Capítulo 4 - MÉTODO
DE INSPEÇÃO POR CORRENTES PARASITAS
traduzido do livro: AIR
FORCE TO 33B-1-1 / ARMY TM 1-1500-335-23 / NAVY (NAVAIR) 01-1A-16-1 -
Manual Técnico - Métodos de Inspeção Não Destrutiva, Teoria Básica
- CARACTERÍSTICAS GERAIS DAS CP
- Introdução a Inspeção por Correntes
Parasitas
- Definição de Corrente Parasita
- Inspeção com Corrente Parasita
- Vantagens do Método de Correntes Parasitas
- Limitações do Método de Correntes Parsitas
- Variáveis influênciando as Correntes
Parasitas
- Efeito da Condutividade nas Correntes
Parasitas
- Efeito da Permeabilidade nas Correntes
Parasitas
- Permeabilidade Magnética
- Geometria
- Lift-off
- Espessura do Material
- Condições do Tratamento Térmico ou Dureza
- Temperatura
- Técnica de Correntes Parasitas
- Campo de Aplicação
1 CARACTERÍSTICAS GERAIS DAS CP
1.1 Introdução à Inspeção por Correntes parasitas.
Este método é usado para detectar descontinuidades em peças que são
condutoras de eletricidade. Uma corrente parasita é uma corrente
elétrica que circula em um condutor, induzida por
um campo magnético alternado. Um instrumento de correntes parasitas
gera uma corrente alternada que passa por uma bobina de fio de cobre
que foi colocada em um suporte e com envoltório chamado sonda. Isso faz
com que a bobina produza um campo magnético alternado que, quando
colocado perto de um condutor, gera correntes elétricas dentro do
condutor (Figura 1). Quando essas correntes parasitas encontram um
obstáculo, como uma trinca, o caminho normal e a intensidade das
correntes são alterados e essa alteração é detectada, processada e
exibida no mostrador do instrumento.
1.1.1 A Inspeção por Correntes parasitas é uma inspeção do tipo referência.
O
termo referência significa que um padrão é usado para configurar o
sistema. Os resultados são tão bons quanto o(s) padrão(ões) de
referência usado(s). Para detecção de falhas, recomenda-se um mínimo de
três falhas de tamanhos diferentes para a configuração do sistema. As
três falhas
representam um método de padronização mais próximo para ter
confiabilidade da inspeção e probabilidade de detecção (POD). Padrões
de calibração também são usados para medições de espessura (peça e
revestimento) e medição
de condutividade. O termo calibração se refere ao uso de padrões
diretamente rastreáveis a um padrão do Instituto Nacional de Padrões
e Tecnologia (NIST-National Institute of Standards and Technology)(NT:
No Brasil INMETRO) que é controlado pelo governo.
Figura 1. Geração de Correntes parasitas
1.2 Definição de Corrente Parasitas.
Correntes parasitas são correntes elétricas induzidas em um condutor
por um campo magnético variável no tempo. Correntes parasitas fluem em
um caminho (trazetória) circular, mas seus caminhos são orientados perpendicularmente
à direção do campo magnético.
NOTA
Quando as propriedades
ferromagnéticas da amostra são de interesse, o ensaio magnetoindutivo é
o termo mais apropriado. Para os propósitos deste capítulo, correntes
parasitas, Inspeção por Correntes parasitas e ET serão usados.
1.3
Inspeção com Correntes parasitas.
O método de inspeção por correntes
parasitas é um método de inspeção altamente sensível e confiável. Quando
usado por um técnico treinado e qualificado, pode ser usado para detectar trincas
superficiais e algumas subsuperficiais, determinar propriedades de
materiais e medir a espessura de materiais finos, revestimentos
condutores e revestimentos não condutores em substratos condutores.
1.4 Vantagens do Método das Correntes parasitas.
A seguir, algumas vantagens do método das correntes parasitas:
- Resultados instantâneos
- Pouca preparação das peças
- Nenhum material perigoso necessário
- Sensível a pequenas falhas
- Pouco ou nenhum perigo para o operador
1.5 Limitações do Método das Correntes parasitas.
A seguir, algumas limitações do método ET:
- A inspeção é limitada a materiais eletricamente condutores
- Falhas que correm paralelamente à superfície são difíceis de detectar
- Materiais ferromagnéticos têm efeitos de permeabilidade que entram em conflito com a condutividade dificultando a avaliação
