Non Destructive Method Theory - Basic Principles - https://www.tinker.af.mil/Portals/106/Documents/Technical%20Orders/AFD-101516-33B-1-1.pdf AF338-1-1-EC-CP4Sc0-Indice ROCarneval

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

  1. PRINCÍPIOS E TEORIA DA INSPEÇÃO POR CORRENTES PARASITAS
    1. Indução das Correntes Parasitas
    2. Campo Magnético Primário
    3. Campo Magnético Secundário
    4. Profundidade de Penetração
      1. Profundidade Padrão de Penetração
      2. Profundidade de Penetração Efetiva
      3. Temperatura e Profundidade de Penetração
    5. Impedância
    6. Detectabilidade (Sensibilidade)
    7. Resolução
    8. Medição da Resistividade
    9. Medição da Condutividade
      1. Condutividade com Base no Percentual do Padrão de Cobre Recozido Puro (IACS)
    10. Visão Geral do Sinal de Detecção, Processamento e Mostradores
      1. Fontes Geradoras de Sinais
      2. Sinais de Detecção de Mudanças de Propriedades Eletromagnéticas
      3. Análise dos Sinais
      4. Mostradores (Telas de Apresentação) de Sinais
        1. Mostradores de Intensidade/Amplitude do Sinal
        2. Mostradores Planos (Cartesianos ou Polares)
      5. Mudanças da Impedância
      6. Indutância de uma Bobina
      7. Reatância Indutiva
      8. Combinação de Quantidades Fora de Fase
        1. Representação por Plotagem X-Y
        2. Representação no Plano de Impedãncia
    11. Diagramas de Impedância
      1. Objetivo dos Diagramas de Impedância
      2. Desenvolvimento de Um Diagrama de Impedância
      3. Típicos Usos de um Diagrama de Impedância
      4. Curva de Condutividade
      5. Variações de Espessura
      6. Camadas Condutoras
      7. Normalização da Impedância
    12. Análises no Plano de Impedância
      1. Detecção por Fase
      2. Trincas, Lift-off e Condutividade
      3. Detecção de Trincas em Materiais Não Ferromagnéticos
    13. Defasagem com a Profundidade
    14. Efeitos da Condição de Inspeção no Ensaio de Correntes Parasitas
      1. Frequência do Ensaio
      2. Condutividade e Frequência
      3. Acoplamento Eletromagnético
      4. Fill-Factor
      5. Corrente Elétrica na Bobina
      6. Temperatura
      7. Geometria
      8. Lift-off


3 PRINCÍPIOS E TEORIA DA INSPEÇÃO DE CORRENTES PARASITAS


3.1 Indução de Correntes parasitas.
À medida que o campo eletromagnético de uma bobina penetra em um material condutor, sob a ação desse campo, ele gera correntes parasitas paralelas à superfície da peça e em ângulos retos à direção do campo aplicado (Figura 1). A frequência do fluxo de correntes parasitas é a mesma do campo eletromagnético.


Figura 1. Campos Magnéticos Primários e Secundários em ET


3.2 Campo Eletromagnético Primário.
O campo eletromagnético primário é o campo magnético da bobina (Figura 1). Este campo é chamado eletromagnético porque o campo magnético é produzido a partir de eletricidade e não de um ímã permanente. A taxa na qual o campo eletromagnético varia é chamada de frequência. A intensidade do campo eletromagnético na superfície do condutor depende do tamanho e da configuração da bobina, da quantidade de corrente que circula através da bobina e da distância da bobina à superfície. A quantidade de correntes parasitas que o campo primário é capaz de gerar depende das propriedades da peça ensaiada e da intensidade do campo eletromagnético secundário que se opõe ao campo primário.


3.3 Campo Eletromagnético Secundário.
Correntes parasitas também geram um campo eletromagnético na peça. Este campo, chamado de campo eletromagnético secundário, se opõe ao campo eletromagnético primário (Figura 1) e é uma consequência da Lei de Lenz. A Lei de Lenz, conforme aplicada a este caso, afirma que correntes induzidas (correntes parasitas) atuam para reduzir a intensidade da corrente indutora. A oposição do campo secundário ao campo primário diminui a intensidade geral do campo eletromagnético e reduz tanto a corrente que flui através da bobina quanto as correntes parasitas resultantes. Mudanças nas propriedades do material sob inspeção produzem mudanças nas correntes parasitas e, portanto, em seus campos magnéticos secundários. Desta forma, mudanças na peça sob inspeção produzem efeitos que podem ser detectados monitorando a fonte do campo eletromagnético primário ou o campo eletromagnético geral.


3.4 Profundidade de Penetração.
A intensidade das correntes parasitas diminui exponencialmente com a profundidade em um material. A intensidade em qualquer profundidade é afetada pelas mesmas variáveis ​​que influenciam a intensidade superficial das correntes parasitas, embora nem sempre da mesma maneira ou na mesma quantidade. Em outras palavras, a profundidade de penetração de uma intensidade específica de correntes parasitas é afetada pelas variáveis, conforme indicado na Seção 8, Tabela 3. Geralmente, qualquer parâmetro que aumente a profundidade de penetração aumentaria a detectabilidade de descontinuidades mais profundas na peça.

