Introdução aos Ensaios Não Destrutivos

(traduzido do sítio: http://www.nde-ed.org/EducationResources/CommunityCollege/NDTIntro/cc_intro001.php)

Ensaio Não Destrutivo

A área de ensaios não destrutivos (END) é bastante abrangente, interdisciplinar muito relevante para a integridade estrutural mecânica de componentes e sistemas que executam suas funções de uma forma confiável e econômica. Os inspetores de END e os profissionais habilitados (PH-NR 13) definem e implementam esses ensaios que localizam descontinuidades e caracterizam a condição do material que possam de outra forma provocar a falha dos equipamentos (queda de aviões, explosão de vasos de pressão, descarrilhamento de trens, e uma enormidade de outros eventos não reconhecidos, mas não menos problemáticos para a sociedade). Esses ensaios são executados de uma maneira que não afetam o futuro uso dos objetos ou materiais ensaiados. Em outras palavras, END permite que as peças ou materiais sejam inspecionados sem provocar danos nos mesmos. Porque os END permitem a inspeção sem interferir no uso final dos produtos, fornecem um balanço perfeito entre controle da qualidade e equilíbrio nos custos. Falando de uma forma genérica, os END são aplicados a inspeção industrial. Embora as técnicas empregadas nos END sejam similares às aplicadas na medicina, porém, tipicamente apenas objetos inanimados é que são sujeitos as inspeções industriais.

Avaliação Não Destrutiva

Avaliação não destrutiva (no inglês, Nondestructive Evaluation-NDE) é um termo muitas vezes confundido com END. No entanto, tecnicamente falando, a avaliação não destrutiva é usada para descrever medições quantitativas feitas com os END. Para exemplificar, um método de avaliação não destrutiva é empregado não apenas para detectar uma descontinuidade, mas também para medir algumas propriedades dessa descontinuidade como seu tamanho, forma e orientação (com relação ao campo de tensões atuantes). A avaliação não destrutiva pode ser empregada para determinar propriedades do material tais como tenacidade a fratura, resistência mecânica, dutilidade, e outras características físicas do material.

Fundamentos teóricos dos Ensaios Não Destrutivos

Os END vem sendo executados a muitas décadas (alguns até já a um século). Uma das primeiras aplicações foi a detecção de trincas superficiais em rodas e eixos de trens e bondes. As peças eram mergulhadas em óleo para que esse penetrasse nas fissuras superficiais, posteriormente limpas e pó aplicado a superfície. Quando existia trincas na superfície, o pó aprisionado nas fissuras "vazava" molhando o pó na superficie provocando uma indicação que o componente possuia descontinuidades superficiais. Essa aplicação fez com que surgissem oleos especificamente formulados para executar essa e outras inspeções e hoje o método é chamado de ensaio por líquidos penetrantes.

Raios-X foram descobertos em 1895 por Wilhelm Conrad Roentgen(1845-1923) que foi professor na Wuerzburg University na Alemanha. Logo após essa descoberta, Roentgen produziu a primeira radiografia industrial quando mostrou a presença de pesos dentro de uma caixa fechada aos colegas.Outros métodos de inspeção eletrônicos como ultrassom e correntes parasitas tiveram seus desenvolvimentos inicialmente rápidos devido ao estimulo de avanços tecnologicos e emprego em áreas de defesa e espacial após a segunda grande guerra mundial. No início o objetivo era a detecção de descontinuidades. Peças críticas eram fabricadas e projetadas para estarem sãs, sem defeitos, em sua  vida útil. A detecção de defeitos era razão para a remoção imediata do componente do serviço.

No início dos anos 1970, dois eventos acontereceram que provocaram uma grande mudança na forma que a inspeção era tratada. O contínuo desenvolvimento das técnicas de inspeção, particularmente a habilidade de detectar cada vez menores descontinuidades, levou ao aumento incomensurável das peças sendo reprovadas (mesmo sem a mudança na probabilidade de falha da peça). Nessa época a disciplina de Mecânica da Fratura surgiu, o que permitiu prever se uma trinca com uma certa dimensão falharia quando sujeita a uma determinada carga, caso a propriedade específica de tenacidade a fratura do material fosse conhecida. Com o advento dessa nova ferramenta, tornou-se possível aceitar estruturas mecânicas contendo descontinuidades, caso suas dimensões fossem conhecidas. Isso formou a base para uma nova filosofia de projeto, chamada "projeto de componentes sujeitos a descontinuidades". Componentes com descontinuidades conhecidas podem continuar sendo usado, desde que seja definido que essas descontinuidades não apresentam dimensão crítica que possam provocar uma falha catastrófica.

Um novo desafio tornou-se presenta para a comunidade de END. A mera detecção de descontinuidades não é mais suficiente. Precisa-se também obter informações quantitativas sobre as caracterísiticas da descontinuidade para permitir os cálculos da mecânica da fratura da vida remanescente de um componente. Essa necessidade, particularmente forte nas áreas de defesa e na indústria nuclear, levou a criação de vários programas de pesquisa ao redor do mundo e a necessidade da nova disciplina, avaliação não destrutiva  (NDE).

