Os ensaios não destrutivos (END) por ultrassom

POR HAYRTON em 20/11/2018 •

Os sons produzidos em um ambiente qualquer se refletem ou reverberam nas paredes que constituem o ambiente, podendo ainda ser transmitidos a outros ambientes. Este fenômeno constitui o fundamento do ensaio por ultrassom de materiais. Assim como uma onda sonora reflete ao incidir num anteparo qualquer, a vibração ou onda ultrassônica também reflete quando percorre um meio elástico; do mesmo modo, a vibração ou onda ultrassônica refletirá ao incidir numa descontinuidade ou falha interna de um meio considerado. Por meio de aparelhos especiais, é possível detectar as reflexões provenientes do interior da peça examinada, localizando e interpretando as descontinuidades.

Da Redação –

O ensaio de ultrassom de materiais é feito com o uso de ondas mecânicas ou acústicas colocadas no meio em inspeção, ao contrário da técnica radiográfica que usa ondas eletromagnéticas. Caracteriza-se por ser um método não destrutivo com o objetivo de detectar descontinuidades internas, presentes nos mais variados tipos ou formas de materiais ferrosos ou não ferrosos.

As descontinuidades são caracterizadas pelo próprio processo de fabricação da peça ou por componentes, como por exemplo, bolhas de gás em fundidos, dupla laminação em laminados, microtrincas em forjados, escórias em uniões soldadas e muitos outros. Portanto, o exame ultrassônico, assim como todo exame não destrutivo, visa a diminuir o grau de incerteza na utilização de materiais ou peças de responsabilidade.

Seu uso pode garantir a qualidade de peças de grandes espessuras, com geometria complexa de juntas soldadas e chapas. É aplicado na indústria, principalmente nas áreas de caldeiraria e estruturas marítimas. Na maioria dos casos, os ensaios são aplicados em aços carbono e em menor porcentagem em aços inoxidáveis.

Esse método possui alta sensibilidade na detectabilidade de pequenas descontinuidades internas, como trincas devido a tratamento térmico, fissuras e outros de difícil detecção por ensaio de radiações penetrantes (radiografia ou gamagrafia). Para a interpretação dos resultados, dispensa os processos intermediários, agilizando a inspeção. No caso de radiografia ou gamagrafia, existe a necessidade do processo de revelação do filme que demanda tempo para os resultados.

Ao contrário dos ensaios por radiações penetrantes, o ensaio por ultrassom não requer planos especiais de segurança ou quaisquer acessórios para sua aplicação. A localização, a avaliação do tamanho e a interpretação das descontinuidades encontradas são fatores intrínsecos ao exame ultrassônico, enquanto que outros exames não definem tais fatores. Por exemplo, um defeito mostrado num filme radiográfico define o tamanho do defeito mas não sua profundidade e em muitos casos este é um fator importante para proceder a um reparo.

Mas, há as suas desvantagens, como a exigência de grande conhecimento teórico e experiência por parte do inspetor, além do preparo da superfície; o registro permanente do teste não é facilmente obtido; faixas de espessuras muito finas constituem uma dificuldade para aplicação do método; em alguns casos de inspeção de solda existe a necessidade da remoção total do reforço da solda, o que demanda tempo de fábrica.

A NBR 16616 de 07/2017 – Ensaios não destrutivos – Ultrassom convencional – Qualificação de procedimento 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. A aplicação dos requisitos desta norma é de responsabilidade do profissional nível 3 no método de ultrassom.

Pode-se definir a qualificação de procedimento de END como a atividade de responsabilidade do inspetor nível 3, consistindo na análise da compatibilidade e adequação do procedimento de ensaio aos requisitos mínimos citados nas normas e especificações aplicáveis, baseada em ensaios em corpos de prova (CP) representativos ou padrões por meio de evidências documentadas. Já o ensaio às cegas é a demonstração do desempenho onde são apresentados corpos de prova com e sem descontinuidades que não sejam de conhecimento (tipos, localizações e dimensões) do inspetor que está executando o ensaio, com vistas a qualificar um procedimento de ensaio.

Os seguintes componentes são necessários para a condução dos ensaios de qualificação, conforme a técnica aplicada: instrumento de medição; cabeçotes; cabos; blocos-padrão, de referência e de demonstração; termômetro (se aplicável); acoplante; e sapatas. Durante toda a execução dos ensaios de qualificação do procedimento, os dispositivos devem garantir a manutenção da temperatura de ensaio conforme estabelecido no procedimento.

