COTEQ2015 – 043
Comparação do Desempenho Relativo das Técnicas de PSVS e PDVS em Termos de Detectabilidade de Defeitos na Inspeção de Soldas
Carla Alves Marinho1 , Marcos Aiub de Mello2, João Marcos Hohemberger3, Eduardo Iguchi4, Ricardo Lopes5, Davi Ferreira de Oliveira6, Joseilson Nascimento7
13ª Conferência sobre Tecnologia de Equipamentos
Copyright 2015, ABENDI, ABRACO, ABCM e IBP.
Trabalho apresentado durante a 13ª Conferência sobre Tecnologia de Equipamentos. As informações e opiniões contidas neste trabalho são de exclusiva responsabilidade do(s) autor(es).
Sinopse
Apesar de representar a condição mais desejável para o ensaio radiográfico, nem sempre é possível ter acesso aos dois lados de uma dada espessura a inspecionar e, por esta razão, a técnica de Parede Dupla Vista Simples (PDVS) é frequentemente utilizada em detrimento da técnica de Parede Simples Vista Simples (PSVS). Nos casos em que a radiografia deva ser executada em tubos com diâmetro igual ou inferior a 3,5 polegadas, faz-se emprego da técnica de Parede Dupla Vista Dupla (PDVD). Tais metodologias de arranjo radiográfico são de uso tradicional na indústria e aparentemente seu estudo não poderia trazer resultados relevantes, uma vez que, em qualquer caso, os códigos de norma prevêem o atendimento de rigorosos requisitos de qualidade para que as radiografias obtidas sejam consideradas aceitáveis. No entanto, em estudo realizado em condições nas quais chapas de aço foram inspecionadas em PSVS e PDVS, constatou-se que nem sempre se obteve equivalência de detectabilidade entre as técnicas, mesmo quando as imagens radiográficas atendiam a todos os requisitos normativos. A comparação foi feita tanto com emprego de radiografia convencional quanto de radiografia computadorizada. O trabalho apresenta os resultados obtidos apenas com filmes industriais e discute sobre o desempenho esperado com o uso de detectores do tipo flat panel, os quais serão objeto de pesquisa do próximo projeto a ser executado pela Petrobras em parceira com a UFRJ.
INTRODUÇÃO
Durante o projeto de desenvolvimento de procedimentos para o emprego de Radiografia Computadorizada (RC) na inspeção de soldas, conduzido pela PETROBRAS em parceria com a UFRJ, vários corpos de prova contendo defeitos de soldagem foram confeccionados para gerar amostras a serem inspecionadas por RC através das técnicas de PSVS, PDVS e PDVD. Visando economizar custos e otimizar o trabalho, as chapas utilizadas para inspeção por PSVS também __________________________
1 MSc, Engenheira Metalúrgica e de Materiais – CENPES/PETROBRAS 2 MSc Engenheiro Metalúrgico – SEQUI/PETROBRAS
3 DSc, Engenheiro Mecânico - SEQUI/PETROBRAS 4 Engenheiro Mecânico - SEQUI/PETROBRAS 5 DSc, Físico – LIN/UFRJ
6 DSc, Físico – IF/UERJ e LIN/UFRJ 7 MSc, Físico – LIN/UFRJ
foram empregadas na simulação de tubos com diâmetro igual ou superior a 6”. Esta simulação foi validada por estudos experimentais preliminares, os quais indicaram que o arranjo de duas chapas distanciadas à dimensão de um dado diâmetro igual ou acima de 6” era radiograficamente similar a um tubo de mesmas dimensões (diâmetro e espessura).
Os resultados obtidos por Radiografia Computadorizada foram analisados quanto aos parâmetros normativos vigentes no país (N-2821, ABNT 15790) e à detectabilidade em comparação com filmes tradicionais. Assim sendo, todas as amostras radiografadas por RC também o foram por radiografia convencional segundo as três técnicas de exposição (PSVS, PDVS e PDVD) de acordo com suas dimensões. Cada radiografia assim obtida foi laudada por profissionais laudistas certificados segundo o SNQC.
