EC37 - Fundamentos de Correntes Parasitas Pulsada ("PEC-Pulsed Eddy Current")
(adaptado de Blitz,
1997*)
*baseado no livro de Jack Blitz, intitulado "Electrical and Magnetic Methods of Nondestructive Testing," 2a edição, Chapman and Hill.
traduzido do sítio: http://www.nde-ed.org/EducationResources/HighSchool/Magnetism/Physics/background.php
O
uso de correntes parasitas pulsadas tem sido considerado há muito tempo
para testes de metais (Libby, 1971) e aplicado a inspeções em
áreas especializadas, como na indústria de energia nuclear, onde
aparelhos de teste são altamente especializados e freqüentemente
construídos para encomendar.
No entanto, progressos significativos nessa direção ocorreram apenas
recentemente após avanços adequados na tecnologia (Krzwosz et al. 1985;
Sather, 1981; Waidelich, 1981; Wittig e Thomas 1981), que permitem que
já tenhamos aparelhos comerciais disponíveis (Maxwell, EddyFi). O
método tem as vantagens potenciais de menor sensibilidade ao liftoff
(que permite a inspeção de tubos isolados termicamente), maior
penetração (comparado ao ensaio convencional para materiais
ferromagnéticos), e a capacidade de
dimensionar as descontinuidades. Geralmente
não tem a precisão dos métodos convencionais, mas por permitir a
inspeção sobre isolamento serve como técnica de definição de regiões
com falha ("screening") previamente a inspeção convencional, após
remoção do isolamento. Seus principais sucessos estão no ensaio de
tubulações isoladas para a detecção de corrosão sob isolamento (no
inglês, "CUI-Corrosion Under Insulation").
Ao
comparar a técnica de correntes parasitas pulsada com a técnica
convencional de correntes parasitas, a técnica convencional deve ser
considerada como um método de
onda contínua para o qual a propagação ocorre em uma única freqüência
ou, mais corretamente, sobre uma largura de banda de freqüência muito
estreita. Com os métodos pulsados, as freqüências são excitadas numa
faixa larga, a extensão das quais varia inversamente com o
comprimento do pulso; isso permite a operação em várias freqüências.
Como ocorre nos ensaios ultrassônicos, a quantidade total de energia
dissipada dentro de um determinado período de tempo é consideravelmente
menor para ondas pulsadas do que para ondas contínuas com a mesma
intensidade. Por exemplo, com pulsos contendo apenas um ou dois
comprimentos de onda e gerados 1000 vezes por segundo, a energia
produzida é apenas cerca de 0,002 do que seria para a onda contínua com
a
mesma amplitude. Assim, tensões de entrada consideravelmente mais altas
podem ser aplicadas à bobina de excitação para operação pulsada do que
para operação contínua de ondas. As
ondas pulsadas podem permitir razoavelmente a penetração das correntes
parasitas mensuráveis através de uma amostra de metal a uma profundidade de cerca
de 10 vezes a profundidade de penetração padrão (típica do ensaio de correntes parasitas convencionais), desde que uma sonda
adequada seja usada (ou seja, uma bobina blindada com núcleo de ferrita,
ver EC_20-Entreferro.html). Portanto, a penetração é possível em uma placa
de 2 mm de espessura em freqüências de 1 a 3 kHz para metais não
ferromagnéticos com condutividades elétricas que variam
de 3 a 10 % IACS. No entanto, com uma placa de aço não magnetizada de 2 mm
de espessura, onde a condutividade é 100 % IACS e a permeabilidade magnética relativa é 100, a freqüência máxima para penetração é de apenas 100 Hz.
Correntes
parasitas pulsadas podem ser geradas por um thyratron
conectado em série
com a bobina de excitação através de um capacitor (citando como
exemplo,
Waidelich, 1981). Uma tensão CC, da ordem de 1200 V, carrega
lentamente o capacitor e quando o thyratron conduz há uma descarga
abrupta através da bobina na qual ocorrem oscilações harmônicas
amortecidas livremente. Isso é repetido periodicamente (ou seja, 1
kHz de taxa de repetição de pulsos), de modo a propagar os pulsos de
corrente parasitas através do metal.
