eletromagnética por Michael Farraday. 1840 - Primeira imagem infravermelha produzida pelo filho de Herschel, John. 1868 - Primeira referência em partículas magnéticas, Saxby. 1879 - Eddy currents, Hugues. 1895 - Descoberta do raio-X por Wilhelm Conrad Roentgen. 1922 - Radiografia industrial para metais, Lester. 1929 - Primeiros experimentos utilizando transdutores de quartzo para criar vibrações ultrassônicas em materiais, Sokolov na Rússia. 1935/1940 - Técnicas penetrantes desenvolvidas nos EUA por Firestone. 1950 - Emissão Acústica, Kaiser.

Ensaios Não-Destrutivos Histórico As raízes dos ensaios não-destrutivos começaram a tomar forma antes da década de 20. A maioria dos últimos desenvolvimentos apareceram devido a uma tremenda atividade durante a Segunda Guerra Mundial. Dos anos 50 até hoje, END tem tido um grande crescimento, repleto de inovações, com novos instrumentos e materiais. Antes da Segunda Guerra Mundial engenheiros não tinham uma preocupação em projetos com altos fatores de segurança, tais como vasos de pressão e outros componentes complexos. Após algumas falhas catastróficas e outros acidentes, este conceito mudou. Algumas das melhorias na fabricação e práticas de inspeção podem ser atribuídas às caldeiras e algumas de suas falhas catastróficas.

Histórico Março de 1854 - Hartford, Connecticut Ensaios Não-Destrutivos Histórico Março de 1854 - Hartford, Connecticut Este grave acidente foi um ponto de mudança importante no progresso da inspeção e END. Dez anos depois, em 1864, o Estado de Connecticut aprovou a “Boiler Inspection Law”.

Ensaios Não-Destrutivos Histórico

Ensaios Não-Destrutivos Histórico A próxima chave no desenvolvimento na história dos ensaios não-destrutivos foi também devido a uma catástrofe – um grande descarrilhamento de trem. Isso resultou em um sistema de detecção de campo magnético/indução de corrente elétrica que foi desenvolvido por Dr. Elmer Sperry e H. C. Drake.

Ensaios Não-Destrutivos Histórico Unidade de Correntes Parasitas

Ensaios Não-Destrutivos Histórico Unidade de raio-X industrial

Ensaios Não-Destrutivos Histórico Unidade de US

Ensaios Não-Destrutivos Normas para END Uma importante fonte de códigos, normas, e recomendações para END é dada no livro Annual Book of The American Society of Testing and Materials, ASTM. O volume 03.03 Nondestructive Testing é revisado anualmente, cobrindo muitos procedimentos NDT incluindo emissão acústica, corrente parasita, estanqueidade, liquidos penetrantes, partículas magnéticas, radiografia, termografia, e ultrassom. Por exemplo, existem guias padrões em ensaios radiográficos: ASTM E 94 “Radiographic Testing” ASTM E 242 “Radiographic Images” ASTM E 748 “Thermal Neutron Radiography” ASTM E 1000 “Radioscopy” ASTM E 1030 “Radiographic Examination of Castings”

Ensaios Não-Destrutivos Certificação A habilidade de um inspetor em END é crucial para a eficiência do ensaio, logo treinamento é muito importante. ASNT (American Society for Non-destructive Testing) regulamenta estas certificações em todo o mundo. Três níveis de inspetores em END são recomendados: Nível 1: Habilidade para realizar calibrações específicas, ensaios específicos, e avaliações específicas de acordo com instruções escritas. Nível 2: Habilidade para configurar e calibrar equipamento, interpretar, e avaliar resultados em acordo com códigos, normas, e especificações, e também para registrar resultados. Nível 3: Competência para estabelecer técnicas, interpretar códigos, e designar os métodos de ensaio e técnicas a ser usadas, tendo um conhecimento pratico na tecnologia e ser familiar com outros métodos comumente usados em END.