Métodos de END (NDT/NDE Methods)

O número de métodos de END que podem ser aplicados a inspeção de componentes mecânicos e medir propriedades é grande e continua a crescer. Pesquisadores continuam a descobrir novas formas de aplicar princípios físicos e outros conhecimentos científicos para desenvolver novos e melhores métodos de END. Entretanto, existem seis métodos de END que são usados mais frequentemente. Esses métodos são inspeção visual, ensaio por líquidos penetrantes, ensaio com partículas magnéticas, ensaio eletromagnético ou correntes parasitas, inspeção radiográfica, e ensaio ultrassônico. Esses métodos e alguns outros têm seus princípios resumidos abaixo.

Inspeção Visual ou Ensaio Optico (VT)
Inspeção visual considera a visão do inspetor para observar atentamente o objeto procurando por descontinuidades. O inspetor também pode empregar instrumentos especiais, tais como lentes de aumento, espelhos, ou boroscópios para permitir acesso e num maior detalhe inspecionar a área de interesse. Inspetores visuais seguem procedimentos simples ou mesmo complexos.

Ensaio por Líquidos Pentrantes (PT)
Objetos inspecionados são revestido com uma solução líquida ou fluorescente para formar uma fina camada sobre a suprfície a avaliar. Excesso de penetrante é removido da superficie e um revelador é aplicado. O revelador age  como um "sugador" removendo o penetrante aprisionado no interior das descontinuidades com abertura para superfície. Quando empregando penetrantes visíveis, a cor vívida do penetrante provoca um grande contraste com a cor do revelador o que faz "saltar aos olhos" facilmente a "mancha" de penetrante na superfície na região onde existe descontinuidade (indicação do ensaio). Quando usando penetrantes fluorescentes, iluminação com lâmpada ultravioleta faz com que as indicações do ensaio brilhem, fazendo com que a indicações da presença de descontinuidades sejam prontamente visíveis.

Ensaio de Partículas Magnéticas (MT)
Esse END é realizado pela indução de um campo magnético em um material ferrromagnético e a aplicação na superfície de partículas de ferro fiamente divididas (essas partículas apresentam-se em suspensão no ar [via seca] ou em um líquido [via úmida]). Descontinuidades superficiais (com abertura para a superfície) ou semi superficiais provocam a distorção do campo magnético induzido e concentram as particulas aspergidas nos locais das imperfeições, fornecendo uma indicação visível da descontinuidade.

Ensaio Electromagnético ou Correntes Parasitas (ET)
Corrente elétrica é gerada em material condutor por um campo magnético alternado induzido. Essa corrente é chamada corrente parasita (eddy currents - "eddies" são redemoinhos circulares formados no fluxo de fluídos ao encontrar obstáculos) . As correntes parasitas penetram até uma certa profundidade no material e a presença de descontinuidades provoca perturbação na circulação da corrente. Não só  a presença de descontinuidades perturba as correntes parasitas induzidas, mas também mudanças locais nas propriedades eletromagnéticas do material ensaiado (condutividade elétrica e permeabilidade magnética). O uso de aparelhos apropriados permite a detecção e a medição dessa perturbação.

Ensaio Radiográfico (RT)
O ensaio radiográfico depende do uso de radiações ionizantes gama ou X para ensaiar peças quanto a presença de descontinuidades. Um gerador de raios-X ou mesmo um isótopo radioativo são usados como fonte de radiação. A radiação é orientada para passar pela peça e sensibilizar um filme radiográfico ou outro meio sensor. A imagem em tons de cinza produzida mostra caracteristicas dimensionais da peça inspecionada. Descontinuidades prováveis de existir são mostradas como mudança de densidade (tons) no filme da mesma forma que um radiografia médica pode indicar a presença de ossos quebrados no corpo humano.

Ensaio Ultrasônico (UT)
O ensaio de ultrassom emprega ondas mecânicas de alta frequência (ultrassônicas) que penetram e se propagam no material para detectar possíveis descontinuidades  ou mudanças locais de propriedades mecânicas. A técnica ultrassônica mais empregada é a pulso-eco onde som é introduzido no material ensaiado e as reflexões (ecos) que retornam para um detector pela presença de descontinuidades ou pela incidência em superfícies geométricas da peça.

Ensaio de Emissão Acústica (AE)
Quando um material sólido é submetido a tensões, imperfeições existentes podem produzir um tipo de explosão de energia acústica chamada de emissões. Como o ensaio ultrassônico, emissões acústicas podem ser detectadas por receptores eletrônicos especiais. Fontes de emissões são avaliadas pelo análise da sua intensidade máxima, taxa de crescimento da intensidade, e localização.

Teste de Vazamento (LT)
Várias técnicas são empregadas para detectar e localizar perdas de pressão por vazamentos em contenedores industriais, tanques de armazenamento, vasos de pressão. Vazamentos podem ser detectados de dispositivos acústicos detectores, medidores de pressão, técnicas com líquidos e gases prenetrantes, ou apenas o teste com bolhas de sabão.

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