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1 ENSAIOS ELETROMAGNÉTICOS NA ÁREA SIDERÚRGICA DE METAIS PRIMÁRIOS

Os princípios básicos dos ensaios eletromagnéticos eram conhecidos no século XIX e as aplicações práticas das técnicas eletromagnéticas são comuns na indústria metalúrgica desde 1930. Os ensaios por correntes parasitas evoluíram de dispositivos relativamente simples para triagem de metais para sistemas de ensaio automatizados e complexos como parte dos processos de fabricação. As técnicas eletromagnéticas oferecem simplicidade, baixo custo, operação sem contato e sem acoplantes, alta velocidade e capacidade de suportar altas temperaturas. Elas são amplamente utilizadas em todos os tipos de indústrias para avaliar a qualidade de materiais e componentes, incluindo metais ferríticos e não ferríticos. O número total de ensaios realizados anualmente por essas técnicas pode exceder o de todas as outras técnicas de ensaio não destrutivo.

Devido ao efeito pelicular, que limita a profundidade de penetração, os ensaios por correntes parasitas são limitados à avaliação da superfície e da subsuperfície de materiais e produtos. Tanto as técnicas por correntes parasitas quanto as magnéticas são preferidas na indústria siderúrgica em todo o mundo para ensaios superficiais em linha de barras, tarugos e tubos em velocidades de produção. A técnica de correntes parasitas é utilizada pela indústria metalúrgica para o ensaio em linha de fios aquecidos em altas velocidades de produção, frequentemente superiores a 120 m/s (265 mph).

As técnicas de ensaios eletromagnéticos encontram aplicação em todas as etapas de conformação, modelagem e tratamento térmico de metais e ligas, onde a eficácia das etapas de processamento pode ser avaliada rapidamente. Materiais danificados durante o processamento podem ser detectados e removidos da produção sem incorrer em custos adicionais de processamento. Tratamentos térmicos como recozimento, normalização, têmpera, cementação e outros processos de tratamento térmico podem ser monitorados diretamente em muitos casos.

1.1 ENSAIO DE CORRENTES PARASITAS VERSUS ENSAIOS MAGNÉTICOS

Os metais são considerados ferromagnéticos se, assim como o ferro (Fe), podem ser magnetizados.

Metais ferromagnéticos incluem ferro, cobalto e níquel. Metais não ferromagnéticos incluem cobre e alumínio. Técnicas magnéticas como o ensaio de fuga de fluxo magnético e o ensaio por partículas magnéticas podem ser usadas apenas em metais que podem ser magnetizados — em aço, não em alumínio.

Por outro lado, o ensaio por correntes parasitas pode ser usado em todos os materiais eletricamente condutores — magnéticos e não magnéticos. Por esse motivo, o ensaio por correntes parasitas é amplamente utilizado em fábricas que produzem materiais e componentes não magnéticos, mas eletricamente condutores, como alumínio e cobre. O comportamento anisotrópico e altamente não linear dos materiais ferromagnéticos durante a magnetização tende a gerar sinais de correntes parasitas difíceis de interpretar. Por essa razão, objetos ferromagnéticos ensaiados com a técnica de correntes parasitas frequentemente necessitam ser magneticamente saturados, para que se comportem como objetos não magnéticos.

1.2 DESENVOLVIMENTOS DO ENSAIO DE CORRENTES PARASITAS

As técnicas de correntes parasitas são amplamente utilizadas para ensaiar materiais e componentes em altas temperaturas. Uma técnica diferencial com bobinas envolventes é utilizada para realizar ensaios contínuos de fios e barras laminados a quente em muitas siderúrgicas ao redor do mundo.

Ensaios em tarugos de aço a quente (redondos e quadrados) também são realizados utilizando sondas de correntes parasitas. Tanto sondas não rotativas quanto rotativas escaneiam a superfície quente.

1.2.1 DESENVOLVIMENTOS TÉCNICOS (R02)

1.2.1.1 TÉCNICAS PULSADA E DE MULTIFREQUÊNCIA

Muitos problemas complexos do ensaio de correntes parasitas podem ser resolvidos através da aplicação de técnicas de correntes parasitas multifrequenciais e pulsadas, como ocorre na inspeção de espessura de rolamentos endurecidos.

1.2.1.2 INVERSÃO DE DADOS DE CORRENTES PARASITAS

Separar uma variável desejada de sinais de correntes parasitas influenciados por muitas variáveis indesejáveis é difícil, apesar dos avanços no processamento de sinais. Melhorias na confiabilidade dos testes de correntes parasitas online foram implementadas principalmente por meio de técnicas de processamento de sinais de correntes parasitas.

1.2.1.3 MEDIÇÃO DE FASE

Muitas aplicações industriais utilizam a amplitude de um sinal de correntes parasitas para avaliar a qualidade do produto, sem considerar a informação de fase, igualmente valiosa, presente no mesmo sinal.

A profundidade de descontinuidades em siderúrgicas tem sido tipicamente determinada apenas pela amplitude. A confiabilidade dos ensaios por correntes parasitas é aprimorada quando se utilizam tanto a amplitude quanto a fase no desenvolvimento dos critérios de aceitação/rejeição.

1.2.2 PROJETO DE SONDA

Cabeçotes para o ensaio de correntes parasitas com múltiplos sensores foram desenvolvidos para detectar descontinuidades superficiais em placas moldadas continuamente em alta temperatura. A discriminação de fase pode ser usada para suprimir variações de afastamento sonda-peça (liftoff)..

A necessidade de aquisição de dados em alta velocidade e sondas com contornos que se ajustem a formas complexas levou ao desenvolvimento de conjuntos de sensores de correntes parasitas com varredura eletrônica, em vez de varredura mecânica com sensores individuais.

As sondas são projetadas para otimizar parâmetros operacionais como frequência de excitação, velocidade de ensaio e lift-off.

O projeto bem-sucedido de ensaios de correntes parasitas requer conhecimento preciso das características elétricas e magnéticas do objeto ensaiado e dos materiais escolhidos para a construção da sonda. Mesmo o melhor modelo matemático tem pouco valor sem essas características do material, que frequentemente (dependendo da aplicação) são funções não lineares da densidade de fluxo magnético, do espaço e da temperatura. A medição dessas características nos materiais é importante para a otimização dos ensaios de correntes parasitas. (R02)

1.2.3 MODÊLO NUMÉRICO

A maioria dos problemas práticos de correntes parasitas são tridimensionais; alguns deles envolvem materiais anisotrópicos e materiais com características elétricas e magnéticas não lineares. Os modelos numéricos têm demonstrado sucesso no tratamento de situações não lineares e contornos de descontinuidade complexos, especialmente em geometrias de ensaios bidimensionais ou axisimétricas. (R02)

Graças aos avanços na tecnologia de computadores digitais desde 1975, as técnicas de modelagem numérica superaram a maioria das desvantagens associadas às técnicas analíticas. As técnicas numéricas não são limitadas pelas não linearidades do material e pelas formas complexas das descontinuidades, mas sim pela memória do computador.

O modelo numérico tem muito em comum com a abordagem experimental. As técnicas de análise numérica, ao contrário dos modelos analíticos, não produzem uma equação como solução, mas sim gráficos de densidade de fluxo, densidade de corrente, fase e trajetória no plano de impedância. As técnicas de modelagem numérica podem prever as interações complexas entre campos e descontinuidades, interações importantes para a caracterização de descontinuidades. Ensaios e sensores de correntes parasitas mais precisos foram projetados com o auxílio de modelos computacionais avançados.

1.3 APLICAÇÕES DE CORRENTES PARASITAS

Apresentamos a seguir estudos de caso que representam aplicações típicas de técnicas de ensaio eletromagnético na indústria de metais primários para o ensaio superficial de barras, tarugos quadrados, fios a quente, varetas e tubos.

A maioria dessas técnicas são ensaios por correntes parasitas em metal fundido. Para um controle de processo eficiente, o ensaio por correntes parasitas é realizado no aço enquanto este ainda está com uma estrutura bruta de fusão, pois é mais eficiente detectar descontinuidades originadas no início do processo, antes que o material seja submetido a trabalhos adicionais.

As correntes parasitas são induzidas por bobinas de ensaio acionadas em frequências médias a altas. A cobertura da superfície ensaiada depende do movimento da sonda em relação ao objeto ensaiada. Esse movimento relativo pode ser obtido movendo-se o objeto ensaiado ou movendo-se a sonda durante o ensaio. As aplicações apresentadas no restante deste capítulo ilustram cada uma das configurações para esse movimento relativo.

2. ENSAIO COM SONDA ROTATIVA DE BARRAS LAMINADAS À QUENTE

2.1 REQUISITOS DO ENSAIO

Uma técnica de correntes parasitas com sonda rotativa tem sido utilizada para ensaios superficiais de barras de aço a quente durante a laminação.

Existem vários requisitos para um sistema eficaz de ensaio de barras: (1) alta sensibilidade a descontinuidades, (2) capacidade de classificar a qualidade da barra, (3) operação totalmente automática, (4) construção robusta para uso em usinas siderúrgicas, (5) capacidade de ensaiar as barras como recebidas, sem preparação especial. Ou seja, as barras não precisariam ser decapadas ou jateadas para remover a camada superficial antes do ensaio. Da mesma forma, as barras que atendem aos critérios comerciais de retilineidade não precisariam ser endireitadas antes do ensaio.

O sistema de correntes parasitas com sonda rotativa tem um custo menor do que os sistemas alternativos. Ao contrário dos sistemas de ensaio ultrassônico, um sistema de correntes parasitas não requer um acoplante líquido e pode atingir uma sensibilidade maior a descontinuidades superficiais.

O ensaio de fuga de fluxo magnético requer a magnetização do objeto de ensaio. A desvantagen do ensaio de partículas magnéticas com relação ao ensaio de campo de fuga é a impossibilidade de discriminação precisa da profundidade das descontinuidades, a inviabilidade da automação completa e o alto custo das partículas magnéticas, que não podem ser totalmente recuperadas após o ensaio. Uma melhoria significativa em relação ao ensaio por partículas magnéticas para essa aplicação é o ensaio por fuga de fluxo magnético, que não só exige magnetização, como também requer que a sonda esteja muito próxima da superfície da barra, preferencialmente deslizando sobre ela.

Na técnica de correntes parasitas com sonda rotativa, o equipamento gira uma sonda de correntes parasitas em torno de uma barra em movimento, mantendo a sonda a uma distância mínima predefinida da superfície da barra. O equipamento mantém o nível de sensibilidade de ensaio selecionado, independentemente das variações na amplitude do sinal de descontinuidade causadas pela variação do espaçamento entre a sonda e a barra, e marca apenas as descontinuidades que excedem um comprimento e profundidade predefinidos. As barras com descontinuidades são automaticamente separadas das barras sem descontinuidades. A marcação automática com tinta também está disponível caso seja necessária a identificação visual das descontinuidades para recondicionamento posterior.

2.2 EQUIPAMENTOS MECÂNICOS

Os principais itens do equipamento mecânico desenvolvido para o sistema de correntes parasitas são (1) equipamento de manuseio de barras para fornecimento de barras para ensaio e (2) uma estação de ensaio para girar a sonda de ensaio em torno de uma barra em avanço. (R04)

2.2.1 EQUIPAMENTO DE MANIPULAÇÃO DE BARRAS

Embora de projeto bastante convencional, o equipamento de manuseio de barras é projetado (1) para fornecer automaticamente uma barra de aço por vez para ensaio, (2) para operar a uma velocidade de linha de até 0,76 m-s^-1 (1,7 mi-h^-1) e (3) para separar as barras em duas classificações, aquelas a serem aceitas em um berço e aquelas a serem descartadas ou recondicionadas em um segundo.

2.2.2 ESTAÇÃO DE ENSAIO

O ensaio das barras ocorre enquanto as barras estão dentro da estação de ensaio. Para realizar o ensaio, a estação de ensaio deve executar diversas funções.

A estação deve girar a sonda de correntes parasitas em torno da barra a uma velocidade de rotação predefinida. A velocidade máxima de rotação é de 26,7 ciclos por segundo (1600 rotações por minuto). A velocidade depende do diâmetro da barra.
A estação deve estender a sonda até a posição de ensaio quando uma barra estiver na unidade e retrair a sonda quando a barra sair.
Para todos os diâmetros de barra, a estação deve manter um espaçamento mínimo predefinido entre a sonda e a barra.
A estação deve transferir os sinais da sonda rotativa para a instrumentação eletrônica.
A estação deve fornecer sinais de posição da sonda para posterior identificação e marcação de descontinuidades.

A estação de ensaio possui três componentes principais.

Uma cabeça de inspeção flutuante pode se mover até 13 mm (0,5 pol.) verticalmente ou horizontalmente para permitir o ensaiode barras não retas. A sonda de ensaio usada para escanear a superfície da barra fica dentro da cabeça.
Um transformador rotativo transfere sinais entre a sonda rotativa e a instrumentação eletrônica.
Um motor de velocidade variável gira o transformador e o furo do conjunto da cabeça.

A estação de ensaio opera com uma linha central constante ao ensaiar barras de diferentes diâmetros; no entanto, a linha de transporte opera com uma linha de base fixa. Por esse motivo, a estação de ensaio está em uma plataforma cuja altura pode ser ajustada quando o diâmetro da barra ensaiada é alterado.

Durante o ensaio, a sonda segue uma trajetória helicoidal na barra. O espaçamento entre as varreduras helicoidais sucessivas é determinado tanto pela velocidade de rotação da sonda quanto pela velocidade de avanço da barra. O padrão helicoidal permite 100% de cobertura da superfície, exceto em caso de perda nas extremidades. O teste é realizado a aproximadamente 0,2 m (8 pol.) de cada extremidade da barra.

2.3 INSTRUMENTAÇÃO ELETRÔNICA

A instrumentação eletrônica para o ensaiador de barras consiste nos seguintes circuitos: (1) circuitos de correntes parasitas para detecção da presença de descontinuidades, (2) circuitos de controle automático de ganho para manter uma sensibilidade de ensaio constante, (3) circuitos de processamento de sinal que funcionam separadamente e em conjunto para discriminar entre ruído e sinais de descontinuidade reais e (4) circuitos de marcação.