Durante a etapa de laudo constatou-se que no arranjo simulado para tubos (PDVS) muitas radiografias não detectaram todos os defeitos registrados nas exposições em PSVS, fosse com uso de fontes de raios X ou gama. Esta constatação mostrou-se freqüente tanto no caso da radiografia convencional quanto no da radiografia computadorizada na comparação entre PSVS x PDVS. Ressalta-se que para a RC somente as imagens que atingiram detectabilidade equivalente com o respectivo filme radiográfico, foram consideradas válidas para esta análise.
O presente trabalho mostra a comparação realizada entre as radiografias obtidas com filmes e as perdas na detecção em função da geometria e espessura penetrada. As imagens obtidas por RC não serão abordadas no artigo.
2- Materiais e Métodos
2.1 Materiais
Os corpos de prova inspecionados em PSVS consistiram de chapas de aço de diferentes espessuras e soldadas na posição plana, como mostra a Figura 1. Foram inseridos defeitos artificiais em cada uma delas para análise da detectabilidade. Estas chapas foram usadas para simular tubos de diâmetro igual ou superior a 6”. A Tabela 1 apresenta o dimensional das amostras.
Tabela 1 – Especificações dos corpos de prova. Grupo Quantidade de CPs Espessura Nominal (mm) Espessura do Reforço (mm) Espessura Total (mm) I 3 (A, B, C) 5,33 1,60 6,93 II 3 (A, B, C) 6,35 1,60 7,95 III 3 (A, B, C) 7,11 3,20 10,31 IV 4 (A, B, C, D) 9,53 3,20 12,73 V 4 (A, B, C, D) 12,70 3,20 15,90 VI 8 (A até H) 18,26 4,00 22,26 VII 4 (A, B, C, D) 25,40 4,00 29,40 VIII 4 (A, B, C, D) 35,71 4,80 40,51
Para realização da radiografia convencional, foram utilizados filmes Classe II modelo AA400 (PSVS) e Classe I modelo M100 (PDVS) fabricados pela Kodak Industrex. Os filmes foram processados manualmente e após a aquisição das imagens, as mesmas foram digitalizadas utilizando o Sistema de Digitalização FS50B da GEIT. Os filmes foram analisados com o emprego do negatoscópio Gagne Inc 340 E, modelo 1118 fabricado pela UL, e do densitômetro X-Rite 342, da Incorporated.
Foram empregadas fontes de raios X e gama. Como fontes de raios X, foram utilizados os equipamentos da Yxlon modelo XMB225, e da GEIT modelo Isovolt 450 Titan, com tensões máximas de 225 kV e 450 kV. Como fontes de raios γ, foram empregados os isótopos Se-75 e Ir-192, que foram utilizados em irradiadores modelo 880 Sigma de fabricação da Sentinel. Para as radiografias convencionais, a atividade da fonte de Se-75 foi de cerca de 16 Ci e da fonte de Ir-192 de cerca de 48 Ci.
2.2 Arranjo de Exposição
Para o método de exposição de Parede Simples Vista Simples cada corpo de prova foi posicionado sobre o detector (filme convencional ou placa de fósforo, no caso da RC) e ambos colocados a uma distância de 600 mm da fonte de radiação (raios X ou γ). A Figura 2 mostra o arranjo experimental.
Figura 2 – Arranjo experimental (PSVS).
Para PDVS, foram simulados os diâmetros de 6”, 8”, 10”, 12” e 14” segundo a Tabela 2. A Figura 3 esquematiza o arranjo adotado (bico colado).
Tabela 2 – Especificações dos corpos de prova. Diâmetro nominal (pol) Diâmetro externo (mm) Espessura Nominal (mm) Espessura Total (mm) Fontes 6 168,1 6,35 7,95 RX e Se-75 SeSeSe75 7,11 10,31 RX e Se-75 12,70 15,90 RX e Ir-192 18,26 22,26 RX e Ir-192 8 219,1 25,4 29,40 RX e Ir-192 10 273,0 5,33 6,93 RX e Se-75 9,53 12,73 RX e Ir-192 12 323,8 9,53 12,73 RX e Ir-192 14 355,6 5,33 6,93 RX e Se-75 35,71 40,51 RX e Ir-192
Figura 3 – Arranjo experimental (PDVS).
