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Ensaio não-destrutivo: Partículas magnéticas

Escrito por Infosolda. Posted in Ensaios não Destrutivos e Mecânicos

Características

O ensaio por partículas magnéticas consiste em submeter uma peça, ou parte dela, a um campo magnético. Na região magnetizada da peça, as descontinuidades existentes, ou seja, a falta de continuidade das propriedades magnéticas do material, irão causar um campo de fuga do fluxo magnético. A aplicação das partículas ferromagnéticas provoca 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 descontinuidade.

 

 

Aplicação

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 em semi-acabadas e durante as etapas de fabricação.

Os materiais ideais para inspeção por partículas magnéticas são os ferromagnéticos, que são materiais levemente atraídos por um ímã. Exemplos de materiais ferromagnéticos são o ferro, o cobalto e quase todos os tipos de aço.

No ensaio por partículas magnéticas, quando se aplica um pó ferromagnético junto a um campo de fuga, as partículas se acumulam em todo o contorno do campo, devido à formação de um dipolo magnético; assim, pode- se dizer que o ensaio por partículas magnéticas é um detector de campos de fuga, que são revelados pela presença do acúmulo de partículas.

Na prática, 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 perpendiculares possível ao plano formado pelos contornos da descontinuidade, caso contrário o acúmulo das partículas não será nítido e a detecção não será possível.

 

Partículas magnéticas

As partículas magnéticas ou pós magnéticos são os elementos que permitem visualizar as indicações referentes às descontinuidades. Embora o nome indique magnéticas, na realidade elas são magnetizáveis pois, se forem aplicadas sobre uma peça ferromagnética na ausência de um campo magnético, não haverá retenção.

As partículas magnéticas podem ser encontradas na forma de pó, em pasta ou dispersas em líquido. Em todos os casos, as partículas são constituídas de um pó ferromagnético de dimensões, forma, densidades e cor adequados ao exame.

O meio no qual a partícula é aplicada denomina-se via ou veículo. A via pode ser seca ou úmida.

 

via seca

As partículas para via seca, como o próprio nome indica, são aquelas aplicadas a seco. Neste caso é comum dizer que o veículo que sustenta a partícula até a sua acomodação é o ar. Na aplicação por via seca usam-se aplicadores de pó manuais ou bombas aspersoras que pulverizam as partículas na região do ensaio, na forma de jato de pó.

As partículas para via seca devem ser guardadas em lugar seco e ventilado para não se aglomerarem. É muito importante que sejam de granulometria adequada para serem aplicadas uniformemente sobre a região a ser inspecionada.

Comparando o método por via úmida com o método para via seca, percebe-se que as partículas para via seca são mais sensíveis na detecção de descontinuidades próximas à superfície, mas não são mais sensíveis para pequenas descontinuidades superficiais. Também, para uma mesma área ou região examinada, o consumo é maior. Por outro lado, é possível a reutilização das partículas, caso estejam isentas de contaminação e o local de trabalho permita.

 

via úmida

Via úmida é o método de ensaio pelo qual as partículas se encontram em dispersão em um líquido que pode ser água, querosene ou óleo leve. No método por via úmida, as partículas possuem granulometria muito fina, sendo possível detectar descontinuidades muito pequenas, como trincas de fadiga.

Deve-se ressaltar que neste método de ensaio as partículas que estão em dispersão, mesmo na presença do campo magnético, têm maior mobilidade do que na via seca, e podem percorrer maiores distâncias enquanto se acomodam ou até serem aprisionadas por um campo de fuga. Além disso, quando em superfícies inclinadas ou verticais, requerem menor esforço para remoção do excesso.

No caso de máquinas estacionárias ou manuais, os aplicadores para via úmida apresentam-se sob forma de chuveiro de baixa pressão, tipo borrifadores, que produzem uma névoa sobre a região em exame. Contudo, nada impede que na aplicação manual a suspensão seja derramada sobre a peça. A escolha do aplicador tipo borrifador tem finalidades econômicas e de execução do ensaio, visto que a quantidade aplicada é menor; para o inspetor, a visualização das indicações é imediata, pois ocorre ao mesmo tempo em que a as partículas se acomodam; além disso, há pouco excesso para remoção. Embora já existam no mercado suspensões em forma de "spray", a aplicação mais usual é aquela preparada pelo próprio inspetor.

O método por via úmida exige uma constante agitação da suspensão para garantir a homogeneidade das partículas na região de exame. Essa agitação é automática nas máquinas estacionárias. Na aplicação manual, o próprio inspetor deverá fazê-la, agitando o aplicador antes de cada etapa de aplicação.