2.3.1 DETECÇÃO DE DESCONTINUIDADES
A Figura 1 apresenta um diagrama de blocos da instrumentação eletrônica. Os circuitos de detecção de descontinuidades são acoplados à sonda rotativa através de um canal do transformador rotativo de três canais.

F01

Figure 1. Circuito eletrônico do aparelho de correntes parasitas para o ensaio de barras..

Os sinais elétricos gerados pelo oscilador de descontinuidade de alta frequência e aplicados às bobinas na sonda de ensaio geram correntes parasitas na superfície da barra. Quando uma descontinuidade está presente na superfície da barra, o fluxo ordenado de correntes parasitas é interrompido; quanto mais profunda a descontinuidade, maior o seu efeito no fluxo de correntes parasitas.
Electrical signals developed by the high frequency discontinuity oscillator and applied to coils in the test probe generate eddy currents on the bar surface. When a discontinuity is present on the bar surface, the orderly flow of eddy currents is disrupted; the deeper the discontinuity, the greater its effect on the eddy current flow.

Os circuitos de detecção, amplificação e filtragem geram então sinais elétricos que indicam a presença de descontinuidades e fornecem uma amplitude de sinal proporcional à profundidade da descontinuidade para processamento pelos circuitos subsequentes, a fim de avaliar a severidade da descontinuidade.
Detection, amplification and filtering circuits then develop electrical signals that indicate the presence of discontinuities and provide a signal amplitude proportional to discontinuity depth for processing by subsequent circuits to assess discontinuity severity.

2.3.2 CONTRÔLE AUTOMÁTICO DE GANHO
Uma desvantagem do ensaio por correntes parasitas é que a amplitude do sinal para uma dada descontinuidade diminui com o aumento da distância entre a ponta de prova e a superfície da barra. Embora diversas técnicas tenham sido desenvolvidas para minimizar esse efeito, elas apresentam limitações, como a estreita faixa de distância entre a ponta de prova e a barra na qual são eficazes e a baixa precisão na correção do sinal. Para superar essas limitações, a instrumentação inclui circuitos para medir variações na distância entre a ponta de prova e a barra e gerar um sinal de afastamento (liftoff) para uso em outros circuitos de correção da amplitude do sinal de correntes parasitas. Esses circuitos estão representados no diagrama de blocos da Figura 1. Assim como nos circuitos de detecção de descontinuidades, os circuitos de baixa amplitude de sinal são acoplados, através do transformador rotativo, às bobinas do conjunto da ponta de prova. O sinal de afastamento fornecido por esse equipamento é uma função da distância entre a superfície da barra e as bobinas de detecção de descontinuidade. Esse sinal varia automaticamente o ganho do instrumento, proporcionando, assim, uma sensibilidade de ensaio constante sob condições de variação da distância entre a ponta de prova e a barra.
One drawback of eddy current testing is that the amplitude signals for a given discontinuity will decrease with increasing spacing between the test probe and bar surface. Although several techniques have been developed to minimize this effect, they have limitations such as the narrow range in spacing from probe to bar over which they are effective and poor signal correction accuracies. To overcome these shortcomings, the instrumentation includes circuits for measuring variations in distance from probe to bar and developing a liftoff signal for use in other circuits for correcting eddy current signal amplitude. These circuits are included in the block diagram of Fig. 1. As is the case for the discontinuity detection circuits, the low signal amplitude circuits for coupled through the rotary transformer to coils in the probe assembly. The liftoff signal provided by this equipment is a function of the distance between the bar surface and the discontinuity sensing coils. This signal automatically varies the instrument gain, thereby providing a constant test sensitivity under conditions of varying distance from probe to bar.

Embora o controle automático de ganho mantenha, dessa forma, uma sensibilidade de teste constante, o nível de sensibilidade desejado é obtido ajustando-se o controle manual de ganho.
Although the automatic gain control thus maintains a constant test sensitivity, the desired level of sensitivity is obtained by adjusting the manual gain control.

2.3.3 CIRCUITOS DE PROCESSAMENTO DE SINAIS
No caso de ensaios por correntes parasitas, os sinais de ruído podem ser causados por condições como rugosidade superficial, incrustações e interferência elétrica, bem como por descontinuidades curtas e superficiais que não são motivos para rejeição. Esses problemas podem ser superados por meio de duas técnicas: discriminação da largura de pulso e correlação de sinais. Os sinais de descontinuidade grosseira são processados por discriminação de amplitude convencional. Por fim, o sistema fornece marcação para posterior localização visual das descontinuidades, se necessário.
In the case of eddy current testing, noise signals can be caused by conditions such as surface roughness, scale and electrical interference, as well as short and shallow discontinuities that are not causes for rejection. These problems can be overcome through two techniques: pulse width discrimination and signal correlation. Gross discontinuity signals are processed by conventional amplitude discrimination. Finally, the system provides marking for subsequent visual location of discontinuities if required.

2.3.4 DESCRIMINAÇÃO DE LARGURA DE PULSO
O discriminador de largura de pulso identifica como indicação de descontinuidade qualquer sinal de corrente parasita que (1) exceda uma amplitude predefinida e (2) diminua em amplitude do seu valor de pico para metade do seu valor de pico em menos tempo do que um tempo predeterminado. O corolário é que o discriminador desconsidera outros sinais. Por simplicidade, o período de tempo em que a amplitude diminui é denominado largura do sinal.
The pulse width discriminator identifies as a discontinuity indication any eddy current signal that (1) exceeds a preset amplitude and (2) decreases in amplitude from its peak value to half its peak value in less than a predetermined time. The corollary is that the discriminator disregards other signals. For simplicity, the period of time in which the amplitude decreases is referred to as signal width.

A Figura 2 pode ser usada para ilustrar o funcionamento da discriminação de largura de pulso. Há três sinais típicos de corrente parasita aplicados ao circuito discriminador. O sinal A, típico de condições como arranhões superficiais rasos ou rugosidade superficial, não excede o valor de amplitude predefinido e, portanto, é desconsiderado pelo circuito.
Figure 2 can be used to illustrate the way in which pulse width discrimination works. There are three typical eddy current signals applied to the discriminator circuit. Signal A, typical of conditions such as shallow surface scratches or surface roughness, does not exceed the preset amplitude value and is therefore disregarded by the circuitry.

F02

Legenda:
A = pulse less than preset amplitude threshold
B, C = pulses in excess of amplitude threshold
D = amplitude decrease longer than preset time
E = amplitude decrease briefer than preset time
F = signal triggered by abrupt amplitude change
A = pulso com amplitude inferior ao limite predefinido;
B, C = pulsos com amplitude superior ao limite
D = diminuição de amplitude superior ao tempo predefinido;
E = diminuição de amplitude inferior ao tempo predefinido;
F = sinal disparado por mudança abrupta de amplitude.

Figura 2. Identificação de sinais de descontinuidade pelo discriminador de largura de pulso.
Ficure 2. Identification of discontinuity signals by pulse width discriminator.

Embora o sinal B, característico de condições como incrustações superficiais soltas, exceda o valor de amplitude, a largura do sinal D excede o tempo predefinido.
Although signal B, characteristic of | conditions such as loose surface scale, exceeds the amplitude value, the signal width D exceeds the preselected time.

Este sinal é igualmente desconsiderado pelo circuito. O sinal C é característico de uma descontinuidade superficial porque excede o valor de amplitude e porque sua amplitude diminui (em largura E) do pico para metade da amplitude do pico em menos tempo do que o predeterminado. O pulso C é identificado pelo discriminador de largura de pulso como uma indicação de descontinuidade. O discriminador gera um sinal de saída digital nesses casos.
This signal is likewise disregarded by the circuitry. Signal C is characteristic of a surface discontinuity because it exceeds the amplitude value and because its amplitude decreases (in width E) from the peak to half the peak amplitude in less than the predetermined time. Pulse C is identified by the pulse width discriminator as an indication of a discontinuity. The discriminator generates a digital output signal in such cases.

2.3.5 CORRELAÇÃO DE SINAIS
A correlação de sinais não só discrimina entre descontinuidades e imperfeições superficiais inofensivas, como riscos curtos e superficiais, mas também serve para suprimir ainda mais os efeitos de sinais de ruído aleatórios. A correlação é usada no testador de barras como um tipo de reconhecimento de padrões de descontinuidade baseado no princípio de que descontinuidades superficiais prejudiciais, como sobreposições e emendas, são longitudinais ou contínuas. Sobreposições e emendas serão, portanto, detectadas pela sonda rotativa aproximadamente na mesma posição circunferencial na barra para varreduras sucessivas da sonda.
Signal correlation not only discriminates between discontinuities and harmless surface imperfections such as short, shallow scratches but also serves to further suppress the effects of random noise signals. Correlation is used in the bar tester as a type of discontinuity pattern recognition based on the principle that harmful surface discontinuities such as laps and seams are longitudinal or continuous. Laps and seams will, therefore, be detected by the rotating probe at about the same circumferential position on the bar for successive probe scans.

Como visto na Figura 3, a correlação de sinais de descontinuidade é realizada da seguinte forma: à medida que a sonda de correntes parasitas gira ao redor da barra, um codificador na estação de teste é acionado sincronizadamente com a sonda, dividindo a circunferência da barra em 32 superfícies incrementais. Quando um sinal de descontinuidade é fornecido pelo discriminador de largura de pulso, as informações que identificam a superfície incremental e o número da varredura são armazenadas nos circuitos eletrônicos de correlação. Utilizando essas informações, os circuitos eletrônicos correlacionam os sinais de descontinuidade para a mesma posição em um número pré-selecionado de varreduras anteriores. Como o equipamento pode, dependendo da configuração do instrumento, comparar a varredura atual e a posição incremental com até duas posições incrementais adjacentes de varreduras anteriores, ele possui a capacidade adicional de permitir a rotação da barra e a correção da inclinação da descontinuidade.
As seen In Fig. 3, the correlation of discontinuity signals is performed as follows. As the eddy current probe rotates around the bar, an encoder in the test station is synchronously driven with the probe, dividing the bar circumference into 32 incremental surfaces. When a discontinuity signal is provided by the pulse width discriminator, information identifying the incremental surface and scan number is stored in the correlation electronic circuits. Using this information, the electronic circuits correlate discontinuity signals for the same position in a preselected number of prior scans, Because the equipment can, depending on instrument setting, compare the present scan and incremental position with up to two adjacent incremental positions for prior scans, it has the additional capability of allowing for bar turning and discontinuity skew.

Finally, the tester can be adjusted to correlate data for up to five probe scans.
Finalmente, o testador pode ser ajustado para correlacionar dados de até cinco varreduras da sonda.

F03

Figura 3. Correlação de sinal para identificação de descontinuidade contínua.
Ficure 3. Signal correlation for identification of continuous discontinuity.

2.3.6 GRANDES DESCONTINUIDADES
como crostas e lascas, ocorrem em apenas uma varredura da sonda e são processadas de maneira convencional por discriminação de amplitude. A Figura 1 mostra a localização desses circuitos no diagrama de blocos. Como descontinuidades desse tipo geralmente excedem em muito a amplitude dos sinais de ruído, bem como dos sinais correlacionados, elas podem ser facilmente detectadas por técnicas de discriminação de nível de amplitude. Sinais desse tipo não passam pelo discriminador de largura de pulso nem pelos circuitos de correlação.
such as scabs and slivers, occur within only one probe scan and are processed in a conventional manner by amplitude discrimination. Figure 1 shows the block diagram location of these circuits. Because discontinuities of this type usually greatly exceed the amplitude of noise signals as well as correlated signals, they can be readily detected by amplitude level discrimination techniques. Signals of this type bypass the pulse width discriminator and correlation circuits.

2.3.7 MARCAÇÃO
O sistema inclui um mecanismo para marcação precisa de descontinuidades, permitindo a localização visual das descontinuidades identificadas pelos circuitos eletrônicos para fins como o recondicionamento subsequente da barra.
The system includes provision for accurate discontinuity marking so that the discontinuities identified by the electronic circuits can be visually located for purposes such as subsequent bar reconditioning.

Os componentes essenciais do equipamento de marcação são os seguintes: quatro pistolas de tinta são dispostas ao redor da circunferência da barra, cada uma centralizada em um quadrante da barra (Fig. 3). Os circuitos de marcação (Fig. 1) processam os sinais dos circuitos principais de descontinuidade e correlator e aplicam uma marca de tinta no quadrante onde a descontinuidade está localizada. Um sinal elétrico de um codificador acionado pela linha de transporte atrasa a marcação até que a área anômala da barra alcance as pistolas de marcação. Na Fig. 4, a pistola em primeiro plano é vista pulverizando uma faixa branca em um quadrante onde os circuitos eletrônicos identificam uma descontinuidade.
The essentials of the marking equipment are as follows. Four paint guns are arranged around the circumference of the bar, each gun being centered in a quadrant of the bar (Fig. 3). The marking circuits (Fig. 1) process signals from the major discontinuity and correlator circuits and provide a paint mark in the quadrant where the discontinuity is located. An electrical signal from an encoder driven by the conveyor line delays marking until the anomalous area of the bar reaches the marking guns. In Fig. 4, the gun in the foreground is seen spraying a white stripe in a quadrant where the electronic circuits identify a discontinuity.

F04

Figura 4. Pistolas de marcação.
Ficure 4. Marking guns.

2.3.8 CALIBRAÇÃO
Antes do início do teste, o operador ajusta o equipamento de acordo com o diâmetro da barra, a classe metalúrgica das barras e os requisitos do teste de superfície. Para simplificar os ajustes de diâmetro da barra, os controles e leituras da altura da estação de teste, da velocidade de rotação da sonda e da velocidade da linha de transporte são calibrados em função do diâmetro da barra. O ajuste da classe metalúrgica é simples, geralmente exigindo apenas um pequeno reajuste de dois potenciômetros para fornecer leituras para a barra e fora dela, respectivamente.
Before the test is begun, the operator adjusts the equipment for bar diameter, metallurgical grade of the bars and the surface test requirements. To simplify adjustments for bar diameter, the controls and readouts for test station height, probe rotational speed and conveyor line speed are calibrated in terms of bar diameter. Adjusting for metallurgical grade is simple, usually requiring only a slight readjustment of two potentiometers to provide readings for on bar and off bar, respectively.

