Vasos de pressão, como tubulações de aço para caldeiras e componentes desses vasos, frequentemente apresentam defeitos difíceis de detectar, como falta de fusão, falta de penetração, inclusões de escória, poros, trincas, etc., nas soldas. É impossível realizar inspeções destrutivas em cada caldeira ou vaso de pressão para determinar a localização, o tamanho e a natureza desses defeitos. Portanto, é necessário utilizar métodos de ensaio não destrutivos. Ou seja, sem destruir a estrutura, métodos físicos são usados para inspecionar e medir as alterações nas grandezas físicas da peça ou estrutura, a fim de inferir a organização interna e os defeitos da peça ou estrutura.
Equipamentos para ensaios não destrutivos em tubos de aço
O objetivo dos ensaios não destrutivos é:
(1) Melhorar o processo de fabricação e garantir a qualidade do produto.
(2) No processo de fabricação do produto, os defeitos podem ser descobertos antecipadamente para evitar o descarte do produto, economizando tempo e despesas e reduzindo o custo de fabricação do produto.
(3) Melhorar a confiabilidade do produto, garantir a segurança do produto e evitar acidentes. Aplicar testes não destrutivos a todos os aspectos do projeto, fabricação, instalação, uso e manutenção do produto; por meio de uma série de testes, determinar a qualidade do projeto, das matérias-primas, do processo de fabricação e da operação, e descobrir os fatores que podem causar danos e, em seguida, melhorá-los, para melhorar a confiabilidade do produto.
Os métodos de ensaio não destrutivos mais comuns incluem ensaios radiográficos, ultrassônicos, por partículas magnéticas, por líquidos penetrantes e por correntes parasitas. Além disso, existem métodos como detecção de vazamentos, ensaio de emissão acústica, ensaio de tensão, inspeção visual, entre outros.
Teste radiográfico
O método que utiliza a capacidade da radiação de penetrar metais e outros materiais para verificar a qualidade de soldas é chamado de ensaio radiográfico. O princípio básico do ensaio radiográfico é o princípio da projeção. Quando a radiação atravessa o metal de solda, na presença de defeitos (como trincas, inclusões de escória, poros, penetração incompleta, etc.), a radiação sofre atenuação diferente no metal e no defeito, e a sensibilidade da radiografia também varia. A radiação atenua-se mais rapidamente no metal e mais lentamente no defeito. Portanto, o tamanho, a forma e a posição dos defeitos na solda podem ser determinados pelo ensaio radiográfico. Como a detecção de falhas por radiografia baseia-se no princípio da projeção, esse método é mais sensível a defeitos volumétricos (como inclusões de escória). E como esse método permite o registro e a preservação dos dados, os vasos de pressão de caldeiras do meu país têm maior confiança nele. As normas de caldeiras do meu país estipulam que as soldas circunferenciais longitudinais dos tambores das caldeiras, as costuras longitudinais dos coletores e as juntas das cabeças com pressões nominais de vapor iguais ou superiores a 0,1 MPa e inferiores a 3,8 MPa devem ter 100% de detecção de falhas por radiografia; caldeiras com pressão igual ou superior a 3,8 MPa devem ter 100% de detecção de falhas por ultrassom, além de pelo menos 25% de detecção de falhas por radiografia.
Equipamento não destrutivo para detecção de falhas em tubos de aço
A detecção de falhas por ultrassom é um método de ensaio não destrutivo que utiliza as características de reflexão das ondas sonoras quando estas se propagam em um meio e encontram diferentes interfaces. Como a elasticidade de gases, líquidos e sólidos é muito diferente, a influência na propagação das ondas ultrassônicas também é diferente, resultando em reflexão, refração e conversão de forma de onda em interfaces heterogêneas. Quando as ondas ultrassônicas se propagam na solda, se houver defeitos, a interface que encontra o defeito será refletida e recebida pela sonda, formando uma onda na tela, permitindo determinar a natureza, a localização e o tamanho do defeito. A detecção de falhas por ultrassom tradicional não registra e armazena os resultados da detecção, e a avaliação dos defeitos é muito dependente de fatores humanos. Portanto, atualmente, no Brasil, utiliza-se a detecção de falhas por radiografia em caldeiras de baixa pressão. A detecção de falhas por ultrassom é mais sensível a defeitos localizados (como trincas, penetração incompleta, etc.). Consequentemente, a detecção de falhas por ultrassom apresenta mais vantagens do que a detecção por radiografia em chapas mais espessas. Assim que o detector de falhas ultrassônico puder registrar e salvar os resultados, o escopo de aplicação da detecção de falhas por ultrassom será ainda mais ampliado.