As partículas para via úmida requerem a preparação da suspensão ou banho e podem estar na forma de pó ou pasta; já as partículas aplicadas por via seca não requerem preparação e são retiradas diretamente das embalagens para os aplicadores de pó.

 

preparação da suspensão para via úmida

A preparação da suspensão para via úmida é importante para garantir a homogeneização do banho e dispersão das partículas na região em ensaio.após aplicação. Os fabricantes indicam nas próprias embalagens os valores de concentração adequada para a suspensão. Algumas partículas são utilizadas tanto em querosene quanto em água, fazendo com que o banho tenha uma composição homogênea; deve-se evitar a formação de espuma e a oxidação da superfície da peça logo após o ensaio.

A partícula em suspensão é um pó muito fino, com dificuldade de se misturar ao líquido, caso seja adicionada a este de uma única vez. Na prática, o que se faz é adicionar o veículo da suspensão aos poucos a um copo contendo o pó e no início em pouquíssima quantidade, com objetivo de permitir que todas as partículas sejam bem misturadas. Só depois de conseguir uma perfeita aglomeração das partículas, formando uma espécie de "mingau", é que se adiciona aos poucos o restante do veículo até completar um litro, sem deixar de mexer ou agitar toda a suspensão.

 

verificação da concentração

Para verificara concentração, retira-se uma amostra de 100ml da suspensão pronta e coloca-se em um tubo decantador padronizado e graduado. Após 30 minutos, deve-se observar se a quantidade de partículas decantadas está dentro da faixa recomendada pelas normas do ensaio; em caso afirmativo, a suspensão está pronta para uso. Os valores recomendados são de 1,2 a 2,4ml para a inspeção por via úmida de partículas observadas sob luz branca ou natural, e de 0,1 a 0,7ml para as partículas fluorescentes, que são observadas sob luz ultravioleta ou luz negra.

 

cor das partículas magnéticas

A escolha da cor das partículas magnéticas está associada à cor de fundo ou de superfície da peça em exame. Procura-se utilizar uma partícula cuja cor produza com a superfície o melhor contraste possível, garantido-se dessa forma maior sensibilidade visual.

Partículas para aplicação por via seca são encontradas nas cores branca, cinza, amarela, vermelha e preta. As partículas para via úmida são encontradas nas cores preta, vermelha e fluorescente. As fluorescentes podem, de acordo com o fabricante, apresentar-se nas cores amarelo-esverdeada ou alaranjada.

Com a finalidade de promover melhor visualização das partículas, foi desenvolvido o líquido de contraste, que é uma tinta branca em embalagem "spray", aplicada de modo uniforme sobre a superfície de teste; o líquido de contraste garante um fundo uniforme para contrastar com a cor da partícula, aumentando a sensibilidade da visualização. A tinta de contraste é aplicada de maneira a criar um fundo branco sem no entanto interferir na mobilidade das partículas ou mesmo na intensidade dos campos de fuga.

 

a espessura do filme de tinta depois de seco é da ordem de 15/jm

 

Magnetização

Para realizar um ensaio por partículas magnéticas é imprescindível que a peça seja magnetizada. O processo de magnetização é gerado por uma corrente elétrica que tanto pode passar por dentro da peça, que faz parte do circuito elétrico do equipamento de magnetização, quanto por fora dela, por meio de uma bobina. As fontes de corrente elétrica utilizadas na magnetização são a corrente contínua, a corrente alternada e a corrente alternada retificada.

 

correntes elétricas

A corrente contínua (CC) é obtida somente através de baterias, o que na prática não é aplicável em processos industriais.

A corrente alternada (CA) é usada para detecção de descontinuidades superficiais, pois devido a seu ciclo alternado de corrente, promove maior mobilidade às partículas; o campo gerado tem pouca penetração e as linhas de força são mais concentradas na superfície; a corrente elétrica alternada pode ser obtida na forma monofásica ou trifásica, o que representa diferenças no rendimento do sistema de inspeção. A corrente alternada retificada, de meia onda ou de onda completa, é utilizada para a detecção de descontinuidades sub-superficiais, o que na prática representa até 4mm de profundidade.

 

geração de magnetização

O processo de magnetização pode ser obtido por meio de indução de campo magnético ou por passagem de corrente elétrica. A indução de campo acontece quando o campo magnético gerado na peça é induzido externamente; já na passagem de corrente elétrica, a peça em inspeção isto é, a corrente de magnetização circula pela própria peça.

