DOCUMENTAÇÃO DE APOIO
ANÁLISE E CONTROLO
DE QUALIDADE
NA INDÚSTRIA II
Ano Lectivo 2002-2003
Docente: Susana Carvalho
ÍNDICE
1. INTRODUÇÃO
3
2.
ENSAIOS NÃO DESTRUTIVOS
2.1. Métodos
Visuais
7
2.2. Líquidos
Penetrantes
10
2.3.
Partículas Magnéticas
21
2.4.
Ultra- sons
34
2.5. Radiografia
Industrial
46
2.5.1. Raios-X
48
2.5.2. Raios gama
51
3.
ENSAIOS DESTRUTIVOS
3.1. Tracção
68
3.2. Compressão
79
3.3. Cisalhamento
82
3.4.
Dobragem/ Flexão
84
3.4.1. Dobragem
86
3.4.2. Flexão
87
3.5. Embutimento
91
3.6. Torção
94
3.7. Dureza
97
3.7.1. Brinell
98
3.7.2. Rockwell
102
3.7.3. Vickers
107
3.8.
Fluência
111
3.9. Relaxação
115
3.10. Fadiga
115
3.11. Impacto
120
Bibliografia
1. Introdução
Quando se adquire um produto qualquer, há sempre uma preocupação com a sua qualidade. Como consumidores conscientes, é nosso dever exigir ao fabricante a garantia do produto, pois quem fabrica deve assumir a responsabilidade pelo perfeito funcionamento do objecto que produziu.
Para poder dar esta garantia, o fabricante precisa ter a certeza de que o seu produto foi produzido com materiais adequados, em conformidade com as normas técnicas estabelecidas, e que apresenta, portanto, características apropriadas ao uso que lhe será dado. É por isso que o fabricante deve realizar testes, tanto dos produtos como dos seus componentes, antes de lançá-los no mercado. Por exemplo, os automóveis têm todos os seus componentes testados, seguindo normas estabelecidas para isso, desde a pintura até ao ruído do motor, tudo deve satisfazer os padrões internacionais de qualidade. Esses testes, que são realizados em condições rigidamente controladas, são chamados de ensaios aos materiais, assunto que será tratado nesta disciplina. As primeiras aulas apresentam uma visão geral sobre ensaios tecnológicos e destacam as principais propriedades dos materiais que podem ser avaliadas por meio de ensaios. As aulas seguintes aparecem organizadas em dois blocos - ensaios não destrutivos e ensaios destrutivos - e tratam das características dos principais ensaios de materiais. Como te sentirias se a chave que acabaste de mandar fazer partisse ao dar a primeira volta na fechadura? Ou se a jarra de vidro refractário que a propaganda diz que pode ir do fogo ao frigorífico partisse ao enche-la com água quente?
Hoje em dia ninguém se contenta com objectos que apresentem resultados desses. Mas durante muito tempo essa foi a única forma de avaliar a qualidade de um produto! Nos séculos passados, como a construção dos objectos era essencialmente artesanal, não havia um controle de qualidade regular dos produtos fabricados. Avaliava-se a qualidade de uma lâmina de aço, a dureza de um prego, a pintura de um objecto simplesmente pelo próprio uso. Um desgaste prematuro que conduzisse à rápida quebra da ferramenta era o método racional que qualquer um aceitava para determinar a qualidade das peças, ou seja, a análise da qualidade era baseada no comportamento do objecto depois de pronto. O acesso a novas matérias-primas e o desenvolvimento dos processos de fabrico obrigaram à criação de métodos normalizados de produção em todo o mundo, ao mesmo tempo que se desenvolveram processos e métodos de controle de qualidade dos produtos. Actualmente, entende-se que o controle de qualidade precisa começar pela matéria-prima e deve ocorrer durante todo o processo de produção, incluindo a inspeção e os ensaios finais nos produtos acabados.
Nesse quadro, é fácil perceber a importância dos ensaios dos materiais, já que é por meio deles que se verifica se os materiais apresentam as propriedades que os tornarão adequados ao seu uso.
Durante as aulas irás conhecer algumas propriedades físicas e químicas que os materiais precisam ter para resistirem às solicitações a que serão submetidos durante o seu tempo de vida útil e ficarás a conhecer também como se classificam os ensaios em função dos efeitos que causam nos materiais testados.
Se parares para observar uma dona de casa a torcer um pano de limpar o chão, ou ainda um ginasta a fazer acrobacias num trampolim, verás alguns exemplos de esforços a que os materiais estão sujeitos durante o uso.
Observa a seguir a representação esquemática de alguns tipos de esforços que afectam os materiais.
É evidente que os produtos tem de ser fabricados com as características necessárias para suportar esses esforços. Mas como saber se os materiais apresentam tais características? Realizando ensaios mecânicos!