3.4.1 Profundidade Padrão de Penetração.
Três dessas variáveis ​​(condutividade, permeabilidade magnética relativa e frequência) são usadas para definir a profundidade padrão de penetração. A profundidade padrão de penetração é a profundidade abaixo da superfície do artigo de inspeção na qual a intensidade do campo magnético,ou a intensidade das correntes parasitas induzidas, é reduzida para 36,8% do valor na superfície. A profundidade de penetração padrão é expressa pela seguinte fórmula no Seção 8, Parágrafo 8.7. Como a profundidade de penetração está relacionada apenas a uma porcentagem da intensidade do campo de superfície (intensidade das correntes parasitas), algumas variáveis ​​de teste não são incluídas na fórmula. A configuração, o tamanho, a corrente e o acoplamento magnético da bobina não são considerados nesta fórmula. Essas variáveis ​​afetam a magnitude absoluta das correntes parasitas em uma profundidade especificada, mas não a profundidade de penetração padrão. Os valores de profundidade de penetração padrão para frequências selecionadas para várias ligas, ligas de alumínio puro e ligas de alumínio revestido são mostrados na Seção 8, Tabela 5 e na Tabela 6.

3.4.2 Profundidade de Penetração Efetiva.
A profundidade de penetração efetiva é a profundidade na peça inspecionada na qual a intensidade do campo magnético ou a intensidade das correntes parasitas induzidas é reduzida para 5% do valor na superfície. Esta profundidade é aproximadamente 3 vezes a profundidade padrão de penetração (de acordo com ASTM E1004, a profundidade efetiva de penetração usada para fins de medição de condutividade é 2,6). A profundidade efetiva de penetração é usada para determinar a frequência do ensaio ao trabalhar com materiais finos, de modo que o campo eletromagnético geral não se estenda além da superfície traseira da peça ensaiada, de modo que os efeitos de variação da espessura possam ser suprimidos. A espessura mínima do material necessária para medição de condutividade de várias ligas a 60 kHz e 480 kHz usando os valores ASTM de 2,6 é mostrada na Seção 8, Tabela 3.

3.4.3 Temperatura e Profundidade de Penetração.
Para a maioria das aplicações, a temperatura não é um fator importante na determinação da profundidade de penetração. No entanto, se necessário, os efeitos da temperatura seriam incluídos como ajustes aos valores de condutividade e permeabilidade magnética relativa usados ​​na fórmula para calcular a profundidade padrão de penetração.


3.5 Impedância.
Impedância é a oposição total ao fluxo de corrente representada pelo efeito combinado de resistência, indutância e capacitância de um circuito.


3.6 Detectabilidade/Sensibilidade.
A capacidade de um instrumento de correntes parasitas de detectar pequenas variações na impedância da bobina de ensaio é uma medida de sua detectabilidae. Essa qualidade está inter-relacionada com as propriedades da bobina de ensaio e a frequência de operação. Portanto, a sensibilidade do instrumento a uma condição de falha específica ou propriedade do material DEVE ser estabelecida a partir de padrões de referência que representem essa condição.


3.7 Resolução.
A capacidade de um sistema de ensaio separar os sinais de duas indicações próximas é definida como resolução. Essa propriedade, mais a detectabilidade/sensibilidade, deve ser considerada em todas as situações de avaliação de falhas. O projeto da sonda, a frequência do  ensaio e o projeto da instrumentação são fatores determinantes da resolução de um sistema de correntes parasitas.


3.8 Medição de Resistividade.
Resistência elétrica é uma medida da resistência ao fluxo de corrente elétrica em um condutor. A resistência depende do comprimento e da área do caminho da corrente e da condutividade do condutor. A resistência é comumente medida em ohms. Se um material permite que um volt (potencial elétrico) de força motriz empurre um ampère de corrente através de um condutor, a resistência elétrica do condutor é definida como um ohm de resistência. Resistividade é um parâmetro material independente do tamanho de uma amostra de material e está relacionada à resistência. Resistividade é definida como ohms vezes área da seção transversal dividida por unidade de comprimento (Seção 8, Parágrafo 8.1.3). (NT: Resistência é uma característica do condutor, enquanto a Resistividade é uma propriedade do material constituinte do condutor)


3.9 Medição de Condutividade.
Condutividade elétrica é o recíproco (inverso) da resistividade elétrica. O recíproco do ohm (resistência) é comumente chamado de mho (condutância). A condutividade é comumente expressa em unidades de mho por unidade de comprimento; como mho/polegada ou mho/metro. As relações entre condutividade, resistividade e resistência são expressas pelas equações na Seção 8, Parágrafo 8.12.

3.9.1 Condutividade Baseada na Porcentagem do Padrão Internacional de Cobre Recozido Puro (%IACS).
Uma forma alternativa de expressar a condutividade é uma porcentagem da condutividade de um material conhecido. A Comissão Eletrotécnica Internacional designou a condutividade de um grau específico de cobre de alta pureza como o padrão para este método alternativo, com uma condutividade de 100%. É chamado de Padrão Internacional de Cobre Recozido Puro (IACS). A condutividade de todos os outros metais é então expressa como uma porcentagem deste padrão.