 

indução de campo magnético

A indução por campo magnético pode ser feita segundo três métodos: magnetização longitudinal, circular e multidirecional, utilizando três tipos de equipamento: bobina, yoke ou ioque e condutor central.


 

método de magnetização longitudinal

Magnetização longitudinal é o método que produz um campo magnético longitudinal ao longo da peça fechando o circuito através do ar. Este método é utilizado para detectar descontinuidades transversais. A magnetização longitudinal pode ser obtida por bobinas, por eletroímãs e por yoke.

 

Quando se utiliza bobina como equipamento de magnetização, a peça é colocada no interior de uma bobina ou solenoide que gera um campo longitudinal na peça por indução magnética.

O método longitudinal também pode utilizar o yoke, que produz magnetização pela indução em campo magnético, gerado por um eletroímã, em forma de U invertido, apoiado na peça a ser examinada. Pelo eletroímã circula a corrente elétrica alternada ou contínua. É gerado na peça um campo magnético paralelo à linha imaginária que une as duas pernas do yoke.

 

Os yokes produzem campo magnético longitudinal, podendo ter pernas fixas ou articuláveis. Os yokes de pernas articuladas são mais eficientes porque permitem uma série de posições de trabalho com garantia de bom acoplamento dos pólos magnéticos. A vantagem está em não aquecer os pontos de contato, pois a técnica usa corrente elétrica magnetizante que flui pelo enrolamento da bobina do yoke, e não pela peça.

Para simplificar e permitir a comprovação periódica da intensidade do campo magnético durante os trabalhos de campo, as normas estabelecem que a verificação da força de magnetização do yoke pode ser comprovada através de sua capacidade mínima de levantamento de massa, equivalente a 4,5kg de aço no máximo espaçamento entre os pólos, quando se utiliza corrente alternada, e de 18,1 kg com corrente contínua.

 

segundo normas, o campo magnético formado na área útil deve estar entre 77 e 65A/cm

 

método de magnetizaçào circular

A magnetização circular, que tanto pode ser por indução quanto por passagem de corrente elétrica através da peça, é um método em que as linhas de força geradoras do campo magnético circulam através da peça em circuito fechado, sem fa2er uma ponte através do ar. É usado para a detecção de descontinuidades longitudinais.

 

A magnetização circular por indução com condutor central caracteriza-se pela passagem de um fio condutor ou conjunto de cabos condutores pelo centro da peça a inspecionar.

A passagem da corrente elétrica através do condutor permite induzir um campo magnético circular na superfície interna da peça; assim sendo, a peça a ser inspecionada por este processo deve ter geometria circular, a exemplo de flanges, anéis, porcas.

A magnetização circular por passagem de corrente elétrica admite dois tipos de equipamento: eletrodos e cabeçotes ou placas de contato.

A magnetização por eletrodos utiliza eletrodos apoiados na superfície da peça para permitir a passagem de corrente elétrica pela peça. O campo magnético criado é circular. Este equipamento é geralmente aplicado em peças brutas fundidas, em soldas, nas indústrias de siderurgia, calderaria e outras.

A inspeção com auxílio de eletrodos induz um campo magnético que é dependente da distância entre os eletrodos e da corrente elétrica que circula por eles.

Em geral estes valores constam de tabelas disponíveis nas normas técnicas de inspeção aplicáveis ao produto ensaiado.

A magnetização por cabeçotes ou placas de contato é def in ida como a magnetização pela passagem de corrente elétrica de extremidade a extremidade da peça; o campo magnético formado é circular.

Este tipo de equipamento difere dos eletrodos porque é aplicável a sistemas de inspeção automáticos ou semi-automáticos, para barras e eixos, principalmente nas indústrias automobilísticas ou em fábricas de produtos seriados de pequeno porte.

método de magnetização multidirecional

Também conhecida como combinada ou vetorial, a magnetização multidirecional é um método em que dois campos magnéticos sãoaplicados simultaneamente na peça: um pelo método longitudinal e o outro pelo método circular. É portanto a combinação de dois métodos que produz um vetor rotativo, permitindo observar, de uma só vez, as descontinuidades com diversas orientações. O método multidirecional pode ser feito por indução de campo e por passagem de corrente elétrica; utiliza os equipamentos do método longitudinal e do método circular.

