Apostila 4 para publicar

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Apostila de inspeção de soldagem parte 4, ensaios mecânicos,normatização e normas de qualificação documentos técnicos

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Apostila 4 para publicar

  1. 1. WENDEL FERNANDES DA ROCHA INSTRUTOR DE SOLDAGEM TREINAMENTO COMPLETO EM INSPEÇÃO DE SOLDAGEM APOSTILA IV Curso de inspetor de soldagem N1 SE GOSTAR CONTRIBUA: AGENCIA 00175 CONTA 173061 VAR 51
  2. 2. APOSTILA 4 SUMÁRIO 1 ENSAIOS MECÂNICOS ............................................................................................... 4 2 ENSAIO DE TRAÇÃO .................................................................................................. 9 3 ENSAIO DE DOBRAMENTO .................................................................................... 20 4 ENSAIO DE FRATURA.............................................................................................. 26 5 ENSAIO DE DUREZA ................................................................................................ 30 6 TESTE DE QUEDA LIVRE ........................................................................................ 45 7 TESTE DE IMPACTO ................................................................................................. 49 8 TESTE MACROGRÁFICO ......................................................................................... 54 9 ENSAIO VISUAL ....................................................................................................... 63 10 ENSAIO POR LIQUIDO PENETRANTE ................................................................... 68 11 ENSAIO POR PARTÍCULAS MAGNÉTICAS ........................................................... 72 12 ENSAIO POR ULTRA - SOM ..................................................................................... 86 13 ENSAIO RADIOGRÁFICO ...................................................................................... 103 14 ENSAIO HIDROSTÁTICO E PNEUMÁTICO .......................................................... 129 15 ENSAIO DE ESTANQUEIDADE ............................................................................. 131 16 NORMATIZAÇÃO ................................................................................................... 134 17 NORMAS DE QUALIFICAÇÃO .............................................................................. 137 18 QUALIFICAÇÃO DO PROCEDIMENTO DE SOLDAGEM .................................... 142 19 QUALIFICAÇÃO DE SOLDADORES ..................................................................... 150 20 DOCUMENTOS TÉCNICOS .................................................................................... 158 21 ANEXOS ................................................................................................................... 164 22 REFERÊNCIAS ......................................................................................................... 179 WENDEL FERNANDES DA ROCHA INSTRUTOR DE SOLDAGEM Página 2
  3. 3. APOSTILA 4 Ensaios Mecânicos WENDEL FERNANDES DA ROCHA INSTRUTOR DE SOLDAGEM Página 3
  4. 4. APOSTILA 4 1 ENSAIOS MECÂNICOS INTRODUÇÃO No estudo da ciência dos materiais, bem como no seu dimensionamento, são de grande importância vários parâmetros obtidos através dos ensaios. Pode-se definir ensaio como a observação do comportamento de um material quando submetido à ação de agentes externos como esforços e outros. Os ensaios são executados sob condições padronizadas, em geral definidas por normas, de forma que seus resultados sejam significativos para cada material e possam ser facilmente comparados. Realizar um ensaio consiste em submeter um objeto já fabricado ou um material que vai ser processado industrialmente a situações que simulam os esforços que eles vão sofrer nas condições reais de uso, chegando a limites extremos de solicitação. Os ensaios podem ser realizados em protótipos, no próprio produto final ou em corpos de prova e, para serem confiáveis, devem seguir as normas técnicas estabelecidas. LABORATÓRIOS DE ENSAIO Os ensaios podem ser realizados na própria oficina ou em ambientes especialmente equipados para essa finalidade denominados 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.
  5. 5. APOSTILA 4 CLASSIFICAÇÃO DOS ENSAIOS MECÂNICOS A classificação dos ensaios mecânicos em materiais basicamente é dividida em dois grupos. a) Ensaios destrutivos. b) Ensaios não destrutivos ENSAIOS DESTRUTIVOS São aqueles que deixam algum sinal ou marca na peça ensaiada ou no corpo de prova submetido ao ensaio. Neste tipo de ensaio os corpos podem ou não ficarem inutilizados. TIPOS DE ENSAIOS DESTRUTIVOS  Tração  Embutimento  Compressão  Torção  Cisalhamento  Dureza  Dobramento  Fluência  Flexão  Fadiga  Impacto ENSAIOS NÃO DESTRUTIVOS São aqueles que após sua realização não deixam nenhuma marca ou sinal, e, portanto, nunca inutilizam a peça ou o corpo de prova. Por esse motivo podem ser utilizados para se detectar falhas em produtos acabados ou semi-acabados. TIPOS DE ENSAIOS NÃO DESTRUTIVOS      Visual Líquido penetrante Partículas magnéticas Ultra-som Radiografia industrial WENDEL FERNANDES DA ROCHA INSTRUTOR DE SOLDAGEM Página 5
  6. 6. APOSTILA IV TIPOS DE ESFORÇOS QUE AFETAM OS MATERIAIS ESCOLHA DO ENSAIO A SER REALIZADO A escolha do ensaio mecânico mais interessante ou mais adequado para cada tipo de produto depende da finalidade do material, dos tipos de esforços que esse material vai sofrer e das propriedades mecânicas que se deseja medir. FATORES DETERMINANTES MECÂNICO PARA A REALIZAÇÃO DE UM ENSAIO Dois fatores determinantes para a realização de um ensaio mecânico são a quantidade e o tamanho das amostras a serem testadas. A especificação do produto deve mencionar esses fatores, bem como a maneira utilizada para se retirar as amostras para os testes. RESULTADOS DOS ENSAIOS Alguns ensaios permitem obter dados numéricos que podem ser utilizados no cálculo estrutural e no projeto da peça. Outros ensaios fornecem apenas resultados qualitativos do material e servem somente para auxiliar com estudo e desenvolvimento do projeto.
  7. 7. APOSTILA IV NORMAS TÉCNICAS PARA ENSAIOS As normas são utilizadas para se descrever o método correto para se efetuar um determinado ensaio mecânico. As normas mais utilizadas pelos laboratórios de ensaios mecânicos pertencem as seguintes associações:         ABNT (Associação Brasileira de Normas Técnicas) ASTM (American Siciety for Testing and Materials) DIN (Deutsches Institut für Normung) BSI (Britsh Standards Instituition) ASME (American Society of Mechanical Engineers) ISSO (International Organization for Standardization) JIS (Japanese Industrial Standards) SAE (Society of Automotive Engineers) OBS: Todo e qualquer ensaio realizado em território brasileiro deve apresentar seus resultados grafados no Sistema Internacional de Unidades – SI. WENDEL FERNANDES DA ROCHA INSTRUTOR DE SOLDAGEM Página 7
  8. 8. APOSTILA IV Ensaios Destrutivos WENDEL FERNANDES DA ROCHA INSTRUTOR DE SOLDAGEM Página 8
  9. 9. APOSTILA IV 2 ENSAIO DE TRAÇÃO Consiste na aplicação de carga de tração uniaxial crescente em um corpo de prova especifico até a ruptura. Trata-se de um ensaio amplamente utilizado na indústria de componentes mecânicos, devido às vantagens de fornecer dados quantitativos das características mecânicas dos materiais. Com esse tipo de ensaio, pode-se afirmar que praticamente as deformações promovidas no material são uniformemente distribuídas em todo o seu corpo, pelo menos até ser atingida uma carga máxima próxima do final do ensaio. E, como é possível fazer com que a carga cresça numa velocidade razoavelmente lenta durante todo o teste, o ensaio de tração permite medir satisfatoriamente a resistência do material. A uniformidade termina no momento em que é atingida a carga máxima suportada pelo material, quando começa a aparecer o fenômeno da estricção ou da diminuição da secção do provete, no caso de matérias com certa ductilidade. A ruptura sempre se dá na região mais estreita do material, a menos que um defeito interno no material, fora dessa região, promova a ruptura do mesmo, o que raramente acontece. A precisão de um ensaio de tração depende, evidentemente, da precisão dos aparelhos de medida que se dispõe. Com pequenas deformações, pode-se conseguir uma precisão maior na avaliação da tensão ao invés de detectar grandes variações de deformação, causando maior imprecisão da avaliação da tensão. Mesmo no início do ensaio, se esse não for bem conduzido, grandes erros podem ser cometidos, como por exemplo, se o provete não estiver bem alinhado, os esforços assimétricos que aparecerão levarão a falsas leituras das deformações para uma mesma carga aplicada. Deve-se, portanto centrar bem o corpo-de-prova na máquina para que a carga seja efetivamente aplicada na direção do seu eixo longitudinal. ENSAIO CONVENCIONAL Nos corpos de provas normalmente a seção reta é circular, porém corpos de provas retangulares também são usados. Durante os ensaios, a deformação fica confinada à região central, mais estreita, do corpo de prova. O diâmetro padrão é aproximadamente 12,8 mm, enquanto a seção reduzida deve ser pelo menos quatro vezes esse diâmetro. O corpo de prova é preso pelas extremidades nas garras de fixação do dispositivo de testes. A máquina de ensaio de tração é projetada para alongar o corpo de prova a uma taxa constante, além de medir contínua e simultaneamente a carga instantânea aplicada e os alongamentos resultantes, isso com o auxilio de extensômetros. Quando um corpo de prova é submetido a um ensaio de tração, a máquina de ensaio fornece um gráfico que mostra as relações entre a força aplicada e as deformações ocorridas durante o ciclo. Mas o que interessa para determinação das propriedades do material ensaiado é a relação entre a tensão e a deformação. WENDEL FERNANDES DA ROCHA INSTRUTOR DE SOLDAGEM Página 9
  10. 10. APOSTILA IV A tensão corresponde à força dividida pela área da seção sobre a qual a força é aplicada. Aplicando a equação descrita acima se pode encontrar os valores da tensão e fazer o gráfico conhecido como tensão-deformação. REGIÃO DE COMPORTAMENTO ELÁSTICO O ponto A representa o limite elástico. Comportamento da fase elástica e plástica. Até este ponto, assume-se que a deformação elástica é independente do tempo, ou seja, quando uma carga é aplicada, a deformação elástica permanece constante durante o período em que a carga é mantida constante. Também é assumido que após a remoção da carga, a deformação é totalmente recuperada, ou seja, a deformação imediatamente retorna para o valor zero. Na fase elástica os metais obedecem a Lei de Hooke. Suas deformações são diretamente proporcionais às tensões aplicadas.
  11. 11. APOSTILA IV A constante de proporcionalidade “E” é o módulo de elasticidade, ou módulo de Young, fornece uma indicação da rigidez do material. Quanto maior for o módulo, menor será deformação elástica resultante da aplicação de uma tensão. A deformação convencional ou nominal é dada: Onde: lo = comprimento inicial l = comprimento final para cada carga P aplicada. LIMITE DE PROPORCIONALIDADE A Lei de Hooke só vale até um determinado valor de tensão, representado no gráfico pelo ponto A’, a partir da qual a deformação deixa de ser proporcional à carga aplicada. Limite de proporcionalidade A’. LIMITE DE ELASTICIDADE (E) Máxima tensão que o material pode suportar sem apresentar deformação permanente após a retirada da carga. MÓDULO DE RESILIÊNCIA É a capacidade de um material absorver energia quando deformado elasticamente e liberá-la quando descarregado. A medida desta propriedade é dada pelo módulo de resiliência que é a energia de deformação por unidade de volume necessária para tracionar o metal de origem até o limite de proporcionalidade.
  12. 12. APOSTILA IV COEFICIENTE DE POISSON (V) Mede a rigidez do material na direção perpendicular à direção de aplicação de carga uniaxial. τ1 Contração τ1 MÓDULO DE ELASTICIDADE TRANSVERSAL (G) Corresponde à rigidez de um material quando submetido a um esforço de cisalhamento. Onde, ‫ ح‬e γ são as tensões e a respectiva deformação cisalhante que sofre o corpo de prova. Valores dos coeficientes elásticos dos metais.