Os ensaios mecânicos dos materiais são procedimentos normalizados que compreendem testes, cálculos, gráficos e consultas a tabelas, tudo isso em conformidade com normas técnicas. Realizar um ensaio consiste em submeter um objecto já fabricado ou um material que vai ser processado industrialmente a situações que simulam os esforços que eles irão sofrer nas condições reais de uso, chegando a limites extremos de solicitação.
Os ensaios podem ser realizados na própria oficina ou em ambientes especialmente equipados para essa finalidade: os laboratórios de ensaios.
Os ensaios fornecem resultados gerais, que são aplicados a diversos casos, e devem poder ser repetidos em qualquer local que apresente as condições adequadas.
Podem ser realizados em protótipos, no próprio produto final ou em corpos de prova (provetes) e, para serem confiáveis, devem seguir as normas técnicas estabelecidas. Imagina que uma empresa resolveu produzir um novo tipo de tesoura, com lâmina de aço especial. Antes de lançar comercialmente o novo produto, o fabricante quer saber, com segurança, como será o seu comportamento na prática. Para isso, ele ensaia as matérias-primas, controla o processo de fabrico e produz uma pequena quantidade dessas tesouras, que passam a ser os protótipos. Cada uma dessas tesouras será submetida a uma série de testes que procurarão reproduzir todas as situações de uso quotidiano. Por exemplo, o corte da tesoura pode ser testado em materiais diversos, ou sobre o mesmo material em horas seguidas. Os resultados são analisados e servem como base para o aperfeiçoamento do produto.
Os ensaios de protótipos são muito importantes, pois permitem avaliar se o produto testado apresenta características adequadas à sua função. Os resultados obtidos nesses testes não podem ser generalizados, mas podem servir de base.
Já os ensaios em provetes, realizados de acordo com as normas técnicas estabelecidas, em condições normalizadas, permitem obter resultados de aplicação mais geral, que podem ser utilizados e reproduzidos em qualquer lugar.
Propriedades dos materiais
Todos os campos da tecnologia, especialmente aqueles que se referem à construção de máquinas e estruturas, estão intimamente ligados aos materiais e às suas propriedades.
Tomando como base as mudanças que ocorrem nos materiais, essas propriedades podem ser classificadas em dois grupos:
• físicas; • químicas.
Se colocarmos água a ferver num copo descartável de plástico, o plástico amolece e muda a sua forma, mas mesmo mole, continua com a sua composição química inalterada. A propriedade de sofrer deformação sem sofrer mudanças na composição química é uma propriedade física.
Por outro lado, se deixarmos uma barra de aço-carbono exposta ao clima, observaremos a formação de ferrugem. O aço-carbono, em contacto com o ar, sofre corrosão, com mudanças na sua composição química. A resistência à corrosão é uma propriedade química.
Entre as propriedades físicas, destacam-se as propriedades mecânicas, que se referem à forma como os materiais reagem aos esforços externos, apresentando deformação ou ruptura.
Quando soltas o pedal da embreagem do carro, ele volta à posição de origem graças à elasticidade da mola ligada ao sistema accionador do pedal. A elasticidade é um exemplo de propriedade mecânica que pode ser definida como a capacidade que um material tem de retornar à sua forma e dimensões originais quando cessa o esforço que o deformava.
A plasticidade, por seu lado é a capacidade que um material tem de apresentar deformação permanente apreciável, sem se romper.
Uma viga de uma ponte rolante deve suportar esforços de flexão sem se romper. Para isso, é necessário que ela apresente resistência mecânica suficiente, isto é, deve ter capacidade de suportar esforços externos (tração, compressão, flexão etc.) sem se romper.
Para determinar qualquer uma dessas propriedades é necessário realizar um ensaio específico.
Tipos de ensaios mecânicos
Existem vários critérios para classificar os ensaios mecânicos. A classificação que adoptaremos agrupa os ensaios em dois blocos:
• ensaios destrutivos; • ensaios não destrutivos.
2. ENSAIOS NÃO DESTRUTIVOS
Os Ensaios Não Destrutivos - END são ensaios realizados em materiais, acabados ou semi acabados, para verificar a existência ou não de descontinuidades ou defeitos, através de princípios físicos definidos, sem alterar as suas características físicas, químicas, mecânicas ou dimensionais e sem interferir no seu uso posterior.
Constituem uma das principais ferramentas do controle da qualidade de materiais e produtos, contribuindo para garantir a qualidade, reduzir os custos e aumentar a confiança da inspecção.
São utilizados na maquinagem, montagem, inspecção em serviço e manutenção, sendo largamente aplicados em soldas, fundições, forjas, laminados, plásticos, betão, entre outros, nos sectores petroquímico, nuclear, aeroespacial, siderúrgico, ferroviário, naval, eletromecânico e automóvel.
Os END incluem métodos capazes de proporcionar informações a respeito do teor de defeitos de um determinado produto, das características tecnológicas de um material, ou ainda, da monitorização da degradação em serviço de componentes, equipamentos e estruturas.
Os métodos mais usuais de END são: ensaio visual, líquido penetrante, partículas magnéticas, ultra-som e radiologia (Raios X e Gama).
