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FACULDADE ANHANGUERA DE JUNDIAÍ
ESTÁGIO CURRICULAR
ENGENHARIA DE PRODUÇÃO
APLICAÇÃO PRÁTICA DE ULTRASSOM NA INSPEÇÃO DE VASOS DE
PRESSÃO
ALBERTO DE TORRES ALCANTARA
JUNDIAÍ
2009
ALBERTO DE TORRES ALCANTARA
APLICAÇÃO PRÁTICA DE ULTRASSOM NA INSPEÇÃO DE VASOS DE
PRESSÃO
Relatório de Estágio apresentado ao curso de Engenharia de Produção da Faculdade Anhanguera de Jundiaí, como parte dos requisitos necessários para a obtenção do título de Engenheiro de Produção Orientador: Profª. Drª. Cristiane Betanho
JUNDIAÍ
2009
FACULDADE ANHANGUERA DE JUNDIAÍ
ENGENHARIA DE PRODUÇÃO
JUNDIAÍ /2009
ALBERTO DE TORRES ALCANTARA RA: 0500150
APLICAÇÃO PRÁTICA DE ULTRASSOM NA INSPEÇÃO DE VASOS DE
PRESSÃO
APROVADO EM 12 / 11 / 2009
______________________________________________________________
PROFª. DRª. CRISTIANE BETANHO – ORIENTADOR
AGRADECIMENTOS À Areta, minha esposa e à Agnes minha filha que desde o primeiro momento foram
minha maior fonte de incentivo.
RESUMO Quando se começa a estudar os ensaios não destrutivos é inevitável a admiração pelo ultrassom, o fascínio que causa a interpretação dos sinais apresentados na tela do aparelho são inexplicáveis. Esse trabalho tem como objetivo demonstrar uma aplicação prática do ultrassom na indústria para apresentar essa técnica pouco difundida. O estágio foi realizado na empresa GEA do Brasil Intercambiadores LTDA onde a técnica é muito utilizada na inspeção de soldas. O ensaio foi realizado em um equipamento da empresa cedente, acompanhado por um profissional qualificado e supervisionado por um engenheiro responsável. Os resultados obtidos foram considerados como aprovados segundo critérios pré-estabelecidos de aprovação. Palavras-chave: Ultrassom; Ensaios Não Destrutivos; Inspeção.
LISTA DE ILUSTRAÇÕES
FIGURA 1 – Aparelho de ultrassom Krautkramer , modelo USN-52................... 15
FIGURA 2 – Aparelho de ultrassom OLYMPUS , modelo Omniscan MX........... 16
FIGURA 3 – Método pulso-eco............................................................................ 16
LISTA DE ABREVIATURAS E SIGLAS
ABENDI – Associação Brasileira de Ensaios Não Destrutivos e Inspeção
ASME – American Society of Mechanical Engineers
CREA – Conselho Regional Engenharia e Arquitetura
FBTS – Fundação Brasileira de Tecnologia de Soldagem
SEQUI – Setor de Certificação, Qualificação e Inspeção
SUMÁRIO
1. INTRODUÇÃO ............................................................................................... 10
1.1 Objetivos........................................................................................................ 10
2. A GEA DO BRASIL INTERCAMBIADORES LTDA ...................................... 11
2.1 Histórico ........................................................................................................ 11
2.2 Controle de qualidade.................................................................................... 12
3. FUNDAMENTAÇÃO TEÓRICA ..................................................................... 13
3.1 Princípios básicos da inspeção por ultrassom............................................... 13
3.2 Campos de aplicação.................................................................................... 13
3.3 Vantagens e limitações em relação a outros ensaios.................................. 14
3.4 O aparelho de ultrassom.............................................................................. 15
3.5 Método de inspeção pulso-eco...................................................................... 16
3.6 Critérios de aceitação................................................................................... 17
4. RESULTADOS ............................................................................................... 18
4.1 Realização do ensaio................................................................................... 18
4.2 Avaliação dos resultados............................................................................. 18
5. CONSIDERAÇÕES FINAIS ........................................................................... 19
REFERÊNCIAS .................................................................................................. 20
ANEXOS ............................................................................................................. 21
1 INTRODUÇÃO
Pretende-se com esse trabalho, apresentar a técnica de inspeção de soldas
por meio de ultrassom em trocadores de calor.
