NONDESTRUCTIVE TESTING HANDBOOK -
Electromagnetic Testing
Manual de Ensaio Não Destrutivo - Ensaio Eletromagnético
- Sondas Superficiais
- Sondas Envolventes
- Sondas Internas para Tubos
- Conexões Elétricas da Sonda
- Absoluta
- Diferencial
- Híbrida
- Características Adicionais das Sondas
- Terminologia Adiacional para Sonda
- Teste de Revisão
As
bobinas de ensaio podem ser categorizadas em três grupos mecânicos
principais (NT: Eu considero como classificação quanto a forma):
- sondas superfícial;
- sondas envolventes, e;
- sondas
internas.
1 SONDAS SUPERFICIAIS
Sondas
superfíciais, sonda de superfície, bobina para sonda de superfície,
sonda plana e sonda tipo panqueca são termos comuns usados para
descrever o mesmo tipo de sonda de ensaio. As sondas superficiais
fornecem um método conveniente de examonar a superfície do objeto
ensaiado. A Figura 1 ilustra um conjunto típico de
sondas usadas para diversas aplicações de escaneamento de superfície.
Figure 1: Sondas superfiais.
As
sondas superfíciais em seus diversos formatos podem ser moldados para
se ajustarem a geometrias específicas da peça inspecionada, a fim de solucionar problemas
complexos de inspeção. Por exemplo, sondas superfíciais
fabricadas em formato de lápis ("pencil probes") são usadas para
inspecionar áreas roscadas de parafusos e porcas de montagem ou áreas
serrilhadas de rodas de turbina e conjuntos de pás de turbina.
Sondas superfíciais podem ser usadas onde alta resolução é
necessária, adicionando-se blindagem à bobina. Ao usar uma sonda superfícial de alta resolução, a superfície do objeto ensaiado
deve ser cuidadosamente escaneada para garantir a cobertura completa da
inspeção.
Essa
varredura minuciosa consome muito tempo. Por esse motivo, as inspeções
com sondas superfícisis em objetos ensaiados de grandes
dimensões geralmente se limitam a áreas críticas.
As sondas superfíciais são amplamente utilizadas na inspeção de
aeronaves para detecção de trincas próximas a fixadores/rebites e furos de
fixação. No caso de furos de fixação (furos para parafusos, furos para
rebites), a sonda superfícial pode ser girada manual ou
mecanicamente para fornecer uma varredura helicoidal do furo usando uma
técnica com sonda rotativa (Figura 2).
Figure 2: Sondas de inspeção de orifícios de rebite.
2. SONDAS ENVOLVENTES
Bobina
envolventes, bobina de diâmetro externo e bobina de passagem ("feed through") são
termos comumente usados para descrever uma sonda que circunda o
objeto ensaiado. A Figura 3 ilustra uma bobina envolvente típica.
Figure 3: Sonda externa ou envolvente.
As
sondas envolventes são usadas principalmente para inspecionar
produtos tubulares e em forma de barra. O tubo ou barra é alimentado
através da bobina em alta velocidade. A seção transversal do objeto
ensaiado dentro da bobina de ensaiado é interrogada simultaneamente
(NT: Fisicamente é impossível gerar correntes parasitas no centro de
uma barra inspecionada por sonda envolvente). Por esse
motivo, a localização circunferencial das descontinuidades não pode ser
determinada com uma bobina envolvente.
O
volume de material examinado de uma só vez é maior usando uma sonda
envolvente do que empregando uma sonda superficial; portanto, a
sensibilidade
relativa é menor para uma bobina envolvente (NT: maior área
coberta/sensora pela sonda envolvente). A vantagem
adicional que uma sonda superficial teria sobre a sonda envolvente é
que a superficial poderia definir onde, dentro do
plano circunferencial, a descontinuidade existe. A sonda envolvente não
pode fazer essa distinção. Se houver múltiplas
fontes de sinal dentro do campo de visão (região sensora) da bobina, a
resposta da
bobina de circunferência indicará a média de todos esses eventos.
Ao
utilizar uma sonda envolvente, é importante manter o objeto ensaiado centralizado na bobina. Se o objeto ensaiado não estiver
centralizado, será difícil obter uma resposta uniforme de
descontinuidade. Para garantir o correto alinhamento, é prática comum
inspecionar o padrão de calibração diversas vezes, posicionando as
descontinuidades artificiais a cada vez em uma nova posição
circunferencial na bobina.