Para obter resultados satisfatórios e válidos, os seguintes itens devem ser considerados como elementos fundamentais para os resultados destes ensaios:
- Pessoal treinado e qualificado;
- Procedimentos qualificados para conduzir o ensaio; - Equipamentos devidamente calibrados;
- Normas e critérios de aceitação perfeitamente definidos
J
á imaginaste quantas peças diferentes existem num automóvel? Cada uma delas tem a sua importância, mas sabemos que umas são mais importantes do que outras. Imagina se o sistema de travões falhasse ao ser accionado; causaria, sem dúvida, danos muito mais significativos do que se a tampa do porta-luvas emperrasse, não é? Por este motivo, é muito importante definir claramente os critérios de aceitação e rejeição de cada componente de um determinado produto, pois isso determina a escolha do tipo de ensaio não destrutivo aplicado a cada material, o que é fundamental para garantir a segurança e o bem-estar dos utilizadores.Geralmente, um único tipo de ensaio não abrange toda a extensão da peça ou da parte a ser examinada. Podemos fazer como comparação, por exemplo, o exame do próprio corpo humano. Sabemos que num exame de rotina o médico usa vários tipos de END para diagnosticar um problema ou verificar que o paciente se encontra em perfeita saúde. Que exames são esses? Por exemplo, ouvir os batimentos do coração com o estetoscópio, analisar os pulmões por meio de uma radiografia ou medir a pressão arterial com um esfignomanómetro podem fazer parte de um único processo de avaliação da saúde de um paciente. Analisando o resultado de cada um dos exames, o médico tira conclusões e toma decisões. Na indústria os procedimentos são similares.
2.1. Ensaios visuais
O ensaio visual dos metais foi o primeiro método de ensaio não destrutivo aplicado pelo homem e certamente, o ensaio mais barato, usado em todos os ramos da indústria.
Assim, a inspecção visual exige a definição clara e precisa de critérios de aceitação e rejeição do produto que está a ser inspeccionado. Requer ainda inspectores treinados e especializados, para cada tipo ou família de produtos. Um inspector visual de chapas laminadas não deverá inspeccionar peças fundidas e vice-versa, sem prévia formação. É importante que fiquem claros, no início do nosso estudo, os conceitos de descontinuidade e defeito de peças. Esses termos são muito comuns na área de ensaios não destrutivos. Para entendê-los, vejamos um exemplo simples: um copo de vidro com pequenas bolhas de ar no interior da sua parede, formadas devido a imperfeições no processo de fabrico, pode ser utilizado sem prejuízo para o utilizador. Essas imperfeições são classificadas como descontinuidades.
Mas, caso essas mesmas bolhas surgissem à superfície do copo, de modo a permitir a passagem do líquido do interior para a parte externa, elas seriam classificadas como defeitos, pois impediriam o uso do copo.
De um modo geral, deparamo-nos na indústria com inúmeras variáveis de processo que podem gerar imperfeições nos produtos, pelo que as mesmas devem ser classificadas como descontinuidades ou defeitos.
A principal ferramenta do ensaio visual é a visão (olhos), importantes órgãos do corpo humano mas considerado um órgão pouco preciso, uma vez que a visão varia em cada um de nós. Para minimizar essas variáveis, devem-se normalizar factores como a luminosidade, a distância ou o ângulo em que é feita a observação.
A ilusão de óptica é outro problema na execução dos ensaios visuais. Para eliminar esse problema, nos ensaios visuais, devemos utilizar instrumentos que permitam dimensionar as descontinuidades, como por exemplo, uma escala graduada (régua). A inspecção visual a olho nu é afectada pela distância entre os olhos do observador e o objecto examinado. A distância recomendada para inspecção situa-se em torno de 25cm: abaixo desta medida, começam a ocorrer distorções na visualização do objecto. Existem outros factores que podem influenciar na detecção de descontinuidades no ensaio visual.
− Limpeza da superfície
As superfícies das peças ou partes a serem examinadas devem ser cuidadosamente limpas, de tal forma que resíduos como graxas, óleos, poeira, oxidação etc. não impeçam a detecção de possíveis descontinuidades e/ou até de defeitos.
− Acabamento da superfície
O acabamento superficial resultante de alguns processos de fabricação - fundição, forjamento, laminação - pode encobrir ou esconder descontinuidades; portanto, dependendo dos requisitos de qualidade da peça, elas devem ser cuidadosamente preparadas (decapadas, rebarbadas, maquinadas) para, só então, serem examinadas.
− Nível de iluminação e seu posicionamento
O tipo de luz utilizada também influencia muito no resultado da inspecção visual. A luz branca natural, ou seja, a luz do dia, é uma das mais indicadas; porém, por problemas de layout, a maioria dos exames é feita em ambientes fechados, no interior de fábricas. Utilizam-se, então, lâmpadas eléctricas, que devem ser posicionadas atrás do inspector, ou noutra posição qualquer desde que não ofusque a sua visão.