NOTA:
Os valores de condutividade de alguns materiais de engenharia comumente usados ​​estão listados na Tabela 2 e na Tabela 7 na Seçãoo 8. A porcentagem IACS é a forma usual de expressar a condutividade em END aeroespacial.


3.10 Visão Geral da Detecção, Processamento e Exibição de Sinais.

3.10.1 Fontes de Sinal.
Ao executar uma técnica de correntes parasitas, as alterações no material podem ser detectadas monitorando a corrente alternada na bobina (arranjo de bobina única) ou usando uma bobina sensora separada para monitorar o campo eletromagnético resultante. Esses sinais podem ser analisados ​​para obter informações relevantes à inspeção que está sendo conduzida. O importante a ser observado é que a bobina que está atuando como receptor está produzindo uma corrente elétrica que está adiantada ou atrasada em relação à corrente do oscilador do instrumento. A diferença entre essa antecipação ou atraso é o ângulo de fase.

3.10.2 Detecção de Sinal.
Uma técnica simples, porém eficaz, de detecção de sinal é usar um circuito em ponte, como ilustrado na Figura 2. Com a corrente fluindo pela bobina de ensaio e a bobina posicionada em uma área sem falhas ou de referência, a impedância variável Z1 pode ser ajustada para que a corrente zero flua pelo amplificador. Esse ajuste é denominado balanceamento ou anulação da ponte. Quando a bobina é colocada em uma área com falhas ou danificada, a mudança resultante na corrente através da bobina "desequilibra" a ponte e a corrente flui pelo amplificador.Esta corrente é o sinal de inspeção. O sinal tem a mesma frequência que a corrente através da bobina. A fase e a amplitude deste sinal contêm informações sobre a condição que causou o desequilíbrio da ponte.

Ponte de Wheatstone
Figura 2. Circuito de Ponte Simplificado

3.10.3 Análise de Sinal.
No tipo mais simples de instrumentação, a análise do sinal consiste em medir a mudança na amplitude/magnitude/intensidade da corrente que flui através da ponte. Mudanças na intensidade da corrente alternada são amplificadas e convertidas em corrente contínua para exibição ou leitura. Em instrumentação mais sofisticada, tanto a amplitude quanto a fase são medidas.

3.10.4 Mostrador/Tela ("Displays").
O método pelo qual os sinais de correntes parasitas são apresentados é ditado pelo tipo de informação necessária e pela complexidade da instrumentação. Quando apenas a amplitude do sinal é medida, medidores, sinais de alarme ou registradores são comumente usados. Quando as informações de amplitude e fase devem ser exibidas, um dispositivo de exibição bidimensional (NT: Tipicamente uma Tela Analógica [passado], Digital [atualmente], ou mesmo um monitor eletrêonico ou de um notebook) )é normalmente usado.

3.10.4.1 Monitores/mostradores de Amplitude.
Os medidores podem ser analógicos (agulha movendo-se sobre uma escala numérica fixa) ou digitais (números). Alarmes sonoros ou visuais podem ser configurados para disparar quando a amplitude do sinal excede um limite predeterminado. Um registrador apresenta um registro contínuo da amplitude do sinal durante uma inspeção para análise subsequente.

3.10.4.2 Exibição do Plano de Impedância (Gráfico de Lissajous, Gráfico Cartesiano ou Polar).
Defeitos ou outras variações nas características do material alterarão a intensidade e a distribuição de um fluxo de corrente parasita induzido. Alterações no fluxo de corrente parasita resultarão em alterações nas correntes da bobina indutora ou da bobina do sensor. Essas alterações podem ser expressas como uma alteração aparente na impedância elétrica da bobina. Isso torna possível associar alterações nas propriedades do material a alterações específicas na impedância aparente das bobinas de excitação ou do sensor. A exibição bidimensional que permite isso é a mais comumente usada e é chamada de exibição do plano de impedância. O plano de impedância é discutido mais detalhadamente na Seção 4, Parágrafo 3.10.8.2.

3.10.5 Alterações na Impedância.
A impedância de uma bobina parece mudar quando ela é colocada adjacente a uma parte eletricamente condutiva ou ferromagnética. O campo eletromagnético secundário criado pela corrente parasita induzida na peça se opõe ao campo primário. Este campo oposto também induz um fluxo de corrente na bobina em oposição à corrente primária. Se a peça não for ferromagnética, o campo magnético líquido resultante da combinação dos campos primário e secundário diminui em magnitude, assim como o fluxo de corrente na bobina. Isso equivale a diminuir a indutância e aumentar a resistência da bobina. Se a peça for ferromagnética, o campo magnético líquido aumenta devido ao efeito de ampliação da permeabilidade magnética relativa, mas o fluxo de corrente na bobina diminui devido ao efeito oposto do campo magnético secundário das correntes parasitas induzidas.Isto é equivalente a aumentar tanto a indutância quanto a resistência da bobina. Desta forma, mudanças em uma peça que afetam a intensidade do campo magnético na superfície da peça ou a intensidade e distribuição das correntes parasitas na peça, mudam a impedância aparente da(s) bobina(s) de ensaio. Estas variações no fluxo de corrente, tanto de fase quanto de amplitude, podem ser detectadas, amplificadas, exibidas e analisadas como resultados de ensaios de correntes parasitas. As mudanças de amplitude e fase nos sinais podem ser relacionadas a mudanças nas peças inspecionadas.