Como
em todos os métodos de detecção de descontinuidades, é essencial
selecionar uma frequência de operação adequada, ajustar corretamente os
parâmetros de exibição do sistema e garantir que o tubo esteja sempre
centralizado na bobina para obter a sensibilidade ideal do ensaio.
3. SONDAS INTERNAS PARA TUBOS E FUROS
Sondas
internas, sondas de diâmetro interno, e bobinas ("bobbin") são termos
que descrevem sondas usadas para inspeção do
diâmetro interno de um objeto tubular ou furo de um objeto volumétrico
ensaiado. As sondas
internas são inseridas e retiradas do diâmetro interno do tubo por
hastes longas e semiflexíveis ou simplesmente insufladas com ar e
recuperadas por um cabo de tração acoplado. Esses mecanismos serão
descritos posteriormente no texto. As informações sobre sondas
internas seguem as mesmas regras básicas estabelecidas para sondas
envolventes, ambas com seção circular. A Figura 4 ilustra uma sonda
interna típica.
Figure 4: Sonda interna ("bobbin")
4. CONEXÕES ELÉTRICAS DA SONDA
As sondas superficial, as sondas envolventes e as sondas
internas podem ser classificadas adicionalmente. Essas classificações
adicionais são determinadas pela forma como as bobinas são conectadas
eletricamente. As três categorias de bobinas são absolutas,
diferenciais e híbridas.
A Figura 5 mostra vários tipos de arranjos de bobinas absolutas e diferenciais.
Figure 5: Configurações das sondas de ensaio de correntes parasitas para o ensaio de tubos de pequeno diâmetro.
4.1 Absoluta
Uma
sonda absoluta realiza a medição sem referência ou comparação direta
com um padrão durante o processo. Algumas aplicações para sistemas de
bobina absoluta incluem medições de condutividade, permeabilidade,
dimensões e dureza.
4.2 Diferencial
As sondas diferenciais consistem em duas ou mais bobinas
conectadas eletricamente em oposição uma à outra. As bobinas
diferenciais podem ser categorizadas em dois tipos: diferencial autocomparativas e diferencial com comparação externa.
A
sonda diferencial autocomparativas compara uma área de um objeto
ensaiado com outra área, tipicamente vizinha, do mesmo objeto. Um uso
comum é o de duas bobinas
conectadas em oposição, de modo que, se ambas as bobinas forem afetadas
por condições idênticas do objeto ensaido, a saída resultante seja 0
(zero) volts ou nenhuma alteração no sinal. O arranjo de autocomparação
é
insensível a variáveis do objeto ensaiado que ocorrem gradualmente.
Variáveis como espessura da parede, diâmetro ou condutividade, que
mudam lentamente, são efetivamente indiscriminadas com a bobina
diferencial de autocomparação.
Somente
quando uma condição diferente afeta uma ou outra bobina de ensaio é que
um sinal de saída é gerado. O fato de as bobinas geralmente serem
mecanicamente e eletricamente semelhantes permite que o arranjo seja
muito estável durante mudanças de temperatura. Pequenas
descontinuidades, como fissuras, cavidades ou outras descontinuidades
localizadas com limites abruptos, podem ser facilmente detectadas
usando a bobina diferencial autocomparativas.
A
sonda diferencial com comparação externa utiliza uma referência externa
para influenciar uma bobina enquanto a outra é influenciada pelo objeto
ensaiado. A Figura 6 ilustra esse conceito. Esse sistema é usado para
detectar diferenças entre um objeto padrão e um objeto ensaiado. É
particularmente útil para medições comparativas de condutividade,
permeabilidade e dimensões.
Obviamente,
na Figura 6, é imprescindível normalizar (ou equilibrar/balancear) o
sistema, com
uma bobina influenciada pelo objeto padrão e a outra por um objeto de
ensaio aceitável. O sistema de bobina diferencial de referência externa
é sensível a todas as diferenças mensuráveis entre o objeto padrão e
o objeto ensaiado. Por esse motivo, muitas vezes é necessário fornecer
discriminação adicional para separar e definir as variáveis presentes
no objeto ensaiado.