  13. 13. APOSTILA IV REGIÃO DE COMPORTAMENTO PLÁSTICO Acima de certa tensão, os materiais começam a se deformar plasticamente, ou seja, ocorrem deformações permanentes. O ponto na qual estas deformações permanentes começam a se tornar significativas é chamado de limite de escoamento. Durante a deformação plástica, a tensão necessária para continuar a deformar um metal aumenta até um ponto máximo, chamado de limite de resistência à tração, na qual a tensão é a máxima na curva tensão-deformação de engenharia. Isto corresponde a maior tensão que o material pode resistir; se esta tensão for aplicada e mantida, o resultado será a fratura. Toda a deformação até este ponto é uniforme na seção. No entanto, após este ponto, começa a se formar uma estricção, na qual toda a deformação subseqüente está confinada e, é nesta região que ocorrerá ruptura. A tensão corresponde a fratura é chamada de limite de ruptura. LIMITE DE ESCOAMENTO O escoamento é entendido como um fenômeno localizado, que se caracteriza por um aumento relativamente grande na deformação, acompanhada por uma pequena variação na tensão. Isso acontece geralmente no inicio da fase plástica. Durante o escoamento a carga oscila entre valores muito próximos um dos outros. Limite de escoamento. LIMITE DE RESISTÊNCIA À TRAÇÃO É a tensão correspondente ao ponto de máxima carga atingida durante o ensaio. Após o escoamento ocorre o encruamento que é um endurecimento causado pela quebra de grãos que compõem o material quando deformados a frio. O material resiste cada vez mais à tração externa necessitando de uma tensão cada vez maior para se deformar. É nessa fase que a tensão começa a subir até atingir um valor máximo, esse chamado Limite de Resistência. Limite de resistência à tração.
  14. 14. APOSTILA IV LIMITE DE RUPTURA Continuando a tração, chega-se a ruptura do material, no chamado Limite de Ruptura. Limite de ruptura. Note que a tensão no limite de ruptura é menor do que no limite de resistência, devido à diminuição de área que acontece no corpo de prova depois que se atinge a carga máxima. Na figura abaixo se pode analisar todos esses elementos representados num mesmo diagrama de tensão deformação. Gráfico tensão – deformação. FRATURA Consiste separação ou fragmentação de um corpo sólido em duas ou mais partes, sob ação de uma tensão, e pode ser considerada como sendo constituída da nucleação e propagação da trinca. Pode ser classificada em duas categorias gerais: fratura dúctil e frágil. A fratura dúctil é caracterizada pela ocorrência de uma apreciável deformação plástica antes e durante a propagação da trinca.
  15. 15. APOSTILA IV MATERIAIS DÚCTEIS Qualquer material que possa ser submetido a grandes deformações antes da ruptura é chamado de material dúctil. Freqüentemente, os engenheiros escolhem materiais dúcteis para o projeto, pois estes são capazes de absorver choque ou energia e, quando sobrecarregados, exibem, em geral, grande deformação antes de falhar. MATERIAIS FRÁGEIS Os materiais que apresentam pouco ou nenhum escoamento são chamados de materiais frágeis. FRATURA DÚCTIL – ASPECTOS MACROSCÓPICOS Na figura abaixo pode ser vista a fratura microscopicamente. Fratura dúctil – Aspectos microscópicos. A fratura frágil nos metais é caracterizada pela rápida propagação da trinca, sem nenhuma deformação macroscópica e muito pouca micro deformação.
  16. 16. APOSTILA IV Fratura dúctil – Aspectos macroscópicos. Na figura abaixo pode ser vista a fratura frágil microscopicamente Transgranular Intergranular Fratura frágil - Aspectos microscópicos. Uma boa maneira de se observar a diferença no comportamento entre os materiais é submetendo-os a um ensaio de tração. Fazendo-se um gráfico da tensão em função do alongamento, é possível caracterizar um material entre os dois grupos. Materiais frágeis rompem-se com alongamento tipicamente menor do que 5% e mostram maior resistência mecânica. Curva tensão versus escoamento mostrando a tensão de escoamento.
  17. 17. APOSTILA IV EQUIPAMENTO PARA O ENSAIO DE TRAÇÃO Geralmente o ensaio de tração é realizado na máquina Universal que recebe este nome por possibilitar a realização de diversos tipos de ensaios. O corpo de prova é fixado por suas extremidades nas garradeiras da máquina. Esta provoca uma força axial para fora de modo a aumentar comprimento do corpo de prova. CORPOS DE PROVA Os corpos de prova têm características especificadas de acordo com as normas técnicas e suas dimensões devem ser adequadas a capacidade da maquina de ensaio. Normalmente utilizam-se corpos de prova de seção circular ou retangular, dependendo do produto acabado ou semi acabado do qual foi retirado.
  18. 18. APOSTILA IV A parte útil (Lo) do corpo de prova identificada no desenho acima é a região onde são feitas as medidas das propriedades mecânicas do material. As cabeças são as regiões extremas que servem para fixar o corpo de prova na máquina, de modo que a força atuante na máquina seja axial. Devem ter seção maior do que a parte útil para que a ruptura do corpo de prova não ocorra nelas. Os tipos de fixação mais comum são: A máquina de ensaio de tração é projetada para alongar o corpo de prova a um taxa constante, além de medir contínua e simultaneamente a carga instantânea aplicada (com uma célula de carga) e os alongamentos resultantes (usando um extensômetro). Tipicamente um ensaio de tração- deformação leva vários minutos para se executado e é destrutivo, isto é a amostra testada é deformada de maneira permanente, sendo geralmente fraturada. O resultado de um ensaio de tração deste tipo é registrado em um registrador gráfico ou por um computador, na forma de carga ou força em função do alongamento. ESPECIFICAÇÕES DOS CORPOS DE PROVA Por acordo internacional, sempre que possível um corpo de prova deve ter 10 mm de diâmetro e 50 mm de comprimento inicial. Não sendo possível a retirada de um corpo de prova deste tipo, deve-se adotar um corpo com dimensões proporcionais a essas. Corpos de prova com seção retangular são geralmente retirados de placas, chapas ou lâminas. Suas dimensões e tolerâncias de usinagem são normalizadas pela ISO/R377 enquanto não existir norma brasileira correspondente. A norma brasileira (NBR 6152, dez./1980) somente indica que os corpos de prova devem apresentar bom acabamento de superfície e ausência de trincas. Em materiais soldados, podem ser retirados corpos de prova no sentido transversal e ou no sentido longitudinal da solda, como você pode observar nas figuras a seguir.
  19. 19. APOSTILA IV Os ensaios dos corpos de prova soldados normalmente determinam apenas o limite de resistência à tração. Isso porque, ao efetuar o ensaio de tração de um corpo de prova com solda, tenciona simultaneamente dois materiais de propriedades diferentes (metal de base e metal de solda). Os valores obtidos no ensaio não representam as propriedades nem de um nem de outro material, pois umas são afetadas pelas outras. O limite de resistência à tração também é afetado por esta interação, mas é determinado mesmo assim para finalidades práticas. PREPARAÇÃO DO CORPO DE PROVA O primeiro procedimento consiste em identificar o material do corpo de prova. Corpos de prova podem ser obtidos a partir da matéria-prima ou de partes específicas do produto acabado. Depois, deve-se medir o diâmetro do corpo de prova em dois pontos no comprimento da parte útil, utilizando um micrômetro, e calcular a média. Por fim, deve-se riscar o corpo de prova, isto é, traçar as divisões no comprimento útil. Num corpo de prova de 50 mm de comprimento, as marcações devem ser feitas de 5 em 5 milímetros.
  20. 20. APOSTILA IV 3 ENSAIO DE DOBRAMENTO O ensaio de dobramento é utilizado para análise da conformação de segmentos retos de seção circular, quadrada, retangular, tubular ou outras em segmentos curvos. O dobramento é bastante utilizado na indústria de produção de calhas, tubos, tambores e de uma grande variedade de elementos conformados plasticamente. No dobramento de uma chapa, devem-se analisar parâmetros como o encruamento do material e o raio mínimo em que este pode ser dobrado sem que ocorra a ruptura, o retorno elástico do dobramento após a retirada da carga e a formação de defeitos na região dobrada. COMO É FEITO O ENSAIO DE DOBRAMENTO. O ensaio de dobramento fornece uma indicação qualitativa da ductilidade do material. Consiste em dobrar um corpo de prova de eixo retilíneo e seção circular, retangular ou quadrada, assentado em dois apoios afastados a uma distância especificada. Através do cutelo é aplicada uma força perpendicular ao eixo do corpo do prova, até que seja atingido um ângulo desejado, que é geralmente 90,120 ou 180º. Se na zona tracionada o material não apresentar trincas ou fissuras ele está aprovado. Ensaio de dobramento. PROCESSOS DE DOBRAMENTO DOBRAMENTO LIVRE É obtido pela aplicação da força nas extremidades do corpo de prova.
  21. 21. APOSTILA IV DOBRAMENTO SEMI GUIADO Uma das extremidades estará fixa por algum dispositivo e a outra livre para aplicação da força. DOBRAMENTO GUIADO E realizado por dispositivos confeccionados onde as áreas de maior atrito sejam deslizantes, o dispositivo é composto de cilindros de apoio e cutelo. Para minimizar esforços indevidos de tracionamento.
  22. 22. APOSTILA IV ENSAIO DE DOBRAMENTO EM PEÇAS SOLDADAS Este ensaio tem o objetivo de qualificar e ou certificar a solda o soldador e o processo de soldagem. O dobramento pode ser livre ou guiado dependendo dos objetivos do ensaio. Para a verificação da qualidade da solda o dobramento é em geral guiado. Os corpos de prova são extraídos de tubos ou chapas soldadas e devem obedecer as dimensões estabelecidas por norma. Em geral a largura do corpo de prova e uma vez e meia a sua espessura o ângulo de dobramento e de 180º para todos os testes. O alongamento das fibras externas é medido sobre a largura da solda antes do teste, L0. No final do teste a largura atinge um valor L, resultando pra o alongamento o valor indicado na figura. Corpos de prova soldados e linhas de medição O resultado do teste é feito e é observada a existência ou não de fissuras e fendas na região tracionada do corpo de prova. Defeitos com dimensões acima de 3 mm de comprimento causam a sua rejeição. Fissuras que ocorram nas arestas não são consideradas para rejeitar a peça, exceto se provenientes de inclusões ou outros defeitos internos. A solda deve ser testada em diferentes posições para efeitos de qualificação. Para soldas de topo e teste de qualificação de soldadores, o eixo do corpo de prova pode ser orientado transversamente ou paralelamente à direção do cordão de solda. Para espessuras do material abaixo de 12 mm, os corpos de prova são testados nas duas posições, com a face e com a raiz da solda em tração. Materiais com mais de 12 mm de espessura normalmente são testados por flexão lateral (ver figura abaixo).
  23. 23. APOSTILA IV Para espessuras muito grandes é permitido o teste com corpos de prova obtidos por fracionamento, desde que toda a espessura seja coberta. A maioria das especificações de solda requer a execução de pelo menos dois testes de raiz e dois testes de face, ou quatro testes laterais para cada peça com solda de topo ver código ASME, secção IX, item 163. DOBRAMENTO TRANSVERSAL LATERAL O corpo de prova é retirado perpendicular ao eixo longitudinal da junta soldada e o dobramento será tracionando uma das laterais a secção total da solda, em chapas ou em tubos. DOBRAMENTO TRANSVERSAL DA FACE O corpo de prova é retirado perpendicular ao eixo longitudinal da junta soldada e o dobramento será tracionando a superfície total da raiz da solda, em chapas ou em tubos.
  24. 24. APOSTILA IV DOBRAMENTO TRANSVERSAL DA RAIZ O corpo de prova é retirado perpendicular ao eixo longitudinal da junta soldada e o dobramento será tracionando a superfície total da face da solda em chapas ou em tubos DOBRAMENTO LONGITUDINAL DE FACE O corpo de prova é retirado paralelo ao eixo longitudinal da junta soldada e o dobramento será tracionando a raiz no sentido transversal ao comprimento, em chapas ou em tubos.
  25. 25. APOSTILA IV DOBRAMENTO LONGITUDINAL DE RAIZ O corpo de prova é retirado paralelo ao eixo longitudinal da junta soldada e o dobramento será tracionando a face no sentido transversal ao comprimento, em chapas ou em tubos.