3.10.6 Indutância de uma bobina.
A indutância de uma bobina depende do número de voltas na bobina, do tamanho da bobina, da permeabilidade do material dentro da bobina (por exemplo, o núcleo da bobina) e do fluxo magnético total através da bobina. Um método alternativo de expressar auto-indutância (L) é

 L = n . Φ / I

Onde:
L = Indutância (henry)
n = Número de voltas na bobina
Φ = Fluxo magnético (Weber)
I = Corrente através da bobina (Ampere)


3.10.7 Reatância indutiva.
A medida da quantidade de oposição ou resistência (ohm) ao fluxo de corrente alternada devido à indutância em uma bobina é chamada de reatância indutiva. A reatância indutiva depende do valor da indutância da bobina e da frequência da corrente alternada. A reatância indutiva aumenta à medida que a indutância ou a frequência aumentam. Isso pode ser expresso pela seguinte equação:

XL = 2 . π . f . L

Onde:
XL = Reatância indutiva (ohm)
π = 3,141596
f = frequência (hertz)
L = Indutância (henry)

3.10.7.1 A reatância indutiva resulta da força eletromotriz gerada através de uma bobina pela corrente alternada. O valor instantâneo dessa tensão induzida aumenta e diminui conforme a taxa de variação da corrente alternada aplicada aumenta e diminui, conforme mostrado na Figura 3. A tensão está em seu valor máximo quando a taxa de variação da corrente está em seu máximo; isso ocorre quando o valor da corrente está em zero. Por outro lado, a tensão é zero quando a taxa de variação da corrente é zero; isso ocorre quando a corrente está em seu valor máximo. Considerando 360 graus como um ciclo completo, a tensão induzida está adiantada em relação à corrente (por exemplo, está fora de fase com a corrente) em 90 graus, conforme ilustrado na Figura 3. A tensão induzida está em oposição à força eletromotriz aplicada à bobina, reduzindo a amplitude da corrente resultante.

Variação da Tensão na Bobina
Figura 3. Variação Senoidal da Corrente Alternada e da Tensão Induzida em uma Bobina

3.10.8 Combinando Grandezas Fora de Fase.
Uma bobina real possui um componente resistivo da impedância, além da reatância indutiva. Elas podem ser combinadas para descrever a impedância líquida. Uma bobina pode ser considerada um resistor em série com um indutor. A aplicação de uma corrente alternada a esse circuito em série resultará em duas tensões, uma no resistor e outra no indutor. A tensão líquida na combinação do resistor e do indutor (por exemplo, em uma bobina real) será a combinação das duas tensões. A tensão no resistor estará em fase com a corrente, enquanto a tensão no indutor estará adiantada em relação à tensão no resistor em 90 graus. A combinação das duas tensões, conforme ilustrado na Figura 4, resulta em uma tensão que estará fora de fase com a corrente, mas não em 90 graus completos.

Tensões Fora de Fase
Figura 4. Combinação de Tensões Fora de Fase

3.10.8.1 Representação do Gráfico XY (Diagrama Fasorial ou Plano de Impedâncias).
Outra maneira de ilustrar a combinação de grandezas fora de fase em uma bobina é ilustrada na Figura 5. Aqui, as duas quedas de tensão; uma através do resistor (VR) e a outra através do indutor (VL) são plotadas em ângulos retos entre si. Isso representa as duas grandezas estando 90 graus fora de fase. A combinação das duas grandezas é representada pela linha diagonal OA que está no ângulo em relação à queda de tensão através do resistor.

Diagrama de Impedâncias
Figura 5. Diagrama Vetorial Mostrando a Relação entre Resistência, Reatância e Impedância

3.10.8.2 Representação do Plano de Impedância.
Assim como as duas tensões podem ser combinadas para produzir a tensão líquida através de uma bobina (Figura 6); os componentes de impedância resistiva e indutiva podem ser combinados para produzir a impedância líquida de uma bobina. Na Figura 5, a reatância indutiva (XL) é plotada no eixo y e a resistência (R) é plotada ao longo do eixo x. Esses dois valores definem a impedância representada pelo vetor OA.O valor do ângulo é o mesmo que o ângulo da impedância líquida ilustrado na Figura 6 para a tensão líquida. Isso é importante porque mostra que a impedância de uma bobina pode ser representada como a combinação de duas quedas de tensão fora de fase. A amplitude da impedância pode ser determinada a partir dos valores conhecidos de resistência e reatância indutiva, de acordo com a seguinte fórmula:

Z = (XL2 + R2)1/2

Onde:
Z = Intensidade da Impedância (ohms)
XL = Reatância Indutiva (ohms)
R = Resistência (ohms)
XC = 0 (Reatância Capacidiva é desprezível)

Quedas de Voltagem devido a Indutância e a Resistência
Figura 6. Diagrama mostrando a relação das quedas de tensão na resistência da bobina e na reatância da bobina

3.10.8.3 O ângulo de fase ( ) da impedância pode ser calculado a partir dos valores de resistência e reatância indutiva da seguinte forma:

Tan θ = XL / R

Onde:
θ = Ângulo de Fase (graus)
XL = Reatância Indutiva (ohms)
R = Resistência (ohms)


3.11 Diagramas de Impedância.

3.11.1 Objetivo.
O diagrama de impedância mostra como as mudanças nas variáveis ​​de ensaio de correntes parasitas mudam a impedância aparente de uma bobina. As variáveis ​​típicas exibidas são condutividade elétrica, permeabilidade magnética relativa, fator enchimento ou lift-off, espessura da peça e frequência de ensaio. Os diagramas de impedância são muito úteis para determinar parâmetros de inspeção ideais e entender os resultados de correntes parasitas quando mais de uma variável está mudando. A representação vetorial da reatância indutiva no eixo y e da resistência no eixo x da Figura 7 é a base do diagrama de impedância. Deixe o ponto A representar a impedância de uma bobina de ensaio enquanto estiver em uma peça. Se a sonda for movida para um local na peça com uma descontinuidade, a impedância mudará. Essa nova impedância pode ser representada pelo ponto B, como mostrado na Figura 7. Cada mudança na impedância criará um novo ponto no diagrama.

Vetor Impedância
Figura 7. Representação Vetorial da Impedância

3.11.2 Desenvolvimento de um Diagrama de Impedância.
Para tornar o diagrama de impedância uma ferramenta útil para a compreensão dos ensaios por correntes parasitas, é necessário alterar sistematicamente um único parâmetro de ensaio, como a condutividade, e observar as alterações na impedância (NT: Trabalhando com tela do tipo plano de impedâncias [par cartesiano - duas dimensões], não é possivel analisar mais de um parâmetro de ensaio por vez). Utilizando um instrumento de correntes parasitas com um visor gráfico bidimensional, uma sonda de superfície, um pedaço de ferrite (uma cerâmica ferromagnética não condutiva) e várias amostras de metal não magnético representando uma faixa de condutividade de baixa (titânio, Inconel) a alta (cobre, prata), diagramas de impedância aproximados podem ser desenvolvidos e demonstrados. As amostras devem ter superfícies limpas, planas e nuas. Quando a sonda de correntes parasitas é mantida afastada da peça (no ar) e o instrumento é anulado, uma indicação (ponto) aparecerá no visor. O ponto nulo pode ser reposicionado próximo ao canto superior esquerdo da tela, conforme indicado pelo ponto A na Figura 8 e na Figura 9. O ponto nulo no ar será usado como ponto de referência para o restante dos diagramas (NT: Ponto de balanço ou Ponto de Trabalho). Em seguida, a amostra de ferrite é usada para estabelecer a direção da mudança indutiva. Coloque a sonda na ferrite e ajuste o controle de fase de modo que a mudança do ar para a ferrite seja vertical (paralela ao eixo y). Quando a sonda é colocada na amostra de cobre, o ponto se moverá para um novo local na tela, representado pelo ponto I na Figura 9. Conforme a sonda é levantada da amostra, o ponto se moverá de volta para o ponto nulo no ar (A), conforme mostrado na Figura 8 e na Figura 9. O caminho que a indicação segue conforme a sonda é movida para contactar e para se afastar da amostra é chamado de traço/linha de elevação (NT: Também conhecido com Curva ou, do Latim, "locus").

Curva de Lift-off
Figura 8. Representação vetorial de uma mudança de impedância devido à decolagem

Curvas de Condutividade e do Lift-off
Figura 9. Diagrama de impedância ilustrando os efeitos da condutividade variável

3.11.3 Usos típicos de um diagrama de impedância.
O diagrama de impedância (mostrado na Figura 9) ilustra que a curva de condutividade pode ser usada para medir a condutividade relativa de um material desconhecido, comparando a posição de sua indicação na curva de condutividade com as posições das indicações de materiais conhecidos. Observe também que as curvas de lift-off estão em uma direção diferente da curva de condutividade. Diz-se que mudanças na condutividade e no lift-off têm ângulos de fase diferentes. Essa diferença de ângulo de fase é ilustrada com mais detalhes na Figura 10. A curva de lift-off também pode ser usada para medir a espessura de revestimentos não condutores em uma superfície condutora. Isso é feito comparando a distância na curva de lift-off para uma espessura de revestimento desconhecida com  distâncias na curva de lift-off para espessuras conhecidas.

Diferença de ângulos entre variação de condutificade e de lift-off
Figura 10. Diferença de Ângulo de Fase

3.11.4 Curva de Condutividade.
Os controles de ganho e fase podem ser ajustados para colocar o ponto I em qualquer lugar da tela. Como o cobre tem alta condutividade, será conveniente ajustar o ganho para colocar o ponto I na parte inferior da tela (Figura 9). Quando a sonda é colocada sobre as outras amostras de metal, os respectivos pontos de impedância "B a H" (Figura 9) são registrados. Observe que para cada um dos diferentes materiais, o ponto estará localizado em um local diferente na tela (por exemplo, cada amostra diferente tem uma impedância diferente). Cada linha do ponto nulo A até o ponto de impedância para uma amostra específica representa um traço de lift-off. Se uma curva suave for desenhada do ponto nulo A através de cada um dos pontos de impedância B a I, uma curva de condutividade será formada. O ponto na curva mais próximo do ponto nulo do ar representa o material com a menor condutividade (por exemplo, titânio). O ponto na curva mais distante do ponto nulo do ar representa o material com a maior condutividade (cobre de alta pureza). Este diagrama também mostra a condutividade relativa dos outras amostras.