Os requisitos do teste de superfície podem ser definidos em termos de profundidade mínima da descontinuidade a ser marcada e, para descontinuidades contínuas ou do tipo costura, o comprimento mínimo a ser marcado. Assim, a configuração para o teste desejado é obtida ajustando o potenciômetro de sensibilidade e a chave de comprimento da descontinuidade.
Surface test requirements can be stated in terms of minimum depth of discontinuity to be marked and for continuous or seam type discontinuities, the minimum length to be marked. Thus, the setting for the desired test is obtained by adjusting the sensitivity potentiometer and the switch for discontinuity length.

No início de cada ciclo, uma verificação geral da operação do equipamento pode ser feita inserindo-se um dispositivo de calibração na estação de teste. Este dispositivo possui uma seção circular de 50 mm (2 pol.) de diâmetro, usinada com precisão e deslocada da linha central da estação de teste. Na superfície, encontram-se descontinuidades artificiais usinadas com precisão. A seção circular descentralizada e as descontinuidades artificiais facilitam ao operador a verificação rápida de diversas características mecânicas e eletrônicas do equipamento.
At the beginning of each turn, an overall check of equipment operation can be made by inserting a calibration fixture into the test station. This fixture has an accurately machined 50 mm (2 in.) diameter round section shifted off the center line of the test station. On the surface are accurately machined artificial discontinuities. The off center round section and the artificial discontinuities make it easier for the operator to quickly check a number of mechanical and electronic features of the equipment.

3. MODÊLOS ANALÍTICOS E INTEGRAL PARA SIMULAR TRINCAS (R05)

3.1. INTEGRAÇÃO DOS ENSAIOS NO PROCESSO DE LAMINAÇÃO
O ensaio por correntes parasitas permite a inspeção automática de 100% da superfície de tarugos de aço (com seção transversal quadrada) sem a necessidade de interpretação dos resultados pelo operador. O sistema descrito aqui detecta juntas, avalia sua severidade e marca a localização daquelas que excedem uma profundidade aceitável. O componente principal é um conjunto de cabeçote de escaneamento que mantém uma sonda de correntes parasitas em contato e tangente à superfície do tarugo em todos os pontos da periferia, incluindo os cantos. A máquina foi projetada para testar tarugos quadrados com cantos arredondados durante a laminação. Essa integração com o processo de fabricação é um passo importante no desenvolvimento de sistemas integrados de ensaio e condicionamento automáticos.
Eddy current testing can automatically inspect 100 percent of the surface of steel billets (having a square cross section) without the need of an operator's judgment for interpreting test results. The system described here can detect seams, evaluate their severity and mark the location of those that exceed an acceptable depth. The key component is a scanning head assembly that keeps an eddy current probe in contact with and tangent to the billet surface at all locations around the periphery, including the corners. The machine is designed to test round cornered, square billets as they are rolled. This integration with the manufacturing process is an important step in the development of integrated automatic testing and conditioning systems.

As limitações inerentes ao ensaio visual motivaram o desenvolvimento de técnicas eletrônicas para medir as dimensões das juntas. Um dispositivo de avaliação de juntas utiliza uma bobina de sonda que induz a passagem de correntes parasitas na superfície do metal em teste. Qualquer descontinuidade na superfície afeta a carga elétrica da bobina da sonda; No caso de costuras, a carga da bobina é inversamente proporcional à profundidade da costura.
The inherent shortcomings of visual testing motivated the development of electronic techniques for measuring seam dimensions. One seam evaluation device uses a probe coil that causes eddy currents to flow in the test surface of the metal. Any discontinuity in the surface affects the electrical loading of the probe coil; in the case of seams, coil loading is inversely proportional to seam depth.

Para a detecção dessas descontinuidades, a carga absoluta da bobina tem pouca relevância. No entanto, as variações na carga da bobina ao atravessar uma descontinuidade são significativas. Portanto, é necessário um movimento relativo entre a bobina de teste e o produto. Em um teste manual, esse movimento é obtido movendo-se a sonda enquanto o objeto de teste permanece imóvel. Em um teste automático, o objeto de teste, a sonda ou ambos são movimentados.
For the detection of such discontinuities, absolute coil loading has little meaning. However, the changes in the loading of a coil as it crosses a discontinuity are significant. Therefore, relative movement between the probe coil and the product is required. In a manual test, this movement is achieved by moving the probe while holding the test object stationary. In an automatic test, the test object, the probe or both are moved.

3.2 APLICAÇÃO EM PRODUTOS CILÍNDRICOS
The diameter of the test object dictates the means of obtaining the relative movement necessary between the search probe and the test object. Machines designed to test small diameter bars rotate and propel the product while the probe is held stationary. For large diameter bars, pipe and billets, the probes are rotated around the product as it moves forward through the machine.
Using the second means of obtaining relative motion, an installation for testing of rounds consists of two machines designed for 75 to 250 mm (3 to 10 in.) diameter, straightened solid product. These machines have been installed in a mill finishing line that also includes facilities for grit cleaning, straightening and grinding.

3.3 PRODUTOS QUADRADOS
O diâmetro do objeto de teste determina o meio de obtenção do movimento relativo necessário entre a sonda de busca e o objeto de teste. Máquinas projetadas para testar barras de pequeno diâmetro giram e impulsionam o produto enquanto a sonda permanece estacionária. Para barras, tubos e tarugos de grande diâmetro, as sondas giram em torno do produto à medida que ele se move para a frente através da máquina.
To test products having a square cross section, a prototype billet test machine has been built. In this machine, a search probe is reciprocated across the face of the billet by an air cylinder while the billet moves forward.

Utilizando o segundo meio de obtenção de movimento relativo, uma instalação para teste de peças cilíndricas consiste em duas máquinas projetadas para produtos sólidos endireitados com diâmetro de 75 a 250 mm (3 a 10 pol.). Essas máquinas foram instaladas em uma linha de acabamento de laminador que também inclui instalações para limpeza de abrasivos, endireitamento e retificação.
The next step is the designing and building of production equipment. It includes two machines, each testing two of the four faces of a billet on one pass. The search probes are reciprocated by a hydraulic cylinder with servo controlled reversing. Although these probes test the face of the billet adequately, they do not test the corners, also susceptible to seams.

3.3.1 REQUISITOS DE PROJETO
Para testar produtos com seção transversal quadrada, foi construída uma máquina protótipo para teste de tarugos. Nessa máquina, uma sonda de busca é movimentada em vaivém sobre a face do tarugo por um cilindro pneumático enquanto o tarugo avança.
One way to test the entire circumference of the surface, including comers, is for the probe to revolve continuously around the billet. This motion, however, presents challenges in system design.

The probe must be maintained tangential to and at a close but constant distance from the surface. The probe may bounce rapidly when rounding the corners, causing an electronic signal similar to that from a discontinuity. Excessive bounce also changes the electrical coupling and varies the sensitivity to discontinuities.
The probe holding assembly has to be mechanically rugged to withstand the shock encountered while passing each corner and an occasional very rough surface.
The speed of the probe relative to the test surface must be maintained within limits. Experimental studies have established that the optimum range is 0.4 to 0.7 ms! (0.9 to 1.6 mi-h~), A slower probe speed would result in an inconsistent measurement of discontinuity depths. Speeds above this range cause objectionable electronic noise.

A sonda deve ser mantida tangencial à superfície e a uma distância próxima, porém constante. Ao contornar cantos, a sonda pode oscilar rapidamente, gerando um sinal eletrônico semelhante ao de uma descontinuidade. Essa oscilação excessiva também altera o acoplamento elétrico e varia a sensibilidade às descontinuidades.
O conjunto de suporte da sonda precisa ser mecanicamente robusto para suportar o impacto encontrado ao passar por cada canto e por superfícies ocasionalmente muito ásperas.
A velocidade da sonda em relação à superfície de teste deve ser mantida dentro de certos limites. Estudos experimentais estabeleceram que a faixa ideal é de 0,4 a 0,7 m/s (0,9 a 1,6 mi/h). Uma velocidade de sonda mais lenta resultaria em uma medição inconsistente da profundidade das descontinuidades. Velocidades acima dessa faixa causam ruído eletrônico indesejável.

3.3.2 DISPOSITIVOS SENSORES (SONDAS)
Esses problemas são resolvidos pelo conjunto de varredura da sonda de busca (Figs. 5 e 6), semelhante a uma corrente de rolos com a sonda de busca no lugar do rolo central. O conjunto é montado de forma flexível para que os rolos guiem suavemente a sonda de busca ao redor da superfície do tarugo.
These problems are addressed by the search probe scanning assembly (Figs. 5 and 6), similar to a roller chain with the search probe in place of a center roll. The assembly is flexibly mounted so that the rolls smoothly guide the search probe around the billet surface.

F05

Ficure 5. Components of billet search probe scanning assembly.
Figura 5. Componentes do conjunto de varredura da sonda de busca do tarugo.

As sondas de busca, no centro do conjunto, são encapsuladas em invólucros de náilon montados em um suporte de titânio. Presas às partes integrais do suporte estão sapatas de desgaste de carboneto de tungstênio que se apoiam na superfície do tarugo. Duas bobinas são usadas em cada conjunto de sonda de busca para aumentar a área da superfície testada.
The search probes, at the center of the assembly, are encapsulated in nylon housings mounted in a titanium holder. Attached to the integral parts of the holder are tungsten carbide wear shoes that bear on the billet surface. Two coils are used in each search probe assembly to increase the area of surface tested.

Todo o conjunto da sonda é mantido contra a superfície por uma mola que exerce força constante. A superfície de teste força os rolos externos a abrirem os braços montados no pivô, fazendo com que o arranjo em forma de corrente fique tensionado e se conforme à superfície de teste. As quatro pequenas molas mantêm os vários elementos contra a superfície em diferentes posições ao redor da seção quadrada.
The entire probe assembly is held against the surface by a spring that exerts constant force. The test surface forces the outside rolls to open the pivot mounted arms, causing the chainlike arrangement to become taut and conform to the test surface. The four small springs hold the various elements against the surface at different positions around the square section.

A maior parte do conjunto é construída em uma liga de titânio selecionada por sua alta resistência e leveza. O peso deve ser minimizado, pois as forças centrífugas resultantes da rotação e da inércia tendem a levantar o conjunto da superfície do tarugo.
Most of the assembly is constructed froma titanium alloy selected for high strength and lightness. Weight must be minimized because centrifugal forces resulting from rotation and inertia tend to lift the assembly from the billet surface.

A alta resistência desse material permite que o conjunto suporte as forças resultantes da rugosidade da superfície e as mudanças de direção necessárias durante o teste. Os rolos são de carboneto de tungstênio para máxima resistência ao desgaste e utilizam rolamentos, mas não requerem lubrificação.
The high strength of this material permits the assembly to withstand forces resulting from surface roughness and the directional changes necessary during testing. The rolls are tungsten carbide for maximum wear resistance and use bearings but require no lubrication.

As dimensões dos componentes do conjunto da sonda afetam a velocidade instantânea da sonda em relação à superfície do tarugo. As dimensões mais significativas são o espaçamento entre os rolos, o diâmetro dos rolos e a distância do pivô da sonda até a sua superfície de contato.
The dimensions of the probe assembly components affect the instantaneous. velocity of the probe relative to the billet surface. The most significant dimensions are the spacing between the rolls, the diameter of the rolls and the distance of the probe pivot from its contact surface.

A Figura 6 mostra a velocidade relativa da sonda em diferentes posições em um quarto da seção transversal de um tarugo com seção transversal quadrada de 0,1 m (4 pol.). O formato do elemento para este conjunto confere à sonda uma velocidade máxima na parte plana da superfície, onde o ricochete é menos provável, e mínima no canto, onde a bobina tem maior tendência a se desprender da superfície. A velocidade flutua suavemente dentro da faixa de teste permitida à medida que o conjunto da sonda gira em torno de um tarugo quadrado. As dimensões do conjunto da sonda são otimizadas para tarugos de 102 e 127 mm (4 e 5 pol.), mas este mesmo conjunto pode testar uma faixa maior.
Figure 6 shows the relative speed of the probe at different positions on a quarter section of a billet with a 0.1 m (4 in.) square cross section, The element shape for this assembly gives the probe a velocity that is maximum on the flat part of the surface, where bounce is least likely, and minimum at the corner, where the coil has the greatest tendency to leave the surface. The speed fluctuates smoothly within the allowable testing range as the probe assembly is rotated around a square billet. The probe assembly dimensions are optimized for 102 and 127 mm (4 and 5 in.) billets but this same assembly can test a greater range.

F06a

Ficure 6. Probe at various positions on quarter section of 100 mm (4 in.) billet:
(a) cross section;
(b) speed.
Figura 6. Sonda em várias posições em um quarto da seção transversal de um tarugo de 100 mm (4 pol.):
(a) seção transversal;
(b) velocidade.

3.3.3 SISTEMA DE MARCAÇÃO DE DESCONTINUIDADES
Um sistema de marcação foi selecionado, composto por marcadores de pulverização, um compressor de ar, um reservatório de tinta e válvulas para direcionar a tinta aos tarugos. Os marcadores de pulverização e dois conjuntos de busca retráteis são fixados a braços pivotantes em uma placa frontal rotativa. A placa frontal, por sua vez, é fixada a um tambor rotativo de extremidade aberta, através do qual o tarugo passa. Os marcadores de pulverização são espaçados para marcar a localização exata da linha de junção em qualquer ponto da periferia do tarugo. Os demais componentes do sistema de marcação são fixados à extremidade de saída do tambor e também giram.
A marking system is selected that consists of spray markers, an air compressor, a paint reservoir and valves to direct paint to the billets. The spray markers and two retractable search assemblies are attached to pivot arms ona rotating face plate. The face plate in turn is attached to a rotating, open ended drum through which the billet passes. The spray markers are spaced to mark the exact location of the seam anywhere around the billet periphery. The other components of the marking system are attached to the exit end of the drum and also rotate.