  26. 26. APOSTILA IV 4 ENSAIO DE FRATURA É um teste que verifica a compacidade da junta soldada quanto às descontinuidades; falta de fusão, falta de penetração, trincas e outras. É aplicável como requisito para qualificação de procedimentos de soldagem e de soldadores. O corpo de prova é submetido a dobramento de uma parte sobre a outra de forma que a raiz da solda seja tracionada. Conforme o código ASME IX. Corpo de prova removido de junta em angulo Corpo de prova removido de junta em angulo
  27. 27. APOSTILA IV Corpo de prova removido de junta sobre posta CONFORME NORMA API 1104 Os corpos de prova apresentam um entalhe e são chamados de Nick-Break Test Corpo de prova removido de junta de topo
  28. 28. APOSTILA IV Corpo de prova removido de junta em angulo Corpo de prova removido de junta sobreposta
  29. 29. APOSTILA IV ANALISE DOS RESULTADOS – CRITERIOS DE ACEITAÇÃO CONFORME CODIGO ASME SEÇÃO IX ITEM QW – 182 O corpo de prova deve ser testado com força constante e crescente ate ocorrer à fratura ou o dobramento plano sobre si. Ocorrendo a fratura, a superfície fraturada não deve apresentar trincas ou falta de penetração, e a soma dos comprimentos de inclusões e ou poros não deve exceder 10 mm ou 10% da quarta seção. CONFORME NORMA API 1104 ITEM 2.6.3.3 O corpo de prova testado não deve apresentar, na superfície, fraturada, falta de penetração ou falta de fusão, poros com dimensão maior que 1,5 mm e a área de todos os poros não devem exceder 2% da área exposta. Inclusões de escoria não devem ter mais que 0,8 mm de largura e não devem ter mais que 3,2 mm de comprimento ou metade da espessura de parede nominal em comprimento, o qual é menor. Deve haver no mínimo 12,5 mm de comprimento de metal de solda são entre as inclusões de escoria. WENDEL FERNANDES DA ROCHA INSTRUTOR DE SOLDAGEM Página 29
  30. 30. APOSTILA IV 5 ENSAIO DE DUREZA Dureza é uma propriedade mecânica relacionada à resistência que um material, quando pressionado por outro material ou por marcadores padronizados, apresenta ao risco ou à formação de uma marca permanente. A dureza depende diretamente das forças de ligação entre os átomos, íons ou moléculas e do estado do material (processo de fabricação, tratamento térmico, etc.) e é uma maneira rápida, barata de avaliar a resistência mecânica de um material que geralmente é proporcional ao limite de resistência a tração. Existem 2 tipos de ensaios: Estáticos Dinâmicos A maioria dos ensaios de dureza estáticos consistem na impressão de uma pequena marca feita na superfície da peça, pela aplicação de pressão, com uma ponta de penetração. A medida da dureza do material é dada em função das características da marca de impressão e da carga aplicada. Durante a soldagem a dureza é alterada pelos fatores:      Composição química do metal de base Composição química do metal de adição Efeitos metalúrgicos da energia de soldagem Grau de conformação a frio do metal de base (encruamento) Tratamento térmico Quando requerido por códigos de construção, os valores máximos permitidos de dureza não devem ser ultrapassados. O motivo é a perda da ductilidade de regiões da junta soldada como a zona fundida e a zona afetada termicamente, oferecendo risco a estrutura do equipamento. WENDEL FERNANDES DA ROCHA INSTRUTOR DE SOLDAGEM Página 30
  31. 31. APOSTILA IV MÉTODO DE DUREZA BRINELL O ensaio de dureza Brinell consiste em comprimir lentamente uma esfera de aço temperado, de diâmetro D, sobre uma superfície plana, polida e limpa de um metal, por meio de uma carga F, durante um tempo t, produzindo uma calota esférica de diâmetro d. A dureza Brinell é representada pelas letras HB. Esta representação vem do inglês Hardness Brinell, que quer dizer, dureza Brinell. A dureza Brinell (HB) é a relação entre a carga aplicada (F) e a área da calota esférica impressa no material ensaiado (Ac). Em linguagem matemática: A área da calota esférica é dada pela fórmula: πDp, onde p é a profundidade da calota. Substituindo Ac pela fórmula para cálculo da área da calota, temos: Devido à dificuldade técnica de medição da profundidade (p), que é um valor muito pequeno, utiliza-se uma relação matemática entre a profundidade (p) e o diâmetro da calota (d) para chegar à fórmula matemática que permite o cálculo da dureza HB, representada a seguir:
  32. 32. APOSTILA IV Quando o teste e realizado nas condições consideradas como padrão a unidade de medida Kgf/mm², é omitida e o valor de dureza Brinell deve ser seguido pelo símbolo HB, sem nenhum sufixo. As condições consideradas padrão são:    Força aplicada 3000 Kgf. Diâmetro da esfera 10 mm Duração de aplicação da força: 10 a 15 segundos Para condições diferentes das condições padrão, o símbolo HB recebe um sufixo que representa as condições nas quais o teste foi realizado. Exemplo: 87HB/5/750/30 Portanto: Dureza 87HB Diâmetro da esfera 5 Força aplicada 750 Kgf Tempo de força 30 segundos Através de estudos realizados com o método Brinell, constatou-se que os valores de dureza com diferentes forças aplicadas variavam pouco se o diâmetro da impressão (d) ficasse no intervalo: 0,3 D < d < 0,6 D, dessa forma a impressão foi considerada ideal dentro desse limites. Para obter o mesmo resultado de dureza para um material, deve-se observar que a relação ² seja constante para diversas faixas de dureza. Durezas (Kgf/mm²) ² 30 10 5 2,5 95 a 415 30 a 140 15 a 70 Até 30 Força F(em Kgf) e campo de aplicação Ø da esfera Espessura mínima do material 30 D² Aços, Ferros Fundidos 10 D² Bronze e Latão duro 10 5 2,5 6 3 3 3000 750 187,5 1000 250 62,5 WENDEL FERNANDES DA ROCHA INSTRUTOR DE SOLDAGEM 5 D² Cobre,Aluminio e suas ligas mais leves 500 125 31,25 2,3 D² Metais Moles 250 62,5 15,625 Página 32
  33. 33. APOSTILA IV LIMITAÇÕES DO MÉTODO BRINELL     A peça testada deve ter uma espessura mínima de duas vezes o diâmetro da impressão no teste; O raio de curvatura da superfície da peça a ser testada deve ser no mínimo cinco vezes o diâmetro da esfera utilizada; A distancia entre o centro de uma impressão a as bordas do corpo de prova deve ser no mínimo 2,5 vezes o diâmetro médio da impressão; A força aplicada para o teste deve ser mantida por 30 segundos para materiais entre 60 HB e 300 HB; 10 segundos para materiais com dureza > 300 HB; 60 segundos para materiais com dureza < 60 HB. O uso do método Brinell e limitado pela dureza da esfera empregada. O uso de esferas de aço temperado só é possível na medição de durezas ate 450 Kgf/mm² e para durezas acima deste valor ate 650 Kgf/mm² deve-se utilizar esferas de carboneto de tungstênio. O equipamento de teste Brinell é constituído por um sistema de aplicação de força e por um penetrador, podendo ter um sistema de medidas com a possibilidade de ampliação (visualização) entre 20 e 80 vezes. Alguns equipamentos que podem ser utilizados no ensaio de dureza em laboratório
  34. 34. APOSTILA IV VERIFICAÇÃO E CALIBRAÇÃO DAS MAQUINAS Método direto Verificação individual da força aplicada, do penetrador e da medição do diâmetro da impressão. Método indireto Verificação através da utilização dos blocos padrões. Este método é o mais utilizado pelo operador do equipamento quando os ensaios são de rotina. Periodicamente devem-se fazer impressões no bloco padrão. É considerado satisfatório quando o diâmetro médio de qualquer impressão no bloco padrão não for maior que 3% do diâmetro médio correspondente ao valor determinado do bloco padrão. BLOCO PADRÃO Deve atender aos seguintes requisitos de fabricação:        A espessura do bloco deve variar em função da esfera. Espessura > 16 mm para esfera com 10 mm de diâmetro. Espessura > 12 mm para esfera com 5 mm de diâmetro. Desmagnetização quando o bloco for de aço. Acabamento superficial, a superfície de teste deve ser livre de riscos e com tolerâncias de rugosidade. Homogeneidade e estabilidade de sua estrutura cristalina através de tratamento térmico. Identificação da superfície de teste. NORMALIZAÇÃO DO MÉTODO Os métodos de teste para determinação da dureza Brinell, a verificação das maquinas e das calibrações estão normalizados pela ASTM E 110. MEDIDORES PORTÁTEIS PARA DETERMINAÇÃO DA DUREZA São utilizados em grandes peças e equipamentos, e em outras condições onde os laboratórios não ofereceriam as condições necessárias para o ensaio. Os durômetros portáteis são fáceis de manusear pois podem ser utilizados em qualquer posição. Os durômetros portáteis mais utilizados para o teste de dureza são o tipo Poldi e o tipo Telebrineller. Os durômetros operam pela comparação das impressões causadas simultaneamente no material testado e numa barra padrão de dureza,por uma esfera de aço de 10 mm de diâmetro,pelo impacto de um martelo sobre um dispositivo de impacto ou haste do medidor. De forma idêntica ao método convencional, são feitas duas leituras de cada impressão por meio de uma lupa graduada e com os diâmetros médios de uma barra padrão e da peça determina-se por tabelas e por cálculos a dureza da peça. WENDEL FERNANDES DA ROCHA INSTRUTOR DE SOLDAGEM Página 34
  35. 35. APOSTILA IV Por calculo tem-se: = [ [ ]² . ]² HB1 = dureza da barra padrão HB2 = dureza do material testado d 1 = diâmetro da impressão na barra padrão d 2 = diâmetro da impressão no material testado É recomendado que a barra padrão tenha dureza próxima a do material testado e que o diâmetro da impressão não ultrapasse 4 mm. O método portátil não possui a mesma precisão do método convencional, porem é satisfatório na verificação de dureza de juntas soldadas após o tratamento térmico. Os testes de metais com o emprego de durômetros portáteis são normalizados pela ASTM E 110. Exemplos de durômetros de alguns portáteis: Durômetro tipo Poldi Apropriado para ensaios em Brinell em peças, devido a seu tamanho reduzido e de fácil transporte e de fácil operação, dispensa qualquer tipo de manutenção. Utilizando para medições em peças fundidas ou usinadas. Acompanhado dos seguintes acessórios:      Barra padrão 12x12x150 mm, definir dureza Lupa ampliação de 10x Tabela de comparação ex; ( alumínio, aço, latão, bronze e cobre) Estojo SKL-ED 22-79, SH 36-106, BRH 112-739, HRC 20-68, HEB 64-100, KZ 38258
  36. 36. APOSTILA IV Medidor de dureza tipo Esclerográfo Aparelho para uma medição rápida, independente do local com dano quase imperceptível a superfície. Destacando-se pela sua construção pequena e robusta, sendo por esta razão adequada como um aparelho medidor de bolso. Medidor de dureza para chapa modelo MP-4075 Medição não destrutiva em aço temperado, aço sem tratamento e ferro fundido cinzento e modular. Leitura direta no relógio HRC 20 a 68, HB 100 a 400, HV 100 a 1000. Leitura em chapas de 07 a 6 mm, tubos, peças planas. Acessórios:     Estojo, Chave de ajuste, Padrão de dureza Disponíveis em 3 modelos
  37. 37. APOSTILA IV MÉTODO DE DUREZA ROCKWELL O ensaio Rockwell, representado pelo símbolo HR ( Hardness Rockwell), é hoje o processo mais utilizado no mundo inteiro, devido à rapidez e à facilidade de execução, isenção de erros humanos, facilidade em detectar pequenas diferenças de durezas e pequeno tamanho da impressão. Neste método, a carga do ensaio é aplicada em etapas, ou seja, primeiro se aplica uma pré-carga, para garantir um contato firme entre o penetrador e o material ensaiado, e depois se aplica a carga do ensaio propriamente dita. A leitura do grau de dureza é feita diretamente num mostrador acoplado à máquina de ensaio, de acordo com uma escala predeterminada, adequada à faixa de dureza do material. Os penetradores utilizados na máquina de ensaio de dureza Rockwell são do tipo esférico (esfera de aço temperado) ou cônico (cone de diamante com 120º de conicidade). Quando se utiliza o penetrador cônico de diamante, deve-se fazer a leitura do resultado na escala externa do mostrador, de cor preta. Ao se usar o penetrador esférico, faz-se a leitura do resultado na escala vermelha. Nos equipamentos com mostrador digital, uma vez fixada à escala a ser usada, o valor é dado diretamente na escala determinada.