3.11.5 Variações de Espessura.
Quando a espessura da peça é menor que a profundidade efetiva de penetração da bobina de ensaio na frequência de inspeção empregada, a curva de impedância se afasta da curva de condutividade, conforme mostrado na Figura 11. Tipicamente, há um aumento no componente resistivo da impedância com peças mais finas, em comparação com peças que têm espessura igual ou maior que a profundidade efetiva de penetração. À medida que a espessura das peças aumenta e se aproxima mais do limite efetivo de penetração, a curva tende a espiralar à medida que se aproxima do ponto final (T = 1) na curva de condutividade, onde T é igual à razão entre a espessura da amostra e a profundidade efetiva de penetração naquela amostra.

Curva de Espessura da Amostra
Figura 11. Diagrama de Impedância Mostrando o Efeito da Espessura da Amostra

3.11.6 Camadas Condutoras.
A curva de impedância para camadas condutoras finas em um substrato de condutividade diferente também é representada como uma mudança na curva de impedância para condutividade.A impedância para o material em camada parte da curva de condutividade no valor correspondente à condutividade do substrato e forma uma nova curva que se junta à curva de condutividade no valor da condutividade do metal da camada externa. O aumento da espessura da camada externa corresponde a uma direção horária ao longo dessa curva. O ponto em que a curva correspondente a camada externa se junta à curva da camada interna representa a profundidade efetiva de penetração na camada externa.

3.11.7 Normalização da Impedância.
Para ilustrar os princípios gerais da inspeção por correntes parasitas ou para apresentar dados de forma universal, independente de valores específicos de impedância da bobina, os diagramas de impedância são geralmente normalizados. Na normalização, a reatância indutiva (eixo vertical, Y) e a resistência (eixo horizontal, X) da bobina na peça são divididas pelo valor da reatância indutiva da bobina no ar. Portanto, o eixo vertical do diagrama de impedância é igual à reatância indutiva relativa (XLN) da bobina de ensaio; e o eixo horizontal do diagrama de impedância é igual à resistência relativa (RN) da bobina de ensaio. A normalização é um método conveniente para permitir comparações de dados de correntes parasitas de um grande número de ensaios usando diferentes sondas e materiais. As formas dos diagramas de impedância permanecem as mesmas. No entanto, o ponto nulo do ar A na Figura 12 torna-se 1 no eixo Y do diagrama de impedância após a normalização. Os diagramas de impedância neste manual serão todos representados pela reatância normalizada (XLN), no eixo Y e pela resistência normalizada (RN) no eixo X.

Curva de Condutividade Influenciada pelo Lift-off
Figura 12. Diagrama de Impedância Mostrando o Efeito do Lift-Off


3.12 Análise do Plano de Impedância.
A maioria das aplicações de correntes parasitas tem dois grandes problemas a superar. O primeiro é ignorar mudanças em parâmetros não interessantes (considerados ruído) durante o ensaio; um exemplo é a variação do lift-off durante a inspeção de trincas. O segundo é reconhecer indicações válidas enquanto outras mudanças estão ocorrendo. Outra maneira de afirmar isso é que variações insignificantes, como aquelas associadas ao lift-off, não devem ser confundidas com indicações válidas de defeitos, e indicações válidas de defeitos não devem ser ocultadas por alterações irrelevantes, como o lift-off. A análise do plano de impedância, também chamada de análise de fase (NT: porque as fases das indicações são diferentes), é uma ferramenta eficaz na solução desses problemas.

3.12.1 Detecção de Fase.
Medições do ângulo de fase são uma boa maneira de detectar uma variedade de condições de falhas. As informações no diagrama vetorial (Figura 5) ilustram isso. Reduções de condutividade (por exemplo, trincas) e permeabilidade podem produzir a mesma amplitude de sinal, e seria difícil diferenciar entre trincas e mudanças normais de permeabilidade em uma peça. No entanto, o ângulo de fase de uma mudança de condutividade é muito diferente de uma mudança de permeabilidade se a frequência de ensaio correta for escolhida. Usando técnicas de detecção de fase, torna-se simples detectar a diferença entre variações de permeabilidade e trincas. Isso também se aplica à determinação da profundidade de uma falha, que é sensível à fase.ou separar os efeitos de lift-off das condições de falha. Os detectores sensíveis à fase usam uma variedade de técnicas, como divisores de fase, deslocadores de fase, média, detecção de meia onda e onda completa, amostragem e técnicas subtrativas e aditivas. A apresentação da impedância nos instrumentos de corrente parasita com tela de forma de onda; usa detectores sensíveis a duas fases para fornecer detecção de fase horizontal e vertical (NT: Os aparelhos que apresentam sinais senoidais atualmente praticamente não são mais utilizados). Essas informações são combinadas para produzir um ponto na tela (NT: O autor voltou aqui a falar em aparelhos com tela apresentando um ponto representativo da impedância) que representa a fase e a amplitude relativas de um sinal de corrente parasita. Alguns tipos de instrumentos de medição utilizam um controle de fase ajustável ou área selecionável ("gate") de fase na tela para permitir apenas a detecção do sinal em um ângulo de fase específico de interesse.