A energia elétrica é transmitida por meio de anéis deslizantes para as sondas de busca, para as válvulas solenoides do sistema de marcação e para o compressor.
Electrical energy is transmitted by means of slip rings to the search probes, to the solenoid valves for the marking system and to the compressor.

3.4 DETALHES DO EQUIPAMENTO
O tambor que envolve o tarugo move-se livremente em todas as direções perpendiculares ao seu eixo, permitindo que o tambor acompanhe torções e curvaturas nos tarugos. É possível acomodar curvaturas de até 114 mm (4,5 pol.) no comprimento total.
The drum that encircles the billet moves freely in all directions perpendicular to its axis, thus enabling the drum to follow twists and bends in billets. Camber up to 114 mm (4.5 in.) in overall length can be accommodated.

Os elementos da máquina que permitem o movimento livre do tambor são mostrados na Figura 7. Rolos-guia garantem que a linha central do tambor corresponda à linha central do tarugo. O conjunto do tambor é contrapesado pelo motor do tambor e por pesos de aço. Todo esse conjunto é fixado a um elemento em forma de A por meio de um pivô que permite o movimento vertical do tambor. O elemento em forma de A é montado na base por um conjunto deslizante de baixo atrito que permite o movimento horizontal do tambor. Qualquer movimento do tarugo é transferido pelos rolos-guia para o tambor, e a combinação do pivô e do deslizador permite que o tambor se mova facilmente nos planos perpendiculares ao seu eixo. Uma extensão do deslizador para o movimento horizontal do tambor é usada para remover toda a máquina da linha de produção para calibração e facilitar o acesso para manutenção.
The machine elements that permit free movement of the drum are shown in Fig. 7. Guide rolls ensure that the center line of the drum corresponds to the billet center line. The drum assembly is counterweighted by the drum motor and steel weights. This entire assembly is attached to an A shaped member through a pivot that permits vertical motion of the drum. The A shaped member is mounted on the base by a low friction slide assembly that permits the drum to move horizontally. Any movement of the billet is transferred by the guide rolls to the drum and the combination of the pivot and slide allows the drum to move readily in the planes perpendicular to its axis. An extension of the slide for horizontal movement of the drum is used to remove the entire machine from the production line for calibration and easy access for service.

F07a

Ficure 7. Machine elements that permit free movement of drum and enable testing of cambered product: (a) diagram; (b) photograph.
Figura 7. Elementos da máquina que permitem o movimento livre do tambor e possibilitam o teste do produto curvado: (a) diagrama; (b) fotografia.

3.4.1 INSTALAÇÃO NA PRODUÇÃO
A instalação inclui um jateador abrasivo. O mecanismo de inversão move o tarugo da esteira do jateador abrasivo para a esteira de teste. A velocidade de avanço da esteira é ajustada para diferentes tamanhos de tarugos. Para garantir a detecção de todas as descontinuidades maiores que 25 mm (1 pol.), a velocidade de avanço da esteira para tarugos de 127 mm (5,0 pol.), por exemplo, é de 0,17 m/s (0,4 mi/h). Sem atrasos, isso proporcionaria uma taxa de teste de 64.000 kg (140.000 lb) por hora.
The installation includes a grit blaster. The turnover mechanism moves the billet from the grit blast conveyor to the testing conveyor. The forward speed of the conveyor is adjusted for various sizes of billets. To ensure the detection of all discontinuities longer than 25 mm (1 in.), the forward speed of the conveyor for 127 mm (5.0 in.) billets, for example, is 0.17 m-s-! (0.4 mi-h), With no delays, this would provide a test rate of 64.000 kg (140 000 Ib) per hour.

3.5 CALIBRAÇÃO
Para calibrar o circuito eletrônico, todo o conjunto do tambor é removido da linha de deslocamento do tarugo. Uma pequena seção do tarugo
é então girada com as sondas em contato com a amostra de teste e os sinais são registrados. O circuito eletrônico é calibrado por meio de ajustes simples do dial.
A Figura 8 mostra um gráfico com o registro dos sinais obtidos da amostra de tarugo de calibração. O tarugo possui quatro descontinuidades fresadas com cerca de 0,75 mm (0,03 pol.) de profundidade por uma fresa de 0,15 mm (0,006 pol.) de largura. As linhas de junção estão na superfície plana antes, sobre e depois do canto. Uma descontinuidade natural, com 1,5 mm (0,06 pol.) de profundidade na superfície plana, também está presente neste tarugo.
To calibrate the electronic circuitry, the entire drum assembly is moved out of the line of billet travel. A small billet section.
The drum is then rotated with the probes contacting the test sample and the signals are recorded. The electronic circuit is calibrated by simple dial adjustments.
Figure 8 shows a chart recording of the signals obtained from the calibration billet specimen. The billet has four discontinuities milled about 0.75 mm (0.03 in.) deep by a 0.15 mm (0.006 in.) wide cutter. The seams are on the flat surface before, on and after the corner. A natural discontinuity, 1.5 mm (0.06 in.) deep on the flat, is also present in this billet.

F08

Legenda:
A. Attificial seam on flat surface.
B. Natural seam 1.5 mm (0.06in.) on flat surface
C. Artificial seam 0.75 mm (0.03 in.) deep lags corner.
D. Attificial seam 0.75 mm (0.03 in.) deep directly on corner.
E. Artificial seam 0.75 mm (0.03 in.) deep leads comer.
A. Linha de junção artificial na superfície plana.
B. Costura natural de 1,5 mm (0,06 pol.) em superfície plana.
C. Costura artificial de 0,75 mm (0,03 pol.) de profundidade na quina.
D. Costura artificial de 0,75 mm (0,03 pol.) de profundidade diretamente na quina.
E. Costura artificial de 0,75 mm (0,03 pol.) de profundidade à frente da quina.

Figure 8. Chart recording of electronic signals from sample 100 mm (4 in.) billet.
Figura 8. Registro gráfico dos sinais eletrônicos da amostra de tarugo de 100 mm (4 pol.).

The calibration procedure provides for adjustment of the electronic circuitry and supplies the operator with information on equipment performance. It can also be used to verify that the probes are riding the billet properly, that no elements in the probe assembly are binding and that both markers are operating properly.
O procedimento de calibração permite o ajuste do circuito eletrônico e fornece ao operador informações sobre o desempenho do equipamento. Também pode ser usado para verificar se as sondas estão deslizando corretamente sobre o tarugo, se nenhum elemento no conjunto da sonda está travando e se ambos os marcadores estão funcionando corretamente.

4. MODÊLO COMPUTACIONAL DO CAMPO DE CORRENTES PARASITAS

4.1 INTEGRAÇÃO DO ENSAIO ANTES DA BOBINAGEM
Fios e barras são geralmente enrolados imediatamente após a laminação a quente. Quando a detecção de descontinuidades é realizada em produtos frios, eles devem ser desenrolados para o ensaio. Se a detecção de descontinuidades puder ser realizada durante o processo de laminação, enquanto os fios ou barras ainda estão quentes, os custos podem ser reduzidos economizando energia elétrica e omitindo o processo de desenrolamento.
Wires and bars are usually coiled immediately after they are hot rolled. When discontinuity detection is performed on cold products, they must be uncoiled for testing. If discontinuity detection can be accomplished during the rolling process, while wires or bars are still hot, costs can be reduced by saving electric power and by omitting the uncoiling process.

O ensaio por correntes parasitas utilizando uma bobina envolvente tem sido aplicado à laminação a quente de barras. As siderúrgicas utilizam sistemas de correntes parasitas com bobina envolvente para ensaiar fios quentes. Geralmente, as bobinas envolventes em configuração diferencial podem detectar descontinuidades curtas, como escórias e marcas de laminação. No entanto, é difícil detectar descontinuidades longitudinais prejudiciais, como costuras e trincas.
Eddy current testing using an encircling coil has been applied to hot rolling of bars.’ Steel mills use encircling coil eddy current systems to test hot wires. Generally, encircling coils in a differential configuration can detect short discontinuities such as scabs and roll marks, It is, however, difficult to detect harmful longitudinal discontinuities such as seams and cracks.

Quando o equipamento de ensaio por correntes parasitas utiliza uma sonda rotativa para fios e barras em laminação a quente, surgem problemas técnicos.
When the eddy current tester uses a rotating probe for wires and bars in hot rolling, there are technical problems.

The rotating machine must be centered mechanically at the pass line.
Electronic correction is required to detect discontinuities without disturbance of liftoff variation.
The probe must be cooled to protect against heat damage.

A máquina rotativa deve ser centrada mecanicamente na linha de passagem.
É necessária correção eletrônica para detectar descontinuidades sem perturbar a variação da distância de decolagem.
A sonda deve ser resfriada para evitar danos causados pelo calor.

4.2 MÁQUINA DE ENSAIO
Para aplicar a técnica de sonda rotativa a fios e barras aquecidos, é importante desenvolver técnicas para suprimir a variação de afastamento e corrigir a amplitude do sinal de descontinuidade por meio da medição dessa variação. A variação de afastamento é causada pela oscilação dos fios ou barras e pela diferença de centragem entre a máquina de ensaio rotativa e a linha de passagem.
To apply the rotating probe technique to hot wires and bars, it is important to develop the techniques to suppress the liftoff variation and correct discontinuity signal amplitude by measurement of liftoff variation. The liftoff variation is caused by wobble of wires or bars and by difference of centering between the rotating test machine and the pass line.

Components have been developed for the technique. An electronic controller can eliminate the signal caused by the residual liftoff variation and corréct the corresponding discontinuity signal. The influence of liftoff variation is also minimized by several means.
Componentes foram desenvolvidos para essa técnica. Um controlador eletrônico pode eliminar o sinal causado pela variação residual de afastamento e corrigir o sinal de descontinuidade correspondente. A influência da variação de afastamento também é minimizada por diversos meios.

Two pairs of pinch rolls can keep the tested wire near the center of the rotary machine, Also, they can reduce the vibration of the wire.
The mechanical stage supporting the eddy current tester can be driven by stepping motors to position the machine precisely at the pass line.
An air jet emitted from the probe case to the surface of the wire lifts the probe for noncontact scanning. The air continues along the surface of the wire to minimize the liftoff variation. The air jet also serves to cool the probe.
Multifrequency signal processing eliminates the liftoff variation signal caused by high frequency components of the wobble.
The liftoff variation is measured by a displacement probe and the discontinuity signal change caused by the liftoff variation can be compensated electronically.

Dois pares de rolos de pressão podem manter o fio testado próximo ao centro da máquina rotativa. Além disso, podem reduzir a vibração do fio.
A plataforma mecânica que suporta o testador de correntes parasitas pode ser acionada por motores de passo para posicionar a máquina com precisão na linha de passagem.
Um jato de ar emitido da carcaça da sonda em direção à superfície do fio levanta a sonda para a varredura sem contato. O ar continua ao longo da superfície do fio para minimizar a variação de afastamento. O jato de ar também serve para resfriar a sonda.
O processamento de sinal multifrequencial elimina o sinal de variação de decolagem causado por componentes de alta frequência da oscilação.
A variação na distância de decolagem é medida por uma sonda de deslocamento e a mudança no sinal de descontinuidade causada por essa variação pode ser compensada eletronicamente.

Dessa forma, o sistema de correntes parasitas com sonda rotativa realiza a avaliação quantitativa de descontinuidades na superfície do fio.
By these means, the rotating probe eddy current system performs quantitative evaluation of discontinuities on the surface of wire

4.2.1 MÁQUINA COM SONDA ROTATIVA
A Figura 9 mostra esquematicamente a máquina de ensaio por correntes parasitas com sondas rotativas. Ela consiste em um tambor rotativo com dois suportes para sensores e atuadores para esses suportes, uma carcaça cilíndrica e um motor que aciona o tambor rotativo.
Figure 9 schematically shows the eddy current testing machine with rotating probes. It consists of a rotary drum that has two sensor holders and actuators for sensor holders, a cylindrical housing and a motor that drives the rotary drum.

F09

Ficure 9. Rotating probe machine for eddy current testing of hot steel wires and rods.
Figura 9. Máquina com sonda rotativa para ensaio por correntes parasitas em fios e barras de aço aquecidos.

A carcaça cilíndrica possui um transformador rotativo, um tubo de fluxo de ar em aço duplex e um tubo guia refrigerado a água. O tambor rotativo é montado na extremidade a jusante da carcaça. O motor pode acionar o tambor rotativo a uma velocidade máxima de rotação de 16,7 ciclos por segundo (1000 rotações por minuto).
The cylindrical housing has a rotary transformer, an air flow tube of duplex steel and a water cooled guide tube. The rotary drum is mounted on the downstream side of the housing. The motor can drive the rotary drum at the maximum rotation speed of 16.7 cycles per second (1000 rotations per minute).

Dentro do tambor rotativo, os suportes dos sensores são montados com as sondas e cilindros pneumáticos para retrair a sonda. A sonda é afastada do centro do tambor rotativo pelo cilindro pneumático para evitar o atrito com a parte superior ou inferior do material. O mecanismo de retração da sonda opera com sucesso a até 16,7 ciclos por segundo (1000 rotações por minuto), mesmo sob a ação da força centrífuga.
Within the rotary drum, the sensor holders are mounted with probes and air cylinders for retracting the probe. The probe is moved away from the center of the rotary drum by the air cylinder to keep the probe from rubbing against the top or bottom of the material. The mechanism for retracting the probe successfully operates at up to 16.7 cycles per second (1000 rotations per minute) even though centrifugal force acts against the mechanism.

O tubo de fluxo de ar é feito de aço duplex e consiste em um tubo interno e uma luva externa. O conduto de ar se estende até o tambor rotativo na extremidade a jusante. Para fornecer ar comprimido ao tambor rotativo, elementos de vedação são instalados entre o rotor e o estator, conforme mostrado na Figura 9. O ar comprimido tem três funções: (1) escaneamento sem contato usando jatos de ar, (2) resfriamento da bobina da sonda e (3) acionamento do cilindro pneumático. The air flow tube is made of duplex steel and comprises an inner tube and an outer sleeve. The air conduit extends into the rotary drum at the downstream side end. To supply compressed air to the rotary drum, sealing members are fitted between rotor and stator as shown in Fig. 9. The compressed air has three functions: (1) noncontact scanning using air jets, (2) cooling the probe coil and (3) driving the air cylinder.