Detecção de falhas por partículas magnéticas
A detecção de falhas por partículas magnéticas utiliza o campo magnético de fuga formado no defeito para atrair pó magnético e revelar defeitos difíceis de observar a olho nu. O processo começa com a aplicação de um campo magnético externo à solda a ser inspecionada para magnetizá-la. Após a magnetização, um pó magnético fino (com tamanho médio de partícula entre 5 e 10 μm) é pulverizado uniformemente sobre a superfície da solda. Se não houver defeitos próximos à superfície da solda a ser inspecionada, esta pode ser considerada um corpo uniforme, sem alteração na permeabilidade magnética após a magnetização, e o pó magnético também estará distribuído uniformemente sobre a superfície. Quando há defeitos próximos à superfície da solda, estes (trincas, poros, inclusões de escória não metálica) contêm ar ou material não metálico, e sua permeabilidade magnética é muito menor que a do metal de solda. Devido à alteração da resistência magnética, um campo magnético de fuga é gerado nos defeitos na superfície ou próximo à superfície da solda, formando um pequeno polo magnético. O pó magnético será atraído pelo pequeno polo magnético, e o defeito será exibido devido ao acúmulo de mais pó magnético, formando um padrão de defeito visível a olho nu. Os defeitos superficiais ou próximos à superfície da solda geram campos magnéticos de fuga devido à sua baixa permeabilidade magnética. Quando a intensidade do campo magnético de fuga atinge o nível necessário para absorver o pó magnético, os defeitos superficiais ou próximos à superfície da solda podem ser observados. Quanto maior a intensidade do campo magnético aplicado, maior a intensidade do campo magnético de fuga formado e maior a sensibilidade da inspeção por partículas magnéticas. A inspeção por partículas magnéticas facilita a detecção de defeitos superficiais ou próximos à superfície, especialmente trincas, mas o grau de visibilidade do defeito está relacionado à sua posição relativa em relação à linha do campo magnético. Quando o defeito é perpendicular à linha do campo magnético, ele é mais claramente visível, e quando o defeito é paralelo à linha do campo magnético, ele não é facilmente detectado. O ensaio por partículas magnéticas tem sido amplamente utilizado na fabricação, instalação e inspeção de vasos de pressão de caldeiras, especialmente na inspeção de tanques esféricos. É um método de inspeção indispensável.
Detecção de falhas penetrantes
O ensaio por líquido penetrante é um método para inspeção de defeitos superficiais ou próximos à superfície de soldas. Este método não é limitado pelo magnetismo do material e pode ser utilizado em diversos materiais metálicos e não metálicos, magnéticos e não magnéticos. O ensaio por líquido penetrante baseia-se na capacidade de molhamento de líquidos em sólidos e em fenômenos de capilaridade. Ao realizar o ensaio por líquido penetrante, a superfície da solda a ser inspecionada é inicialmente imersa em um penetrante com alta capacidade de penetração. Devido à capacidade de molhamento e aos fenômenos de capilaridade do líquido, o penetrante penetra nos defeitos na superfície da solda. Em seguida, o penetrante na superfície externa da solda é removido e, posteriormente, aplica-se uma camada de revelador branco com forte afinidade e adsorção para absorver o penetrante que penetrou nas fissuras na superfície da solda, formando um padrão nítido que reflete a forma e a posição do defeito. O ensaio por líquido penetrante pode ser dividido em métodos de revelação por cor e métodos fluorescentes, de acordo com os diferentes métodos de visualização do defeito.
