Este procedimento se aplica ao ensaio na etapa de fabricação de chapas grossas da qualidade API5L-X100 e abaixo, principalmente destinadas a confecção de tubos para serem empregados na construção de dutos de transporte de petróleo e seus derivados.

O objetivo do ensaio é a detecção de pontos duros porventura existentes na superfície das chapas fabricadas.

A técnica 3MA está inserida nos métodos de ensaio eletromagnético não destrutivo, no qual a obtenção de parâmetros é conseguida durante os ciclos de histerese magnética. O 3MA avalia os parâmetros elétricos e magnéticos que são influenciados, por exemplo, pela microestrutura cristalina, dureza e profundidade de camada endurecida do material.

O ensaio deve ser executado por um inspetor qualificado e certificado na técnica SA-CP-N2, segundo os requisitos do SNQC/END, que é um sistema de certificação reconhecido internacionalmente, atendendo ao definido pela Norma ISO 11484.

5.1 Aparelho PLAMAT-M e Programa de Computador 3MA-X8 MMS

Tabela I – Desenho e Componentes do Aparelho PLAMAT-M

Por ser uma das partes mais relevantes para o resultado da inspeção descreveremos aqui em mais detalhes a unidade de inspeção. A unidade de inspeção consiste em oito (8) sensores eletromagnéticos, para detecção de pontos duros (“hard spots”), e que estão posicionados em duas fileiras de forma escalonada para permitir uma cobertura total da região sob esses sensores (figura 1).

Fig. 1 – Vista inferior da unidade de inspeção.

Cada um dos oito (8) sensores eletromagnéticos consiste além do detector das propriedades eletromagnéticas pertinentes ao ensaio, também de um julgo magnético excitado por uma corrente alternada, ver detalhe na figura 2.

 Fig. 2 – Detalhe de um dos oito sensores eletromagnéticos da unidade de inspeção.

Uma placa cerâmica com espessura de 0,5 mm está inserida entre o sistema yoke/bobina e a chapa. A placa cerâmica está diretamente em contato com as sapatas do yoke, de forma que nenhum lift-off adicional ocorra. O lift-off é função apenas da espessura da cerâmica. Os sensores não estão fixos nos respectivos suportes sendo possível a sua movimentação na direção vertical. A movimentação do sensor é restrita pela presença de molas e de um barramento superior. Cada sensor possui movimentação independente permitindo adaptação a condições locais da superfície da chapa (curvatura, sujeira, ...). Apesar da liberdade de movimentação vertical dos sensores, os mesmos são pressionados contra a superfície da chapa tanto pela força da mola como pela força magnética propiciada pelo yoke.

O aparelho de inspeção micro magnética PLAMAT-M é totalmente controlado por um programa de computador (“software”) chamado 3MA-X8 MMS que descreveremos resumidamente a seguir.

O programa 3MA-X8 MMS possui três (3) níveis de acesso controlados por senha:

1. Usuário: acesso apenas à parte de inspeção e pode ser utilizado para conhecimento inicial do processo;
2. Supervisor: acesso as janelas de inspeção, medição, calibração e sinal bruto pelo pessoal qualificado e certificado pelo SNQC/END na modalidade SA-CP-N2
3. Serviço: acesso a todas as janelas anteriores, mais a janela de configurações avançadas pelos Técnicos e Engenheiros das Gerências de Chapas Grossas, Gerência Técnica da Laminação a Quente, Manutenção e Instrumentação. Ao início e ao fim de cada jornada de trabalho, ou quando a chapa inspecionada for de grau diferente da que foi anteriormente inspecionada é necessária uma nova calibração do aparelho, portanto de acesso com nível de supervisão. As duas tabelas a seguir descrevem a principal, e mais utilizada, janela (“window”) do software que é a janela de inspeção. Durante a calibração, caso seja identificada alguma anormalidade no aparelho, sensores ou outro componente que venha afetar a sensibilidade e consequentemente o resultado do ensaio, todas as chapas processadas após a última calibração deverão ser relacionadas e devolvidas ao processo para serem reensaiadas após a resolução do problema, esse levantamento poderá ser feito no sistema LQCG (processo 25).
   

5.2 Chapa de Calibração para o Ensaio

Para calibração (ajuste dos parâmetros de ensaio) do aparelho de inspeção micro magnética PLAMAT-M no programa de computador (“software”) 3MA deve ser utilizada uma chapa padrão, ou de referência, de mesmo grau das chapas grossas fabricadas a serem inspecionadas. As figuras a seguir mostram detalhes construtivos dessa chapa.

A figura 3 apresenta um desenho completo da chapa padrão com suas dimensões. Nessa chapa existem duas regiões com funções e “descontinuidades” diferentes:

Fig. 3 – Desenho da chapa padrão para calibração/ajuste do aparelho PLAMAT-M e programa de computador 3MA-X8 MMS.