O cilindro pneumático é controlado por válvulas solenoides montadas no tambor rotativo. O tubo guia refrigerado a água é instalado dentro do tubo de ar. O tubo guia protege o transformador rotativo e os rolamentos contra danos causados pelo calor. Os sinais da bobina da sonda sem contato são enviados ou recebidos pelo transformador rotativo.
The air cylinder is controlled by solenoid vaives mounted on the rotary drum. The water cooled guide tube is fitted into the air tube. The guide tube protects the rotary transformer and bearings against heat damage. The signals from the noncontacting probe coil are sent or received by the rotary transformer.

4.2.2 VARREDURA COM FLUTUAÇÃO NO AR
Na estação de varredura por flutuação a ar, a caixa da sonda possui uma entrada de ar e várias saídas de jato de ar. Um jato de ar flui para a superfície do fio através dessas saídas, elevando a sonda. A força de flutuação a ar mantém a distância de elevação constante, pois a força do ar se torna mais forte quando a distância de elevação diminui e mais fraca quando a distância de elevação aumenta (Fig. 10).
In the air flotation scanning station, the probe case has an air inlet and several air jet outlets. An air jet flows to the surface of wire through these outlets, lifting the probe. The air flotation force keeps the liftoff constant because air force becomes stronger when liftoff decreases and becomes weaker when liftoff increases (Fig. 10).

F10

Ficure 10. Air flotation scanning technique.
Figura 10. Técnica de varredura por flutuação a ar

A varredura por flutuação a ar segue de perto o caminho pretendido até atingir uma velocidade de varredura de 1,05 m/s. (2,35 mich”), uma velocidade de rotação de 16,7 ciclos por segundo (1000 rotações por minuto) com um diâmetro de fio de 20 mm (0,8 pol.), quando o valor da excentricidade é de 0,4 mm (0,016 pol.). Para esta aplicação, a excentricidade é considerada como a distância do centro do fio ao centro da máquina rotativa.
Air flotation scanning closely follows its intended path until it reaches a scanning speed of 1.05 m-s-! (2.35 mich”), a rotation speed of 16.7 cycles per second (1000 rotations per minute) at the wire’s diameter of 20 mm (0.8 in.), when the value of eccentricity is 0.4 mm (0.016 in.). For this application, the eccentricity is considered to be the distance from the center of the wire to the center of the rotating machine.

A sonda oposta ao material testado, com temperatura superior a 1000 °C (1800 °F), pode ser resfriada por um jato de ar. O aumento de temperatura da bobina da sonda é de apenas 50 °C (120 °F) e não afeta os resultados dos testes na prática.
The probe opposite to the tested material of temperature over 1000 °C (1800 °F) can be cooled by the air jet. The temperature rise of the probe coil is only 50 °C (120 °F) and does not affect test results in practice.

4.2.3 MÁQUINA DE CENTRALIZAÇÃO
A máquina de ensaio por correntes parasitas é montada em um caminhão com uma máquina de centragem mecânica especialmente projetada, conforme mostrado na Figura 11. O caminhão pode ser retirado da linha de passagem para calibrar e realizar a manutenção da máquina de ensaio.
The eddy current testing machine is set on a truck with a specially designed mechanical centering machine as shown in Fig. 11. The truck can be pulled out from the pass line to calibrate and maintain the test machine.

F11

Ficure 11. Layout of eddy current machine for hot wires and rods.
Figura 11. Layout da máquina de ensaio por correntes parasitas para fios e hastes aquecidas.

A máquina de centragem consiste em dois pares de rolos de pressão e uma plataforma mecânica. Dois conjuntos de rolos de pressão horizontais e dois verticais seguram o fio. A máquina de centragem é usada para posicionar o tambor rotativo no centro da linha de passagem.
The centering machine consists of two pairs of pinch rolls and a mechanical stage. Two horizontal and two vertical pinch roll assemblies hold the wire. The centering machine is used to set the rotating drum in the center of pass line.

A plataforma mecânica é movimentada por atuadores nos eixos Y e Z acionados por motores de passo, conforme mostrado na Figura 12. Um sensor de deslocamento, posicionado próximo à sonda, capta a variação de afastamento durante a rotação da sonda. O valor da excentricidade é calculado a partir dos sinais medidos pelo sensor de deslocamento e por um sensor de posição da sonda. O sensor de posição da sonda, montado na carcaça cilíndrica, gera um pulso para cada revolução do tambor; a posição de rotação da sonda é obtida observando-se o intervalo entre os pulsos.
The mechanical stage is moved by Y andZ axis actuators driven by stepping motors as shown in Fig. 12. A displacement sensor arranged near the probe picks up the liftoff variation during probe rotation. The value of eccentricity is computed from both signals measured by the displacement sensor and a probe position sensor. The probe position sensor mounted on the cylindrical housing generates one pulse for each revolution of the drum; the rotating position of the probe is obtained by noting the pulse interval.

F12

Figure 12. Block diagram for automatic alignment of rotating probe machine.
Figura 12. Diagrama de blocos para alinhamento automático da máquina de sonda rotativa.

Um conjunto de medidores digitais de painel mostra as componentes vertical e horizontal do valor de excentricidade, conforme ilustrado na Figura 12. O tubo de raios catódicos exibe o traçado real da sonda. Um operador aciona os motores de passo para minimizar a excentricidade. O ajuste tem precisão de ±0,2 mm (20,008 pol.).
A set of digital panel meters shows the vertical and horizontal components of eccentric value as shown in Fig. 12. The cathode ray tube displays an actual trace of the probe. An operator drives the stepping motors to minimize the eccentricity. The setting is accurate to +0.2 mm (20.008 in.).

O teste para fios ou barras aquecidas é realizado da seguinte forma.
The test for hot wires or bars is performed as follows.

Upstream and downstream, hot metal detectors at the sides detect the hot wire.
Pinch rolls are actuated by the hot metal detector signals and hold the hot wire.
The air cylinder on the rotary drum is actuated. The rotating probe approaches the wire and the test begins.
After the hot wire passes at the hot metal detector point, the air cylinder is actuated to make the probe retract. . Pinch rolls release the hot wire.

Detectores de metais quentes instalados a montante e a jusante, nas laterais, detectam o fio energizado.
Os rolos de pressão são acionados pelos sinais do detector de metais aquecidos e seguram o fio quente.
O cilindro pneumático do tambor rotativo é acionado. A sonda rotativa aproxima-se do fio e o teste começa.
Após o fio quente passar pelo ponto de detecção de metais quentes, o cilindro pneumático é acionado para fazer a sonda retrair. Rolos de pressão liberam o fio quente.

Para reduzir o comprimento não testado das extremidades do fio, o tambor rotativo é sempre girado durante o teste.
To shorten the untested length of wire’s ends, the rotary drum is always rotated during the test.

4.3 PROCESSAMENTO DE SINAL
A análise de fase e a análise de frequência são utilizadas para suprimir o sinal de variação de afastamento. Como a diferença de ângulo de fase entre o sinal de descontinuidade e o sinal de variação de afastamento em ensaios com aço quente é geralmente pequena, como 0,18 a 0,35 mrad (10 a 20 graus), é difícil discriminar a variação de afastamento por meio da análise de fase.
Phase analysis and frequency analysis are used to suppress the liftoff variation signal. Because the phase angle difference between the discontinuity signal and the liftoff variation signal in hot steel testing is usually slight, such as 0.18 to 0.35 mrad (10 to 20 deg), it is difficult to discriminate the liftoff variation by phase analysis.

Por outro lado, a técnica de análise de frequência serve para suprimir um sinal indesejável por meio da diferença de frequência entre o sinal indesejável e o sinal de descontinuidade. No entanto, como a variação de afastamento causada pela vibração do fio possui componentes de frequência semelhantes aos do sinal de descontinuidade, essa técnica não consegue distinguir os sinais.
On the other hand, the frequency analysis technique serves to suppress an undesirable signal by means of a frequency difference between the undesirable signal and the discontinuity signal. Because the liftoff variation caused by the vibration of wire has frequency components similar to those of the discontinuity signal, however, this technique cannot distinguish the signals.

A oscilação do fio é causada por vibrações de um suporte de rolos ou de uma máquina de enrolamento. Os sensores flutuantes a ar não conseguem acompanhar a superfície do fio cuja frequência de vibração é superior a 20 ciclos por segundo.
The wobble of wire is caused by vibrations froma roll stand or a coiling machine. The air floating sensors cannot follow the surface of wire whose vibration frequency is over 20 cycles per second.

Para possibilitar a supressão do sinal causado por essa vibração e detectar uma descontinuidade com maior relação sinal-ruído, aplica-se a técnica de correntes parasitas multifrequenciais.
To make it possible to suppress the signal caused by this vibration and to detect a discontinuity with higher ratio of signal to noise, the multifrequency eddy current technique is applied.

Foram relatados testes de correntes parasitas multifrequenciais em fios quentes com bobinas de envolvimento e de sonda. (R06) (R08)
Multifrequency eddy current testing of hot wires with encircling and probe coils has been reported. (R06)(R08)

4.3.1 PROCESSAMENTO DE SINAL MULTIFREQUÊNCIA

4.3.2 ENSAIO DE FREQUÊNCIA SIMPLES VERSUS ENSAIO DE FREQUÊNCIA DUPLA
As técnicas de frequência única e de frequência dupla foram comparadas quanto à detectabilidade utilizando uma barra de aço inoxidável austenítico com descontinuidades artificiais. As propriedades eletromagnéticas da barra de aço inoxidável são semelhantes às do aço quente acima da temperatura de Curie magnética. A variação de afastamento da barra testada é dada pelo vibrador.
The single-frequency and dual-frequency techniques have been compared for detectability by using an austenitic stainless steel bar with artificial discontinuities. Electromagnetic properties of the stainless bar are similar to those of hot steel over the magnetic curie temperature. The liftoff variation of the tested bar is given by the vibrator.

A relação entre a amplitude de vibração da barra testada e a detectabilidade de descontinuidades artificiais com profundidade de 0,3 mm (0,012 pol.) é mostrada na Figura 13a. Os dados foram obtidos na condição sem excentricidade. Para a detecção de descontinuidades artificiais, a técnica de frequência única é superior à técnica de frequência dupla quando não há excentricidade nem vibração.
The relation between the vibration amplitude of the tested bar and detectability of artificial discontinuities whose depth is 0.3 mm (0.012 in.) is shown in Fig. 13a. The data are obtained under the condition without eccentricity. For detecting artificial discontinuities, the single-frequency technique is better than the dual-frequency technique when there is no eccentricity and no vibration.

F13b

Legenda:
_____ = dual-frequency probe, 32 and 128 kHz
- - - - = single-frequency probe, 128 kH

Ficure 13. Effect of dual-frequency eddy current testing of 24.3 mm (0.96 in.) diameter stainless steel: (a) without eccentricity and with 0.3 mm (0.012 in.) deep notch; (b) with 0.4 mm (0.016 in.) eccentricity and with 0.5 mm (0.02 in.) deep notch.
Legenda:
_____ = sonda de dupla frequência, 32 e 128 kHz
- - - - = sonda de frequência única, 128 kHz

Entretanto, a detectabilidade com a técnica de frequência única diminui acentuadamente com o aumento da amplitude de vibração. Por outro lado, a detectabilidade de descontinuidades diminui lentamente com a técnica de dupla frequência. A técnica de dupla frequência é superior à técnica de frequência única quando há vibração.
However, detectability with the single-frequency technique decreases markedly with the increase of vibration amplitude. On the other hand, discontinuity detectability decreases slowly with the dual-frequency technique. The dual-frequency technique is superior to the single-frequency technique when there is vibration.

Quando a excentricidade é maior que a vibração da barra testada, a diferença na detectabilidade entre as duas técnicas torna-se ainda maior, como mostrado na Fig. 13b. Tanto a vibração quanto a excentricidade estão presentes no ensaio de fios quentes, tornando a técnica de dupla frequência muito eficiente para a detecção de descontinuidades.
Where the eccentricity is greater than the vibration of the tested bar, the difference in detectability between the two techniques becomes even greater, as shown in Fig. 13b. Both vibration and eccentricity are present in the testing of hot wires, making the dual-frequency technique very efficient for discontinuity detection.

4.3.3 PROCESSAMENTO DE SINAL PARA COMPENSAÇÂO DE LIFTOFF
A variação do liftoff altera a amplitude do próprio sinal de descontinuidade. Quando o liftoff varia, torna-se impraticável medir o tamanho de uma descontinuidade pela amplitude dos sinais de descontinuidade. Nesses casos, pode-se adotar um circuito de compensação de liftoff.
The liftoff variation changes the amplitude of the discontinuity signal itself. When liftoff varies, it is impractical to measure a discontinuity size by the amplitude of discontinuity signals. In such cases, the liftoff compensation circuit ‘can be:adopted.

O circuito de compensação consiste em um conversor de funções e um controlador. O sinal de liftoff é convertido em um valor compensado pelo conversor de funções. As saídas do conversor de funções e o sinal de descontinuidade são multiplicados pelo controlador, fornecendo um sinal proporcional à profundidade da descontinuidade. Por exemplo, quando o liftoff varia de 0,7 mm para 1,3 mm (0,03 para 0,05 pol.), a amplitude do sinal quase dobra. Este circuito garante que a amplitude do sinal varie em menos de ± 10%.
The compensation circuit consists of a function converter anda calculator. The liftoff signal is converted to a compensated value by the function converter. The outputs of the function converter and discontinuity signal are multiplied by the calculator and provide a signal in proportion to discontinuity depth. For example, when the liftoff varies from 0.7 mm to 1.3 mm (0.03 to 0.05 in.), the signal amplitude nearly doubles. This circuit ensures that signal amplitude varies by less than +10 percent.