Fatores que podem causar falha no material Ensaios Não-Destrutivos Fatores que podem causar falha no material Estes sempre tem um componente mecânico e, em alguns casos, o componente mecânico atua sozinho; em outros casos, o componente mecânico atua junto com outros fatores, tais como temperatura, ação química, ou radiação. Alguns dos principais mecanismos de falha são: Fadiga Fluência Corrosão Oxidação Fragilização térmica Fragilização por radiação

Indicações: Falsas, Não-Relevantes, Relevantes Ensaios Não-Destrutivos Indicações: Falsas, Não-Relevantes, Relevantes Indicações obtidas durante ensaios não-destrutivos necessitam ser interpretadas e avaliadas. Qualquer indicação que é encontrada é chamada de descontinuidade. Descontinuidades não necessariamente são defeitos, mas necessitam ser identificadas e avaliadas. False: Indicação não é devido a um procedimento de ensaio. Pode ser devido a processamento inadequado, procedimento incorreto, também conhecido como “fantasmas” ou “interferência elétrica”. Nonrelevant: um defeito com níveis de tolerância permitidos. Relevant: Indicação de um defeito que pode ter um efeito na vida em serviço do material.

Indicações: Falsas, Não-Relevantes, Relevantes Ensaios Não-Destrutivos Indicações: Falsas, Não-Relevantes, Relevantes Indication: Observação de uma descontinuidade que requer interpretação, por exemplo, trincas, inclusoes, porosidades. Interpretation: Determinação se uma indicação é relevante, não-relevante, ou falsa. Avaliação: Avaliacao de uma indicacao relevante para determinar se especificacoes da vida em serviço da peça são encontradas. Defeito, Trinca: Uma ou muitas descontinuidades que não encontram especificações. Indicação Interpretação Falsa Relevante Não-relevante Avaliação Aceitável Rejeitada

Condições para um ensaio de END efetivo Ensaios Não-Destrutivos Condições para um ensaio de END efetivo O material deve ser “testável”. Procedimentos aprovados devem ser seguidos. Equipamento está operando corretamente. Documentação está completa. Pessoal qualificado.

Teste de Estanqueidade ou Teste de Vazamento Ensaios Não-Destrutivos Teste de Estanqueidade ou Teste de Vazamento A necessidade de uma perfeita estanqueidade em tanques ou tubulações contendo substâncias tóxicas que façam parte de instalações de alto risco (área química, nuclear, aeroespacial, etc.), proporcionou utilização de novos métodos capazes de detectar possíveis vazamentos de gás ou líquidos, a fim de obter uma efetiva garantia de segurança e proteção ambiental. Aplicações: setores automotivo, aeronáutica, eletrodoméstico, eletroeletrônico, médico-hospitalar e em outros setores fabricantes de peças e componentes Alguns métodos aplicados no ensaio de estanqueidade são: § Método da Detecção por bolha de sabão; § Método da queda de pressão e § Hélio como fluido de rastreamento.

Teste de Estanqueidade ou Teste de Vazamento Ensaios Não-Destrutivos Teste de Estanqueidade ou Teste de Vazamento Método da bolha com solução formadora de espuma Tornar visível o desprendimento de bolhas em uma descontinuidade do objeto de ensaio, de maneira que o local do vazamento possa ser identificado. A diferença de pressão empregada no ensaio com o método da bolha é feita de tal maneira que a pressão no interior do objeto de ensaio seja maior que a pressão externa. A superfície externa do objeto de ensaio é molhado com uma solução formadora de espuma de pequena tensão superficial e caso exista uma descontinuidade através da qual escape uma quantidade significativa de gás ou vapor, então haverá a formação de bolhas, que dependendo do tamanho que apresentam e da freqüência com que se formam, permitem determinar o tamanho da descontinuidade.

Teste de Estanqueidade ou Teste de Vazamento Ensaios Não-Destrutivos Teste de Estanqueidade ou Teste de Vazamento Método da bolha com solução formadora de espuma No entanto, a determinação exata da taxa de vazamento com o método da bolha com solução formadora de sabão é muito difícil. A avaliação aproximada da taxa de vazamento, entretanto, pode ser realizada sem dificuldade, visto que quanto maior for a quantidade de espuma que se forma em torno da descontinuidade maior será a taxa de vazamento. A grande vantagem do método da bolha é a sua simplicidade. A realização de uma inspeção com o método da bolha deve ser conduzida tendo-se à disposição os seguintes equipamentos e instrumentos: Ar comprimido; Manômetro; Cronômetro; Solução formadora de espuma a base de detergente.