Figure 6: Sistema diferencial por comparação externa.
4.3 Híbrida
As sondas
híbridas podem ser definidas como conjuntos de
bobinas de excitação/captação, de transmissão direta, de reflexão ou
primárias/secundárias.
Um
arranjo de sonda híbrida consiste em uma bobina de excitação e uma
bobina de detecção. Na maioria dos casos, um único alojamento da sonda contém tanto a bobina de excitação quanto a(s)
bobina(s) de detecção. O fluxo magnético primário interage com ambas as
bobinas. A tensão desenvolvida na bobina de detecção é uma função da
magnitude e frequência da corrente aplicada à bobina de excitação, dos
parâmetros das bobinas de excitação e detecção e das características do
objeto ensaiado. As sondas híbridas podem ou não ter o mesmo tamanho e
não são necessariamente adjacentes umas às outras. No arranjo de
transmissão direta (Figura 7), a bobina de excitação está de um lado do
objeto de ensaio e a bobina de detecção está do outro. A bobina de
excitação induz correntes parasitas e um campo magnético secundário no
objeto ensaiado. Qualquer variação desses eventos secundários deve ser
detectada pela bobina de sonda menor (NT: para aumentar a sensibilidade) no lado oposto da placa fina.
Figure 7: Arranjo híbrido por transparência.
A
maioria das bobinas híbridas é projetada para melhorar a sensibilidade
do ensaio para uma aplicação específica. Um exemplo disso é a melhor
detecção de descontinuidades subsuperficiais em estruturas
multicamadas. O conceito de usar uma bobina de captação menor aumenta a
capacidade de detectar variações de impedância de baixo nível
provenientes de pequenas descontinuidades de volume em camadas mais
profundas da amostra ensaiado. Deve-se ressaltar que, se forem
encontradas descontinuidades de volume maiores, uma mudança de
impedância mensurável poderá ser gerada tanto pelo excitador quanto
pela(s) bobina(s) de captação.
5. CARACTERÍSTICAS ADICIONAIS DAS SONDAS
A
configuração da bobina é apenas um dos muitos fatores a serem
considerados ao definir as condições de ensaio. Outras características
importantes da sonda são a estabilidade mecânica, térmica e elétrica,
bem como a sensibilidade, a resolução e as dimensões. Por exemplo, uma
bobina diferencial autocomparativa tem melhor estabilidade térmica do
que uma sonda interna, uma sonda envolvente ou uma
sonda absoluta. A geometria da bobina geralmente é ditada pela
geometria do objeto a ser ensaiado. A seleção de sondas menores pode afetar a
sensibilidade e/ou a resolução do ensaio. A importância relativa das
características da sonda de ensaio depende da natureza da inspeção.
Uma
combinação de teoria e experiência prática geralmente resulta na seleção dos
parâmetros adequados da sonda. O projeto da sonda e as interações com
os objetos ensaiados serão discutidos posteriormente neste guia de
estudo.
6. TERMINOLOGIA ADICIONAL PARA SONDA
Do
ponto de vista do projetista, as bobinas eletromagnéticas também podem
ser definidas por três parâmetros: diâmetro (D), altura (h) e
orientação do eixo (geralmente em relação à superfície de inspeção). O
número de espiras de fio e a espessura do fio não são tão
significativos no que diz respeito aos sinais medidos. Dados esses
parâmetros, as bobinas planas têm h < D e as bobinas helicoidais têm
h > D. As bobinas podem ser descritas como quadradas se h for
aproximadamente igual a D. Observe que a direção do movimento da bobina
não está incluída nas definições acima.
Os
ensaios convencionais de correntes parasitas utilizam bobinas
superfíciais (planas) com eixos perpendiculares à superfície. A medição
do campo de corrente alternada utiliza bobinas helicoidais (com o eixo
paralelo à superfície) para indução e bobinas quadradas (com eixos
paralelos e perpendiculares à superfície) para sensores. Nos ensaios de
campo remoto, utilizam-se bobinas helicoidais, mas com uma orientação
otimizada para detectar o campo magnético axial na parede do tubo.
Quando
a inspeção de tubos é considerada uma aplicação especial, o uso de
sondas internas ou superfíciais entra em jogo para diferenciar ainda
mais o tipo de sonda.
7. TESTE DE REVISÃO
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