  38. 38. APOSTILA IV ETAPAS DO PROCESSO O valor indicado na escala do mostrador é o valor da dureza Rockwell. Este valor corresponde à profundidade alcançada pelo penetrador, subtraídas a recuperação elástica do material, após a retirada da carga maior, e a profundidade decorrente da aplicação da pré-carga. Em outras palavras: a profundidade da impressão produzida pela carga maior é à base de medida do ensaio Rockwell. Veja a seguir a representação esquemática da profundidade produzida por um penetrador cônico de diamante.
  39. 39. APOSTILA IV As escalas de dureza Rockwell foram determinadas em função do tipo de penetrador e do valor da carga maior. Nos ensaios de dureza Rockwell normal utiliza-se uma pré-carga de 10 kgf e a carga maior pode ser de 60, 100 ou 150 kgf. Nos ensaios de dureza Rockwell superficial a pré-carga é de 3 kgf e a carga maior pode ser de 15, 30 ou 45 kgf. Os quadros a seguir, mostram as escalas mais utilizadas nos processos industriais.
  40. 40. APOSTILA IV REPRESENTAÇÃO DA DUREZA ROCKWELL O número de dureza Rockwell deve ser seguido pelo símbolo HR, com um sufixo que indique a escala utilizada. Veja, por exemplo, a interpretação do resultado 64HRC:    64 é o valor de dureza obtido no ensaio; HR indica que se trata de ensaio de dureza Rockwell; A última letra, no exemplo C, indica qual a escala empregada. PROFUNDIDADE DE PENETRAÇÃO A profundidade que o penetrador vai atingir durante o ensaio é importante para definir a espessura mínima do corpo de prova. Entretanto, não há meios de medir a profundidade exata atingida pelo penetrador no ensaio de dureza Rockwell, a medida aproximada desta profundidade (P), obtida a partir do valor de dureza indicado na escala da máquina de ensaio, pode ser calculada utilizando as fórmulas a seguir: Penetrador HR Formula Normal 0,002 x ( 100 – HR ) Diamante Superficial 0,001 x ( 100 – HR ) Normal 0,002 x ( 130 – HR ) Esférico Superficial 0,001 x ( 100 – HR ) Para obter a espessura mínima em milímetros da peça a ser testada, multiplica-se por 10 o valor, obtido na tabela acima pela aplicação da formula.
  41. 41. APOSTILA IV PREPARAÇÃO PARA O ENSAIO Alguns cuidados devem ser observados a fim de garantir resultados satisfatórios.      Deve-se verificar a peça e a mesa de apoio do durômetro se estão limpas e bem assentadas uma sob a outra. Certificar-se de que o penetrador quando montado mantenha um perpendicularismo em relação à peça que esta sendo testada, com desvio Maximo de 7º. A força deve ser aplicada sem impacto e vibrações o que nos aparelhos é conseguido por um amortecedor hidráulico A aplicação da força da força deve durar de 6 a 10 segundos e nos metais macios pode ser prolongada ate 30 segundos quando o ponteiro devera ficar imóvel. O primeiro teste serve para assentar corretamente o penetrador, portanto não se deve considerar o resultado do mesmo. Ao se fazer uma medição de dureza em um material desconhecido, seleciona-se a escala Rockwell A, pois a mesma é utilizada para fins seletivos. A partir do resultado obtido, determina-se qual escala deverá ser realizado o teste. Ao se realizar o teste em peças cilíndricas, é preciso fazer correções, adicionando determinados valores aos obtidos através da leitura do mostrador. TABELA DE CORREÇÃO DEVIDO A CURVATURA DO CORPO DE PROVA Diâmetro do corpo de prova cilíndrico LEITURA DO MOSTRADOR 6,4 mm 20 25 30 35 40 45 Correções a serem adicionadas aos valores Rockwell A,C,D 6,0 4,5 3,5 2,5 2,0 1,5 1,5 1,0 1,0 5,5 4,0 3,0 2,5 2,0 1,5 1,0 1,0 1,0 5,0 3,5 2,5 2,0 1,5 1,5 1,0 1,0 0,5 4,0 3,0 2,0 1,5 1,5 1,0 1,0 0,5 0,5 3,5 2,5 2,0 1,5 1,0 1,0 1,0 0,5 0,5 3,0 2,0 1,5 1,0 1,0 1,0 0,5 0,5 0,5 50 55 60 65 2,5 2,0 1,5 1,5 2,0 1,5 1,0 1,0 1,5 1,0 1,0 1,0 1,0 1,0 0,5 0,5 1,0 0,5 0,5 0,5 0,5 0,5 0,5 0,5 0,5 0,5 0,5 0,5 0,5 0,5 0 0 0,5 0 0 0 70 75 80 85 90 1,0 1,0 0,5 0,5 0,5 1,0 0,5 0,5 0,5 0 0,5 0,5 0,5 0,5 0 0,5 0,5 0,5 0 0 0,5 0,5 0,5 0 0 0,5 0,5 0 0 0 0,5 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 10 mm 13 mm 16 mm WENDEL FERNANDES DA ROCHA INSTRUTOR DE SOLDAGEM 19 mm 22 mm 25 mm 32 mm 38 mm Página 41
  42. 42. APOSTILA IV MÉTODO DE DUREZA ROCKWELL A dureza Vickers se baseia na resistência que o material oferece à penetração de uma pirâmide de diamante de base quadrada e ângulo entre faces de 136º, sob uma determinada carga. O valor de dureza Vickers (HV) é o quociente da carga aplicada (F) pela área de impressão (A) deixada no corpo ensaiado. Essa relação, expressa em linguagem matemática é a seguinte: A máquina que faz o ensaio Vickers não fornece o valor da área de impressão da pirâmide, mas permite obter, por meio de um microscópio acoplado, as medidas das diagonais (d1 e d2) formadas pelos vértices opostos da base da pirâmide. Conhecendo as medidas das diagonais, é possível calcular a área da pirâmide de base quadrada (A), utilizando a fórmula:
  43. 43. APOSTILA IV Voltando à fórmula para cálculo da HV, e substituindo A pela fórmula acima, temos: A fórmula anterior, a força deve ser expressa em quilograma-força (kgf) e o “d” corresponde à diagonal média, ou seja: E deve ser expresso em milímetro (mm). Se a máquina der o resultado em mícron (µ), esse valor deve ser convertido em milímetro. REPRESENTAÇÃO DO RESULTADO DO ENSAIO A dureza Vickers é representada pelo valor de dureza, seguido do símbolo HV e de um número que indica o valor da carga aplicada. A representação 440 HV 30 indica que o valor da dureza Vickers é 440 e que a carga aplicada foi de 30 kgf. O tempo normal de aplicação da carga varia de 10 a 15 segundos. Quando a duração da aplicação da carga é diferente, indica-se o tempo de aplicação após a carga. Por exemplo, na representação: 440 HV 30/20, o último número indica que a carga foi aplicada por 20 segundos. FORÇAS APLICADAS NO ENSAIO Estas variam de 1 a 120 Kgf. Praticamente o numero de dureza Vickers é constante quando o penetrador de diamante tipo pirâmide de base quadrada e ângulo entre faces de 136º for utilizado com forças aplicadas acima de 5 Kgf. Com este penetrador, praticamente indeformável, e como todas as suas impressões são semelhantes entre si não importando o seu tamanho, a dureza Vickers é independente da força aplicada, isto é, o numero de dureza obtido é o mesmo qualquer que seja a carga aplicada. Dessa forma as forças aplicadas podem ser quaisquer, pois as impressões são sempre proporcionais as forças aplicadas para um mesmo numero de materiais.contudo, são recomendadas as forças 1,2,3,4,5,10,20,30,40,60,80,100 e 120 Kgf. Os valores de dureza HV são obtidos através de tabelas fornecidas juntamente com as maquinas de dureza e apresentam os valores em função das diagonais (d) medidas no microscópio da maquina e das forças aplicadas.
  44. 44. APOSTILA IV DEFEITOS DE IMPRESSÃO Uma impressão perfeita, no ensaio Vickers, deve apresentar os lados retos. Entretanto, podem ocorrer defeitos de impressão, devidos ao afundamento ou à aderência do metal em volta das faces do penetrador. Quando ocorrem esses defeitos, embora as medidas das diagonais sejam iguais, as áreas de impressão são diferentes. Como o cálculo do valor de dureza Vickers utiliza a medida da média de duas diagonais, esses erros afetam o resultado da dureza: teremos um valor de dureza maior do que o real nos casos de afundamento e um valor de dureza menor do que o real, nos casos de aderência. É possível corrigir esses defeitos alterando-se o valor da carga do ensaio para mais ou para menos, dependendo do material e do tipo de defeito apresentado.
  45. 45. APOSTILA IV 6 TESTE DE QUEDA LIVRE É um teste para determinação das temperaturas criticas de transição de ductilidade nula (temperatura NDT), aplicável a aços Ferríticos, com espessura ≥ 16 mm. A temperatura NDT é a temperatura mais elevada em que uma fratura frágil pode iniciar a partir de um pequeno entalhe metalúrgico. Assim esse teste é aplicável a materiais que somente apresentam mudança de comportamento dúctil para frágil (transição dúctil-frágil) com a diminuição da temperatura. NORMALIZAÇÃO DOS CORPOS DE PROVA   O corte deve ser executado por qualquer processo, precavendo-se contra problemas, como super aquecimento do material durante o corte. Após o corte o corpo de prova deve manter as mesmas características de origem do material. Conforme a ASTM E 208, a orientação do corpo de prova independe do sentido de laminação, porém todos os corpos de prova especificados pelo cliente devem ser retirados conforme a mesma orientação, e esta deve ser anotada no relatório do teste, a menos que seja acordado de outra forma. TIPOS DIMENSÕES E TOLERÂNCIAS TIPO P1 P2 P3 ESPESSURA LARGURA COMPRIMENTO Dimensão Tolerância Dimensão Tolerância Dimensão Tolerância (mm) (mm) (mm) (mm) (mm) (mm) 25 ± 2,5 90 ± 2,0 360 ± 10 19 ± 1,0 50 ± 1,0 130 ± 10 16 ± 0,5 50 ± 1,0 130 ± 10 PREPARAÇÃO DO ENTALHE Um passe de solda deve ser depositado sobre a superfície do corpo de prova e deve ter aproximadamente 63,5 mm de comprimento e 12,5 mm de largura. O consumível depositado deve ser de característica frágil que junto com o metal de base garanta um entalhe metalúrgico e de origem a formação de uma trinca. Após a soldagem deve-se fazer um corte com serra (entalhe geométrico) transversal ao passe de solda com a finalidade de localizar a ruptura no corpo de prova.