− Contraste entre a descontinuidade e o resto da superfície
A descontinuidade superficial de um determinado produto deve provocar um contraste, ou seja, uma diferença visual clara em relação à superfície de execução do exame. Esta característica deve ser avaliada antes de se escolher o exame visual como método de determinação de descontinuidades, para evitar que possíveis defeitos sejam libertados equivocamente.
Atenção: um factor de fracasso na inspecção visual é a fadiga visual dos inspectores, que observam os mesmos tipos de peças durante longos períodos de trabalho. Para minimizar esse problema, devem-se programar paragens para descanso. Outro recurso é colocar esporadicamente na linha de inspecção peças- padrão, com defeitos mínimos conhecidos, a fim de avaliar o desempenho dos inspectores.
Além da formação, estes devem receber acompanhamento oftalmológico, que faz parte da qualificação dos inspectores e deve ser realizado periodicamente, para garantir a sua acuidade visual.
Em certos tipos de inspecções - por exemplo, na parede interna de tubos de pequeno diâmetro e em partes internas de peças - é necessário usar instrumentos ópticos auxiliares, que complementam a função dos nossos olhos. Os instrumentos ópticos mais utilizados são:
• Lupas e microscópios;
• Espelhos e tuboscópios (endoscópios); • Câmaras de tv em circuito fechado. Vamos conhecer cada um deles mais de perto.
Lupas e microscópios
As lupas são o instrumento óptico mais usado na indústria. A lupa é uma lente biconvexa de pequena distância focal, geralmente de 5 a 10 cm, que produz uma imagem virtual aumentada, do objecto. Assim, quando o inspector utiliza uma lupa, ele está a ver a imagem do objecto e não o próprio objecto. Esta imagem virtual é maior e forma-se atrás dele.
Existem no mercado lupas com diversas ampliações, sendo que as mais comuns variam de 1,5 a 10 vezes de aumento, permitindo observar descontinuidades de até centésimos de milímetro. Algumas possuem uma escala graduada que permite dimensionar as descontinuidades.
Os microscópios, por sua vez, são constituídos por conjuntos de lentes denominadas, objetivas e oculares que possibilitam ampliar descontinuidades até milhares de vezes.
Na maioria dos casos, eles são utilizados na inspecção de peças pequenas, como molas, fios, parafusos, mas em casos especiais podem ser acoplados a peças grandes.
Espelhos e tuboscópios/endoscópios
Um exemplo típico de espelho na inspecção visual, que ocorre no quotidiano, é quando o dentista observa a boca do paciente com um espelho fixado numa haste metálica. Na indústria, os espelhos também são usados para inspecção de cantos, soldas e superfícies onde os nossos olhos não alcançam.
Imagine quão difícil seria observar as paredes internas de tubos longos, de pequeno diâmetro, utilizados na construção de caldeiras e permutadores de calor, ou o interior da câmera de combustão dos motores de explosão. Sem os endoscópios (também denominados em alguma literatura por tuboscópios), não seria possível tal observação.
Os tuboscópios são instrumentos ópticos construídos com os mais variados diâmetros e comprimentos, que geralmente possuem o seu próprio dispositivo de iluminação.
Da mesma forma que os microscópios, os tuboscópios também possuem lentes objetivas e oculares, porém, a imagem do objecto é transmitida através do tubo do tuboscópio até a extremidade do mesmo, onde se encontra uma lente ocular que amplia ainda mais a imagem.
Os tuboscópios podem ser fabricados numa só peça, ou em partes que se encaixam. Uma característica importante para o seu funcionamento é que eles giram em torno do eixo do seu tubo, permitindo uma inspecção visual circunferencial.
Isso é possível porque o tuboscópio possui uma peça chamada volante, que permite a rotação da cabeça do instrumento para qualquer ângulo. Os tuboscópios possuem cabeças de diversos formatos e ângulos de incidência, possibilitando inspecções em diversos ângulos.
Câmeras de tv em circuito fechado
Micromputadores e câmeras de tv em circuito fechado são acessórios de grande valia nas inspecções visuais.
Uma câmera de tv acoplada à cabeça de um tuboscópio permite ao inspector executar o exame de superfícies a grandes distâncias; este recurso deve ser utilizado quando o ambiente em que se encontra a peça, ou a parte a ser examinada, não é favorável devido a gases tóxicos, altas temperaturas ou radiação. Outro exemplo é quando se realiza uma inspecção de longa duração e que não pode ser interrompida; nesse caso, o uso de câmaras de tv é de grande ajuda.