2.3 Laudo Comparativo
Os laudos comparativos foram feitos entre filmes expostos segundo o arranjo PSVS e PDVS, com análise visual não assistida por computador, e entre radiografias computadorizadas, PSVS x PDVS, sem auxílio de algoritmos de segmentação e extração automática de descontinuidades. Conforme foi mencionado, a análise com imagens obtidas por RC não consta neste trabalho, mas os resultados foram análogos àqueles apresentados por ora.
As imagens digitalizadas dos filmes não foram utilizadas para a avaliação realizada, mas constarão neste artigo apenas por razões de ordem prática.
3 – Resultados e Discussões
As Tabelas 3 e 4 apresentam o comparativo entre a detectabilidade obtida com as técnicas de PSVS e PDVS para fontes de raios X e gama. O dimensionamento do comprimento das indicações lineares foi feito com uso de régua e lupa, o que naturalmente aumenta a incerteza da medição. No entanto, as conclusões finais não são comprometidas por estas incertezas. A codificação adotada para a nomenclatura das descontinuidades encontra-se na legenda.
Tabela 3 – Detectabilidade relativa entre PSVS x PDVS por amostra e por fonte (parte 1/2).
Fonte raios X Fonte raios gama
Esp. (mm) Diâmetro (pol) Amostra Defeito não detectado Comp. (mm) Esp. (mm) Diâmetro (pol) Amostra Defeito não detectado Comp. (mm) 5,33 14 todas NA - 5,33 14 todas NA - 6,35 6 A NA - 6,35 6 A TR transv 4,0 TR transv 4,0 B NA - B NA - C TR long 8,0 C FF 5,0 7,11 6 A TR long 15,0 7,111 6 A,B,C NA - B NA - C TR long 5,0 TR long 5,0 TR long 3,5 TR transv 5,0 9,53 12 A TR long 5,0 9,53 12 A TR transv 5,0 TR long 5,0 IEs - - - POs - B TR long 20,0 B1 TR transv 7,0 TR transv 7,0 - - TR transv 7,0 - - TR transv 7,0 - - PO - - - C TR long 6,0 C NA - IT - D NA - D TR transv 5,0 12,70 6 A TR long 10,0 12,7 6 A TR transv 3,0 TR transv 5,0 TR transv 5,0 TR transv 5,0 TR transv 5,0 - - TR transv 5,0 - - TR transv 3,0 - - TR transv 5,0 - - TR transv 5,0 - - TR transv 10,0 B TR long 30,0 B TR long 5,0 TR long 30,0 - - TR transv 5,0 C TR long 6,0 C TR long 12,0 TR transv 4,0 TR transv 7,0 TR transv 3,0 - - D POs - D TR long 10,0 TR transv 6,0 TR transv 5,0
Legenda: TR long – trinca longitudinal, TR – transv – trinca transversal, PO – poro, IE – inclusão de escória, IT – inclusão de tungstênio, FF – falta de fusão, NA – não se aplica, pois a detectabilidade é
equivalente entre PSVS e PDVS.
Nota: 1 – A gamagrafia perde mesmo em PSVS as pequenas trincas detectadas com raios X; por
Tabela 4 – Detectabilidade relativa entre PSVS x PDVS por amostra e por fonte (parte 2/2).