  46. 46. APOSTILA IV MÉTODO DO TESTE O teste é conduzido submetendo-se conjuntos de corpos de prova ( quatro a oito corpos de prova por conjunto) de um determinado material a um dispositivo de impacto em queda livre numa seqüência de temperaturas selecionadas, para determinar a máxima temperatura na qual o corpo de prova romperá. Uma serie de corpos de prova são testados a diferentes temperaturas após a uniformização da temperatura em banho apropriado. O tempo mínimo de imersão dos corpos de prova, após a homogeneização da temperatura, deve ser de 45 a 60 minutos, dependendo da natureza do banho. O apoio inferior para o corpo de prova impede que o mesmo seja solicitado acima do limite de escoamento do material, isto é, o corpo de prova é flexionado pelo dispositivo de impacto (martelo) até um limite de deformação, determinado pelo apoio inferior que solicita do material apenas a zona elástica. DISPOSITIVO DE IMPACTO Deve ser de construção rígida para assegurar a uniformidade no impacto contra o corpo de prova, ter a superfície de contato com o corpo de prova, com um raio de 25 mm e de dureza maior que 50 HRC, e seu peso ser de 23 a 136 Kg. AVALIAÇÃO DOS RESULTADOS. O teste avalia a capacidade de um aço resistir a esforços na zona elástica, na presença de uma pequena descontinuidade. Após o teste, os corpos de prova devem ser examinados e a avaliação dos resultados utiliza as terminologias “quebrado”, “não quebrado” e “não testado” conforme segue:
  47. 47. APOSTILA IV QUEBRADO O corpo de prova é considerado quebrado se, rompendo, ao atingir apenas uma das duas bordas da superfície de tração (lado da solda); não necessária a completa separação do corpo de prova no seu lado de compressão para que seja considerado como quebrado. Corpo de prova “quebrado” NÃO QUEBRADO O corpo de prova desenvolve uma trinca visível a partir do entalhe feito no cordão de solda, sem, contudo atingir nenhuma das bordas da superfície de tração. Corpo de prova “não quebrado” NÃO TESTADO Quando após o teste a trinca não for visível ou o corpo de prova não for flexionado o suficiente ate atingir o apoio inferior. O critério de aceitação considera satisfatório quando o corpo de prova apresentar a condição de “não quebrado” após o teste. È considerado insatisfatório quando o corpo de prova apresenta a condição de “quebrado”, pois indica que a temperatura NDT do material testado é superior a temperatura do teste. NORMATIZAÇÃO DO MÉTODO Para determinação da temperatura NDT de aços ferríticos é conforme o método ASTM E 208
  48. 48. APOSTILA IV MAQUINA DE TESTE Consiste de:     Guias verticais Dispositivo de impacto para queda livre Dispositivo de apoio para o corpo de prova com dimensões normalizadas Dispositivo de içamento e posicionamento do martelo
  49. 49. APOSTILA IV 7 TESTE DE IMPACTO Esse teste permite estudar os efeitos das cargas dinâmicas. Este ensaio é usado para medir a tendência de um metal de se comportar de maneira frágil. O choque ou impacto representa um esforço de natureza dinâmica, porque a carga é aplicada repentina e bruscamente. No impacto, não é só a força aplicada que conta. Outro fator é a velocidade de aplicação da força. Força associada com velocidade traduz-se em energia. O ensaio de impacto consiste em medir a quantidade de energia absorvida por uma amostra do material, quando submetida à ação de um esforço de choque de valor conhecido. O método mais comum para ensaiar metais é o do golpe, desferido por um peso em oscilação. O pêndulo é levado a certa posição, onde adquire uma energia inicial. Ao cair, ele encontra no seu percurso o corpo de prova, que se rompe. A sua trajetória continua até certa altura, que corresponde à posição final, onde o pêndulo apresenta uma energia final. A diferença entre as energias inicial e final corresponde à energia absorvida pelo material. De acordo com o Sistema Internacional de Unidades (SI), a unidade de energia adotada é o joule. Em máquinas mais antigas, a unidade de energia pode ser dada em kgf./m, kgf./cm ou kgf./ mm. A máquina é dotada de uma escala, que indica a posição do pêndulo, e é calibrada de modo a indicar a energia potencial. A fórmula para o cálculo da energia potencial (Ep) é: Ep =m x g x h, onde: m = massa g = aceleração da gravidade h = altura
  50. 50. APOSTILA IV No ensaio de impacto, a massa do martelo e a aceleração da gravidade são conhecidas. A altura inicial também é conhecida. A única variável desconhecida é a altura final, que é obtida pelo ensaio. O mostrador da máquina simplesmente registra a diferença entre a altura inicial e a altura final, após o rompimento do corpo de prova, numa escala relacionada com a unidade de medida de energia adotada. CORPOS DE PROVA Nos ensaios de impacto, utilizam-se duas classes de corpos de prova com entalhe: o Charpy e o Izod. Geralmente apresentam seção quadrada de 10 mm de lado e um comprimento de 55 mm com entalhes no centro deste comprimento. Há um tipo especial para ferros fundidos e ligas não ferrosas fundidas sob pressão. Esses corpos de prova seguem especificações de normas internacionais, baseadas na norma americana E-23 da ASTM. Os corpos de prova Charpy compreendem três subtipos (A, B e C), de acordo com a forma do entalhe. A figura a seguir mostra as formas e dimensões desses três tipos de corpos de prova e dos respectivos entalhes. As diferentes formas de entalhe são necessárias para assegurar que haja ruptura do corpo de prova, mesmo nos materiais mais dúcteis. Quando a queda do martelo não provoca a ruptura do corpo de prova, o ensaio deve ser repetido com outro tipo de corpo de prova, que apresente entalhe mais severo, de modo a garantir a ruptura. Dos três tipos apresentados, o C é o que apresenta maior área de entalhe, ou seja, o entalhe mais severo.
  51. 51. APOSTILA IV O corpo de prova Izod tem a mesma forma de entalhe do Charpy tipo A, localizada em posição diferente (não centralizada). O corpo de prova Charpy é apoiado na máquina e o Izod é engastado, o que justifica seu maior comprimento. Corpos de prova de ferro fundido e ligas não ferrosas fundidas sob pressão não apresentam entalhe. Outra diferença importante entre o ensaio Charpy e o Izod é que no Charpy o golpe é desferido na face oposta ao entalhe e no Izod é desferido no mesmo lado do entalhe. As dimensões do corpo de prova, a forma e o tamanho do entalhe usado determinam um dado estado de tensões que não se distribuem de modo uniforme por todo o corpo de prova, no ensaio. Por isso, esse ensaio não fornece um valor quantitativo da tenacidade do metal.
  52. 52. APOSTILA IV RETIRADA DOS CORPOS DE PROVA É feita atendendo aos requisitos da norma ou código aplicável. A orientação do corpo de prova e a direção do entalhe aterão significativamente os resultados obtidos no teste. A energia medida é um valor relativo e serve apenas para comparar resultados obtidos nas mesmas condições de ensaio. Isso explica por que os resultados desse ensaio não têm aplicação nos cálculos de projetos de engenharia. Mesmo tomando-se todos os cuidados para controlar a realização do ensaio, os resultados obtidos com vários corpos de prova de um mesmo metal são bastante diversos. Para chegar a conclusões confiáveis a respeito do material ensaiado, é recomendável fazer o ensaio em pelo menos três corpos de prova. Tudo o que foi dito até agora sobre o ensaio de impacto pressupõe sua realização à temperatura ambiente. Em condições de temperatura diversas da temperatura ambiente, os resultados deste ensaio variam sensivelmente. A temperatura, especificamente a baixa temperatura, é um fator de extrema importância no comportamento frágil dos metais. TEMPERATURA DE TRANSIÇÃO Ao ensaiar os metais ao impacto, verificou-se que há uma faixa de temperatura relativamente pequena na qual a energia absorvida pelo corpo de prova cai apreciavelmente. Esta faixa é denominada temperatura de transição. A temperatura de transição é aquela em que ocorre uma mudança no caráter da ruptura do material, passando de dúctil a frágil ou vice-versa. Como esta passagem, na maioria dos casos, não é repentina é usual definir- se uma faixa de temperatura de transição. A faixa de temperatura de transição compreende o intervalo de temperatura em que a fratura se apresenta com 70% de aspecto frágil (cristalina) e 30% de aspecto dúctil (fibrosa) e 70% de aspecto dúctil e 30% de aspecto frágil. O tamanho dessa faixa varia conforme o metal. Às vezes, a queda é muito repentina, como no exemplo anterior.
  53. 53. APOSTILA IV A definição dessa faixa é importante porque só podemos utilizar um material numa faixa de temperatura em que não se manifeste a mudança brusca do caráter da ruptura. Os metais que têm estrutura cristalina CFC, como o cobre, alumínio, níquel, aço inoxidável austenítico etc., não apresentam temperatura de transição, ou seja, os valores de impacto não são influenciados pela temperatura. Por isso esses materiais são indicados para trabalhos em baixíssimas temperaturas, como tanques criogênicos, por exemplo. Submetidos ao ensaio de impacto, esses corpos apresentaram três curvas diferentes, como mostra o gráfico a seguir. No corpo de prova A, o entalhe está transversal às fibras do material. Por isso, a curva correspondente, no gráfico anterior, mostra que este foi o corpo de prova que apresentou a maior quantidade de energia absorvida. No corpo de prova C, o entalhe está no sentido da fibra, o que favorece o cisalhamento. Por isso, a absorção de energia é a pior possível. O corpo de prova B também tem entalhe transversal. Só que, neste caso, o entalhe atravessa o núcleo da chapa, cortando todas as fibras transversalmente. A curva correspondente encontra-se numa situação intermediária, em comparação com as outras duas. Essa relação entre as curvas permanece constante, qualquer que seja a temperatura do ensaio. RESFRIAMENTO DO CORPO DE PROVA Os corpos de prova retirados para ensaio de impacto devem ser resfriados, até que se atinja a temperatura desejada para o ensaio. As técnicas de resfriamento são determinadas em normas técnicas específicas. Um modo de obter o resfriamento consiste em mergulhar o corpo de prova num tanque contendo nitrogênio líquido, por aproximadamente 15 minutos. Este é o tempo necessário para homogeneizar a temperatura em todo o corpo de prova. Outra forma de obter o resfriamento é por meio de uma mistura de álcool e gelo seco, que permite atingir temperaturas de até 70ºC negativos. O tempo máximo para romper o corpo de prova após o resfriamento é de 5 segundos. Devido à grande dispersão dos resultados dos ensaios, principalmente próximo à temperatura de transição, gerada pela dificuldade de obter corpos de prova rigorosamente iguais e pela falta de homogeneidade dos materiais, o ensaio de impacto comum não oferece resultados aplicáveis a projetos de engenharia estrutural. Para responder a essas necessidades práticas, foram desenvolvidos outros tipos de ensaio de impacto e outros equipamentos.