Fig. 4 – Desenho dos sulcos para preenchimento por solda na regiões de verificação da sensibilidade e  da detectabilidade na chapa.

Ao início de cada jornada de trabalho, ou quando a chapa inspecionada for de grau diferente da que foi anteriormente inspecionada é necessária uma nova calibração do aparelho, a fim de determinar a propriedade de dureza do material, quantitativamente. Dependendo da composição química do aço e de seu processo de fabricação, diferentes combinações de microestruturas e de outras propriedades influentes nos resultados desse ensaio devem ser distinguidas. Testes com consistências estatísticas (número de amostras), considerando todas as variáveis independentes com influência no ensaio, são necessários para separar a influência da microestrutura (variável relevante) das outras influências (variáveis não relevantes) na resposta obtida no ensaio.

Geralmente, a medição pode ser afetada por diferentes variáveis perturbadoras (ruídos) do ensaio, como carepa, magnetização residual, tensão residual além dos outros parâmetros essenciais. Como consequência direta, uma calibração individual seria necessária para cada tipo de aço e uma combinação dos demais parâmetros influentes. Diferentes tipos de aço, implicam em diferentes microestruturas (ferrita, perlita, bainita, ...), diferentes profundidades de endurecimento, além da sua combinação com outros parâmetros influentes, o que poderia implicar em uma grande variedade de chapas de referência para calibração.

Como alternativa a essa dificuldade, um algoritmo de aprendizado de máquina para classificação supervisionada é usado pelo programa de computador que gere a inspeção. A figura 5 apresenta um fluxograma desse algoritmo. Esse algoritmo emprega a distância euclidiana entre os dados vizinhos mais próximos no espaço de parâmetros. O comportamento estatístico do ensaio magnético de uma amostra desconhecida será comparado com todos os comportamentos dos dados existentes na base de dados de calibração. O dado vizinho com comportamento mais próximo do da amostra desconhecida no espaço de parâmetro relevante será investigado. O valor do parâmetro do vizinho mais próximo encontrado será o valor alvo do parâmetro resultante para a amostra desconhecida.

O aparelho de inspeção não fornece a dureza absoluta da amostra ensaiada. Portanto, quando da detecção de estados micro magnéticos desconhecidos, a dureza real, deve ser confirmada via avaliação mecânica com teste de dureza móvel (Leeb, UCI). Recomenda-se que a medição da dureza deverá seguir a sistemática descrita no Procedimento de Medição da Dureza com Equipamento Portátil. A base de calibração é sucessivamente atualizada e ampliada com novos estados micro magnéticos conhecidos após uma operação inicial, figura 5.

Fig. 5 – Visão geral do processo de aprendizagem de máquina.

Antes de iniciar o processo e normalização, caso seja necessário, ajustes deverão ser feitos no programa 3MA-X8 MMS para que não exista diferenças entre as respostas dos oito sensores de mais que 20% para qualquer um dos 4 principais parâmetros mais importantes de medição do aparelho PLAMAT-M (figura 6), que são:

Fig. 6 Parâmetros a serem verificados.

Estando o aparelho sobre uma região da chapa de calibração conhecida como OK (sem a presença de pontos duros), para cada um dos 4 parâmetros, o inspetor deverá utilizar como referência o valor para sonda de nº 1, comparando com as demais sondas. A variação do valor obtido entre as oito sondas não poderá ser maior que 20%, caso isso ocorra o inspetor primeiramente deverá fazer a movimentação do aparelho para adequação desses valores em outra região OK do material com melhor homogeneidade, persistindo a variação maior que o permitido em qualquer uma das sondas, deverá ser feita a verificação da condição dos cabos e posicionamento das sondas (figura 7) e se necessário acionar a equipe de manutenção.

Fig. 7 – Visão da unidade de inspeção e os cabos conectores.

Antes da etapa de calibração para a inspeção de um novo grau de aço é preciso fazer a operação de normalização. Para isso uma área da chapa padrão de referência que possua dureza abaixo do limite de reprovação (chamada de material base) deve ser inspecionada pelo aparelho e o resultado da inspeção registrado no programa.

Após a operação de normalização é preciso estabelecer o limiar de aprovação (OK)/reprovação(NOK) pela inserção de pontos de dados com essas características (dureza abaixo do limiar/dureza acima do limiar) no banco de dados de configuração para esse novo grau de material. Devido a inexistência inicial de banco de dados para o novo material é provável a indicação de erro (ERROR) em pontos de leitura, nesse caso o inspetor deverá avaliar a necessidade de se repetir o processo de calibração acrescentando esse ponto ao banco de dados como OK ou NOK dependendo do valor de dureza medido nesse ponto. A definição de pontos com condição OK/NOK é obtida através de referência por medidas de dureza com técnica complementar (Leeb, UCI). Após a inserção de pontos (OK/NOK) no banco de dados desse novo material é possível iniciar a inspeção de chapas do novo grau de aço.