O ensaio por ultra-som caracteriza-se num método não destrutivo que tem por
objetivo a detecção de defeitos ou descontinuidades internas, presentes nos mais
variados tipos ou forma de materiais ferrosos ou não ferrosos.
Tais defeitos são caracterizados pelo próprio processo de fabricação da peça
ou componentes a ser examinada como, por exemplo: bolhas de gás em fundidos,
dupla laminação em laminados, micro-trincas em forjados, escorias em uniões
soldadas e muitos outros.
Portanto, o exame ultra-sônico, assim como todo exame não destrutivo, visa
diminuir o grau de incerteza na utilização de materiais ou peças de
responsabilidades.
1.1 Objetivos
Conhecimento teórico e pratico buscando a qualificação junto ao órgão
responsável (ABENDI).
Serão desenvolvidas as seguintes atividades:
a) apresentar a empresa e a área em que o estágio será realizado
b) escrever a fundamentação teórica
c) apresentar a técnica de ultrassom
d) realizar os ensaios
e) apresentar os resultados dos ensaios
f) redigir o relatório de estágio
2 A GEA DO BRASIL INTERCAMBIADORES LTDA
A GEA do Brasil Intercambiadores LTDA é atualmente um dos principais
fabricantes no mercado brasileiro para trocadores de calor tipo casco e tubos, air-
coolers, trocadores aletados e outros. Objetivando constante atualização e
desenvolvimento tecnológico, a Gea do Brasil dispõe, através do Grupo GEA, de um
centro de Pesquisas e Desenvolvimento, localizado na Alemanha, assim como de
modernos programas de cálculos térmicos e mecânicos, sendo filiada ao HTRI –
Heat Transfer Research, Inc. desde 1980, entre outros.
A GEA DO BRASIL, associada a GEA AKTIENGESELLSCHAFT, projeta e
produz sob encomenda, trocadores de calor, vasos de pressão e resfriadores a ar
para vários segmentos industriais sendo os principais químico, alimentício e
petroquímico.
2.1 Histórico
A GEA é um grupo global de tecnologia, dedicado a buscar soluções para três
desafios crescentes: a produção racional de alimentos processados para uma
população mundial em expansão dinâmica; o uso eficiente de fontes não-renováveis
de energia; a conservação e proteção do meio-ambiente.
Fundada em 1920 na Alemanha, a GEA passou de uma empresa familiar a
um grupo de capital aberto, que conta atualmente com mais de 200 empresas
operando em 50 países, empregando aproximadamente 15.000 pessoas e um
faturamento anual de quase Euro 3 bilhões. Como parte desta evolução, em 1975
nasceu a Gea do Brasil.
Desde 1999, a GEA passou a fazer parte do grupo mg Technologies, sediado
em Frankfurt, Alemanha.
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2.2 Controle de qualidade
O controle de qualidade da GEA é responsável por garantir todas as etapas
de fabricação. Possuí um quadro de profissionais qualificados pela ABENDI, FBTS e
SEQUI nas principais modalidades de ensaios não destrutivos.
As inspeções são realizadas conforme um roteiro emitido pela engenharia e
aprovado pelo cliente.
São atividades do controle de qualidade GEA: inspeções dimensionais,
inspeções por liquido penetrante, por partículas magnéticas, por ultrassom, por raio
“x”, ensaios visuais, testes hidrostáticos, testes de estanqueidade e inspeção de
pintura.
A inspeção por ultrassom será o foco do trabalho visando demonstrar na
prática a realização desse ensaio.
3 FUNDAMENTAÇÃO TEÓRICA
3.1 Princípios básicos da inspeção por ultrassom
Sons extremamente graves ou agudos, podem passar despercebidos pelo
aparelho auditivo humano, não por deficiência deste, mas por caracterizarem
vibrações com freqüências muito baixas , até 20Hz (infra-som) ou com freqüências
muito altas acima de 20 kHz (ultrassom), ambas inaudíveis.
Os sons produzidos em um ambiente qualquer, refletem-se ou reverberam
nas paredes que consistem o mesmo, podendo ainda ser transmitidos a outros
ambientes.
Fenômenos como este apesar de simples e serem freqüentes em nossa vida
cotidiana, constituem os fundamentos do ensaio ultra-sônico de materiais.
No passado, testes de eixos ferroviários, ou mesmos sinos, eram executados
através de testes com martelo, em que o som produzido pela peça, denunciava a
presença de rachaduras ou trincas grosseiras pelo som característico.