  54. 54. APOSTILA IV 8 TESTE MACROGRÁFICO Consiste no exame do aspecto de uma superfície plana de uma peça ou corpo de prova, preparado adequadamente por lixamento. Aplica-se um produto químico denominado reativo, que reage com a superfície lixada revelando detalhes macrográficos de sua estrutura. O exame é realizado a olho nu ou com ampliação de ate 10 vezes com o auxilio de uma lupa. O termo macrografia designa também documentos gerados como fotografias, impressões e outros. Para ampliações maiores designa-se micrografia, pois são em geral utilizados microscópios. APLICAÇÕES    Verificar se o produto de fabricação é forjado, fundido ou laminado, e a homogeneidade ou heterogeneidade da estrutura. Verificar se há descontinuidades inerentes no produto como porosidades e segregações. Verificar se o produto foi soldado, revelando as varias zonas existentes de uma junta soldada como numero de passes, tipo de chanfro e se houve goivagem. As heterogeneidades podem ser:    Cristalinas: devido à forma de solidificação, crescimento de grão e velocidade de resfriamento. Químicas: devido à segregação de impurezas, inclusões ou constituintes que podem ser desejáveis quando produzidos intencionalmente, como na carbonetação, nitretação, entre outros, ou indesejáveis quando ocorrem devido ao descontrole da atmosfera dos fornos, resultando na oxidação e descarbonetação dos aços, ou da falta de pureza do material na fundição, como a segregação de enxofre (S) e de fósforo (P). Mecânicas: devido as tensões introduzidas no material pelo trabalho a frio. Macro estrutura A heterogeneidade da superfície sob a ação de um reativo pode apresentar aspectos de origem:    Cristalinas: como granulação grosseira, profundidade de têmpera, zona afetada termicamente (ZAC). Químicas: como profundidade de carbonetação, zonas descarbonetadas, segregação, inclusões não metálicas e de sulfetos; Mecânicas: como regiões encruadas são evidenciadas devido a dissolução seletiva, ou da coloração seletiva do ataque ou da disposição seletiva dos produtos das reações. Põe e m evidencia, por corrosão, descontinuidades imperceptíveis a olho nu, como trincas, poros, entre outros. WENDEL FERNANDES DA ROCHA INSTRUTOR DE SOLDAGEM Página 54
  55. 55. APOSTILA IV É possível obter uma boa textura com ataques rápidos e superficiais, embora, as vezes, seja necessário utilizar ataques lentos e profundos, como em texturas fibrosas. Existem texturas que são mais facilmente visualizadas quando se faz um segundo lixamento seguido de um novo ataque rápido ou não, como no caso de texturas fibrosas dendríticas, união por fusão, segregação e poros. Para texturas encruadas, brutas de fusão, profundidade de carbonetação, granulação grosseira profundidade de têmpera, regiões ricas em carbono ou fósforo e regiões afetadas termicamente um novo lixamento faz a textura desaparecer por parcial ou totalmente. A reflexão da luz causa imagens diferentes ao olho do observador, nas zonas brilhantes (A) as imagens são claras; nas zonas corroídas (B) e nas zonas de descontinuidades (D) as imagens são escuras; nas regiões recobertas por produtos das reações (C) as imagens são foscas. PREPARAÇÃO PARA O TESTE      Prever qual o tipo de estrutura procurada e as possíveis descontinuidades. Realizar um exame visual na peça antes do corte, identificando as regiões com vestígios de solda, azulamento por aquecimento e descontinuidades inerentes ao processo de fabricação. Escolher o local para o teste ou para retirada de corpos de prova definindo a posição de corte. Escolher o processo para a retirada dos corpos de prova. Desenhar ou fotografar a peça antes da retirada dos corpos de prova. Após a escolha do local a ser cortado, é necessário definir se o corte da seção será transversal ou longitudinal ao eixo da peça. SEÇÃO TRANSVERSAL Perpendicular ao eixo longitudinal da peça, e tem o objetivo de em uma junta soldada, verificar o numero de passes, zona de ligação, zona afetada termicamente e as descontinuidades provenientes de cada processo de soldagem.     Quando é preciso determinar se a seção é inteiramente homogênea ou não. A forma e a intensidade da segregação. Profundidade dos tratamentos superficiais. Tipo de material, como: aço, ferro fundido etc.
  56. 56. APOSTILA IV SEÇÃO LONGITUDINAL Paralela ao eixo principal da peça, tem o objetivo de verificar em uma peça o processo de fabricação, de fundição, forjamento ou laminação. A extensão das descontinuidades de tratamentos térmicos superficiais. Processo de fabricação de parafusos, se usinados ou forjados. PREPARAÇÃO DA SUPERFÍCIE Obtêm- se em duas etapas: corte ou desgaste e polimento. CORTE O corpo de prova deve ser cortado com serra ou com cortador de disco abrasivo; caso esse método não possa ser aplicado, recorre-se ao desbaste da superfície utilizando um esmeril ou plainadeira para atingir a superfície requerida, completando a operação com uma lima fina ou lixadeira mecânica. Para todos esses processos deve-se evitar o encruamento superficial, e também o aquecimento acima de 100ºC, principalmente em peças temperadas, para evitar a distorção na interpretação do teste. Antes de iniciar o lixamento, deve-se fazer uma lavagem com água corrente e enxugar a superfície para evitar que partículas abrasivas mais grossas sejam levadas a essa etapa, também é necessário uma limpeza especial, com a finalidade de retirar o óleo ou graxa da superfície preparada. Devem-se eliminar os cantos vivos para não causar acidentes ao operador e para não danificar as lixas. LIXAMENTO É iniciado sobre lixa em direção perpendicular aos riscos da lima ou da lixa grossas já utilizadas, removendo completamente estes riscos. O trabalho deve ser executado com lixas de granulação crescente, conforme alguns fabricantes: 120, 280, 320, 400, 600. O lixamento é geralmente feito atritando a superfície sobre a lixa mas, quando a peça é grande a lixa deve ser passada na mesma com o auxilio de uma régua. Não se pratica o polimento muito elevado, pois dificultará o ataque e a fotografia, facilitando assim a execução do teste. LAVAGEM E SECAGEM A lavagem é feita submetendo a superfície a água corrente e a fricção com trapo. A secagem é feita com a aplicação de álcool e trapo embebido em álcool sobre a superfície, seguido de um jato de ar de preferência quente. Observar para não tocar com os dedos a superfície seca. Cuidar para não deixar água retida nas descontinuidades para não mascarar o exame. WENDEL FERNANDES DA ROCHA INSTRUTOR DE SOLDAGEM Página 56
  57. 57. APOSTILA IV ATAQUE DA SUPERFÍCIE POR IMERSÃO O reativo é colocado num recipiente e o corpo de prova é imerso sem encostar-se a seu fundo. Deve-se agitar o corpo de prova ou o reagente para homogeneizar o reativo e principalmente para eliminar as bolhas arrastadas mecanicamente ou formada pelas reações químicas, pois podem impedir o ataque localizado. POR APLICAÇÃO É realizado com o auxilio de um pincel ou chumaço de algodão fixado em uma pinça. Deve-se tomar cuidado com a composição química do suporte, pois se o reativo for ácido e o ataque lento, existe o risco de haver deposito de materiais estranhos na superfície preparada, por eletrolise. Os reativos atuam sobre as heterogeneidades por dissolução, coloração e deposição de compostos das reações, sobre as descontinuidades por corrosão. O ataque em relação ao tempo de duração pode ser:      Rápido: com duração de segundos ou até poucos minutos. Lento: com duração de vários minutos, horas ou dias. Profundo e superficial Frio: a temperatura ambiente. Quente: acima da temperatura ambiente Durante o ataque a superfície deve ser observada constantemente até obter-se uma textura nítida e com todos os detalhes para o correto resultado do teste. O tempo de ataque depende da temperatura, da composição química do corpo de prova e do reativo utilizado, assim, tempo insuficiente implicará em textura fraca, pouco visível e sem detalhes, e tempo em excesso dará textura ofuscada e alterada. Normalmente executa-se o teste a temperatura ambiente, porem, quando se deseja ataques profundos, como em textura fibrosa, ou dendrítrica, a temperatura pode ser até 100ºC. REATIVOS OU SOLUÇÕES DE ATAQUE São soluções ácidas, alcalinas ou substancias complexas dissolvidas em solvente adequado, principalmente álcool e água. O reativo é escolhido conforme o material utilizado, textura e os detalhes a serem verificados. Deve ser estável, composição simples, nem toxico, nem venenoso. REATIVOS APLICADOS ÁCIDO CLORÍDRICO OU ÁCIDO MURIÁTICO Composição:   Ácido clorídrico (concentrado) HCL Água 50 ml 50 ml WENDEL FERNANDES DA ROCHA INSTRUTOR DE SOLDAGEM Página 57
  58. 58. APOSTILA IV A solução deve permanecer ou estar próxima da temperatura de ebulição durante o ataque. O corpo de prova deve ser imerso na solução por tempo suficiente ate revelar todas as descontinuidades que possam existir na superfície de ataque. REVELAÇÃO Identifica heterogeneidades como segregação, regiões encruadas, regiões afetadas termicamente, depósitos de soldas, profundidade de tempera entre outros. REATIVO DE IODO Composição:    Iodo sublimado Iodeto de potássio Água 10 g 20 g 100 ml Utilizado a temperatura ambiente, esfregando um chumaço de algodão, embebido na solução, aplicado na superfície em teste , ate que se obtenha uma clara definição da macro estrutura. REVELAÇÃO Identifica heterogeneidade como segregação, regiões encruadas, regiões afetadas termicamente, depósitos de soldas, profundidade de temperas, entre outros. Identifica descontinuidades como trincas, porosidades, inclusões, entre outros. As imagens podem ser obtidas das seguintes formas:  Só aparecem com o simples ataque da superfície e que desaparecem quase por completo com um leve repolimento posterior. Exemplos: alterações locais ou parciais de origem térmica como temperas zonas afetadas termicamente em juntas soldadas, partes cementadas, entre outros.
  59. 59. APOSTILA IV  Só se revelam melhor ou só aparecem após um leve repolimento da superfície atacada, com as imagens adquirindo maior contraste se o repolimento for seguido de um ataque de breve duração. Exemplos: segregação bolhas texturas fibrosas entre outros. Macrografias (solda profundidade de tempera trincas) Macrografias mostrando a segregação em duas amostras de materiais
  60. 60. APOSTILA IV REATIVO DE PERSULFATO DE AMÔNIO Composição: Persulfato de amônio (NH4)2S2O8 Água 10 g 100 ml Solução usada a temperatura ambiente esfregando um chumaço de algodão, embebido em solução, na superfície a ser atacada proporcionando um contraste excelente. REVELAÇÃO Identifica soldas, segregação, texturas cristalinas e fibrosas. REATIVO DE NITAL Composição: Ácido nítrico (concentrado) HNO3 Álcool etílico 5 ml 95 ml A solução deve ser usada a temperatura ambiente. REVELAÇÃO Indicado para a localização da solda, segregação, trincas, profundidade de têmpera, entre outros. AVALIAÇÃO E REGISTROS DOS RESULTADOS Conforme finalidade requerida por normas e ou códigos. O código ASME seção IX requer para a qualificação de procedimentos de soldagem de soldas em ângulo, que a macroestrutura da seção transversal, compreendida pela zona fundida (metal de solda) e zona afetada termicamente apresentem fusão completa e livre de trincas. REGISTRO DOS RESULTADOS 1º Proteção da face testada do corpo de prova com uma película de verniz transparente. 2º Macrofotografia que é a reprodução fotográfica em tamanho natural ou não. 3º Método de Baumann que é semelhante a fotografia utilize-se de papel fotográfico para registrar a estrutura. WENDEL FERNANDES DA ROCHA INSTRUTOR DE SOLDAGEM Página 60
  61. 61. APOSTILA IV O método consiste em preparar o papel fotográfico através de imersão em banhos químicos, colocando-o a seguir sobre a superfície preparada do corpo de prova. Em seguida, o papel fotográfico é mergulhado num fixador químico e depois lavado em água corrente. Não é um método adequado para reproduzir a macro estrutura, mas é indicado para detectar regiões ricas em enxofre nos aços. NORMALIZAÇÃO DO MÉTODO Para determinação da macro estrutura e dos reativos mais adequados para vários tipos e metais são normalizados pela ASTM E 340. WENDEL FERNANDES DA ROCHA INSTRUTOR DE SOLDAGEM Página 61
  62. 62. APOSTILA IV Ensaios Não Destrutivos WENDEL FERNANDES DA ROCHA INSTRUTOR DE SOLDAGEM Página 62