Teste de Estanqueidade ou Teste de Vazamento Ensaios Não-Destrutivos Teste de Estanqueidade ou Teste de Vazamento Método da bolha com solução formadora de espuma A principal desvantagem deste método é que não é possível realizar o teste sem que o objeto de ensaio seja molhado parcial ou completamente. Por motivo de higiene, ou para evitar problemas relacionados com corrosão, há necessidade de limpar e secar corretamente o objeto de ensaio. A superfície do objeto a ser inspecionada com o método da bolha deve estar o mais limpa possível, não podendo em hipótese alguma conter restos de graxa ou óleo. Um vazamento grande não pode ser localizado empregando elevada pressão de ensaio, visto que o ar ou gás de ensaio escapa através de uma descontinuidade expulsando a solução formadora de espuma com violência para longe do local onde se encontra o vazamento antes que a espuma se forme.

Teste de Estanqueidade ou Teste de Vazamento Ensaios Não-Destrutivos Teste de Estanqueidade ou Teste de Vazamento Método da bolha com solução formadora de espuma

Estanqueidade Método da variação da pressão Ensaios Não-Destrutivos Estanqueidade Método da variação da pressão Grande parte dos ensaios de estanqueidade é realizada empregando o método da variação da pressão. Como esse método de ensaio muitas vezes exige somente o uso de poucos equipamentos e instrumentos, bem como pelo fato de não necessitar do emprego de gás rastreador caro, ele parece ser relativamente simples de ser realizado.

Estanqueidade Método da variação da pressão Ensaios Não-Destrutivos Estanqueidade Método da variação da pressão O ensaio de estanqueidade com o método da variação da pressão permite medir a taxa de vazamento integral do objeto de ensaio, porém é pouco adequado para a localização do vazamento. A condição básica que deve ser satisfeita para que se possa realizar este ensaio, é que o objeto de ensaio seja um sistema fechado. Neste caso, o objeto é submetido a uma pressão diferente da pressão ambiente, sendo, então medida e registrada a variação da pressão do sistema fechado após um determinado intervalo de tempo. A taxa de vazamento integral é obtida a partir da diferença de pressão medida, do intervalo de tempo e do volume do sistema fechado, conforme mostra a Equação 1.

Estanqueidade Método da variação da pressão Ensaios Não-Destrutivos Estanqueidade Método da variação da pressão Uma parte importante deste teste é determinar o tempo durante o qual o objeto de ensaio deverá ficar pressurizado,mostrado na Equação (2). Partindo da definição de taxa de vazamento - a quantidade de massa que atravessa uma descontinuidade em um intervalo de tempo - e tendo estabelecido as condições de teste (tipo de fluido e diferença de pressão), tem-se que:

Estanqueidade Método do gás de rastreamento - hélio Ensaios Não-Destrutivos Estanqueidade Método do gás de rastreamento - hélio Antes de se iniciar a inspeção com gás de rastreamento de um objeto de ensaio, deve-se: - Verificar quais são as exigências relativas ao método de ensaio, bem como qual é a menor taxa de vazamento que deve ser detectada; - Certificar se todos os materiais de que ele é feito são compatíveis com o gás de ensaio, isto é, se eles não são agredidos pelo gás de ensaio; - Tomar todas as medidas de segurança exigidas, inclusive aquelas relativas à liberação do gás de ensaio na atmosfera; - Observar qual é o estado das suas superfícies (interna e externa) e conhecer a sua temperatura. O elemento hélio é um gás presente na atmosfera, na concentração de aproximadamente 5 ppm. Ele é um gás inerte, o que torna possível a exposição de qualquer material a sua presença, sem o risco de modificar as propriedades do material submetido ao teste. O tamanho das moléculas de hélio, permite que este fluido escoe facilmente através de pequenas descontinuidades presentes no material.

Estanqueidade Método do gás de rastreamento - hélio Ensaios Não-Destrutivos Estanqueidade Método do gás de rastreamento - hélio O teste de vazamento consiste em pressurizar o recipiente injetando-se gás hélio até atingir a pressão de teste. Esta pressão geralmente tem o valor da pressão de trabalho do recipiente, para observar o comportamento das juntas de vedação e outros componentes como o-rings, selantes, juntas do tipo gamah, quando pressurizados. Inicia-se então a varredura da superfície do material e dos componentes utilizando-se um equipamento que detecta a presença de gás hélio.