2.2. Líquidos penetrantes
Depois do ensaio visual, o ensaio por líquidos penetrantes é o ensaio não destrutivo mais antigo. Este método, iniciou-se antes da primeira guerra mundial, principalmente pela indústria ferroviária na inspeção de eixos, porém tomou impulso quando em 1942, nos EUA, foi desenvolvido o método de penetrantes fluorescentes. Nesta época, o ensaio foi adoptado pelas indústrias aeronáuticas, que trabalhando com ligas não ferrosas, necessitavam de um método de detecção de defeitos superficiais diferentes do ensaio por partículas magnéticas (não aplicável a materiais não magnéticos). A partir da segunda guerra mundial, o método foi-se desenvolvendo, através da pesquisa e o aperfeiçoamento de novos produtos utilizados no ensaio, até ao seu estado actual. O ensaio por líquidos penetrantes é um método desenvolvido especialmente para a detecção de descontinuidades essencialmente superficiais, isto é, permitem avaliar apenas a superfície da peça).
O ensaio por líquidos penetrantes presta-se a detectar descontinuidades superficiais não visíveis a olho nu e que sejam abertas na superfície, tais como fendas, poros, dobras, etc., podendo ser aplicado em todos os materiais sólidos e que não sejam porosos ou com superfície muito grosseira.
É muito usado em materiais não magnéticos como alumínio, magnésio, aços inoxidáveis austeníticos, ligas de titânio, e zircónio, além dos materiais magnéticos. É também aplicado em cerâmica vitrificada, vidro e plásticos.
O ensaio consiste em aplicar um líquido penetrante sobre a superfície a ser ensaiada. Após remover o excesso da superfície, faz-se sair da descontinuidade o líquido penetrante retido, utilizando-se para isso um revelador.
A imagem da descontinuidade, ou seja, o líquido penetrante contrastando com o revelador, fica então visível.
Vamos conhecer as etapas deste ensaio: a) Preparação e limpeza da superfície
A limpeza da superfície a ser ensaiada é fundamental para a revelação precisa e confiável das descontinuidades porventura existentes na superfície de ensaio. O objectivo da limpeza é remover tinta, camadas protectoras, óxidos, areia, graxa, óleo, poeira ou qualquer resíduo que impeça o penetrante de entrar na descontinuidade.
Para remover esses resíduos sem contaminar a superfície de ensaio utilizam-se solventes, desengraxantes ou outros meios apropriados. A Tabela seguinte apresenta alguns contaminantes, descreve os seus efeitos e indica possíveis soluções para a limpeza e correcção da superfície de exame.
b) Aplicação do líquido penetrante
Consiste em aplicar, por meio de pincel, imersão, pistola ou spray, um líquido, geralmente de cor vermelha ou fluorescente, capaz de penetrar nas descontinuidades depois de um determinado período de tempo em contacto com a superfície de ensaio.
A Tabela seguinte pode ser utilizada como referência para estabelecer os tempos de penetração de diversos materiais, com os seus respectivos processos de fabricação.
c) Remoção do excesso de penetrante
Decorrido o tempo mínimo de penetração, deve-se remover o excesso de penetrante, de modo que a superfície de ensaio fique totalmente isenta do líquido - este deve ficar retido somente nas descontinuidades. Esta etapa do ensaio pode ser feita com um pano, um papel seco ou humedecido com solvente.
Noutros casos, lava-se a peça com água, secando-a posteriormente, ou aplica-se um agente pós-emulsificável, fazendo-se depois a lavagem com água.
Uma operação de limpeza deficiente pode encobrir os resultados, revelando até descontinuidades inexistentes.
d) Revelação
Para revelar as descontinuidades, aplica-se o revelador, que nada mais é do que um talco branco. Esse talco pode ser aplicado a seco ou misturado nalgum líquido.
O revelador absorve o penetrante das descontinuidades e revela-as. Tal como na etapa de penetração, aqui também deve ser previsto um tempo mínimo para a revelação, em função do tipo de peça, do tipo de defeito a ser detectado e da temperatura ambiente. Geralmente faz-se uma inspecção logo no início da secagem do revelador e outra quando a peça está totalmente seca.
e) Inspecção
No caso dos líquidos penetrantes visíveis, a inspecção é feita sob luz branca natural ou artificial. O revelador, aplicado à superfície de ensaio, proporciona um fundo branco que contrasta com a indicação da descontinuidade, que geralmente é vermelha e brilhante.
Para os líquidos penetrantes fluorescentes, as indicações tornam-se visíveis em ambientes escuros, sob a presença de luz negra, e apresentam-se numa cor amarelo esverdeado, contra um fundo de contraste entre o violeta e o azul.
f) Limpeza
Após a inspecção da peça e a elaboração do relatório de ensaio, ela deve ser devidamente limpa, removendo-se totalmente os resíduos do ensaio; esses resíduos podem prejudicar uma etapa posterior no processo de fabricação do produto ou até o seu próprio uso, caso esteja acabado.
Como vimos, todos os exames dependem da avaliação visual do operador, pelo que o grau de iluminação utilizada é extremamente importante. Iluminação errada pode induzir a erros de interpretação. Além disso, uma iluminação adequada diminui a fadiga do inspector. Os tipos de luz utilizados são:
• Luz branca
A luz branca utilizada é a convencional, podendo a sua fonte ser a luz do sol, lâmpada de filamento, lâmpada fluorescente ou lâmpada a vapor. Dirigir a luz para a área de inspecção com o eixo da lâmpada formando aproximadamente 90° em relação a ela é a melhor alternativa. O fundo branco da camada de revelador faz com que a indicação se torne escurecida. A intensidade da luz deve ser adequada ao tipo de indicação que se quer ver, sendo ideal acima de 1000 Lux (conforme recomendado pelo Código ASME). O instrumento que mede a intensidade da luz é o luxímetro .