5. ENSAIO DE CORDÕES EM BARRAS À QUENTE DE AÇO (R09)

5.1 ENSAIO SUPERFICIAL EM BARRAS
O ensaio de descontinuidades superficiais é essencial para o controle de qualidade de produtos de ferro e aço. Em muitas usinas, o controle de qualidade de barras laminadas a quente é realizado por meio de ensaios de correntes parasitas e de fuga de fluxo magnético, conduzidos após os processos de laminação, corte e resfriamento. Se o ensaio for realizado durante a laminação a quente, as informações sobre a qualidade da superfície podem ser rapidamente repassadas ao processo de laminação, minimizando, assim, a quantidade de descontinuidades superficiais em produtos futuros. Para atingir esse objetivo, a técnica de bobinas envolventes foi colocada em prática. No entanto, a orientação das bobinas envolventes não é adequada para a detecção de descontinuidades longas, como juntas.
Surface discontinuity testing is essential in the quality assurance of iron and steel products. In many mills, quality control of hot rolled rods is provided through eddy current and magnetic flux leak testing carried out after the rolling, shearing and cooling processes. If the test is made during hot rolling, information about surface quality could be rapidly fed back to the rolling process, thus minimizing the quantity of surface discontinuities in future products. To achieve this, the encircling coil technique!” has been put into practice. However, the orientation of encircling coils is unsuited for detection of long discontinuities, such as seams.

5.2 CARACTERÍSTICAS DO SISTEMA COM SONDA ROTATIVA
A técnica de correntes parasitas com sonda rotativa tem sido amplamente utilizada para barras frias e é descrita aqui para a detecção de descontinuidades superficiais longas durante a laminação a quente de barras de ferro e aço. A sonda foi modificada para a temperatura das barras. As técnicas de sonda rotativa, quando instaladas imediatamente após o acabamento no processo de laminação, são adequadas para detectar juntas com profundidades superiores a 0,3 mm (0,012 pol.).
The rotary probe eddy current technique has been widely used for cold rods and is described here for the detection of long surface discontinuities during the hot rolling of iron and steel rods. The probe has been modified for the temperature of the rods. Rotary probe techniques, when installed immediately after the finishing stand in the rolling process, are suited for detecting seams with depths over 0.3 mm (0.012 in.).

Além das funções necessárias para barras frias, o detector de descontinuidades com sonda rotativa deve executar as seguintes funções para barras quentes: (1) fornecer resistência ao calor para detecção de descontinuidades em materiais de alta temperatura, (2) compensar a vibração da barra durante a laminação a quente e (3) permitir a retração da sonda para protegê-la das extremidades deformadas da barra quente.
In addition to functions needed for cold rods, the rotary probe discontinuity detector must perform the following functions for hot rods: (1) provide heat resistance for discontinuity detection in high temperature materials, (2) compensate for the vibration of the rod under hot rolling and (3) provide for probe retraction to protect the probe from the deformed ends of the hot rod.

As modificações feitas na sonda para atingir essas funções adicionais são descritas a seguir.
The modifications made to the probe to achieve these additional functions are described below.

5.2.1 AQUECIMENTO POR RESISTÊNCIA ELÉTRICA
O mecanismo rotativo, exposto diretamente ao calor radiante das hastes quentes, é equipado com uma camisa de resfriamento a água e a própria sonda é acondicionada em uma caixa resistente ao calor. A camisa de resfriamento a água é a parte externa de um tubo de ferro fundido com estrutura dupla para permitir a circulação de água em seu interior. Este tubo é instalado na parte interna do mecanismo rotativo para absorver o calor radiante e proteger o mecanismo de rotação da sonda (mas não a sonda em si) do calor radiante (Fig. 14).
The rotating mechanism, exposed directly to radiant heat from hot rods, is equipped with a water cooled sleeve and the probe itself is put into a heat resistant case. The water cooled sleeve is the outer part of a cast iron pipe with a double structure to allow the circulation of water inside. This pipe is installed on the inside of the rotating mechanism to absorb radiant heat to protect the probe rotating mechanism (but not the probe) from the radiant heat (Fig. 14).

F14

Ficure 14. Probe rotating mechanism.
Figura 14. Mecanismo de rotação da sonda.

A caixa da sonda protege a sonda do calor radiante externo. O interior da caixa da sonda é resfriado a ar. Para evitar a deterioração do desempenho na detecção de descontinuidades devido à temperatura, o material na parte inferior da caixa da sonda é cuidadosamente selecionado para minimizar as perdas por correntes parasitas, para resistência ao calor e para resistência mecânica. Materiais como cerâmica e aço inoxidável austenítico atendem a esses requisitos. Uma placa de aço inoxidável austenítico cromo-níquel de 0,2 mm (0,008 pol.) de espessura, com classificação UNS $30400, foi selecionada devido à sua fácil usinabilidade. A perda real por correntes parasitas causada por essa placa foi determinada em cerca de 20%, valor muito pequeno para limitar a detecção de descontinuidades.
The probe case protects the probe from the radiant heat outside. The interior of the probe case is air cooled. To keep discontinuity detection performance from deteriorating because of temperature, the material at the bottom of the probe case is carefully selected for minimum eddy current loss, for heat resistance and for mechanical strength. Materials such as ceramics and austenitic stainless steel satisfy these requirements. A 0.2 mm (0.008 in.) thick Unified Numbering System $30400 austenitic chromium nickel stainless steel plate is selected because of its easy machinability. The actual eddy current loss caused by this plate is found to be about 20 percent, too small to limit discontinuity detection.

5.2.2 COMPENSAÇÂO DA VIBRAÇÃO DA BARRA
High speed rolling produces large vibrations of the rods, Measures are required to compensate for vibratory effects. The vibrations could be either high or low frequency, calling for different countermeasures.
A laminação a alta velocidade produz grandes vibrações nas barras. Medidas são necessárias para compensar os efeitos vibratórios. As vibrações podem ser de alta ou baixa frequência, exigindo diferentes contramedidas.

High frequency vibration causes fluctuation in the liftoff, thus deteriorating the ratio of signal to noise. On the other hand, the frequency of the discontinuity signal is proportional to the probe rotation speed. If the discontinuity signal is of much higher frequency than the liftoff fluctuation noise, it may be distinguished by means of a high pass filter. It is therefore necessary to increase the probe rotation speed as a measure against vibration. The vibration frequency of rods under hot rolling is found to be about 10 cycles per second (600 rotations per minute). Hence, probe rotation is set to three times the vibration frequency, 30 cycles per second (1800 rotations per minute).
A vibração de alta frequência causa flutuação no levantamento, deteriorando assim a relação sinal-ruído. Por outro lado, a frequência do sinal de descontinuidade é proporcional à velocidade de rotação da sonda. Se o sinal de descontinuidade tiver uma frequência muito maior do que o ruído de flutuação do levantamento, ele pode ser distinguido por meio de um filtro passa-alta. Portanto, é necessário aumentar a velocidade de rotação da sonda como medida contra a vibração. A frequência de vibração das barras sob laminação a quente é de cerca de 10 ciclos por segundo (600 rotações por minuto). Assim, a rotação da sonda é ajustada para três vezes a frequência de vibração, 30 ciclos por segundo (1800 rotações por minuto).

The low frequency vibration refers to the fluctuation of the passing position of the rods (pass line fluctuation), a phenomenon that rarely occurs at low speed. When this does occur, the probe rotational orbit becomes eccentric with the rods, causing liftoff fluctuation as the probe rotates even if the rod itself does not rotate. Being proportional to the probe rotational speed, this noise cannot be distinguished from the discontinuity signal even if the rotational speed of the probe is increased. To eliminate this noise, a servo mechanism is added to make the probe rotating mechanism follow the pass line fluctuation.
A vibração de baixa frequência refere-se à flutuação da posição de passagem das barras (flutuação da linha de passagem), um fenômeno que raramente ocorre em baixa velocidade. Quando isso ocorre, a órbita rotacional da sonda torna-se excêntrica em relação às hastes, causando flutuações na distância de afastamento (liftoff) à medida que a sonda gira, mesmo que a própria haste não gire. Sendo proporcional à velocidade de rotação da sonda, esse ruído não pode ser distinguido do sinal de descontinuidade, mesmo que a velocidade de rotação da sonda seja aumentada. Para eliminar esse ruído, um servomecanismo é adicionado para fazer com que o mecanismo de rotação da sonda acompanhe a flutuação da linha de passagem.

Liftoff compensation is desirable and may be provided by an optical or other sensor designed for the application.
A compensação da distância de afastamento é desejável e pode ser fornecida por um sensor óptico ou outro sensor projetado para a aplicação.

5.2.3 RETRAÇÃO DA SONDA
As barras sob laminação a quente geralmente apresentam ambas as extremidades distorcidas e não são completamente circulares. Como as sondas geralmente têm afastamentos de 1 a 2 mm (0,04 a 0,08 pol.), definidos sob a premissa de que a barra é circular em toda a sua extensão, uma sonda pode ser danificada ao entrar em contato com as extremidades bastante distorcidas da barra. Portanto, é necessário retrair a sonda nas extremidades da barra.
Rods under hot rolling generally have both ends distorted and are not completely circular. Because probes generally have liftoffs of 1 to 2 mm (0.04 to 0.08 in.), set on the premise that the rod is circular throughout, a probe may get damaged on contact with the largely distorted ends of the rod. Hence, it is necessary to retract the probe at the ends of the rod.

A Figura 15 mostra a técnica utilizada para retrair a sonda a 30 ciclos por segundo (1800 rotações por minuto) quando a extremidade de uma barra aparece e, em seguida, reaproximar-se da sonda assim que essa extremidade passar. Os discos interno e externo na Figura 15 têm a mesma velocidade de rotação.
Figure 15 shows the technique used for retracting the probe at 30 cycles per second (1800 rotations per minute) when the end of a rod appears and then reapproaching the tod once that end passes. The inner and outer disks in Fig. 15 have the same rotational speed.

F15

Ficure 15. Probe retracting technique.
Figura 15. Técnica de retração da sonda.

However, when the outer disk is retarded by means of the brake, the difference in speeds between the inner and outer disks creates a force large enough to retract the probe. Release of the brake will allow the probe to go back to its normal position. This technique is an alternative to retraction techniques that use a hydraulic cylinder or an electromagnetic solenoid.

5.3 TRABALHO EXPERIMENTAL
Experimentos utilizando a sonda rotativa de correntes parasitas foram realizados instalando-se o mecanismo de rotação da sonda após o suporte de acabamento no processo de laminação a quente.

Experiments using the rotary eddy current probe have been made by installing the probe rotating mechanism after the finishing stand in the hot rolling process.
Artificial discontinuities are produced on billets before rolling by cutting slits along the length of the billets with a thin blade grinder. These slits turn into seams. with depths of 0.1 to 1.0 mm (0.004 to 0.040 in.) after rolling. These artificial discontinuities are of almost the same shape as the natural discontinuities found in practice in the billets after rolling (Fig. 16). The billets with the artificial discontinuities are inserted into the reheating furnace before the rolling process in a manner similar to that used in normal practice.
Descontinuidades artificiais foram produzidas nos tarugos antes da laminação, cortando-se fendas ao longo do comprimento dos tarugos com uma esmerilhadeira de lâmina fina. Essas fendas transformaram-se em costuras com profundidades de 0,1 a 1,0 mm (0,004 a 0,040 pol.) após a laminação. Essas descontinuidades artificiais têm formato quase idêntico ao das descontinuidades naturais encontradas na prática nos tarugos após a laminação (Fig. 16). Os tarugos com as descontinuidades artificiais foram inseridos no forno de reaquecimento antes do processo de laminação, de maneira similar à utilizada na prática normal.

F16

Ficure 16. Cross section of artificial discontinuity produced in billet.
Figura 16. Seção transversal da descontinuidade artificial produzida no tarugo.

As condições para o teste de correntes parasitas a quente são as seguintes: sonda diferencial de indução de múltiplas bobinas (Fig. 17), frequência de detecção de descontinuidades de 32 Hz, frequência de movimento de 30 ciclos por segundo (1800 rotações por minuto), distância da sonda entre a base da sonda e a haste de 1 a 2 mm (0,04 a 0,08 pol.), temperatura da haste de 800 a 1000 °C (1470 a 1830 °F), velocidade de laminação de 5 m/s (11,2 mi/h), diâmetro da haste de 40 mm (1,6 pol.) e hastes de aço carbono.
The conditions for the hot eddy current test are as follows: multiple-coil induction differential probe (Fig. 17), 32 Hz discontinuity detection frequency, 30 cycles per second (1800 rotations per minute) motion frequency, 1 to 2mm (0.04 to 0.08 in.) probe liftoff between bottom of probe and rod, 800 to 1000 °C (1470 to 1830 °F) rod temperature, 5 m-s"! (11.2 mi-h~) rolling speed, 40 mm (1.6 in.) rod diameter and carbon steel rods.

F17A

Ficure 17. Schematic diagram of multiple-coil induction differential probe: 50 turns in exciting coil, 70 turns in receiving coil.
Figura 17. Diagrama esquemático da sonda diferencial de indução de múltiplas bobinas: 50 espiras na bobina de excitação, 70 espiras na bobina de recepção.

Os sinais indicaram a dimensão e a posição de descontinuidades reais e artificiais em tarugos de 150 x 150 mm (6 x 6 pol.) e 12 m (39 pés) de comprimento laminados em 40 Hastes de 1,6 mm (1,6 pol.) de diâmetro, com um comprimento de aproximadamente 230 m (750 pés),
Signals have indicated the dimension and position of real and artificial discontinuities on billets 150 x 150 mm (6 x 6 in.) and 12 m (39 ft) long rolled into 40 mm (1.6 in.) diameter rods over a length of about 230 m (750 ft).

foram utilizadas no experimento. As hastes foram cortadas e resfriadas. Em seguida, utilizou-se o teste de partículas magnéticas fluorescentes para detectar as descontinuidades, e as hastes foram retificadas para medir a profundidade das descontinuidades (Fig. 18). Constatou-se que esses sinais de descontinuidade apresentam um espaçamento de 167 mm (5 m a 30 rotações por 1 s). Medições em intervalos de distância de 500 mm (20 pol.) mostraram que a amplitude da indicação apresenta boa correlação com a profundidade da descontinuidade.
The rods used in the experiment have been sheared and cooled. Fluorescent magnetic particle testing has then been used to detect the discontinuities and the rods have been ground to measure the discontinuity depth (Fig. 18). These discontinuity signals are found to have a pitch of 167 mm (5 m at 30 rotations per 1 s). Measurements at distance intervals of 500 mm (20 in.) have shown that indication amplitude correlates well with discontinuity depth.