- A efetividade do ensaio está relacionada à habilidade do inspetor
1.6 Variáveis que afetam as correntes parasitas.
Parâmetros
de inspeção como a separação bobina-amostra (também chamada de
acoplamento eletromagnético [lift-off] ou fator de enchimento
[fill-factor], dependendo do tipo de bobina usada) e o
projeto do conjunto da bobina podem fazer com que as correntes
parasitas variem. Uma consequência disso é que, muitas vezes, a
corrente parasita para uma condição (por exemplo, presença de
descontinuidades) pode ser prejudicada por variações em propriedades
de "não interesse" (por exemplo, geometria da amostra). Na maioria dos
casos, os efeitos das variações em propriedades de "não interesse"
(ruído do ensaio) podem
ser minimizados ou suprimidos. A geração e a detecção de correntes
parasitas em uma peça dependem amplamente de:
- O sistema de inspeção
- Propriedades do material da peça
- As condições de teste
1.6.1 Efeito da condutividade nas correntes parasitas.
A
distribuição e a intensidade das correntes parasitas em materiais não
ferromagnéticos são fortemente afetadas pela condutividade elétrica. Em
um material de condutividade relativamente alta, fortes correntes
parasitas são geradas na superfície. Por sua vez, as fortes correntes
parasitas formam um forte campo eletromagnético secundário que se opõe
ao campo primário aplicado. Como resultado, a intensidade do campo
primário diminui rapidamente com o aumento da profundidade abaixo da
superfície. Em materiais pouco condutores, o campo primário gera
pequenas quantidades de correntes parasitas, que produzem um pequeno
campo secundário oposto. Portanto, em materiais altamente condutores,
fortes correntes parasitas são formadas perto da superfície, mas sua
intensidade reduz rapidamente com a profundidade. Em materiais pouco
condutores, correntes parasitas mais fracas são geradas perto da
superfície, mas penetram em maiores profundidades. A magnitude relativa
e a distribuição das correntes parasitas em bons e maus condutores são
mostradas na Figura 2.
Figura 2. Intensidade relativa e distribuição das correntes parasitas em bons ou maus condutores
1.6.2 Efeito da permeabilidade nas correntes parasitas.
Os ensaios de correntes parasitas em peças ferromagnéticas geralmente se
limitam à verificação de falhas ou outras condições existentes na
superfície da peça ou muito próximas a ela. Em um material
ferromagnético, em comparação com um material não ferromagnético, o
campo primário resulta em um campo interno muito maior devido à grande
permeabilidade magnética relativa. O aumento da intensidade do campo na
superfície resulta em um aumento da densidade de correntes parasitas. O
aumento da densidade de correntes parasitas gera um campo secundário
maior que reduz rapidamente a intensidade geral do campo a uma curta
distância da superfície. Consequentemente, a profundidade efetiva de
penetração das CP é muito menor em materiais ferromagnéticos do
que em outros materiais condutores não magnéticos. A alta permeabilidade magnética
relativa atua como um escudo contra a geração de correntes parasitas
muito abaixo da superfície em uma peça ferromagnética. Os efeitos
relativos das variações de permeabilidade na profundidade de penetração
e na intensidade das correntes parasitas são mostrados na Figura 3.
Figura 3. Magnitude Relativa e Distribuição de Correntes parasitas em Material Condutor de Alta ou Baixa Permeabilidade
1.6.3 Permeabilidade Magnética.
A
permeabilidade magnética relativa é a principal propriedade dos
materiais ferromagnéticos que afeta as respostas das correntes
parasitas. A permeabilidade relativa depende de uma ampla variedade de
parâmetros: composição da liga, grau de magnetização, tratamento
térmico e tensão residual, para citar alguns. Variações na
permeabilidade podem mascarar efeitos de
descontinuidades ou outras condições de interesse. Existem algumas
situações em que a permeabilidade na área de interesse não é um
parâmetro interferente e a inspeção por correntes parasitas pode ser
aplicada com sucesso. Um aumento na condutividade ou uma diminuição na
permeabilidade causa uma diminuição na impedância medida. Por outro
lado, uma diminuição na condutividade ou um aumento na permeabilidade
magnética causa um aumento na impedância medida.
1.6.4 Geometria.
Correntes
parasitas ocupam um volume relativamente pequeno em um material
condutor. Conforme indicado nas Figuras 2 e 3, o volume é
aproximadamente cônico e não muito profundo. O diâmetro máximo será da
ordem de duas vezes o diâmetro da bobina de acionamento (que pode ser
reduzido pela blindagem da bobina) e a profundidade é estimada pela equação
discutida na Seção 8. Nesse sentido, a geometria da peça só se torna
significativa quando esse volume (cone) excede o volume disponível dentro da
peça. Isso acontece quando a espessura da região da peça inspecionada é
menor que a profundidade efetiva desse volume cônico ou quando uma área
próxima às bordas da peça é inspecionada.