Fonte raios X Fonte raios gama
Esp. (mm) Diâmetro (pol) Amostra Defeito não detectado Comp. (mm) Esp. (mm) Diâmetro (pol) Amostra Defeito não detectado Comp. (mm) 18,26 6 A TR long 23,0 18,26 6 A TR long 15,0 TR transv 10,0 TR transv 10,0 B NA - B TR long 20,0 C TR long 16,0 C TR long 13,0 - - TR transv 6,0 D TR long 15,0 D TR long 15,0 E TR long 15,0 E NA - F TR long 18,0 F1 TR long 10,0 TR transv 6,0 - - TR transv 4,0 - - IE - - - PO - - - G NA - G NA - H TR long 20,0 H - - TR long 10,0 TR long 10,0 TR long 6,0 TR transv 3,0 TR long 8,0 TR transv 5,0 TR transv 5,0 TR transv 5,0 25,40 8 A TR long 22,0 25,401 8 A TR long 18,0 B TR long 5,0 B NA - TR transv 6,0 - - C TR long 6,0 C - - TR long 8,0 - - POs - - - D TR transv 6,0 D TR long 20,0 TR transv 7,0 - - TR transv 3,0 - - TR transv 5,0 - - TR transv 4,0 - - TR long 7,0 - - 35,71 14 A TR long 15,0 35,71 14 A1 TR long 13,0 TR long 20,0 - - TR transv 5,0 - - TR transv 6,0 - - B TR long 23,0 B TR long 18,0 TR long 3,0 TR transv 3,0 POs - IE along 8,0 C TR long 20,0 C - - TR long 15,0 TR long 15,0 IE - TR transv 5,0 PO - - - D TR long 15,0 D TR long 5,0 - - TR long 5,0 TR transv 8,0 TR transv 3,0
Legenda: TR long – trinca longitudinal, TR – transv – trinca transversal, PO – poro, IE – inclusão de escória, IT – inclusão de tungstênio, FF – falta de fusão, NA – não se aplica, pois a detectabilidade é
equivalente entre PSVS e PDVS.
Nota: 1 – A gamagrafia perde mesmo em PSVS as pequenas trincas detectadas com raios X; por
Do exame das Tabelas 3 e 4, constata-se que as pequenas trincas correspondem à maioria dos defeitos cuja detecção se perde em PDVS, no entanto, 19% (fontes gama) e 29% (fontes raios X) das indicações perdidas referem-se a trincas de comprimento acima de 15 mm, representando um fato alarmante. Até mesmo uma trinca de comprimento da ordem 30 mm deixou de ser detectada em PDVS.
Ao mesmo tempo, a análise das Tabelas poderia induzir à conclusão de que a detectabilidade com fontes de raios gama é melhor, uma vez que em algumas situações as perdas em PDVS parecem irrelevantes comparativamente ao que se detectou com raios X, porém, é importante frisar que as radiografias obtidas com radiação X apresentaram um número maior de indicações que aquelas obtidas com gama. Mesmo em PSVS, houve casos em que a gamagrafia não detectou uma série de pequenas trincas associadas a outras maiores e ramificadas, ao contrário do que se obteve com uso de fontes de radiação X, as quais proporcionam imagens de melhor contraste e resolução. Isso também explica o fato de que os defeitos parecem menores em termos de comprimento quando se empregam isótopos como fontes.
As Figuras 4 a 7 mostram exemplos de imagens obtidas para PSVS e PDVS nas quais se percebe nitidamente a perda de detectabilidade com o aumento da espessura penetrada.
a)
b)
a)
b)
Figura 5 – Imagem da amostra 1826 H com fonte de raios gama - a) PSVS e b) PDVS.
a)
b)
a)
b)
Figura 7 – Imagem da amostra 3571C com fonte de raios gama - a) PSVS e b) PDVS.
Como esperado, o aumento da espessura provoca também um aumento das perdas em PDVS, embora todas as radiografias consideradas pela análise estejam aprovadas segundo os critérios normativos. Nem mesmo o uso de filmes Classe I, como o M100, evitou este efeito.
Estas perdas em detectabilidade quando a técnica de PDVS é adotada certamente ocorrem desde o princípio do emprego do método radiográfico pela indústria e nas obras de campo, porém os projetos conservadores do passado provavelmente minimizaram este efeito uma vez que não se tem um histórico de falhas catastróficas ou relevantes causadas por uma probabilidade de detecção deficiente por parte da radiografia. No entanto, com a tendência atual de se investir em materiais mais resistentes e em projetos de estruturas esbeltas, o desempenho dos métodos de END na detecção de pequenos defeitos torna-se mais crítico. Por esta razão, e tendo-se em conta que o método ultrassônico não é a melhor opção em todas as situações, o estudo com detectores do tipo
flat panel justifica-se de forma inquestionável. A experiência já mostrou que os tempos de inspeção
podem ser consideravelmente reduzidos com o emprego destes detectores [1] e que a qualidade de imagem obtida pode superar os resultados alcançados com uso de filmes ou imaging plates [1,2,3,4], uma vez que a calibração do flat panel seja corretamente executada e otimizada [5].