• Iluminação com Luz ultravioleta (“luz negra”):
Podemos definir a luz “negra” como aquela que tem comprimento de onda menor do que o menor comprimento de onda da luz visível. Ela tem a propriedade de causar em certas substâncias o fenómeno da fluorescência. O material fluorescente contido no penetrante tem a propriedade de após absorver a luz “negra” emitir energia em comprimentos de onda maiores, na região de luz visível. São usados filtros que eliminam os comprimentos de onda desfavoráveis (luz visível e luz ultravioleta). A intensidade de luz ultravioleta que se deve ter para uma boa inspeção é de 1000 mW/cm2. O instrumento usado para medir a luz UV é o radiómetro.
Vantagens do método
• podemos dizer que a principal vantagem deste método é a sua simplicidade, pois a interpretação dos seus resultados é extremamente fácil.
• O treino é simples e requer pouco tempo de formação do operador.
• não há limitações quanto ao tamanho, forma das peças a ensaiar, nem quanto ao tipo de material.
• o ensaio pode revelar descontinuidades extremamente finas, da ordem de 0,001 mm de largura, totalmente imperceptíveis a olho nu.
Limitações do método
• o ensaio só detecta descontinuidades abertas e superficiais, já que o líquido tem de penetrar na descontinuidade. Por esta razão, a descontinuidade não pode estar preenchida com qualquer material estranho.
• a superfície do material a ser examinada não pode ser porosa ou absorvente, já que não conseguiríamos remover totalmente o excesso de penetrante, e isso iria deturpar os resultados.
• o ensaio pode-se tornar inviável em peças de geometria complicada, que necessitam de absoluta limpeza após o ensaio, como é o caso de peças para a indústria alimentar, farmacêutica ou hospitalar.
• a aplicação do penetrante deve ser feita numa determinada faixa de temperatura. Superfícies muito frias (abaixo de 10 ºC) ou muito quentes (acima de 52 ºC) não são recomendáveis ao ensaio.
• algumas aplicações das peças em inspecção fazem com que a limpeza seja efectuada da maneira mais completa possível após o ensaio (caso de maquinaria para indústria alimentar, material soldar posteriormente, etc). Este facto pode tornar-se limitativo ao exame, especialmente quando esta limpeza for difícil de fazer.
Um bom líquido penetrante
O nome “penetrante” vem da propriedade essencial que este produto deve ter, ou seja, a sua habilidade de penetrar em aberturas finas. O líquido penetrante é formado pela mistura de vários líquidos, e deve apresentar uma série de características, indispensáveis ao bom resultado do ensaio. Vejamos quais são essas características: a) ter capacidade de penetrar em pequenas aberturas;
b) ser capaz de se manter em aberturas relativamente grandes; c) ser removível da superfície onde está aplicado;
d) ter capacidade de se espalhar num filme fino sobre a superfície de ensaio; e) apresentar grande brilho;
f) ser estável quando armazenado ou em uso; g) ter baixo custo;
h) não deve perder a cor ou a fluorescência quando exposto ao calor, luz branca ou luz negra;
i) não deve reagir com o material em ensaio, nem com a sua embalagem; j) não pode ser inflamável;
l) não deve ser tóxico;
m) não deve evaporar ou secar rapidamente;
n) em contacto com o revelador, deve sair em pouco tempo da cavidade onde tiver penetrado.
Nenhuma dessas características, por si só, determina a qualidade do líquido penetrante: a qualidade depende da combinação de todas elas (quando falamos em bom ou mal penetrante referimo-nos à sua habilidade em penetrar nas descontinuidades). Para que o penetrante tenha as qualidades acima indicadas, é necessário que certas propriedades estejam presentes. Entre elas destacam-se:
• Viscosidade
A intuição diz-nos que um líquido menos viscoso seria melhor penetrante que um mais viscoso mas isto nem sempre é verdadeiro, pois a água que tem baixa viscosidade não é um bom penetrante.
Todavia, a viscosidade tem efeito nalguns aspectos práticos do uso do penetrante. Ele é importante na velocidade com que o penetrante entra num defeito. Penetrantes mais viscosos demoram mais a penetrar nas descontinuidades. Penetrantes pouco viscosos têm a tendência de não permanecerem muito tempo sobre a superfície da peça, o que pode ocasionar tempo insuficiente para penetração.
Líquidos de alta viscosidade têm a tendência de serem retirados dos defeitos quando se executa a limpeza do excesso.
• Tensão superficial
A tensão superficial de um líquido é o resultado das forças de coesão entre as moléculas que formam a superfície do líquido.