  63. 63. APOSTILA IV 9 ENSAIO VISUAL O ensaio visual foi o primeiro método de ensaios não-destrutivo aplicado pelo homem. É certamente o ensaio mais usado de todos, em todos os ramos da Engenharia. A história do exame visual de objetos, pertences, metais, etc, remonta a mais remota antiguidade. Por este motivo, pode-se imaginar que seja o ensaio mais simples de todos; entretanto, na moderna época em que vivemos, ensaio ainda é fundamental. Todos os modernos métodos de ensaios não-destrutivos, não fizeram do ensaio visual um ensaio obsoleto. Por muitos anos ainda será utilizado, dele dependendo, como vamos ver informações de alta importância para a segurança e economia industriais. O ensaio visual é simples de ser aplicado, fácil de ser aprendido e, ele é um dos mais econômicos. Entretanto, insistimos: um método de ensaio não-destrutivo não é concorrente de outro; logo, o ensaio visual tem uma enorme área de aplicação, porém, jamais poderemos usar apenas o ensaio visual em inspeções de peças de responsabilidade. O ensaio visual é necessário, mas não suficiente, como qualquer outro método. Pela sua simplicidade, ele nunca poderá deixar de ser aplicado à inspeção. A inspeção visual tem grande importância na condução de outros ensaios, como por exemplo, nas radiografias das soldas, de estruturas, de componentes e órgãos de máquinas. Cada tipo de inspeção visual necessita de um profissional com conhecimentos práticos, treinado e qualificado através de provas. O ensaio visual é executado por uma serie de inspeções visuais sobre as superfícies dos objetos avaliados. Dessas inspeções visuais é gerado um laudo sobre a aparência da superfície, formatos, dimensões e descontinuidades grosseiras sobre as mesmas. O cuidadoso exame visual nos fornece informação referente à necessidade de prosseguimento dos ensaios não-destrutivos por outros métodos. De fato, examinando-se um objeto superficialmente e constatando-se a inexistência de defeitos superficiais, o objeto pode ser conduzido para outro tipo de inspeção. Uma boa aparência, bom grau de acabamento, inexistência de defeitos na superfície não autoriza ninguém a concluir sobre o bom estado do mesmo, no que diz respeito ao seu interior. Ao se inspecionar uma peça metálica pelo método visual e nela se constatando a presença de uma trinca ou furo, a mesma pode ser recusada (por força de especificações) e nenhum outro ensaio não-destrutivo deve ser mais utilizado. A peça deve ser rejeitada. E claro que uma peça cujo exame visual já a condenou, pode e deve ser inspecionada por outros métodos, com o intuito de se verificar as causas do defeito, isto poderá se traduzir em economia e avanço para a empresa no futuro. WENDEL FERNANDES DA ROCHA INSTRUTOR DE SOLDAGEM Página 63
  64. 64. APOSTILA IV O OLHO HUMANO O olho humano é conhecido como um órgão pouco preciso. A visão é qualquer coisa variável em cada um de nós e muito mais variável quando se comparam observações visuais de um grupo de pessoas. Não estudaremos em detalhe a formação das imagens no olho humano, mas faremos algumas observações. Como sabemos, a visão humana, adulta, normal, envolve a percepção de luz visível, das cores, profundidade e distância. Sabemos também que existem ilusões de ótica. Quando se observa uma descontinuidade na superfície de um objeto, ela nos parece maior, quando olhada de perto, e menor se olhada de longe. A formação da imagem de um objeto no olho envolve sempre o ângulo visual, que cresce quando aproximamos o lho do objeto. Para o exame minucioso da superfície dos metais, aproxima-se quanto se pode o olho da superfície metálica, Com esta providência, estamos aumentando o angulo visual. Entretanto, a aproximação do olho normal à superfície do metal não pode ser em geral menor que 25 centímetros, quando termina a acomodação. Se, entretanto, se colocar na frente do olho uma lente convergente, o ângulo visual aumenta por razões bem conhecidas na ótica geométrica. O menor tamanho de uma descontinuidade superficial que pode ser visível pelo olho normal, depende de uma série de fatores, tais como: a) limpeza da superfície b) acabamento da superfície c) nível de iluminação da superfície d) maneira de iluminar a superfície e) contraste entre a descontinuidade e o resto da superfície. As variáveis enumeradas com (c) e (d), nós podemos sempre controlar, de modo que um bom inspetor sempre exige "boa luz” e "posição da luz". O tipo de luz usada também tem importante influência sobre o êxito da inspeção visual. A luz branca natural é amplamente usada por razões óbvias, mas nos recintos fechados das fabricas merece toda a atenção à escolha do tipo de iluminação e a forma e disposição dos pontos luminosos. Na inspeção em recintos fechados, a lâmpada elétrica atrás do inspetor (para não ofuscar), produz melhores resultados do que o foco da lanterna de pilhas. Nas inspeções visuais de peças acabadas e de alta responsabilidade é comum se usar luz monocromática. O olho humano normal tem sensibilidade relativa variável, em função do comprimento de onda, tendo maior sensibilidade na faixa de 5.500 a 5.600 angstroms (1Å = 10-10m = 10-1 nm) Outro grande fator de fracasso na inspeção visual é devido à fadiga visual dos inspetores em serviços longos, examinando os mesmos tipos de materiais. O treinamento dos inspetores deve ser acompanhado sempre por oftalmologistas, para exame dos inspetores em serviço, duas ou mais vezes por ano. Blocos padronizados, chapas com defeitos (os menores), peças fundidas, forjadas e acabadas, com mínimos defeitos, devem, às vezes, ser lançados na linha de inspeção com o intuito de se verificar o bom desempenho dos inspetores visuais. WENDEL FERNANDES DA ROCHA INSTRUTOR DE SOLDAGEM Página 64
  65. 65. APOSTILA IV CLASSIFICAÇÃO DAS PRINCIPAIS TÉCNICAS DE INSPEÇÃO VISUAL A inspeção visual é um método subjetivo executado com uso da visão auxiliada ou não por instrumentos óticos. Como as informações obtidas dependem de uma série de fatores complexos e de difícil qualificação, tais como, acuidade atenção, conhecimento e interpretação dos resultados não são mensuráveis. Uma boa inspeção visual deve ser feita antes da aplicação de qual quer método de ensaio-não-destrutivo. MÉTODO DIRETO É a inspeção executada apenas com a visão desprovida de extensões auxiliares especiais e permite identificar rapidamente defeitos de forma geométrica ou posicionamento do objeto antes de realizar qualquer outro tipo de ensaio. Além do mais, permite detectar defeitos, quando por exemplo um inspetor examina a qualidade de uma solda: presença ou ausência de trincas, posição e orientação relativa das trincas, ocorrências de porosidade superficial, etc. Para detecção e avaliação de pequenas descontinuidades com o método de ensaio visual direto o angulo de observação em relação à superfície a ser ensaiada não deve ser inferior a 300, e sua distância do olho do observador ao local do ensaio não deve ser superior a 600 mm. . MÉTODO REMOTO Na inspeção visual o olho humano é auxiliado por uma série de instrumentos óticos. Esses instrumentos desempenham funções importantes seja para compensar a acuidade do olho humano, seja para permitir a inspeção visual em locais de difícil acesso da peça metálica. Conjunto, parte ou componente complexo. Deve ser assinalado que a utilização de sistema ótico suplementares deve sempre tomar em consideração os seguintes requisitos para uma boa inspeção: a) vasto campo de visão b) imagem sem distorção c) preservação das cores naturais d) iluminação adequada O método de ensaio visual remoto, quando empregado, deve garantir uma capacidade de resolução igual ou maior que o ensaio visual pelo método direto. ACESSÓRIOS UTILIZADOS        Espátula Martelo Imã Máquina fotográfica Lanterna Binóculos Instrumentos de medição (paquímetro, micrômetro interno/externo, gabaritos Goniômetro, nível, trena, prumo, compassos de ponta). WENDEL FERNANDES DA ROCHA INSTRUTOR DE SOLDAGEM Página 65
  66. 66. APOSTILA IV FINALIDADES DO ENSAIO O ensaio visual é aplicado no controle da qualidade, é utilizado antes e após qualquer operação de soldagem. Antes da soldagem a inspeção visual tem por finalidade: a) Detectar não conformidades na geometria da junta, tais como:     Ângulo de bisel Ângulo do chanfro Face da raiz Alinhamento das partes a serem soldadas b) Detectar não conformidades superficiais do metal de base tais como:   Corrosão Existência de elementos contaminantes (óleo, graxa, etc.) Após a operação de soldagem, o ensaio visual tem por finalidade detectar possíveis descontinuidades induzidas na soldagem. Alem de suas aplicações na soldagem, o ensaio se aplica de maneira geral, na detecção de irregularidades superficiais de vários tipos tais como: dobras de laminação de chapas, pontos e estados de corrosão, evidencias de vazamento, acabamento de peças usinadas ou forjadas e identificação de estado da superfície. SEQUENCIA DO ENSAIO Basicamente, a sequencia de cada ensaio visual se compõe de apenas duas etapas:  Preparação da superfície:  Inspeção pelo método visual previsto no procedimento qualificado, sempre sob iluminação adequada
  67. 67. APOSTILA IV Há, porém uma sequencia correta de execução do ensaio, que normalmente é efetuado mais de uma vez ao longo de uma operação de soldagem, evitando no inicio incorreções que trariam dificuldades para uma correção posterior, como por exemplo, o ajuste incorreto de juntas. VANTAGENS O ensaio visual é o ensaio não destrutivo de mais baixo custo, permite detectar e eliminar possíveis descontinuidades antes de se iniciar ou completar a soldagem de uma junta, detecta as descontinuidades maiores e geralmente indica pontos de prováveis descontinuidades, devem ser inspecionados por outros ensaios não destrutivos. Um ensaio visual bem executado proporciona uma diminuição da quantidade de reparos de solda, e uma maior produção dos outros ensaios não destrutivos e consequentemente diminui o custo da obra. LIMITAÇÕES E DESVANTAGENS O ensaio visual depende em grande parte da experiência e conhecimento por parte do inspetor, o qual deve estar familiarizado com o projeto e os requisitos de soldagem e é limitado a detecção de defeitos superficiais. WENDEL FERNANDES DA ROCHA INSTRUTOR DE SOLDAGEM Página 67
  68. 68. APOSTILA IV 10 ENSAIO POR LIQUIDO PENETRANTE INTRODUÇÃO O ensaio por líquidos penetrantes é um método desenvolvido especialmente para a detecção de descontinuidades essencialmente superficiais, e ainda que estejam abertas na superfície do material. Este método se iniciou 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 adotado pelas indústrias aeronáuticas, que trabalhando com ligas não ferrosas, necessitavam 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 aprimoramento de novos produtos utilizados no ensaio, até seu estágio atual. FINALIDADE DO ENSAIO O ensaio por líquidos penetrantes presta-se a detectar descontinuidades superficiais e que sejam abertas na superfície, tais como trincas, 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 zircônio, além dos materiais magnéticos. É também aplicado em cerâmica vitrificada, vidro e plásticos. PRINCÍPIOS BÁSICOS O método consiste em fazer penetrar na abertura da descontinuidade um líquido. Após a remoção do excesso de líquido da superfície, faz-se sair da descontinuidade o líquido retido através de um revelador. A imagem da descontinuidade fica então desenhada sobre a superfície. Podemos descrever o método em seis etapas principais no ensaio , quais sejam: a) Preparação da superfície - Limpeza inicial Antes de se iniciar o ensaio, a superfície deve ser limpa e seca. Não deve existir água, óleo ou outro contaminante. Contaminantes ou excesso de rugosidade, ferrugem, etc.Tornam o ensaio não confiável. Preparação e limpeza da superfície
  69. 69. APOSTILA IV b) Aplicação do Penetrante: Consiste na aplicação de um líquido chamado penetrante, geralmente de cor vermelha, de tal maneira que forme um filme sobre a superfície e que por ação do fenômeno chamado capilaridade penetre na descontinuidade. Deve ser dado certo tempo para que a penetração se complete. O tempo de penetração varia de acordo com o tipo de penetrante, material a ser ensaiado, temperatura e deve estar de acordo com a norma aplicável de inspeção do produto a ser ensaiado. Aplicação do penetrante c) Remoção do excesso de penetrante. Consiste na remoção do excesso do penetrante da superfície, através de produtos adequados, condizentes com o tipo de líquido penetrante aplicado, devendo a superfície ficar isenta de qualquer resíduo na superfície. Remoção do excesso da superfície d) Revelação Consiste na aplicação de um filme uniforme de revelador sobre a superfície. O revelador é usualmente um pó fino (talco) branco. Pode ser aplicado seco ou em suspensão, em algum líquido. O revelador age absorvendo o penetrante das descontinuidades e revelando-as. Deve ser previsto um determinado tempo de revelação para sucesso do ensaio. Aplicação do revelador e observação da indicação
  70. 70. APOSTILA IV e) Avaliação e Inspeção Após a aplicação do revelador, as indicações começam a serem observadas, através da mancha causada pela absorção do penetrante contido nas aberturas, e que serão objetos de avaliação. A inspeção deve ser feita sob boas condições de luminosidade, se o penetrante é do tipo visível (cor contrastante com o revelador) ou sob luz negra, em área escurecida, caso o penetrante seja fluorescente. A interpretação dos resultados deve ser baseada no Código de fabricação da peça ou norma aplicável ou ainda na especificação técnica do Cliente. Nesta etapa deve ser preparado um relatório escrito que mostre as condições do ensaio, tipo e identificação da peça ensaiada, resultado da inspeção e condição de aprovação ou rejeição da peça. Em geral a etapa de registro das indicações é bastante demorada e complexa, quando a peça mostra muitos defeitos. Portanto, o reparo imediato das indicações rejeitadas com posterior reteste, é mais recomendável. Absorção do penetrante pelo revelador dentro da abertura f) Limpeza pós ensaio A última etapa, geralmente obrigatória, é a limpeza de todos os resíduos de produtos, que podem prejudicar uma etapa posterior de trabalho da peça (soldagem, usinagem, etc.). VANTAGENS DO ENSAIO Poderíamos dizer que a principal vantagem do método é a sua simplicidade. É fácil de fazer de interpretar os resultados. O aprendizado é simples, requer pouco tempo de treinamento do inspetor. Como a indicação assemelha-se a uma fotografia do defeito, é muito fácil de avaliar os resultados. Em contrapartida o inspetor deve estar ciente dos cuidados básicos a serem tomados (limpeza, tempo de penetração, etc.), pois a simplicidade pode se tornar uma faca de dois gumes. Não há limitação para o tamanho e forma das peças a ensaiar, nem tipo de material; por outro lado, as peças devem ser susceptíveis à limpeza e sua superfície não pode ser muito rugosa e nem porosa. O método pode revelar descontinuidades (trincas) extremamente finas (da ordem de 0, 001 mm de abertura ).