F18a

Figura 18. Profundidades das descontinuidades e sinais na seção da barra de aço feita de lingotes que tinham descontinuidades com 3 mm (0,12") de dimensão usinadas antem da laminação: (a) 4 mm (0,16") profundidade antes da laminação; (b) 3 mm (0,12") profundidade antes da laminação; (c) 5 mm (0,29") profundidade antes da laminação.

F19a

Legenda:
___ = predicted correlation
- - - = ratio of signal to noise = 2
___ = ratio of signal to noise = 3
Legenda:
___ = correlação prevista
- - - = relação sinal-ruído = 2
___ = relação sinal-ruído = 3

detection experiment: (a) relation between discontinuity depth and ratio of signal to noise; (b) relation between discontinuity depth and detection rate. Detection rate is number of detected discontinuities expressed as percentage of total discontinuities.
Figura 19. Resultado do Experimento de detecção de descontinuidades à quente: (a) relação entre a profundidade da descontinuidade e a relação sinal-ruído; (b) relação entre a profundidade da descontinuidade e a taxa de detecção. A taxa de detecção é o número de descontinuidades detectadas, expresso como porcentagem do total de descontinuidades.

5.4 CONFIABILIDADE
A variação da relação sinal-ruído e da taxa de detecção com a profundidade da descontinuidade é mostrada na Figura 19. Se uma descontinuidade for considerada detectável com uma relação sinal-ruído de 2, a probabilidade de detecção para descontinuidades acima de 0,3 mm (0,012 pol.) é de 100%. Por outro lado, se uma descontinuidade for considerada detectável apenas com uma relação sinal-ruído de 3, a probabilidade de detecção de descontinuidades de 0,3 mm (0,012 pol.) ou mais profundas cai para uma média de 83%.
The variation of the signal-to-noise ratio and the detection rate with the discontinuity depth are shown in Fig. 19. Ifa discontinuity is considered detectable at a signal-to-noise ratio of 2, the probability of detection for discontinuities over 0.3 mm (0.012 in.) is 100 percent. On the other hand, if a discontinuity is considered detectable only at a signal-to-noise ratio of 3, the probability of detection of discontinuities 0.3 mm (0.012 in.) and deeper drops to an average of 83 percent.

6. ENSAIO DE FABRICAÇÃO DE PRODUTOS METÁLICOS À QUENTE

6.1 CONTRÔLE DE PROCESSO DE BARRAS METÁLICAS À QUENTE (R10)
O controle de qualidade de ferro fundido é difícil devido à alta temperatura do material e ao ambiente de produção, que é inadequado para medições eletrônicas sensíveis.
Quality control of hot metal is difficult in view of the material’s high temperature and the production environment, which is unsuitable for sensitive electronic measurements.

The problem is compounded in single-strand rod mills by the speed of the production line, which reaches 120 m-s-! (268 mi-h-!).
O problema é agravado em laminadores de barras monofilamentares pela velocidade da linha de produção, que atinge 120 ms (268 mi/h).

O ensaio por correntes parasitas é adequado para a avaliação da qualidade de barras fundidas devido às suas características fundamentais: (1) medição sem contato, que permite o controle de qualidade em alta temperatura e alta velocidade, e (2) o rápido tempo de resposta do sensor, que permite o ensaio de qualidade em tempo real com um computador adequado.
Eddy current testing is well suited for the quality evaluation of hot rods because of its fundamental characteristics: (1) measurement without contact, which allows quality control at high temperature and high speed, and (2) the rapid response time of the sensor, which permits quality testing in real time with a suitable computer.

6.1.1 CONTRÔLE ESTATÍSTICO DO PROCESSO
Uma bobina de aço normalmente tem 5 ou 6 km (3 ou 4 milhas) de comprimento e pode chegar a 9 km (6 milhas), dependendo do tamanho do tarugo utilizado e do diâmetro da barra produzida. Uma técnica específica de correntes parasitas concentra-se em determinar uma distribuição estatística das descontinuidades ao longo do comprimento da bobina, em vez de localizar cada descontinuidade com precisão.
A steel coil is normally 5 or 6 km (3 or 4 mi) long and can be as long as 9 km (6 mi), depending on the size of the billet used and the diameter of the rod produced. One particular eddy current technique concentrates on determining a statistical distribution of the discontinuities on the coil length rather than on locating each discontinuity precisely.

Existem quatro etapas principais de controle de qualidade.
There are four main stages of quality control.

Discontinuities are detected, located and sized.
Discontinuities are counted in each 10 mm (0.4 in.) length. This gives a count, for example, of 600.000 data over a 6 km (4 mi) coil.
These data are gathered in segments or . A windows of a predetermined length.
A final quality report is based on an algorithm specific to the mill. This includes an overall quality index and depends on the quality criteria desired. For example, the operator may decide the discontinuity density that must not be exceeded.

As descontinuidades são detectadas, localizadas e dimensionadas.
As descontinuidades são contadas a cada 10 mm (0,4 pol.) de comprimento. Isso resulta, por exemplo, em uma contagem de 600.000 dados em uma bobina de 6 km (4 mi).
Esses dados são coletados em segmentos ou janelas de duração predeterminada.
O relatório final de qualidade é baseado em um algoritmo específico para a fábrica. Isso inclui um índice de qualidade geral e depende dos critérios de qualidade desejados. Por exemplo, o operador pode definir a densidade de descontinuidades que não deve ser excedida.

Figure 20 shows the four main stages in the eddy current test.
A Figura 20 mostra os quatro estágios principais no teste de correntes parasitas.

F20

Ficure 20. Diagram of single-strand steel rod control system, showing four stages: (1) signal acquisition, (2) data display, (3) data sorting and (4) reporting.
Figura 20. Diagrama do sistema de controle de haste de aço de fio único, mostrando quatro estágios: (1) aquisição de sinal, (2) exibição de dados, (3) classificação de dados e (4) relatório.

The sensor gathers raw analog data of the eddy current discontinuity detection.
The analog signal processing system displays analog discontinuity signal data.
The digital preprocessing system sorts the discontinuity signals according to amplitude and location.
The results are printed out using software for a final quality report of the coil

O sensor coleta dados analógicos brutos da detecção de descontinuidade da corrente de Foucault.
O sistema de processamento de sinal analógico exibe dados de sinal de descontinuidade analógica.
O sistema de pré-processamento digital classifica os sinais de descontinuidade de acordo com a amplitude e a localização.
Os resultados são impressos usando um software para gerar um relatório final de qualidade da bobina.

Sensor. The sensor is an encircling coil located just after the finishing stand. Photoelectric cells on either side signal the beginning and end of rods passing through at high speeds. Guides at either end of the sensor feed the rod through the exact center of the coil.
Arranged asa self-comparison differential coil, the sensor has separate injection and reception functions. The sensor injection coil is powered by a high frequency current (about 100 kHz) from the programmable multichannel processor (an analog unit, described below), through an injection box near the sensor. The reception coils deliver an eddy current signal immediately as a discontinuity passes through their magnetic fields.
Sensor . O sensor é uma bobina circular localizada logo após o suporte de acabamento. Células fotoelétricas em ambos os lados sinalizam o início e o fim da passagem de hastes em alta velocidade. Guias em cada extremidade do sensor conduzem a haste exatamente pelo centro da bobina.
Disposto como uma bobina diferencial de autocomparação, o sensor possui funções separadas de injeção e recepção. A bobina de injeção do sensor é alimentada por uma corrente de alta frequência (cerca de 100 kHz) proveniente do processador multicanal programável (uma unidade analógica, descrita abaixo), através de uma caixa de injeção próxima ao sensor. As bobinas de recepção fornecem um sinal de corrente parasita imediatamente após a passagem de uma descontinuidade por seus campos magnéticos.

Analog Signal Processing. The raw signals are sent to the programmable multichannel system through the amplification box near the injection box and the sensor. The programmable multichannel system is an analog unit that can be controlled remotely. It processes the discontinuity signals, with processes such as filtering, dephasing and expanding.
The signals are then (1) displayed in phase and amplitude on a normal cathode ray tube (for checking or adjustment of the system) and (2) presented on a multichannel graphic recorder (one channel per strand). This information gives the rod mill operator an immediate, initial idea of rod quality.
Processamento de Sinal Analógico . Os sinais brutos são enviados ao sistema multicanal programável através da caixa de amplificação próxima à caixa de injeção e ao sensor. O sistema multicanal programável é uma unidade analógica que pode ser controlada remotamente. Ele processa os sinais de descontinuidade, com processos como filtragem, defasagem e expansão.
Os sinais são então (1) exibidos em fase e amplitude em um tubo de raios catódicos normal (para verificação ou ajuste do sistema) e (2) apresentados em um registrador gráfico multicanal (um canal por fio). Essas informações fornecem ao operador da laminadora de barras uma ideia inicial e imediata da qualidade da barra.

Processamento digital . Um computador de pré-processamento recebe os sinais de presença e velocidade do produto, além dos dados do processador multicanal programável. Em seguida, com um software específico, o computador de pré-processamento realiza a redução de dados. Os sinais de correntes parasitas são digitalizados, integrados para comprimentos unitários de 10 mm (0,4 pol.) da barra e classificados de acordo com três níveis de amplitude, um dos quais é o ruído de fundo.
Digital Preprocessing. A preprocessing computer receives the product presence and speed signals in addition to data from the programmable multichannel processor. Then, with special software, the preprocessing computer performs data reduction. The eddy current signals are digitized, are integrated for 10 mm (0.4 in.) unit lengths of rod and are sorted according to three amplitude levels, one of which is background noise.

Resultados . Finalmente, as informações pré-processadas são coletadas pela unidade central de processamento que gerencia todo o sistema. Este computador gera um relatório de análise de cada janela em toda a bobina, bem como um índice de qualidade geral. O relatório é gerado de acordo com um programa de qualidade no computador. O usuário pode selecionar ou personalizar programas de acordo com o nível de qualidade desejado para a aplicação. Naturalmente, a unidade central de processamento pode ser conectada ao computador central de gerenciamento de qualidade da fábrica de barras ou da planta.
Results. Finally, the preprocessed information is collected by the central processing unit that manages the whole system. This computer produces an analysis report of each window over the entire coil as well as an overall quality index. The report is produced according to a quality program in the computer. The user can select or customize programs according to the quality level desired for the application. Of course, the central processing unit may be hooked up to the central quality management computer of the rod mill or the plant.

6.1.2 PROCESSAMENTO DE SINAIS
Os sinais de descontinuidade são processados e moldados antes de serem enviados ao computador de pré-processamento e à unidade central de processamento para gerar um relatório de qualidade geral (Fig. 21). Eles devem passar do detector de correntes parasitas pelo amplificador remoto, pela unidade de processamento multicanal programável e pelo conversor analógico-digital antes de chegarem ao computador de pré-processamento.
The discontinuity signals are processed and shaped before they go to the preprocessing computer and central processing unit to produce an overall quality report (Fig. 21). They must pass from the eddy current detector through the remote amplifier, the programmable multichannel processor unit and the analog-to-digital converter before reaching the preprocessing computer.

F21

Ficure 21. Signal processing of eddy current signals.
Figura 21. Processamento de sinais de correntes parasitas.

Processamento multicanal de sinais brutos . A amplitude dos sinais de desequilíbrio do circuito elétrico da bobina é em grande parte função do tamanho das descontinuidades. O sinal bruto amplificado é processado no processador multicanal programável de três maneiras: (1) uma projeção de fase (ao longo do eixo Y) corrige a influência da vibração da haste, tratando-a como um deslocamento, (2) a filtragem analógica melhora a relação sinal-ruído e (3) o balanceamento automático elimina as derivações que podem ocorrer, por exemplo, com variações de temperatura ou mudanças na estrutura do metal.
Multichannel Processing of Raw Signals. The amplitude of the imbalance signals from the coil’s electrical circuit is largely a function of the size of the discontinuities. The amplified raw signal is processed in the programmable multichannel processor in three ways: (1) a phase projection (along the Y axis) corrects the rod vibration influence by treating it as liftoff, (2) analog filtering improves the ratio of signal to noise and (3) automatic balancing eliminates the drifts that can occur, for example, with temperature variations or changes in the structure of the metal.

Amostragem, contagem de descontinuidades e digitalização . Um gerador de pulsos na roda motriz da haste emite um pulso a cada 10 mm (0,4 pol.) de comprimento da haste que passa. Esse pulso agrupa as descontinuidades detectadas em cada unidade de comprimento da haste. O processador multicanal programável conta e memoriza os picos que passam. Uma bobina de 6 km (4 mi), por exemplo, terá 600.000 dados após a amostragem e a contagem. Essas informações, na forma de tensões analógicas, são então convertidas em valores digitais.
Sampling, Discontinuity Counting and Digitizing. A pulse generator at the rod drive wheel delivers a pulse for every 10 mm (0.4 in.) of the passing rod. This pulse will group the discontinuities detected in each unit length of rod. The programmable multichannel processor counts and memorizes the passing peaks. A 6 km (4 mi) coil, for example, will have 600 000 data after sampling and counting. This information, in the form of analog voltages, is then converted into digital values.

6.1.3 INTERPRETAÇÃO DOS SINAIS
O computador de pré-processamento recebe os sinais de amostragem — os sinais digitais de correntes parasitas, bem como os sinais de início e fim de passagem da haste de aço. A avaliação da qualidade da bobina começa assim que esses dados são reunidos.
The preprocessing computer receives the sampling signals — the digital eddy current signals as well as the signals that the steel rod has started and finished passing. The quality assessment of the coil begins once these data are assembled.