Um líquido com baixa tensão superficial é melhor penetrante, pois tem a habilidade de penetrar nas descontinuidades.
Características de alguns líquidos à T de 20ºC
• Volatilidade
Podemos dizer, como regra geral, que um penetrante não deve ser volátil, porém devemos considerar que para derivados de petróleo, quanto maior a volatilidade, maior a viscosidade. Como é desejável uma viscosidade média, os penetrantes são mediamente voláteis.
A desvantagem é que quanto mais volátil o penetrante, menos tempo de penetração pode ser dado. Por outro lado, ele tende a volatilizar-se quando no interior do defeito.
• Inércia química
É obvio que um penetrante deve ser não inerte e não corrosivo com o material a ser ensaiado ou com a sua embalagem, tanto quanto possível.
Os produtos oleosos não apresentam perigo. A exceção é quando existem emulsificantes alcalinos. Quando em contato com a água vai-se formar uma mistura alcalina. Numa inspeção de alumínio ou magnésio, caso a limpeza final não seja bem executada pode haver aparecimento, após um certo período, de corrosão na forma de “pitting”. Quando se trabalha com ligas à base de níquel, requer-se um penetrante com baixos teores de alguns elementos prejudiciais.
• Habilidade de dissolução
Os penetrantes incorporam o produto corante ou fluorescente que deve estar o mais dissolvido possível. Portanto, um bom penetrante deve ter a habilidade de manter estes agentes dissolvidos.
• Toxicidade
Evidentemente um bom penetrante não pode ser tóxico, possuir odor exagerado nem causar irritação na pele.
• Penetrabilidade
Apesar da penetrabilidade (capacidade de penetrar em finas descontinuidades) não ser a única qualidade do líquido, a penetrabilidade está intimamente ligada às forças de atracção capilar - capilaridade. Estas forças são aquelas que fazem um líquido penetrar expontaneamente num tubo de pequeno diâmetro.
Observando a figura ao lado, verifica que o líquido 1 consegue penetrar até uma altura h1 no tubo capilar, enquanto que o líquido 2 consegue penetrar a uma altura h2, menor que h1, no mesmo tubo capilar. Assim, o líquido 1 possuirá melhores características de penetrabilidade nas descontinuidades, do que o líquido 2, uma vez que as finas aberturas se comportam como um tubo capilar.
A capilaridade é função da tensão superficial do líquido. A abertura da descontinuidade afectará a força capilar, isto é, quanto menor a abertura (mais fina uma fissura) maior a força.
Tipos de líquidos penetrantes
Algumas normas técnicas classificam os líquidos penetrantes quanto à visibilidade e tipo de remoção, conforme tabela abaixo:
Os líquidos penetrantes devem se analisados quanto aos teores de contaminantes, tais como enxofre, flúor e cloro quando a sua aplicação for efectuada em materiais inoxidáveis austeníticos, titânio e ligas à base de níquel. O procedimento e os limites aceitáveis para estas análises, devem estar de acordo com a norma aplicável de inspecção do material ensaiado.
Quanto à visibilidade podem ser: • Fluorescentes (método A)
constituídos por substâncias naturalmente fluorescentes, são activados e processados para apresentarem alta fluorescência quando excitados por raios ultravioleta (luz negra).
• Visíveis coloridos (método B)
Esses penetrantes são geralmente de cor vermelha, para que as indicações produzam um bom contraste com o fundo branco do revelador.
Quanto ao tipo de remoção do excesso, podem ser: • Laváveis em água
Os líquidos penetrantes deste tipo são elaborados de tal maneira que permitem a remoção do excesso com água; esta operação deve ser cuidadosa; se for demorada ou se for empregue jacto de água, o líquido pode ser removido do interior das descontinuidades.
• Pós-emulsificáveis
Neste caso, os líquidos penetrantes são fabricados de maneira a serem insolúveis em água. A remoção do excesso é facilitada pela adição de um emulsificador, aplicado em separado. Este combina-se com o excesso de penetrante, formando uma mistura lavável com água.
O Emulsificador é um composto químico complexo que, uma vez misturado ao líquido penetrante à base de óleo, faz com que o penetrante seja lavável pela água. Ele é utilizado na fase de remoção do excesso, é mais brilhante que os demais, tem grande sensibilidade para detectar defeitos muitos pequenos e/ou muito abertos e planos. É um método muito produtivo, pois requer pouco tempo de penetração e é facilmente lavável, mas é mais caro que os outros.
• Removíveis por solventes
Estes tipos de líquidos penetrantes são fabricados de forma a permitir que o excesso seja removido com um pano seco, papel-toalha ou qualquer outro material absorvente que não solte pêlo, até que reste uma pequena quantidade de líquido na superfície de ensaio; esta deve ser então removida com um solvente removedor apropriado. Estes métodos são práticos e portáteis, dispensam o uso de luz negra, mas têm menos sensibilidade para detectar defeitos muito finos; a visualização das indicações é limitada.