1.6.5 Lift-Off.
À
medida que uma sonda de correntes parasitas é aproximada de uma peça
condutora, você notará uma mudança no sinal detectado. Com a sonda
próxima a uma peça, uma mudança pronunciada no sinal será observada em
resposta a uma pequena mudança na distância entre a bobina da sonda e a
peça. Esse efeito é denominado lift-off (acoplamento eletromagnético). A mudança no sinal ocorre
porque a intensidade das correntes parasitas na peça diminui
consideravelmente com um ligeiro aumento no espaçamento entre a bobina
e a peça. Essa condição é demonstrada na Figura 4. Medições calibradas
de lift-off podem ser usadas para determinar a espessura de
revestimentos não condutores em peças condutoras. O lift-off é
discutido mais detalhadamente no Parágrafo 3.14.8.
Figura 4. Intensidade Relativa das Correntes parasitas com Variações no Lift-Off
1.6.6 Espessura do Material.
Em
material de revestimento finos com espessura menor que a profundidade efetiva de
penetração (consulte o Parágrafo 3.4.2), o campo eletromagnético não é
zero na superfície posterior do revestimento. À medida que a espessura do revestimento diminui, o campo
na superfície posterior do revestimento aumenta. E, à medida que a espessura do revestimento aumenta, o
campo da superfície posterior do revestimento diminui. Isso fornece um mecanismo para
medição de espessura de materiais finos. Além disso, um material de
condutividade menor ou maior no lado oposto alterará a intensidade e a
distribuição das correntes parasitas no material base, conforme mostrado na Figura 5.
Isso fornece um meio para medição de espessura de revestimentos finos e
condutores em materiais subjacentes que são mais ou menos condutores do
que o revestimento.
Figura 4-5. Distribuição de Correntes parasitas em Condutores Finos Como Revestimento Sobre Materiais de Condutividade Diferente
1.6.7 Condição de Tratamento Térmico ou Dureza.
O
tratamento térmico (ou endurecimento por envelhecimento) de um metal
altera sua dureza e sua condutividade elétrica. As
ligas de alumínio têm sido as mais investigadas quanto ao efeito
dureza/condutividade. Novamente, a mudança de impedância ocorre ao
longo da curva de condutividade (do Plano de Impedâncias) na faixa de 25% a 65% IACS (International
Annealed Copper Standard - IACS).
1.6.8 Temperatura.
Alterar
a temperatura de uma peça altera sua condutividade elétrica. Todos os
metais se tornam menos condutores à medida que a temperatura aumenta.
Isso seria visto no plano de impedância como um movimento ao longo da
curva de condutividade em direção à extremidade zero (ar) da curva.
Para ligas de alumínio, a condutividade diminui cerca de 1% IACS para
um aumento de 20°F (11°C) na temperatura. Se um medidor de condutividade
estiver sendo usado para verificar as condições adequadas da liga ou do
tratamento térmico, a temperatura de todas as peças e padrões de
calibração deve ser a mesma e mantida constante. Uma mudança na
temperatura pode ser interpretada como uma mudança na liga (composição química) ou na
dureza, uma vez que todos os três fatores podem alterar a condutividade
de um metal.
1.7 Técnicas de Correntes parasitas.
Há
uma grande variedade de técnicas de correntes parasitas. Uma técnica
pode ser definida pelas frequências de teste, arranjos de bobinas,
análises de dados e exibições de dados utilizadas. As técnicas da
Tabela 1 são aplicações comuns usadas para medir ou detectar uma
variedade de condições. A tabela é categorizada de acordo com a
propriedade real do material ou parâmetro de inspeção a ser medido.
1.8 Aplicação em Campo.
O
método de correntes parasitas é adequado para a detecção de trincas originadas no serviço em peças de aeronaves e equipamentos
relacionados. Além disso, os aparelhos de correntes parasitas são
portáteis, com a maioria dos sistemas utilizando energia de bateria. As
aplicações de correntes parasitas são mais adequadas para inspecionar
pequenas áreas localizadas. A varredura de grandes áreas em busca de
trincas orientadas aleatoriamente é desencorajada, a menos que o
sistema seja automatizado. As correntes parasitas podem ser mais
econômicas do que outros métodos, pois normalmente não são necessários
decapagem e retoque de revestimentos superficiais.
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