Assim como uma onda sonora, reflete ao incidir num anteparo qualquer, a
vibração ou onda ultra-sônica ao percorrer um meio elástico, refletirá da mesma
forma, ao incidir num anteparo qualquer, a vibração ou onda ultra-sônica ao
percorrer um meio elástico, refletirá da mesma forma, ao incidir numa
descontinuidade ou falha interna a este meio considerado. Através de aparelhos
especiais, detectamos as reflexões provenientes do interior da peça examinada,
localizando e interpretando as descontinuidades. (ANDREUCCI, 2008)
3.2 Campos de aplicação
Em 1929 o cientista Sokolov, fazia as primeiras aplicações da energia sônica
para atravessar materiais metálicos, enquanto que 1942 Firestone, utilizaria o
princípio da ecosonda ou ecobatímetro, para exames de materiais. Somente em l945
o ensaio ultra-sônico iniciou sua caminhada em escala industrial, impulsionado pelas
necessidades e responsabilidades cada vez maiores. Hoje, na moderna indústria,
principalmente nas áreas de caldeiraria e estruturas marítimas, o exame ultrasônico
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constitui uma ferramenta indispensável para garantia da qualidade de peças de
grandes espessuras, geometria complexa de juntas soldadas, chapas.
Na maioria dos casos, os ensaios são aplicados em aços-carbonos, em
menor porcentagem em aços inoxidáveis. Materiais não ferrosos são difíceis de
serem examinados, e requerem procedimentos especiais. (ANDREUCCI, 2008)
3.3 Vantagens e limitações em relação a outros ensaios
Assim como todo ensaio não-destrutivo, o ensaio ultra-sônico, possui
vantagens e limitações nas aplicações, como segue:
Vantagens em relação a outros ensaios:
O método ultra-sônico possui alta sensibilidade na detectabilidade de
pequenas descontinuidades internas, por exemplo:
• Trincas devido a tratamento térmico, fissuras e outros de difícil detecção por
ensaio de radiações penetrantes (radiografia ou gamagrafia).
• Para interpretação das indicações, dispensa processos intermediários,
agilizando a inspeção.
• No caso de radiografia ou gamagrafia, existe a necessidade do processo de
revelação do filme, que via de regra demanda tempo do informe de
resultados.
• Ao contrário dos ensaios por radiações penetrantes, o ensaio ultra-sônico não
requer planos especiais de segurança ou quaisquer acessórios para sua
aplicação.
• A localização, avaliação do tamanho e interpretação das descontinuidades
encontradas são fatores intrínsecos ao exame ultra-sônico, enquanto que
outros exames não definem tais fatores. Por exemplo, um defeito mostrado
num filme radiográfico define o tamanho mas não sua profundidade e em
muitos casos este é um fator importante para proceder um reparo.
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Limitações em relação a outros ensaios:
• Requer grande conhecimento teórico e experiência por parte do inspetor.
• O registro permanente do teste não é facilmente obtido.
• Faixas de espessuras muito finas, constituem uma dificuldade para aplicação
do método.
• Requer o preparo da superfície para sua aplicação. Em alguns casos de
inspeção de solda, existe a necessidade da remoção total do reforço da
solda, que demanda tempo de fábrica. (SANTIN, 2003)
3.4 O aparelho de ultrassom
Basicamente, o aparelho de ultrassom contém circuitos eletrônicos
especiais, que permitem transmitir ao cristal piezelétrico, através do cabo coaxial,
uma série de pulsos elétricos controlados, transformados pelo mesmo em ondas
ultra-sônicas.
Da mesma forma, sinais captados no cristal são mostrados na tela do tubo
de raios catódicos em forma de pulsos luminosos denominados “ecos”, que podem
ser regulados tanto na amplitude, como posição na tela graduada e se constituem no
registro das descontinuidades encontradas no interior do material. (ANDREUCCI,
2008)
Figura 1: Aparelho de ultrassom Krautkramer , modelo USN-52.
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Figura 2: Aparelho de ultrassom OLYMPUS, modelo Omniscan MX.
3.5 Método de inspeção pulso-eco
É a técnica onde somente um transdutor é responsável por emitir e receber
as ondas ultra-sônicas que se propagam no material. Portanto, o transdutor é
acoplado em somente um lado do material, podendo ser verificada a profundidade
da descontinuidade , suas dimensões, e localização na peça. (ANDREUCCI, 2008)
Figura 3: Método pulso-eco
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3.6 Critério de aceitação
Imperfeições as quais produzirem uma resposta maior que 20% do nível de
referência deve ser investigada a extensão para que o operador possa determinar a
forma, identificar, e localizar tais indicações e avaliar as mesmas em termos do
padrão de aceitação dado em (a) e (b) abaixo.