As características dos penetrantes ajudar-nos-ão sem dúvida a escolher o método mais adequado para um determinado ensaio, porém o factor mais importante a ser considerado são os requisitos de qualidade que devem constar na especificação do produto. É com base nestes requisitos que devemos escolher o método. Não se pode simplesmente estabelecer que todas as descontinuidades devem ser detectadas, pois poderíamos escolher um método mais caro que o necessário. Precisamos estar conscientes de que a peça deve estar livre de defeitos que interfiram na utilização do produto, ocasionando descontinuidades reprováveis.
Com base nesses aspectos, um método mais simples e barato pode ser também eficiente para realizar o ensaio.
Revelação
O revelador é um talco que suga o penetrante das descontinuidades para as revelar ao inspector; além de cumprir esta função, deve ser capaz de formar uma indicação a partir de um pequeno volume de penetrante retido na descontinuidade, e ter capacidade de mostrar separadamente duas ou mais indicações próximas. Para atender a todas estas características, tem de possuir algumas propriedades, tais como: a) deve ser fabricado com substâncias absorventes, que favorecem a acção de mata-borrão;
b) quando aplicado, deve cobrir a superfície de exame, promovendo assim o contraste; c) precisa ter granulação fina;
d) tem de ser fácil de aplicar, resultando numa camada fina e uniforme; e) deve ser humedecido facilmente pelo penetrante;
f) deve ser de fácil remoção, para a limpeza final; g) deve aderir à superfície;
Como ocorre com os líquidos penetrantes, existem também no mercado vários tipos de reveladores, para diversos tipos de aplicação. O critério de escolha deve ser similar ao do líquido penetrante. Os reveladores são classificados da seguinte maneira:
• Pós secos.
Foram os primeiros e continuam a ser usados com penetrantes fluorescentes. Os primeiros usados compunham-se de talco ou giz mas actualmente os melhores reveladores consistem numa combinação cuidadosamente seleccionada de pós.
Os pós devem ser leves e fofos, devem aderir em superfícies metálicas numa camada fina, sem no entanto aderir em excesso, já que seriam de difícil remoção. Por outro lado, não podem flutuar no ar, formando poeira. Os cuidados devem ser tomados para proteger o operador. A falta de confiabilidade deste tipo de revelador, torna o seu uso muito restrito.
• Suspensão aquosa de pós
Geralmente é usado em inspecção pelo método fluorescente. A suspensão aumenta a velocidade de aplicação quando pelo tamanho da peça se pode mergulha-la na suspensão. Após aplicação a peça é seca em estufa, o que diminui o tempo de secagem. É um método que pode ser aplicado quando se usa inspecção automática. A suspensão deve conter agentes dispersantes, inibidores de corrosão, ou seja, agentes que facilitam a remoção posterior.
• Solução aquosa
A solução elimina os problemas que eventualmente possam existir com a suspensão (tais como a dispersão por ex.). Porém, materiais solúveis em água geralmente não são bons reveladores. Deve ser adicionado à solução um inibidor de corrosão e a concentração deve ser controlada, pois há evaporação. A sua aplicação deve ser feita através de pulverização.
• Suspensão do pó revelador em solvente
É um método muito efectivo para se conseguir uma camada adequada (fina e uniforme) sobre a superfície. Como os solventes volatilizam rapidamente, existe pouca possibilidade de escorrimento do revelador até mesmo em superfícies na posição vertical. A sua aplicação, deve ser feita através de pulverização.
Os solventes devem evaporar rapidamente e ajudar a retirar o penetrante das descontinuidades dando-lhe mais mobilidade. Exemplos de solventes são: o álcool e solventes clorados (não inflamáveis). O pó tem normalmente as mesmas características do método de pó seco.
Os reveladores, devem se analisados quanto aos teores de contaminantes, tais como enxofre, flúor e cloro, quando a sua aplicação for efectuada em materiais inoxidáveis austeníticos, titânio e ligas à base de níquel. O procedimento e os limites aceitáveis para estas análises, devem estar de acordo com a norma aplicável de inspecção do material ensaiado.
Hoje em dia já existem no mercado kits que fornecem o produto de limpeza (solvente), o líquido penetrante e um revelador. Estes kits são de grande valia, pois facilitam muito a vida do inspector. Mas devemos consultar as especificações de ensaio para poder escolher o kit com os produtos mais adequados.
Registo de resultados
Ensaios de peças críticas devem ter os resultados e todos os dados do teste registados em relatório, a fim de que haja uma rastreabilidade.
Este registo deve ser executado durante o ensaio ou imediatamente após a sua conclusão. O relatório deve conter (em geral):
a) descrição da peça, desenho, posição, etc., e estágio de fabricação;
b) variáveis do teste; marca dos produtos, número do lote, temperatura de aplicação, tempo de penetração e avaliação
c) resultados do ensaio;
d) assinatura do inspetor responsável e data.
RESUMO DA SEQUÊNCIA DO ENSAIO
