Compreendendo o exame ultrassônico na indústria de energia

Ensaios não destrutivos (END) referem-se à inspeção de materiais para garantir sua integridade e facilidade de manutenção sem danificar os componentes no processo. Existem vários métodos de END utilizados pelos inspetores, mas uma das técnicas mais utilizadas na indústria de energia é o teste ultrassônico.

O teste ultrassônico (UT) usa o mesmo princípio do sonar naval. Quando o sonar, termo que se originou como um acrônimo para “leitura de navegação sonora”, passa pela água e atinge um objeto, uma parte do som é refletida para o submarino e fornece uma medição da distância até o objeto.

Antes da Segunda Guerra Mundial, o sonar inspirou os primeiros inspetores de ultrassom a explorar formas de aplicar o conceito a outras aplicações. Já em 1929, eles conduziram estudos para usar ondas ultrassônicas na detecção de objetos metálicos. Na década de 1940, os inspetores desenvolveram técnicas ultrassônicas usando sondas analógicas de eco-pulso de elemento único.

Com a técnica analógica, o som é introduzido em um componente usando um transdutor ultrassônico de elemento único (sonda) que converte piezoeletricamente os impulsos elétricos da máquina detectora UT em ondas sonoras mecânicas. O transdutor reconverte transformando o som novamente em impulsos elétricos que podem ser exibidos em um tubo de raios catódicos. Um líquido ou gel chamado acoplante é usado para transmitir o som para a peça. Os tipos mais comuns de ondas sonoras utilizadas em inspeções industriais são onda de feixe longitudinal (reto) e onda de feixe transversal (ângulo), com frequências UT entre 1 MHz e 10 MHz.

Feixe Reto. Quando os inspetores utilizam ondas de feixe reto (Figura 1), ondas longitudinais são enviadas através da peça. Devido à distância, se o som atingir um refletor interno, o som será transmitido de volta ao transdutor mais rapidamente do que o som que retornará da parede posterior da peça.

1. Técnica de feixe reto analógico. Cortesia: Sociedade Americana de Ensaios Não Destrutivos (ASNT)

Feixe angular. A inspeção por feixe angular usa o mesmo tipo de transdutor, mas montado em uma cunha angular para transmitir o feixe sonoro para a peça em um ângulo conhecido. Um transdutor de feixe angular e uma combinação de cunha se movem para frente e para trás em direção a uma solda, por exemplo, de modo que o feixe de som passe através dela. Tal como acontece com o feixe reto, os refletores alinhados aproximadamente perpendicularmente ao feixe sonoro enviarão o som de volta ao transdutor. Isso é então exibido na tela da máquina detectora UT.

O avanço da indústria de testes não destrutivos (END) observou a tendência emergente de cada vez mais tecnologias digitais.

Matriz em fases. O teste ultrassônico de phased array (PAUT, Figura 2), uma técnica digital comum, utiliza um transdutor com múltiplos elementos que podem ser ativados individualmente, permitindo que os inspetores direcionem o feixe sonoro. Os dados resultantes formam uma imagem visual da peça inspecionada.

2. Comparação das técnicas de teste ultrassônico (UT) e teste ultrassônico de phased array (PAUT). Cortesia: ASNT

Com o PAUT, o feixe pode mapear componentes em ângulos apropriados. Este processo simplifica inspeções com geometria complexa. O tamanho reduzido do transdutor e a capacidade de varrer o feixe sem mover a sonda auxiliam na inspeção de componentes aos quais o acesso é limitado. A varredura setorial deste tipo é típica para inspeções de solda. A capacidade de testar soldas com vários ângulos usando uma única sonda aumenta a probabilidade de detecção de falhas.

O foco eletrônico permite otimizar o formato e o tamanho do feixe no local esperado do defeito. A focagem também melhora a relação sinal-ruído em materiais de granulação grossa. As imagens C-scan podem então ser produzidas muito rapidamente. Embora a técnica seja mais eficaz que o UT regular, os sistemas Phased Array são equipamentos de alto custo e exigem treinamento e competência adicionais para o pessoal do UT.

Captura de matriz completa (FMC). FMC é uma estratégia de aquisição de dados que permite capturar todas as combinações possíveis de transmissão-recepção para um transdutor PAUT. Os sistemas PAUT usam sondas com múltiplos elementos (normalmente de 16 a 128) que são excitados por um computador de maneira controlada usando uma lei de atraso específica. Após a recepção, a contribuição de cada elemento é somada para produzir uma varredura.