A figura 8, apresenta exemplo dos gráficos inferiores da sub aba Medição e calibração (“Measurement and calibration”) após uma calibração bem-sucedida. É possível observar a nuvem de pontos verdes (região OK), a nuvem de pontos vermelhos (região NOK), e o raio do círculo de classificação (falta de precisão do contorno, “unsharpness”).

Fig. 8 – Gráficos da sub aba Medição e calibração com nuvens de pontos OK e NOK perfeitamente separados.

A chapa padrão de referência possui duas regiões representativas de pontos duros. Uma região, chamada de verificação da sensibilidade da técnica micro magnética, ampla (abarca todos os oito sensores ao mesmo tempo), na forma de um retângulo, e que; e uma região, chamada de verificação da detectabilidade da técnica micro magnética, com oito círculos, com diâmetro no limite de detecção exigido por norma. A figura 9 apresenta o sentido de varredura que o aparelho deve fazer na chapa para verificar a sensibilidade. A figura 10 apresenta o sentido de varredura que o aparelho deve fazer na chapa para verificar a detectabilidade.

Fig. 10 – Sentido de varredura na chapa padrão de referência para verificação da detectabilidade.

A cada 5 anos deverá ser feita uma calibração do equipamento pelo fabricante ou órgão competente na funcionalidade de sistemas eletromagnéticos.

A chapa a ser inspecionada pelo sistema de inspeção de pontos duros deve ter sua superfície na condição de como fabricada. Recomenda-se escovar ou varrer a chapa para remover qualquer objeto ou sujeita que esteja sob a superfície e venha a se interpor entre a chapa e a unidade sensora prejudicando a inspeção.

Toda superfície de um dos lados da chapa é varrida completamente por um conjunto de faixas de inspeção individuais consistindo na largura de varredura do aparelho. Cada faixa varrida consiste em uma varredura curta mais uma varredura longa (ver figura 11).

Figura 11 – Exemplo de varredura com aparelho PLAMAT-M iniciando sempre do ponto 0.

A fim de preparar a chapa para o ensaio, recomenda-se a utilização de marcações (linhas) feitas com um cordão esticado e embebido em giz para indicar as faixas com largura de 240 mm na chapa (varreduras individuais). Ver exemplo Figura 12.

Figura 12 – Demarcação de linhas na seção longitudinal na largura do modulo de inspeção com as sondas eletromagnéticas.

Se o modo escolhido para a varredura de toda a chapa for o “zig-zag”, proceda de acordo com as seguintes etapas:

1.   Tendo como referência o ponto 0 (zero), execute primeiro a varredura curta (figura 13, faixa 1, da direita para esquerda).

2.   Certifique-se de que a distância varrida é maior do que o comprimento do carrinho.

-    Ao atingir a borda da placa (2), o programa indica para fazer a mudança para varredura longa.

3.   Ao mudar de varredura curta para varredura longa, inverta o sentido de varredura do aparelho (3).

-    Em seguida, a varredura longa é realizada (na figura 11, da esquerda para a direita) e, dessa forma, a inspeção faixa 1 será concluída com sucesso.

4.   Mova o carrinho para trás em uma curta distância, inverta o sentido de varredura do aparelho, para começar com a corrida curta da faixa 2.

5.   Repita o procedimento descrito nas etapas anteriores até cobrir/inspecionar toda a superfície da chapa em um dos lados.

     Para garantir que o equipamento faça a varredura em toda superfície, caso o inspetor julgue necessário ele poderá contar com o auxílio de uma pessoa que ficará de frente para a unidade de inspeção observando se o alinhamento está dentro da faixa necessária. 

Depois de concluir o procedimento acima para uma face da chapa inteira, vire a chapa e repita o mesmo procedimento para varredura na outra face da chapa, caso haja programação para realizar o processo também na face inferior.

Fig. 13 – Vista geral da varredura da chapa em um dos lados.

Todas as regiões da chapa inspecionada onde houver indicação pelo aparelho da presença de pontos duros devem ser verificadas quanto ao valor de dureza real existente, com durômetro portátil de acordo com o procedimento operacional para “Medição de Dureza com Aparelho Portátil”. Os critérios necessários estão estabelecidos nesse mesmo documento operacional, caso confirmada a reprovação da região, analisar a pertinência de incluir esse novo ponto detectado no banco de dados para o grau de aço sendo inspecionado.

Devem ser registrados os seguintes dados no sistema LQCG:
-    Número da chapa;
-    Face inspecionada da chapa;
-     Número sequencial dos pontos duros detectados na face da chapa;
-    Coordenadas a partir de uma origem definida na chapa (canto de referência, “datum”) de localização (na direção da largura e do comprimento) do ponto duro     detectado;
-    Dimensão da região detectada nas direções da largura e do comprimento;
-    Dureza máxima medida mecanicamente com durômetro na região indicada pelo aparelho.