A Figura 8 mostra um exemplo de imagem obtida com flat panel para a amostra 1270C, utilizando fonte de raios X com a técnica de PSVS.
Figura 8 – Imagem radiográfica da amostra 1270 C com fonte de raios X.
A PETROBRAS, em parceria com a UFRJ, planeja a execução de um projeto de pesquisa dedicado ao estudo sobre flat panels e suas aplicações em condições de campo. O estudo também
analisar as perdas em PDVS, caso aconteçam. A expectativa, com base nos resultados preliminares obtidos até o momento, é de que a probabilidade de detecção seja consideravelmente aumentada.
4 – Conclusões
Com a possibilidade de se inspecionar amostra soldadas através das técnicas de PSVS e PDVS, com radiografia convencional e Computadorizada, constatou-se que nem sempre se obteve equivalência de detectabilidade entre as técnicas, havendo registro de perdas em PDVS, mesmo com o atendimento de todos os requisitos normativos aplicáveis.
As perdas foram crescentes com o aumento da espessura penetrada em PDVS. Nem mesmo o emprego de filmes Classe I evitou este efeito.
O emprego de fontes de raios X, as quais geram imagens de melhor contraste e resolução, também não foi capaz de aumentar a probabilidade de detecção em PDVS em comparação às imagens obtidas em PSVS.
A tendência atual de se investir em materiais mais resistentes e em projetos de estruturas esbeltas faz com que o desempenho dos métodos de END na detecção de pequenos defeitos torne-se mais crítico. Por esta razão, é imperioso que haja investimento em métodos que aumentem a POD (probabilidade de detecção) da radiografia.
A experiência já mostrou que a qualidade de imagem obtida e os tempos de inspeção necessários podem ser consideravelmente otimizados com o emprego de detectores do tipo flat panel, desde que sua calibração seja corretamente executada.
A PETROBRAS, em parceria com a UFRJ, conduzirá um projeto de pesquisas sobre o uso de flat
panels em condições de campo, incluindo a análise de sua capacidade de detecção comparativa em
PSVS e PDVS.
AGRADECIMENTOS
À equipe de soldagem do SEQUI/PETROBRAS pela confecção dos corpos de prova e à equipe de radiografia do LIN/UFRJ pela execução das mesmas.
REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS
[1] - Moreira, E.V.; Barbosa J.M., Pereira, M.D.S., Lopes, R.T.; Zscherpel, U.; Digital Radiography
Using Digital Detector Arrays Fulfills Critical Applications for Offshore Pipelines, Eurasip Journal
on Advances in Signal Processing, vol 2010, article number 894643, (2010);
[2] - Ewert U., Zscherpel U., Bavendiek K.; Strategies for Film Replacement in Radiography Films
and Digital Detectors in Comparison, 17th World Conference on Nondestructive Testing,
Shanghai, China, Oct (2008);
[3] - Marinho, C.A., Lopes, R.T., Rebelo, J.M.A.; Film Replacement by Digital Techniques in Weld
Inspection, Materials Evaluation, pp529-539, July (2008);
[4] - Bavendiek, K., Ewert, U., Zscherpel, U.; Digital Detector Arrays (Flat Panel Detectors), April 2007, BAM Berlim BAM DIR2008 workshop, Nov. 2008, Berlin, Germany;
[5] - Patusco, C.A.P.; Marinho, C. A.; Lopes, R. T.; Pereira, G.R.; Zscherpel, U.; Avaliação da Qualidade da Imagem em Sistemas de Radiografia Digital Utilizando Detectores Planos (DDAs) 12ª COTEQ - Conferência Internacional sobre Tecnologia de Equipamentos, Porto de Galinhas - PE, Anais do COTEQ, v. 1, 2013.