Método de detecção de falhas de cor
Utiliza corantes para evidenciar defeitos. O corante dissolvido no penetrante deve ter uma cor brilhante e visível. O método de detecção de falhas por fluorescência utiliza a luminescência de substâncias fluorescentes para evidenciar defeitos. Na detecção de falhas, a substância fluorescente adsorvida no defeito é irradiada por raios ultravioleta e atinge um estado excitado devido à absorção de energia luminosa, entrando em um estado instável. Ela tende a retornar desse estado instável para um estado estável, reduzindo sua energia potencial e emitindo fótons, ou seja, emitindo fluorescência.
Detecção de falhas atual de Eddy
É um método de detecção de falhas em peças que utiliza uma bobina de excitação para gerar correntes parasitas em uma peça condutora e mede a variação dessas correntes através de uma bobina de detecção. As bobinas de detecção para detecção de falhas por correntes parasitas podem ser divididas em três tipos de acordo com seus formatos: bobinas passantes, bobinas de sonda e bobinas de inserção. As bobinas passantes são utilizadas para detectar fios, hastes e tubos, e seu diâmetro interno se ajusta perfeitamente a hastes e tubos cilíndricos. As bobinas de sonda são posicionadas na superfície da peça para detecção localizada. As bobinas de inserção, também chamadas de sondas internas, são posicionadas dentro de tubos e furos para detecção em paredes internas.
Equipamentos para ensaios não destrutivos de acessórios para vasos de pressão
O ensaio por correntes parasitas é adequado para peças feitas de materiais condutores, como aço, metais não ferrosos e grafite, mas não para materiais não condutores, como vidro e resina sintética.
Suas vantagens são:
(1) Como os resultados dos testes podem ser emitidos diretamente como sinais elétricos, os testes automáticos podem ser realizados.
(2) Como o método sem contato é adotado (a sonda não entra em contato direto com a peça testada), a velocidade de detecção pode ser muito rápida.
(3) É adequado para detecção de defeitos na superfície ou perto da superfície.
(4) Tem uma ampla gama de aplicações. Além da detecção de falhas, também pode detectar mudanças no material, tamanho, forma, etc.
Teste de emissão acústica
O método de usar uma sonda para detectar as ondas sonoras emitidas por um sólido devido à deformação ou ao início e desenvolvimento de fissuras sob a ação de tensão externa, a fim de inferir a localização e o tamanho do defeito.
Método de detecção de falhas por ultrassom
O sinal ultrassônico emitido pela sonda é refletido e recebido após encontrar um defeito. O papel dos defeitos nesse processo é apenas o de refletir passivamente o sinal ultrassônico, enquanto a detecção por emissão acústica permite que o objeto a ser testado (defeito) participe ativamente do processo de detecção. A emissão acústica ocorre somente quando os defeitos são gerados e se desenvolvem, portanto, a detecção por emissão acústica é um método de ensaio não destrutivo dinâmico. De acordo com as características das ondas sonoras emitidas e as condições externas que causam a emissão acústica, é possível verificar a localização do som (a localização do defeito) e as características microestruturais da fonte de emissão acústica. Esse método de detecção permite compreender não apenas o estado atual do defeito, mas também o processo de formação do defeito e a tendência de desenvolvimento e aumento em condições reais de uso.
A detecção de emissão acústica pode ser dividida em detecção de canal único, detecção de canal duplo e detecção multicanal, de acordo com o número de sondas de detecção. A detecção de canal único apenas detecta a presença de defeitos no objeto a ser testado, mas não determina a localização desses defeitos. Já a detecção de canal duplo realiza apenas o posicionamento linear e é geralmente utilizada para a detecção de soldas com condições conhecidas. A detecção multicanal, por sua vez, geralmente utiliza sistemas de 4, 8, 16 ou 32 canais para detecção de emissão acústica e é aplicada principalmente em componentes de grande porte. Ela permite não apenas detectar a existência de fontes de emissão acústica, mas também localizá-las.
Data da publicação: 12 de junho de 2024