As
correntes são detectadas por uma sonda receptora localizada adjacente
ou do lado oposto da amostra metálica da sonda excitadora quando o
acesso é possível. A faixa de freqüências propagadas depende do
decréscimo logarítmico do circuito de excitação, e como a velocidade
das
ondas é uma função de freqüência, a dispersão ocorre e o pulso muda de
forma à medida que progride através do metal. Como seria de esperar, a
altura do pico e seu atraso de tempo podem estar relacionados com a
espessura do metal. Waidelich relata uma penetração máxima de 90 mm
para placas de alumínio e de 10 mm para placas de aço. Para placas de 6
mm de
espessura, o valor máximo da tensão de pulso recebida foi de 13 V para
o alumínio, mas apenas 20 mV para o aço. Krzwosz e colaboradores (1985)
mostraram
como os pulsos resultantes da presença de defeitos simulados internos
produzem ampliação com um aumento de profundidade.
O
conteúdo de freqüência dos pulsos depende de seus comprimentos, e no
extremo, contém espectros contínuos que variam de menos de 100 Hz a 1
ou 2 kHz. Ao realizar uma transformação fourier, o pulso obtido pela
sonda receptora pode ser exibido na forma da variação de amplitude (ou
fase) com freqüência. Por amostragem de diferentes tempos de atraso
dentro de um pulso, diferentes partes do espectro podem ser avaliadas
(Sather, 1981). Se a amplitude e a fase forem medidas, dois parâmetros
(ou seja, presença de defeitos, variações na espessura do tubo e
alterações no fator de preenchimento ou descolagem) podem ser avaliados
para cada freqüência selecionada da mesma forma que com o método de
multifrequência, embora, atualmente, com menor grau de precisão.
Dodd
e colaboradores(1988) projetaram e desenvolveram um método de saturação
magnética pulsada para o ensaio de correntes parasitas de metais
ferromagnéticos. O campo magnético CC é gerado através de um pulso
de alta corrente elétrica circulando através de um eletroímã de modo a produzir saturação
no objeto metálico (na região sob inspeção); o comprimento de onda do pulso de saturação é igual à espessura do
objeto, garantindo assim uma completa penetração das correntes parasitas
quando possível. O pulso de corrente CC, na ordem de 1 ms de duração, produz
simultaneamente um pulso de corrente parasita, que é detectado por uma
sonda; a resposta dessa sonda é característica do material que está sendo
testado.
Esta
técnica tem a vantagem de produzir altos picos magnéticos com baixa
voltagem média (distribuição de picos isolados ao longo do tempo),
mantendo assim qualquer aquecimento da amostra ensaiada em um nível
aceitável. Foi aplicado com sucesso na inspeção da espessura dos tubos
de geradores de vapor de aço, e tubos de diâmetro de
10,9 mm e espessura de 5 mm foram examinados com potências
máximas de 500 kW. Pequenos defeitos próximos à superfície externa
podem ser detectados, e aproveitando as propriedades multifrequências
das correntes parasitas pulsadas, suas indicações podem ser resolvidas
a
partir dos sinal de referência do tubo sem descontinuidades. Trabalhos
mais recentes sobre o uso de correntes parasitas pulsadas foram
relatados por Gibbs e Campbell (1991), que inspecionaram trincas sob
fixadores em estruturas de aeronaves de alumínio. Nesse caso, um
elemento
Hall foi usado como detector. Posição radial, profundidade aproximada e
tamanho relativo de defeitos não visíveis sob cabeças de fixadores
poderiam
ser detectados áreas com profundidades de
defeito de até 7 mm para fixadores não ferrosos e de até 14 mm para
fixadores
ferrosos.
Lebrun
e colaboradores (1975) relataram a detecção de trincas profundas em amostras
ferromagnéticas usando uma bobina de emissão excitada por pulsos
quadrados de alta intensidade e empregando sensores magneto-resistivos
altamente sensíveis para medir os campos magnéticos resultantes.
Defeitos de 1 mm x 1 mm podem ser detectados a uma profundidade de 5
mm e 3 mm x 4 mm a uma profundidade de 20 mm.
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