  71. 71. APOSTILA IV LIMITAÇÕES DO ENSAIO Só detecta descontinuidades abertas para a superfície, já que o penetrante tem que entrar na descontinuidade para ser posteriormente revelado. Por esta razão, a descontinuidade não deve estar preenchida com material estranho. A superfície do material não pode ser porosa ou absorvente já que não haveria possibilidade de remover totalmente o excesso de penetrante, causando mascaramento de resultados. A aplicação do penetrante deve ser feita numa determinada faixa de temperatura permitida ou recomendada pelo fabricante dos produtos. Superfícies muito frias (abaixo de 5º C ) ou muito quentes (acima de 52º C) não são recomendáveis ao ensaio. Algumas aplicações das peças em inspeção fazem com que a limpeza seja efetuada da maneira mais completa possível após o ensaio (caso de maquinaria para indústria alimentícia, material a ser soldado posteriormente, etc.). Este fato pode tornar-se limitativo ao exame, especialmente quando esta limpeza for difícil de fazer. WENDEL FERNANDES DA ROCHA INSTRUTOR DE SOLDAGEM Página 71
  72. 72. APOSTILA IV 11 ENSAIO POR PARTÍCULAS MAGNÉTICAS DESCRIÇÃO E APLICABILIDADE DO MÉTODO O ensaio por partículas magnéticas é utilizado na localização de descontinuidades superficiais e sub-superficiais em materiais ferromagnéticos. Pode ser aplicado tanto em peças acabadas quanto semi-acabadas e durante as etapas de fabricação. O processo consiste em submeter a peça, ou parte desta, a um campo magnético. Na região magnetizada da peça, as descontinuidades existentes, ou seja, a falta de continuidade das propriedades magnéticas do material irá causar um campo de fuga do fluxo magnético. Com a aplicação das partículas ferromagnéticas, ocorrerá a aglomeração destas nos campos de fuga, uma vez que serão por eles atraídas devido ao surgimento de pólos magnéticos. A aglomeração indicará o contorno do campo de fuga, fornecendo a visualização do formato e da extensão da extensão da descontinuidade. MAGNETISMO Todos nós conhecemos os imãs e dizemos que um material ferromagnético nas proximidades de um imã é por este atraído. O magnetismo é um fenômeno de atração que existe entre esses materiais. Nota-se que por vezes o fenômeno pode ser de repulsão ou de atração. Os imãs podem ser naturais, conhecidos como “pedras-imãs” e os artificiais, fabricados a partir de aços com propriedades magnéticas específicas para esse fim. A palavra “magnetismo” vem de Magnésia na Turquia onde séculos atrás se observou o minério magnetita que é um imã natural. PÓLOS MAGNÉTICOS Quando estudamos uma barra imantada, verificamos que as características magnéticas da barra não são iguais ao longo da mesma, porém verificamos que ocorre uma concentração da força magnética de atração ou repulsão nas extremidades. A estes pontos onde se manifestam a atração com maior intensidade damos o nome de pólos magnéticos. Se dispusermos de duas barras imantadas e colocarmos uma próxima da outra, deixando uma fixa e a outra livre, verificaremos que ocorrerá uma força de atração entre as barras de modo a fazer com que se unam. No entanto, se separarmos as barras e girarmos a barra móvel 180° e novamente aproximarmos, verificaremos que ao invés de ocorrer a atração, ocorrerá a força de repulsão, o que nos leva a concluir que temos duas espécies de pólos. Uma que promove a atração e o outro que promove a repulsão. Isto é, numa mesma barra os pólos não são iguais. É por isso que se diz que pólos iguais se repelem e pólos diferentes se atraem.
  73. 73. APOSTILA IV O CAMPO MAGNÉTICO Uma região do espaço que foi modificada pela presença de um imã, recebe a denominação de campo magnético. O campo magnético pode ser visualizado quando limalha de material ferromagnético é pulverizada sobre um imã. Tais partículas se comportam como minúsculos imãs e se alinham na direção do campo magnético, formando o que chamamos de linhas de indução ou linhas de fluxo. As linhas de indução são sempre contínuas e mostram claramente a forma do campo magnético. Campo magnético produzida por uma barra imantada e visualizada por limalha de ferro PERMEABILIDADE MAGNÉTICA A permeabilidade magnética é definida como sendo a facilidade com que um material pode ser magnetizado, e é representado pela letra “m“. É um número adimensional, isto é, não possui unidade, pois é uma relação entre duas grandezas. A permeabilidade magnética de um material é a relação entre a condutividade magnética do material e a condutividade magnética do ar , ou ainda a relação entre o magnetismo adquirido pelo material ( B ) pela presença de um magnetismo externo e a força de magnetização externa ( H ). É importante salientar que a permeabilidade magnética de um material não é constante e depende da força externa de magnetização. CLASSIFICAÇÃO MAGNÉTICA DOS MATERIAIS De acordo com a permeabilidade magnética podemos classificar os materiais em três grandes grupos: a) Ferromagnéticos: µ > 1. São assim definidos os materiais que são fortemente atraídos por um imã exemplo: ferro, cobalto e quase todos os tipos de aço. São ideais para inspeção por partículas magnéticas. b) Paramagnéticos: µ = 1. São os materiais que são levemente atraídos por um imã. Exemplo: platina, alumínio, cromo, estanho, potássio. Não são recomendados para inspeção por partículas magnéticas.
  74. 74. APOSTILA IV c) Diamagnéticos: µ < 1. São os materiais que são levemente repelidos por um imã. Exemplo: prata, zinco, chumbo, cobre, mercúrio. O ensaio por partículas magnéticas não é aplicável a estes materiais. A permeabilidade magnética dos materiais não é constante, pois dependem da dos valores de B e H. Porém muitos livros trazem valores da permeabilidade magnética de vários materiais, porém esta se aplica na condição de total saturação magnética dos mesmos. A saturação magnética é conseguida quando ao aumentarmos o campo magnetizante H não ocorre nenhuma alteração de B. Outras características magnéticas dos materiais são: RETENTIVIDADE É definida como sendo a habilidade de um material em reter uma parte do campo magnético após a interrupção da força magnetizante. Força Coercitiva: é a magnetização inversa que se aplicada ao material, anula o magnetismo residual. CAMPO DE FUGA O desvio das linhas de força dá origem a novos pólos, provocando a dispersão das linhas de fluxo magnético que dão origem ao “Campo de Fuga”. A figura demonstra como as linhas de força são perturbadas pela presença de uma descontinuidade dando origem ao campo de fuga. Peça contendo trinca superficial dando origem ao campo magnético de fuga No ensaio por partículas magnéticas, ao aplicarmos um pó ferromagnético, constituído de partículas finamente divididas, as quais denominadas de pó magnético, no local onde surgir um campo de fuga, devido à formação de um dipolo magnético, provocará o agrupamento das partículas, ou seja, as partículas se acumulam em todo contorno de um campo de fuga. Desta forma, poderíamos dizer que o ensaio por partículas magnéticas é um “detector” de campos de fuga, que são “evidenciados” pela presença de acúmulos de partículas. Verificamos na prática que, para ocorrer um campo de fuga adequado na região das descontinuidades, a intensidade de campo, deve atingir valores adequados e as linhas de força devem ser o mais perpendicular possível ao plano da descontinuidade, caso contrário não será possível o acúmulo das partículas de forma nítida.
  75. 75. APOSTILA IV Enfatizamos que é necessário que haja, na região inspecionada, intensidade de campo suficiente e que as linhas de força do campo magnético estejam as mais perpendiculares possíveis em relação ao plano formado pelo contorno da descontinuidade para que ocorra a detecção, caso contrário, isso não será possível. Outro aspecto interessante que podemos observar é que o campo de fuga somente ocorre quando existe uma diferença na continuidade das características magnéticas do material base inspecionado. Assim todas as descontinuidades a serem detectadas como, trinca escórias, falta de fusão, porosidades, inclusões, etc. e possui características magnéticas bem diferentes do metal base, o que atribui ao ensaio grande sensibilidade de detecção. Outro aspecto também é a não existência de um tamanho mínimo da descontinuidade para que ocorra o campo de fuga, o que faz com que o método de ensaio por partículas magnéticas seja mais eficiente dos métodos superficiais até mesmo que o ensaio por líquidos penetrantes, para materiais ferromagnéticos. MÉTODOS E TÉCNICAS DE MAGNETIZAÇÃO a) Magnetização Longitudinal É assim denominado o método de magnetização que produz um campo magnético longitudinal da peça e fechando o circuito através do ar. Portanto, recomendamos para a detecção de descontinuidades transversais na peça A magnetização longitudinal é obtida por indução de campo por bobinas ou eletroímãs. Método de magnetização longitudinal por bobina indutora b) Magnetização Circular Neste método, que pode ser tanto por indução quanto por passagem de corrente elétrica através da peça, as linhas de força que formam o campo magnético circulam através da peça em circuito fechado, não fazendo uma “ponte” através do ar. É usada para a detecção de descontinuidades longitudinais. Magnetização circular pela passagem da corrente elétrica por um condutor
  76. 76. APOSTILA IV c) Magnetização Multidirecional Também conhecida como combinada ou vetorial, é um método em que simultaneamente são aplicados na peça dois ou mais campos magnéticos: um pelo método longitudinal e o outro pelo método circular ou ainda campos circulares em várias direções. É, portanto a combinação de duas técnicas que produzem um vetor rotativo, que permite observar, de uma só vez, as descontinuidades com diversas orientações. Algumas normas recomendam o uso de corrente trifásica retificada de onda completa para magnetização nesta técnica. As vantagens dessa técnica são:       Na inspeção de componentes seriados onde se reduz substancialmente o tempo de inspeção; Economia de partículas magnéticas; Cada peça ou componente é manuseado apenas uma vez; Menor possibilidade de erros por parte do inspetor, uma vez que, observamse ao mesmo tempo, tanto as descontinuidades longitudinais quanto as transversais. Rapidez no ensaio por partículas magnéticas Grande produtividade Maquina de ensaio por partículas magnéticas de uma peça fundida para indústria hidroelétrica, usando a técnica multidirecional. (foto empresa VOITH SIEMENS). Podemos concluir que a magnetização simultânea possibilita menor tempo de execução trazendo como benefício maior produção. Contudo, é limitada pelo ajuste da intensidade dos campos magnéticos que é necessário para obtenção de uma resultante capaz de detectar adequadamente as descontinuidades nas duas direções da peça em ensaio, descontinuidades longitudinais e transversais. Na prática este ajuste é conseguido realizando testes com peças ou corpos de prova contendo defeitos conhecidos. No entanto, ressaltamos que a magnetização simultânea apresenta resultados mais confiáveis na detecção de descontinuidades de diferentes direções. A sua desvantagem é que aumenta mais uma etapa no ensaio.

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