Fundamentos da Emissão Acústica (EA)

A técnica de Emissão Acústica vem sendo estudada desde os anos 60, utilizada principalmente como ferramenta de monitoramento de estruturas mecânicas em ensaios não destrutivos (crescimento de trincas). Nesta área, várias pesquisas têm sido realizadas para detectar a formação e crescimento da trinca durante ou após a soldagem, ou mesmo em serviço. Na área da ciência dos materiais, Liu e Asibu (1990) citam que a EA é utilizada para detectar a formação da martensita, nucleação e crescimento de grãos, transformação de fase. Outra área de grande utilização é a técnica de monitoramento de operações de usinagem (BALDO, 1994).

O termo EA é definido tanto para onda elástica gerada dentro de um sólido, devido ao processo de deformação e fratura, como para a técnica empregada em sua medida. Liu e Asibu (1990) refere-se à EA como ondas de tensões elásticas geradas pela liberação de energia de deslocamento proveniente de fontes localizadas dentro do material.

Ondas de EA podem ser geradas por uma grande quantidade de mecanismos, como citado anteriormente. A onda de EA gerada devido à fratura é atribuída à formação e propagação de trincas na estrutura cristalina. Com isso, espera-se que a análise do sinal de EA proporcione informações sobre o evento. A onda de EA propaga-se nos materiais com a mesma velocidade de uma onda acústica (velocidade do som). Tais ondas não são audíveis, pois sua faixa de freqüência varia de 50 kHz a 1200 kHz. A propagação destas ondas em um material pode ser captada por sensores adequadamente posicionados, chamados de sensores de EA (BEATTIE, 1983).

O sensor de EA é um dispositivo (“transducer”) que gera um sinal elétrico quando estimulado por movimentos da superfície em forma de onda produzida pela fonte de EA. Este sinal elétrico pode então ser amplificado e processado para proporcionar as

informações sobre o evento. O sensor de EA é composto basicamente de um cristal (trandutor piezoelétrico) colocado em uma base de epóxi (placa de contato).

Beattie (1983) comenta que a sensibilidade do sensor é governada pela sensibilidade intrínseca do material do piezoelétrico e pela dimensão (formato) do elemento piezoelétrico. Os cristais piezoelétricos mais usados são os quartzos, sal rochelle e o dihidrogenofodfato de amônia.

2.6.1. Característica do sinal de emissão acústica

A característica do sinal de Emissão Acústica (sinal elétrico produzido pelo sensor) depende do mecanismo que a gerou, do material através do qual ela se propagou e do sensor que transformou a onda em sinal (FERRARESI, 1996).

Dois importantes problemas com relação à Emissão Acústica são mencionados. Primeiro é a dificuldade no desenvolvimento de modelos teóricos adequados, devido às várias fontes geradoras de Emissão Acústica e sua natureza aleatória com relação aos sinais de pico. A segunda complicação está na onda de Emissão Acústica que se movimenta através de um corpo físico, sendo que, sempre que tiver alguma interface da geração até o sensor, pode haver interferência no sinal (FERRARESI, 1996).

Uma das principais vantagens da utilização do sinal de EA na formação da trinca está relacionada a alta faixa de freqüência do sinal, de aproximadamente 50 a 1200 KHz, que fica bem acima das freqüência de vibração mecânica ou de outros ruídos que envolvem a maioria dos ambientes de teste. Entretanto, este sinal de alta freqüência é alternado e a sua análise direta é geralmente pouco informativo dado à dificuldade de se interpretar um sinal de tal natureza. Além disso, para a aquisição e armazenamento do sinal de Emissão Acústica bruto, necessita-se de um aparato computacional que tenha uma alta freqüência de aquisição e com grande capacidade de memória. Desta forma, torna-se necessário efetuar um tratamento deste sinal através de outro método (FERRARESI, 1996).

Uma forma de contornar o problema de armazenamento do sinal de alta freqüência é a utilização da faixa de baixa freqüência presente na ampla faixa de freqüências de sinal bruto da Emissão Acústica. Por exemplo, pela passagem do sinal de Emissão Acústica bruto por um circuito retificador passa-baixa ou por um voltímetro RMS (Root Mean Square). Desta forma, o sinal de saída tem uma freqüência menor que o sinal bruto (BALDO, 1994).

A forma mais simples de tratamento do sinal de EA é através da amplificação e filtragem desse sinal, seguido de processamento em voltímetro RMS para o armazenamento em computador com placa de conversão A/D. Esta forma de aquisição do sinal é uma das mais utilizada no monitoramento de operação de usinagem dos metais. O voltímetro RMS

determina a raiz quadrada da média quadrática do sinal de EA. A Figura 2.12 mostra o efeito do processo RMS sobre o sinal bruto (FERRARESI, 1996).

Figura 2.12: Efeito do processo RMS sobre um sinal bruto de Emissão Acústica (Fonte: Ferraresi, 1996).

2.6.2. Utili zação e aplicação da Emissão Acústica

Baldo (1994) comenta que a técnica de monitoramento de eventos via EA apresenta um grande potencial de aplicação no campo industrial, devido às várias vantagens, tais como o baixo custo, alta sensibilidade, flexibilidade de montagem, robustez, pequeno tamanho do sensor, simples instalação e processamento de sinal.

Os resultados do ensaio por Emissão Acústica não são convencionais. Na realidade este método não deve ser utilizado para determinar o tipo ou tamanho das descontinuidades em uma estrutura, mas sim, para se registrar a evolução das descontinuidades durante a aplicação de tensões para as quais a estrutura estará sujeita, desde que as cargas sejam suficientes para gerar deformações localizadas, crescimento do defeito, destacamento de escória, fricção, ou outros fenômenos físicos.

Aplica-se a emissão acústica quando se quer analisar ou estudar o comportamento dinâmico de defeitos em peças ou em estruturas metálicas complexas, assim como registrar sua localização. É o caso da monitoração de cilindros contendo gás sob pressão para abastecimento, do teste hidrostático e pneumático em vasos de pressão, teste de fadiga, controle de processos de soldagem, e ainda da caracterização de materiais.