3.12.2 Trincas, Lift-Off e Condutividade.
A impedância muda devido a trincas superficiais de diferentes profundidades. A mudança para trincas estará entre mudanças do lift-off e da condutividade. À medida que a profundidade da trinca aumenta, a resposta se afasta do lift-off e se aproxima da condutividade decrescente.

3.12.3 Detecção de Trincas em Materiais Não Ferromagnéticos.
A amplitude da resposta de uma trinca superficial aumenta à medida que a trinca se aprofunda. Quando a trinca atinge três profundidades padrão (Parágrafo 3.4.1), ela interrompe essencialmente todo o fluxo de correntes parasitas e nenhum aumento na amplitude é observado à medida que se aprofunda ainda mais. Além de um aumento de amplitude para trincas mais profundas, o ângulo de fase da indicação da trinca muda. Uma trinca rasa interrompe pouco do fluxo de correntes parasitas, então a amplitude do seu sinal é pequena. Além disso, é essencialmente uma condição de superfície, então a direção (fase) da resposta do sinal é muito próxima daquela do lift-off (Figura 13). Uma trinca mais profunda interrompe mais do fluxo de correntes parasitas, então seu sinal tem maior amplitude. Ela se estende bem abaixo da superfície, a direção (fase) do seu sinal é mais distante do lift-off (Figura 14). A trinca de três profundidades padrão tem a maior resposta de amplitude. Ele interrompe as correntes parasitas tão profundamente no metal quanto o ensaio pode detectar, parece uma mudança na propriedade de volume de menor condutividade, e a direção do sinal da trinca (fase) é ao longo da curva de condutividade (Figura 15).

Sinal de trinca rasa
Figura 13. Trinca de superfície rasa

Sinal de trinca mais profunda
Figura 14. Trinca de superfície mais profunda

Sinal de trinca com profundidade igual a 3 PPP
Figura 15. Três profundidades padrão de penetração

3.12.3.1 Para trincas com profundidade maior que três profundidades padrão não alterará a resposta do sinal porque não haverá fluxo de corrente parasita para interromper. No entanto, haverá uma mudança na resposta do sinal para uma trinca interna (subsuperficial). Primeiro, as correntes parasitas fluirão sobre o topo da trinca (na superfície), a trinca interna não bloqueará tanto o fluxo de correntes parasitas e a amplitude do sinal deve diminuir. Segundo, a trinca agora está mais distante da superfície, então seu ângulo de fase ainda deve estar mais distante do lift-off (Figura 16).

Sinal de trinca sub superficial
Figura 16. Trinca Subsuperficial

3.12.3.2 A resposta do sinal diminui à medida que a profundidade da trinca abaixo da superfície aumenta.À medida que o defeito subsuperficial se afasta da superfície, a amplitude do sinal diminui e o ângulo de fase gira no sentido horário, afastando-se do sinal de lift-off (Figura 17).

Sinal de trinca subsuperficial profunda
Figura 17. Trinca Subsuperficial Profunda


3.13 Atraso de Fase (Defasagem) em Profundidade.
Uma mudança no ângulo de fase ocorre devido a alteraração do tempo no campo de correntes parasitas pela maior distância percorrida. Alterações na superfície da peça são vistas imediatamente pela bobina, enquanto perturbações no campo em alguma profundidade na peça requerem algum tempo de viagem para retornar à superfície, onde são vistas pela bobina. Eletricamente, isso é descrito como atraso de fase em profundidade, e a quantidade de atraso de fase é de 1 radiano (57°) por cada profundidade padrão de penetração (Figura 18). Esse atraso de fase do sinal com relação ao sinal de lift-off (superfície) pode ser usado para medir a profundidade dos defeitos. O ângulo de fase de um sinal de defeito se correlaciona com a profundidade do defeito.

Defasagem dos sinais com relação a profundidade da trinca
Figura 18. Atraso de Fase e Profundidade na Parte


3.14 Efeitos das Condições de Inspeção na Inspeção por Correntes parasitas.

3.14.1 Frequência.
A intensidude das correntes parasitas induzidas na peça aumenta (mais fortemente na superfície) à medida que a frequência da corrente indutora aumenta. Por sua vez, as correntes parasitas de maior intensidade geram um campo magnético oposto mais forte, reduzindo a penetração do campo primário. Portanto, mantendo-se todos os outros fatores constantes, frequências mais altas resultam em profundidades de penetração menores, como mostrado na Figura 19.

Influência da Frequência na PPP
Figura 19. Efeito Relativo da Frequência na Profundidade de Penetração.

3.14.2 Condutividade e Frequência.
Existe uma relação entre condutividade e frequência de inspeção ideal. Como exemplo, uma inspeção por correntes parasitas para trincas na liga de alumínio 7075-T6, com uma condutividade de cerca de 30% IACS, utiliza uma frequência de 200 kHz. Para realizar uma inspeção com profundidade de penetração comparável em uma liga de titânio, TI 6Al-4V, com uma condutividade de cerca de 1% IACS, seria necessária uma frequência de cerca de 6 MHz.

