Ensaio por Ultrassons Convencional

Este END é capaz de detetar e caraterizar descontinuidades internas e superficiais, podendo também determinar espessuras.

O Ensaio por Ultrassons (UT) utiliza ondas sonoras de alta frequência emitidas por transdutores, direcionadas para o material em análise de forma a detetar descontinuidades. Estas ondas consistem em vibrações mecânicas cuja amplitude de vibração impõe tensões inferiores ao limite elástico dos materiais a serem inspecionados, evitando assim deformações permanentes das peças [27]. No ensaio por ultrassons convencional, são utilizadas frequências compreendidas entre 1 e 25 MHz, bastante superiores à gama audível pelo ser humano (20 Hz a 20 kHz) [24]. Um esquema da configuração simplificada de um ensaio por ultrassons é exibido na Figura 6.

O comportamento de uma onda ultrassónica obedece a uma equação de onda. Esta viaja a uma velocidade caraterística de acordo com o meio que atravessa; a velocidade num determinado meio depende das propriedades do mesmo e do movimento vibratório da onda. Este feixe ultrassónico reflete nas superfícies, é refratado quando interseta uma interface entre materiais de diferentes densidades, que apresentam velocidades de propagação de som distintas, e é difratado quando interseta cantos ou objetos circulares [15]. Este último fenómeno encontra-se esquematizado na Figura 7.

Figura 7 - Fenómeno de difração de uma onda sonora [24].

A absorção e a dispersão de um feixe ultrassónico são dois fatores essenciais para a compreensão do enfraquecimento da onda sonora, que se combinam e originam a atenuação. O primeiro fator resulta da conversão de energia sonora em calor e limita a energia transmitida, absorvendo o eco de uma descontinuidade. Já a dispersão resulta da heterogeneidade do material e traduz-se numa mudança da impedância acústica devido a diferentes densidades ou velocidades de propagação do som. Estes fatores revestem-se de elevada importância na inspeção de aços pelo método de UT, particularmente quando é utilizada uma elevada entrega térmica (promove o crescimento dos grãos).

Se o aço em análise sofrer uma transformação de fase durante o aquecimento, estes fatores não são críticos uma vez que há formação de novos grãos equiaxiais de pequenas dimensões. No entanto, na eventualidade de não ocorrer transformação de fase, assiste- se ao crescimento do tamanho de grão, potenciando a anisotropia elástica. Assim, os grãos adquirem uma orientação aleatória, com propriedades elásticas diferentes consoante a direção, traduzindo-se em velocidades de som distintas. Esta variação de comportamento elástico dos grãos grosseiros leva a que estes funcionem como dispersores da onda, resultando num aumento da atenuação do sinal e da distorção da trajetória da onda. Como consequência, a interpretação das dimensões e localização das descontinuidades torna-se praticamente impossível e geram-se inúmeros ecos, com tempos de chegada diferentes, denominados “relva”, perdendo-se assim os ecos de interesse [16, 28].

A fim de atenuar estes fatores, recorre-se atualmente a ondas de baixas frequências, ou seja, de elevados comprimentos de onda, ou então, realiza-se o ensaio UT longitudinalmente; porém, as descontinuidades de menor dimensão não serão detetadas pelo transdutor. Apesar destas possíveis soluções, ainda não existe uma que

seja mais adequada para contornar este problema e, por isso, recorre-se a outros END [16].

Idealmente, é desejável que a onda sonora impacte a descontinuidade a um ângulo de 90º de modo a que a onda seja refletida na totalidade para o recetor. Contudo, normalmente as descontinuidades são perpendiculares à superfície da junta e, por isso, uma onda longitudinal apenas consegue detetar porosidades. Dessa forma, para a análise de juntas soldadas, é comum recorrer-se à técnica angular de UT que utiliza ondas transversais para a identificação de descontinuidades. Na Figura 8 é ilustrado o percurso de uma onda transversal. Neste caso é visualizada uma vertente do método UT com ondas transversais, assistindo-se à sua reflecção na parede oposta à de emissão do sinal, realizando o salto. Esta designa-se por controle no salto e permite detetar descontinuidades com diferentes orientações.

Figura 8 – Controlo no salto na técnica angular de UT: percurso da onda sonora [16]. Contudo, quando se realiza a inspeção de juntas complexas ou se pretende analisar a raiz de soldadura, a análise das ondas sonoras torna-se mais difícil uma vez que a interface cordão de soldadura/ZTA reflete o som da mesma forma que as descontinuidades, dando origem a falsos positivos. Por essa razão, a escolha do ângulo de incidência é fundamental para assegurar que a onda sonora é refletida para o interior do cordão de soldadura.

De forma a auxiliar os inspetores na escolha dos ângulos de incidência a serem utilizados, existem normas que especificam os ângulos para um determinado material, com uma determinada espessura e configuração de união, como é o caso da norma ISO 17640 - Non-destructive testing of welds — Ultrasonic testing — Techniques, testing

levels, and assessment [24].

Relativamente às suas vantagens, este ensaio apresenta uma excelente precisão em termos da caraterização da descontinuidade e fornece informações quase instantâneas sobre a sua presença. Também, comparativamente a outros END, o ensaio UT permite, devido à sua elevada sensibilidade, a deteção de descontinuidades de dimensões reduzidas. Em contrapartida, é uma técnica que requer técnicos muito experientes e apresenta aplicabilidade limitada em peças de espessura muito baixa ou com superfícies irregulares ou complexas. Além disso, apresenta dificuldades na análise de materiais com grãos grosseiros e requer um acoplador para a transferência eficaz da onda sonora do equipamento para a peça [24, 29].