Todos os componentes do sistema de medição citados no procedimento devem ser avaliados durante os ensaios de qualificação. Quanto à qualificação do procedimento, quando a (s) norma (s) de projeto ou especificação do produto estabelecem requisitos específicos para qualificação do procedimento, esta (s) deve (m) prevalecer sobre esta norma.

Quando não estiverem estabelecidos requisitos para qualificação do procedimento, o descrito nos itens 5.1.1 e 5.1.2 deve ser atendido. Os ensaios de qualificação devem ser conduzidos por profissional nível 2 e supervisionados pelo profissional nível 3 do método, ou ser conduzidos integralmente pelo nível 3. Para a qualificação do procedimento, todos os instrumentos, acessórios e blocos mencionados no procedimento devem ser disponibilizados para os ensaios de simulação conduzidos/supervisionados pelo inspetor Nível 3. Instrumentos ou acessórios que não forem objeto da demonstração devem ser excluídos do procedimento.

Para a qualificação do procedimento deve ser elaborado um programa de qualificação escrito que deve conter no mínimo os seguintes itens: aplicabilidade do procedimento; aparelhagem e blocos necessários; 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); 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; descrição da metodologia de ensaios a serem realizados, ressaltando limitações de varredura ou situações especiais/diferenciadas, se presentes (por exemplo, alta temperatura);  metodologia de registro de resultados dos ensaios realizados; critério de análise de resultados; e relatório final.

Cada conjunto instrumento/cabeçote descrito no procedimento deve ser utilizado nos ensaios de qualificação e os respectivos resultados devem ser devidamente registrados. O sistema de medição a ser utilizado deve estar ajustado e calibrado conforme previsto no procedimento. Os ensaios de qualificação devem ser conduzidos por “ensaio às cegas”, exceto quando conduzidos diretamente pelo inspetor nível 3.

Recomenda-se que a inspeção de cada CP seja realizada por mais de um inspetor. Quando limitações de varredura ou situações especiais/diferenciadas estão previstas no trabalho futuro e descritas no procedimento de ensaio de ultrassom, esta condição deve ser obrigatoriamente simulada nos ensaios de qualificação. Os resultados devem ser registrados no Formulário de Registro de Resultados indicado no procedimento de inspeção. Condições de varredura limitada devem ser ressaltadas no registro de resultados produzido.

Um relatório final deve ser elaborado pelo inspetor nível 3 responsável pelo procedimento de ensaio de ultrassom. O conteúdo do relatório deve conter no mínimo os seguintes itens: identificação do procedimento (número e revisão); instrumentos, acessórios, blocos e CP utilizados; resultados obtidos com mapa comparativo; comentários sobre os resultados; parecer conclusivo sobre a aprovação para uso ou não do procedimento com destaque para situações especiais/diferenciadas; data; e identificação do inspetor nível 3 (nome e número do Sistema Nacional de Qualificação e Certificação – SNQC) e assinatura.

Enfim, o ensaio não destrutivo por ultrassom, assim como todo ensaio não destrutivo visa diminuir o grau de incerteza na utilização de materiais ou peças de responsabilidade e o desperdício de peças utilizadas em ensaios destrutivos. O sinal de ultrassom é composto de ondas sonoras com frequência acima de 20 kHz geradas por um aparelho eletrônico.

No ensaio, as ondas se propagam em um meio elástico em direção à peça a ser ensaiada e, se for encontrado algum tipo de descontinuidade, é gerado um eco de reflexo na tela do aparelho de ultrassom, caracterizando uma peça não conforme. As aplicações deste ensaio são inúmeras: soldas, laminados, forjados, fundidos, ferrosos e não ferrosos, ligas metálicas, vidro, borracha, materiais compostos, tudo permite ser analisado por ultrassom. Indústria de base (usinas siderúrgicas) e de transformação (mecânicas pesadas), indústria automobilística, transporte marítimo, ferroviário, rodoviário, aéreo e aeroespacial.

No processo de produção de componentes metálicos, como por exemplo, conjuntos metálicos estruturais para automóveis utilizados na indústria automobilística, são utilizadas soldas MIG/MAG para efetuar a junção das partes e obter o produto final. Porém para se obter uma solda de qualidade e com isso um componente que atenda as normas de segurança as empresas utilizam-se da técnica do ensaio destrutivo, cortando a peça de forma longitudinal para avaliar as características da união das peças através de amostragem.