Classificação de Amplitude . O sinal digitalizado é classificado (Fig. 22) de acordo com três níveis de amplitude predefinidos: dois níveis pré-selecionáveis S₁ e S₂ para detecção de sinal e um nível de limiar de fundo S₁ para detecção da relação sinal-ruído. Esta etapa de classificação é fundamental porque pode ajudar a revelar a natureza da descontinuidade detectada. A aplicação descrita abaixo mostra como descontinuidades longas e curtas são reconhecidas.
Amplitude Classification. The digitized signal is sorted (Fig. 22) according to three preset amplitude levels: two preselectable levels S, and S, for signal detection and a background threshold level Sj. for detecting the ratio of signal to noise. This sorting stage is fundamental because it can help reveal the nature of the discontinuity detected. The application described below shows how long and short discontinuities are recognized.

F22

Legenda:
S₁ = high signal threshold for short discontinuities limiar de sinal alto para descontinuidades curtas;
S₂ = medium signal threshold for long discontinuities limiar de sinal médio para descontinuidades longas
S_bkg = threshold for detection of elevated background noise limiar para detecção de ruído de fundo

Ficure 22. Sorting of eddy current indications. Classificação das indicações de correntes parasitas.

Resumindo as Informações . Gerenciar 600.000 medições para uma bobina de 6 km (4 mi) é difícil. Na prática, as informações são agrupadas em segmentos de imagem chamados janelas. O número e o comprimento dessas janelas dependem das necessidades de controle de qualidade do usuário. O software de processamento de dados é flexível. Em uma fábrica, por exemplo, uma bobina com 5 mm (0,2 pol.) de diâmetro e 6 km (4 mi) de comprimento é dividida em 200 janelas de 30 m (100 pés) cada. Outra fábrica, no entanto, usa apenas 12 janelas (incluindo uma janela de cabeçalho e uma de cauda). O formato do relatório de qualidade pode ser ligeiramente diferente, mas os princípios básicos do controle de qualidade são os mesmos.
Summarizing the Information. Having 600 000 measurements for a coil of 6 km (4 mi) is difficult to manage. In practice, the information is assembled into image segments called windows. The number and length of these windows depends on the user’s quality control needs.
Data processing software is flexible. At one plant, for example, a coil measuring 5 mm (0.2 in.) diameter and 6 km (4 mi) long is broken down into 200 windows of 30 m (100 ft) each. Another plant, however, uses only 12 windows (including one head and one tail window). The format of the quality report may be slightly different but the basic principles of quality control are the same.

Nesta etapa, o sistema coletou informações suficientes para produzir um relatório de distribuição de qualidade para a bobina.
At this stage, the system has gathered enough information to produce a quality distribution report for the coil.

Medição do Comprimento da Descontinuidade . O sensor de envoltório apresenta certas limitações. Com descontinuidades curtas, não há problema. Uma descontinuidade curta gera um sinal alto que é perfeitamente identificável. Ela será detectada acima do limiar S (Fig. 23).
Discontinuity Length Measurement. The encircling sensor does carry with it certain limitations.
With short discontinuities, there is no problem. A short discontinuity generates a high signal that is perfectly identifiable. It will be detected above the S, threshold (Fig. 23).

F23

Ficure 23. Indications from short discontinuities: (a) test object; (b) high amplitude signals exceeding preset level at threshold $, with normal background.
Figura 23. Indicações de descontinuidades curtas: (a) objeto de teste; (b) sinais de alta amplitude que excedem o nível predefinido no limiar $, com fundo normal.

Teóricamente, uma descontinuidade longa que é perfeitamente reta (como um corte de lâmina de barbear) é indetectável devido à própria natureza do sensor circundante. Na melhor das hipóteses, o sensor sinalizará o início e o fim da descontinuidade, assim como indicaria duas descontinuidades curtas (Fig. 24).
In theory, a long discontinuity that is perfectly straight (like a razor blade cut) is undetectable because of the very nature of the encircling sensor. At best, the sensor will signal the beginning and the end of the discontinuity as it would indicate two short discontinuities (Fig. 24).

F24

Figura 24. Indicações de descontinuidades longas: (a) objeto de teste; (b) sinais significativos que excedem o nível predefinido no limiar S2, com ruído aumentando acima do sinal de fundo Sbkg.
Ficure 24. Indications from long discontinuities: (a) test object; (b) significant signals exceeding preset level at threshold S2) with noise rising above background signal Sbkg.

Felizmente, a maioria das descontinuidades longas em uma haste possui bordas irregulares que geram uma elevação no nível de ruído de fundo, bem como sinais significativos acima de S2. A densidade de pulsos e a densidade de ruído aumentam. Assim, elas podem ser detectadas com os níveis de S2 e Sbkg ajustados corretamente.
Fortunately, most of the long discontinuities on a rod have uneven edges that generate an elevation in the level of background noise as well as significant signals above S2,. Pulse density and noise density increase. Thus, they can be detected with the S2 and Sbkg levels adjusted correctly.

6.2 ENSAIO DE ALTA VELOCIDADE DE FIOS E TUBOS À QUENTE (R11)
O ensaio não destrutivo com fio quente difere de outros processos de ensaio em um aspecto essencial: a velocidade de produção. Velocidades de até 50 m/s (112 mi/h) são rotineiras e velocidades de até 100 m/s (224 mi/h) não são incomuns. O fluxo de material e o fluxo de dados de ensaio provenientes de ensaios de superfície a 100% são extremamente altos. O ensaio não destrutivo online na linha de produção é um processo cibernético. Diferentes mecanismos de feedback com diferentes tempos de resposta ocorrem em tal processo, dependendo do tipo de descontinuidades e das informações sobre as descontinuidades detectadas.
Nondestructive testing of hot wire differs from other test processes in one essential aspect: production speed. Speeds up to 50 m-s-! (112 mi-h-') are routine and speeds up to 100 m-s"! (224 mi-h'!) are not unusual. Material flow and test data flow from 100 percent surface testing are extremely high. Online nondestructive testing in the production line is a cybernetic process. Different feedback mechanisms with different time responses occur in such a process, depending on the type of discontinuities and the information about detected discontinuities.

6.2.1 PRODUTOS DE ALUMÍNIO À QUENTE
Fio de Alumínio Laminado a Quente . Alumínio. Um fio com temperatura de aproximadamente 300 °C (570 °F) e diâmetro de cerca de 15 mm (0,6 pol.) é testado continuamente com a unidade de correntes parasitas a 10 m/s (22 mi/h). As descontinuidades são marcadas imediatamente com uma tinta resistente ao calor até 500 °C (930 °F). As descontinuidades marcadas são inspecionadas visualmente e removidas antes da trefilação a frio. O registro do teste de correntes parasitas e as micrografias de algumas descontinuidades típicas são mostrados na Figura 25. Figura 25.
Hot Rolled Aluminum Wire. Aluminum. wire having a temperature of about 300 °C (570 °F) and a diameter of about 15 mm (0.6 in.) is continuously tested with the eddy current unit at 10 m-s"! (22 mi-h-!). The discontinuities are marked immediately with a paint that resists heat up to 500 °C (930 °F). The marked discontinuities are controlled visually and cut out before cold drawing. The eddy current test record and the micrographs of some typical discontinuities are shown in Fig. 25.

F25

Ficure 25. Hot testing of 10 mm (0.4 in.) diameter aluminum wire at speeds of about 10 m-s~! (22 mi-h-!) and at temperature of about 300 °C (570 °F): (a) overlap; (b) mechanical damage; (c) ferrous inclusion.
Teste a quente de um fio de alumínio com 10 mm (0,4 pol.) de diâmetro a velocidades de aproximadamente 10 m/s (22 mi/h) e temperatura de cerca de 300 °C (570 °F): (a) sobreposição; (b) dano mecânico; (c) inclusão ferrosa.

Descontinuidades extremamente pequenas são de menor interesse, pois são removidas pelo processo de trefilação a frio. A representação de inclusões ferrosas duras e perigosas. é desproporcional à sua ocorrência. Devido à alta permeabilidade magnética do ferro, mesmo pequenas inclusões de ferro são detectadas.
Extremely small discontinuities are of less interest because they are removed by the cold drawing process. The representation of dangerous, hard ferrous inclusions is out of proportion to their occurrence. Because of the high magnetic permeability of iron, even small iron inclusions are detected.

A Figura 26 mostra as indicações de correntes parasitas de um tubo extrudado de 16 mm (0,63 pol.) de diâmetro com furos perfurados de acordo com a especificação e indicados com uma boa relação sinal-ruído. Como existem apenas pequenas diferenças entre o alumínio quente e o frio, esses resultados típicos de teste, obtidos por meio de um teste em um tubo frio, também são valiosos para o material quente.
Figure 26 shows eddy current indications of an extruded tube of 16 mm (0.63 in.) diameter with drilled holes according to the specification and indicated with a good ratio of signal to noise. Because only small differences exist between hot and cold aluminum, these typical test results, which have been attained bya test of a cold tube, are also valuable for hot material.

F26

Legenda
A,B, C = drilled holes of 0.94 mm (0.037 in.) diameter and 0.41 mm (0.016 in.) deep
D, E, F =drilled holes of 0.94 mm (0.037 in.) diameter and 0.84 mm (0.033 in.) deep

Figura 26. Ensaio de correntes parasitas de tubos de alumínio extrudado com diâmetro 16 mm e espessura 1.5 mm.
(a) registro gráfico;
(b) esquemático.
Legenda:
A, B, C = furos perfurados de 0,94 mm (0,037 pol.) de diâmetro e 0,41 mm (0,016 pol.) de profundidade;
D, E, F = furos perfurados de 0,94 mm (0,037 pol.) de diâmetro e 0,84 mm (0,033 pol.) de profundidade.

Figura 26. Ensaio de correntes parasitas de tubos de alumínio extrudado com diâmetro 16 mm e espessura 1,5 mm.
(a) registro gráfico;
(b) esquemático.

6.2.2 TUBOS SOLDADOS DE AÇO
Em uma instalação, tubos de aço soldados são testados por um sistema de correntes parasitas logo após o laminador de calibração em uma linha de produção de tubos de aço soldados. Soldas transversais e descontinuidades típicas são indicadas com uma alta relação sinal-ruído pelos instrumentos de teste, e uma serra automática é acionada pelos sinais de saída. Este teste por correntes parasitas dispensa o teste hidrostático para este produto.
In one installation, welded steel tubes are tested by an eddy current system just behind the calibration mill in a welded steel tubing line. Transverse welds and typical discontinuities are indicated with a high ratio of signal to noise by the test instruments and an automatic saw is activated by the output signals. This eddy current test obviates hydrostatic testing for this product.

6.2.3 FIOS DE AÇO À QUENTE
A produção de arame de aço não é apenas o campo de aplicação mais amplo para equipamentos de ensaio a quente, mas também o campo com as maiores exigências devido às condições físicas para a detecção de pequenas descontinuidades. As investigações a seguir foram realizadas em sete laminadores europeus.
Steel wire production is not only the widest field of application for hot testing equipment but also the field with the highest demands because of the physical conditions for the detectability of small discontinuities. The following investigations have been carried out in seven European rolling mills.

Como primeiro passo, descontinuidades individuais e suas indicações por correntes parasitas foram comparadas. Para isso, furos com diâmetros entre 2 e 5 mm (0,08 e 0,20 pol.) e profundidades de 5 a 9 mm (0,20 a 0,35 pol.) foram perfurados em tarugos frios para produzir descontinuidades artificiais no arame laminado. A dificuldade com essa técnica reside no fato de que as descontinuidades no arame apresentarão grandes profundidades, de 1 a 3 mm (0,04 a 0,12 pol.). É difícil obter descontinuidades menores no arame por meio dessa técnica, pois os furos menores no tarugo serão queimados durante o processo de aquecimento. Existem muitas maneiras de produzir descontinuidades no fio. Uma delas é superaquecer o tarugo e laminá-lo em óxido de ferro. Essa técnica causa descontinuidades de vários tamanhos.
As a first step, single discontinuities and their eddy current indications have been compared. To this end, holes with diameters between 2 and 5 mm (0.08 and 0.20 in.) and depths from 5 to 9 mm (0.20 to 0.35 in.) have been drilled in the cold billets to produce artificial discontinuities in the rolled wire. The difficulty with this technique is the fact that the discontinuities in the wire will have large depths, 1 to 3 mm (0.04 to 0.12 in.). It is difficult to attain smaller discontinuities in the wire by this technique because smaller holes in the billet will be burnt out during the heating process. There are many ways to produce discontinuities in the wire. One is to overheat the billet and roll it in scale. This technique will cause discontinuities of various sizes.

Nos registros de teste e nas micrografias de um fio laminado a partir de um tarugo com furos, todas as grandes descontinuidades artificiais são bem indicadas.
In the test record and micrographs of a wire rolled froma billet with drilled holes, all the large artificial discontinuities are well indicated.

6.3 CONCLUSÃO
As aplicações online em metais demonstram a rapidez e a eficácia dos ensaios eletromagnéticos para o controle da qualidade do processo e do produto. O uso generalizado do método na produção de metais primários economiza milhões de dólares anualmente para a indústria e fornece ao mundo produtos mais resistentes e seguros.
Online applications to metals demonstrate the speed and effectiveness of electromagnetic testing for the control of process and product quality. The method’s widespread use in primary metals production saves that industry many millions of dollars annually and provides the world with stronger and safer products.

Além da detecção de trincas, juntas, inclusões e outras descontinuidades que ocorrem aleatoriamente, é possível detectar descontinuidades repetitivas causadas por rolos quebrados ou trincados. Tarugos superaquecidos e outros problemas que ocorrem em função do tempo também são detectáveis.
In addition to the detection of cracks, seams, inclusions and other discontinuities that occur randomly, it is possible to detect repetitive discontinuities caused by broken or cracked rollers. Overheated billets and other problems that occur as a function of time are also detectable.

Autores:

Ram P. Samy, The Timken Company, Canton, Ohio
Tatsuo Hiroshima, Marktec Corporation, Taiei, Chiba, Japan (Part 4)
Joseph M. Mandula, Seven Hills, Ohio (Part 3)
Masashi Mizuno, Tohoku Steel, Murata, Japan (Part 5)
Takahide Sakamoto, Sumitomo Metal Technology, Amagasaki, Japan (Part 4)
Wolfgang Stumm, Erbach, Germany (Part 6)

Referências

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