Todas as regiões com pontos duros com dimensão maior que 50 mm em qualquer direção serão consideradas defeitos, e, portanto, reprovadas, se sua dureza exceder 30 HRC.

Nota: No processo realizado na Gerência de Chapas Grossas adota-se a unidade HRC para as medidas de dureza, se necessário o inspetor poderá utilizar a tabela de conversão existente no procedimento operacional para “Medição de Dureza com Aparelho Portátil”.

• Caberá ao inspetor definir pela recuperação da chapa pelo processo de esmerilhamento, onde deverá ser removida a região indicada no mapa concebido durante o ensaio com o equipamento PLAMAT-M e devidamente registrado no sistema informatizado da Usiminas (LQCG), não podendo de forma alguma ser a espessura menor que a mínima definida na ordem de venda de acordo com a Norma de Dimensão, Forma e Aspecto de Chapas Grossas (SQCICNT0001), em caso de não atendimento desta norma, a chapa deverá ser recusada e não poderá ser utilizada para sua aplicação original.
  

Chapas com defeitos que não atendam as normas de referência e não possibilitam ação de retrabalho e aproveitamento, devem ser recusadas no ato da inspeção e marcadas para estoque, desde que as dimensões atendam os critérios mínimos e máximos para estocagem de produtos, indicados na tabela III.

*se não atender o critério para dimensões mínimas deve ser sucateada

Os resultados dos ensaios devem ser registrados no sistema LQCG de maneira que seja possível correlacionar o relatório com a localização física do local ensaiado e das descontinuidades detectadas e vice-versa. Os relatórios devem ser acompanhados de um croqui indicando de forma precisa a localização das descontinuidades detectadas.

O registro de resultado deverá ser feito no LQCG pelo executor da inspeção, esse relatório deve conter, no mínimo, as seguintes informações:
Um modelo de relatório de registro de resultados deve ser acordado entre o solicitante e o executor da inspeção esse relatório deve conter, no mínimo, as seguintes informações:

• Nome da gerência executora da inspeção;
• Número e revisão do procedimento de inspeção utilizado;
•  Identificação do componente ensaiado (lote, corrida, grau, tratamento térmico e dimensões);
•  Material do componente inspecionado, indicando o tipo e especificação;
•  Identificação do inspetor e nível de qualificação e certificação;
•  Aparelho utilizado indicando o número de série;
•  Sondas empregadas no ensaio (tipo, número de série);
•  Tipo e identificação do chapa de calibração utilizada;
•  Parâmetros do exame (frequência, ganho, fase, escala);
•  Registro das verificações de calibração executadas;
•  Condição superficial e método de preparação da superfície caso necessário;
•  Regiões onde o ensaio foi realizado (preferencialmente com desenhos);
•  Resultados de calibração, incluindo o valor mínimo e máximo medido das propriedades avaliadas;
• Data de realização do ensaio;
• Resultados do ensaio e croqui com o mapa de indicações rejeitadas;
• Norma de referência incluindo edição e revisão aplicável;
• Nome e assinatura do inspetor que realizou o ensaio;
• Laudo indicando aceitação, rejeição ou recomendação de ensaio/estudo complementar.

Retrata-se instruções de segurança indicadas no manual de operação e manutenção do aparelho PLAMAT-M.

O sistema de inspeção deve ser operado apenas por inspetor treinado, qualificado e autorizado.

Qualquer pessoa que realize trabalhos no e com o aparelho deve ter lido e compreendido o capítulo sobre as instruções de segurança do manual e ser informado pelo inspetor responsável pelo aparelho de qualquer perigo que possa ocorrer. É responsabilidade do inspetor do aparelho verificar se as instruções de operação foram compreendidas.

As instruções de segurança devem ser sempre mantidas em local definido para operação do sistema de inspeção.

O inspetor, nível II, responsável pela operação do aparelho devem possuir os seguintes conhecimentos:

• regulamentos de segurança e para a prevenção de acidentes
• regras de operação na planta
• regulamentos de proteção ambiental
• básico geral na operação e manutenção técnica
• operação de aplicativos do Windows
• inspeção por correntes parasitas
• procedimentos de ensaio

As figuras 14 e 15, a seguir, apresentam reprodução das telas do sistema LQCG para o registro do resultado da inspeção do ensaio eletromagnético para detecção de pontos duros e a tela de registro do mapa de processo.

Fig. 14 – Vista da tela do sistema LGCQ com registro do resultado da inspeção para detecção de pontos duros (tela 1, processo 25).

Fig. 15 – Vista da tela do sistema LGCQ com registro do resultado da inspeção para detecção de pontos duros (tela 2, processo 25).