A evolução dos testes ultrassônicos (UT) do UT convencional ao método de focagem total

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O teste ultrassônico é uma das muitas técnicas não destrutivas utilizadas para a inspeção de componentes. É usado em muitas indústrias, incluindo construção em aço e alumínio, metalurgia, manufatura, aeroespacial, automotiva e outros setores de transporte. A técnica oferece muitas vantagens, incluindo facilidade de uso, velocidade, penetração, precisão e sensibilidade. Ao longo dos anos, a tecnologia melhorou dramaticamente e continuamente, oferecendo agora poder de imagem avançado com alta resolução.

O teste ultrassônico, ou UT, é realizado enviando um pulso elétrico a um transdutor constituído por um ou vários cristais piezoelétricos. O(s) cristal(is) converte(m) a energia elétrica em vibrações mecânicas enviadas para o componente através de um meio de acoplamento. A onda acústica interage com todas as descontinuidades internas do componente (defeitos, geometria, etc.) e retorna ao transdutor onde as vibrações são convertidas novamente em sinal elétrico. Os dados podem então ser exibidos em diversas visualizações diferentes, como A-scan, B-scan, C-scan ou T-scan, cada uma fornecendo uma maneira diferente de observar os dados de inspeção.

Quando os testes ultrassônicos começaram, os instrumentos ultrassônicos dependiam inteiramente de transdutores de elemento único, para os quais um cristal piezoelétrico gera e recebe ultrassons. A técnica foi estendida para transdutores de elemento duplo que possuem dois cristais, um emissor e outro receptor.

Dependendo do tipo de inspeção, as medições são normalmente realizadas com incidência normal (medidor de espessura, mapeamento de corrosão) ou usando um feixe angular (inspeção de solda). Inspeções de incidência normal podem ser feitas com o transdutor diretamente em contato com a peça de teste ou usando uma linha de retardo (imersão ou cunha L0) para ajudar a proteger a face frontal do transdutor; isso é especialmente útil ao digitalizar o transdutor ao longo da superfície do componente. As inspeções de feixe angular são realizadas modificando o ângulo de incidência do transdutor em imersão ou com cunha. Os operadores podem escolher o ângulo de propagação dentro do material usando a lei de Snell, que descreve a relação entre os ângulos incidente e refratado com base na velocidade ultrassônica (ondas longitudinais ou de cisalhamento) dentro do componente e da cunha.

Como apenas um (ou dois) cristais piezoelétricos são utilizados, a sensibilidade e a resolução da inspeção dependem muito da escolha das características do transdutor. Sensibilidade é a capacidade de detectar pequenas indicações, enquanto a resolução (axial e lateral) é a capacidade de discernir duas indicações separadas, próximas uma da outra. Ambos dependem do formato do feixe, principalmente do tamanho, no que diz respeito ao tamanho das indicações e às características do sinal elétrico enviado ao elemento piezoelétrico.

A resolução axial pode ser melhorada aumentando a frequência central (comprimento de onda menor) e amortecendo o transdutor. No entanto, frequências mais altas são geralmente associadas a maior atenuação dentro da cunha e do corpo de prova, e o amortecimento excessivo leva a perdas de amplitude, ambas levando a menor sensibilidade.

A resolução lateral é alta quando a largura do feixe é estreita. Normalmente, a largura do feixe é igual à largura do transdutor próximo ao transdutor. Então, o feixe converge para sua largura mais estreita a uma distância chamada limite do campo próximo. Finalmente, o feixe diverge em uma zona chamada campo distante. A distância do campo próximo e a propagação do feixe no campo distante dependem das dimensões e da frequência central do transdutor. A resolução lateral pode ser melhorada usando transdutores focados, ou seja, transdutores com um cristal piezoelétrico de formato esférico ou cilíndrico. Embora a resolução lateral seja melhorada, a profundidade de campo diminui.

Na maioria das vezes, os operadores precisam fazer um compromisso entre sensibilidade e resolução e escolher transdutores com base na detectabilidade esperada e na capacidade de dimensionamento exigida pelos padrões.