(a) Indicações caracterizadas como trincas, falta de fusão ou penetração
incompleta são inaceitáveis independente do comprimento;
(b) Outras imperfeições são inaceitáveis se indicações excedem o em
amplitude o nível de referência e tenha um comprimento que exceda:
1. ¼ pol. (6,0 mm) para t até ¾ pol. (19 mm);
2. 1/3.t para t de ¾ (19 mm) até 2.1/4 (57,0 mm);
3. ¾ pol. para t acima de 2.1/4 pol. (57,0)
onde t é a espessura da solda excluindo qualquer reforço permitido. Para
juntas soldadas de topo onde dois membros tendo diferentes espessuras de solda, t
é a mais fina dessas duas espessuras. Se uma solda de penetração total inclui uma
solda de filete, a espessura da garganta do filete deve ser incluída em t.
4 RESULTADOS
4.1 Realização do ensaio
O ensaio foi realizado aplicando a técnica do pulso-eco em um trocador de
calor tipo casco-tubo com o aparelho de ultrassom digital marca OLYMPUS, modelo
Omniscan MX.
Supervisionado pelo inspetor qualificado Ricardo dos Santos Bispo – SNQC
6050 e do supervisor de estágio Dionisio Valério da Silva - CREA 124467 e o
resultado do mesmo foi considerado Aprovado.
4.2 Avaliação dos resultados
O projeto inspecionado foi o GEA/19/09.050-09 e os resultados foram
registrados em um mapa de localização das juntas ensaiadas (anexo A) e em
relatórios (anexo B,C,D) citando as juntas.
O julgamento da descontinuidade encontrada foi feita de acordo com os
critérios de avaliação apresentados no item 3.6.
Em geral, as descontinuidades foram julgadas pelo seu comprimento, e
amplitude do eco de reflexão, que são quantidades mensuráveis pelo inspetor de
ultrassom. Entretanto, algumas normas, estabelecem que o tipo da descontinuidade
encontrada também deve ser avaliada e decisiva na aceitação ou rejeição da junta
soldada. Por exemplo: se o inspetor interpretou uma indicação como trinca, falta de
fusão ou falta de penetração, a junta soldada deve ser rejeitada, independente do
seu comprimento ou amplitude de eco na tela do aparelho, de acordo com o Código
ASME. Mas nem sempre a identificação do tipo da descontinuidade é fácil ou
possível de ser avaliada, pois isto dependerá da complexidade da junta, experiência
e conhecimento do inspetor.
Os resultados foram considerados aprovados e o equipamento liberado para
as próximas etapas
5 CONSIDERAÇÕES FINAIS
O estágio permitiu por em prática a teoria do ensaio, verificando que existe a
necessidade de profundo conhecimento prático e teórico quando se busca uma
qualificação em qualquer área de ensaio não destrutivo.
Foi possível verificar a amplitude desse campo de estudo e a necessidade
cada vez maior de profissionais nessa área.
Verificou-se que novas tecnologias estão amadurecendo e chegando a
indústria necessitando uma rápida e complicada adaptação dos profissionais
qualificados.
Sugere-se que outros ensaios realizados na empresa sejam utilizados como
base para aprofundar o conhecimento de futuros engenheiros, tais como: partículas
magnéticas, líquidos penetrantes, controle dimensional, radiografia industrial,
inspeção de soldagem e inspeção de pintura.
REFERÊNCIAS American Society of Mechanical Engineers - ASME Boiler and Pressure Vessel Code , Section V ; Ed. 2007 ANDREUCCI, Ricardo. Ensaio por Ultra-som, Julho 2008. SANTIN, Jorge Luiz. Ultra-som Técnica e Aplicação. Curitiba. Editora Unificado, 2003.
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ANEXOS ANEXO A – Mapa de localização das juntas ensaiadas por ultrassom
ANEXO B – Relatório de ensaio por ultrassom SO-19.09.050-09-1
ANEXO C – Relatório de ensaio por ultrassom SO-19.09.050-09-2
ANEXO D – Relatório de ensaio por ultrassom SO-19.09.050-09-3
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ANEXO A
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ANEXO B
24
ANEXO C
25
ANEXO D