3.14.3 Acoplamento Eletromagnético (Efeito Lift-off).
A interação entre o campo eletromagnético primário gerado pela bobina e o artigo inspecionado é chamada de acoplamento eletromagnético. Como a intensidade do campo diminui com o aumento da distância da bobina a peça, as correntes parasitas resultantes na superfície da peça também diminuem de intensidade. Um termo de engenharia elétrica que também pode ser usado é acoplamento indutivo (NT: O efeito manifestado na tela do aparelho por esse fenômeno é o sinal de lift-off).

3.14.4 Fator de Enchimento.
Quando uma bobina envolvente é usada para inspecionar uma peça de formato cilíndrico, o grau de acoplamento magnético depende da diferença entre o diâmetro interno da bobina e o diâmetro externo da peça. Esse efeito é denominado fator de enchimento. Para bobinas internas, o acoplamento eletromagnético (indutivo) é determinado pela folga de ar entre o diâmetro externo da bobina e o diâmetro interno que está sendo inspecionado. O fator de enchimento é calculado usando a fórmula básica, mas neste caso di é o diâmetro interno da peça e Do é o diâmetro externo da bobina colocada no orifício da peça (Parágrafo 8.3).

3.14.5 Corrente da Bobina.
Com todos os outros fatores constantes, um aumento na corrente que flui através da bobina resulta em uma maior intensidade do campo magnético e consequentemente na corrente parasita gerada.

3.14.6 Temperatura.
A temperatura na qual uma inspeção é realizada afeta tanto a condutividade elétrica quanto as propriedades ferromagnéticas do artigo sob inspeção. A condutividade elétrica geralmente diminui com o aumento da temperatura e, inversamente, aumenta com a diminuição da temperatura. A redução em temperaturas mais altas ocorre devido ao espalhamento de elétrons de condução por átomos que se movem com oscilações térmicas aumentadas. Os efeitos da temperatura nas propriedades ferromagnéticas de um material são geralmente insignificantes, com uma exceção. Acima de uma temperatura específica chamada temperatura de Curie (cerca de 1400 °F ou 760 °C), as propriedades ferromagnéticas desaparecem. Devido aos efeitos térmicos na condutividade, o aumento da temperatura do artigo sob inspeção diminui ligeiramente a intensidade das correntes parasitas na superfície de uma peça e aumenta ligeiramente a profundidade de penetração. Variações de temperatura também afetam a indutância da bobina. Lembre-se de que mudanças na temperatura afetam os resultados do ensaio de CP. Portanto, durante as inspeções, DEVE-SE permitir um tempo para que o sistema de ensaio e a peça de ensaio se estabilizem à temperatura ambiente. Um exemplo de ensaio seria verificar se a peça e os padrões têm a mesma sensação ao toque.

3.14.7 Geometria.
Características geométricas como bordas, superfícies curvas, alterações na espessura e revestimentos não condutores (como tinta) em superfícies afetam a distribuição e a intensidade das correntes parasitas. À medida que uma sonda se aproxima de uma borda, a resposta da corrente parasita é conhecida como efeito de borda e parece semelhante à resposta de uma trinca. Da mesma forma, superfícies irregulares e revestimentos não condutores podem variar a distância entre a bobina da sonda e a peça. Essas alterações são conhecidas como lift-off, e os efeitos consequentes no sinal da corrente parasita são chamados de efeitos lift-off. O lift-off geralmente não pode ser completamente evitado; portanto, compensar algum lift-off faz parte do procedimento de calibração. Variações na espessura da peça também podem produzir uma resposta interferente em algumas unidades de corrente parasita quando a espessura está na faixa da profundidade de penetração do campo da corrente parasita.


3.14.8 Lift-Off.
Os efeitos do lift-off podem ser usados ​​para medir a espessura do revestimento. Alterações no lift-off podem ser calibradas para permitir medições da espessura de revestimentos não condutores. O fator de enchimento se aplica a peças que passam por uma bobina envolvente e, de maneira semelhante ao lift-off, pode ser usado para medir algumas dimensões. À medida que uma bobina de ensaio se afasta de uma peça (aumentando o lift-off), o acoplamento entre a bobina de ensaio e a peça de inspeção diminui. A magnitude da alteração da impedância para uma alteração específica em uma variável de inspeção também diminui. Para sondas superficiais, as linhas pontilhadas que conectam pontos que representam as mesmas propriedades do material, mas com diferentes quantidades de lift-off, apresentam alguma curvatura, como mostrado na Figura 12. A linha ABC representa o aumento do lift-off para o material um.A linha DEF representa o aumento dao lift-off do material dois. A linha do ponto A ao ponto D representa o aumento da condutividade do material dois em comparação com o material para o mesmo valor de lift-off. As linhas de decolagem BE e CF são cada vez mais curtas, indicando uma menor variação na condutividade (NT: Quanto maio o lift-off menor é a sensibilidade do ensaio de correntes parasitas).


antes
depois