 

vantagens

As vantagens do método de magnetização multidirecional são a facilidade de inspeção de componentes seriados onde se reduz substancialmente o tempo de inspeção; a economia de partículas magnéticas; cada peça ou componente é manuseado apenas uma vez; menor possibilidade de erros por parte do inspetor, uma vez que é possível observar ao mesmo tempo, tanto as descontinuidades longitudinais quanto as transversais; menor tempo de execução.

 

desvantagens

As desvantagens da magnetização multidirecional, entre outras, são que seu emprego é restrito a peças de geometria simples; a detectabilidade de defeitos é menor doque quando os campos sãoaplicados seqüencialmente; não é fácil obter o equilíbrio magnético entre os campos longitudinal e circular; não é possível utilizar corrente contínua para dois campos; não é possível efetuar a inspeção pelo método residual.

A magnetização multidirecional também é limitada pelo ajuste da intensidade dos campos magnéticos, necessário para obtenção de uma resultante capazde detectar adequadamente as descontinuidades longitudinais e transversais. Na prática, este ajuste é conseguido rea liza ndo testes com peças ou corpos de prova contendo defeitos conhecidos. No entanto, 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.

Um resumo dos métodos de magnetização pode ser encontrado no quadro extraído do código ASME, secção V, ed. 1995.


 

influência do magnetismo residual

Uma peça com magnetismo residual poderá interferir nos processos futuros de usinagem, pois o magnetismo da peça induzirá a magnetização das ferramentas de corte afetando o acabamento da peça. A retenção de limalhas e partículas contribui para a perda do fio de corte da ferramenta.

A interferência em operação de soldagem se faz sentir com a deflexão do arco elétrico, que é desviado da região de soldagem; esta interferência é conhecida como sopro magnético, que prejudica muito o rendimento e a qualidade da solda.

 

desmagnetização

Alguns materiais, devido a suas propriedades magnéticas, são capazes de reter parte do magnetismo após a interrupção da força magnetizaste. Conforme a aplicação subsequente desses materiais, o magnetismo residual ou remanescente poderá criar problemas, sendo necessária a desmagnetização da peça. As razões para desmagnetizar uma peça são interferência nos processos de usinagem, soldagem e instrumentos de medição.

A desmagnetização é dispensável em algumas situações, por exemplo, quando os materiais possuem baixa capacidade de retenção de magnetismo, quando as peças forem novamente magnetizadas e quando as peças forem submetidas a tratamento térmico, pois ao atingir a temperatura de 750°C, chamado ponto Curie, as peças de aço magnetizadas perdem a magnetização.

As técnicas de desmagnetização são várias e todas baseadas no princípio de que submetendo a peça a um campo magnético que é continuamente invertido e gradualmente reduzido a zero, após um determinado período e número de ciclos, a peça será desmagnetizada.

 

Procedimentos para o ensaio

A aplicação do ensaio deve obedecera uma sequencia básica que se compõe das seguintes etapas: limpeza da superfície; seleção do equipamento para magnetização e seleção das partículas ferromagnéticas; planejamento do ensaio; magnetização da peça; aplicação das partículas; eliminação do excesso de partículas da superfície; observação das indicações e avaliação e registro dos resultados.

 

preparação da superfície

A limpeza da superfície depende do tipo de peça, tamanho e quantidade. Os métodos de limpeza são jato de areia ou granalha, escova de aço, solvente, panos secos ou umedecidos em solventes, limpeza química, vapor desengraxante e esmerilhamento.

O objetivo dos métodos de limpeza é retirar da superfície em exame toda a sujeira, oxidação, carepas, respingos ou inclusões superficiais que prejudiquem o ensaio pela formação de campos de fuga falsos, ou que contaminem a suspensão no caso de o ensaio ser executado com via úmida, ou ainda que dificultem a mobilidade das partículas sobre a superfície.

O jato de areia ou granalha é comumente utilizado na preparação de peças automotivas ou de componentes de máquinas, colocados em cabines para jateamento ou por tamboreamento.

As escovas de aço, que tanto podem ser rotativas como manuais, são mais utilizadas na preparação de peças soldadas.

O solvente é empregado como uma complementação aos outros métodos de limpeza, com o objetivo de propiciar uma superfície isenta de graxa, óleo ou outro tipo de contaminante que impeça ou prejudique o ensaio, mascarando os resultados. Quando as partículas são aplicadas dispersas em água, é necessário garantir que tenham uma boa mobilidade; a superfície deve estar isenta de óleo ou graxa, caso contrário a peça não ficará "molhada".


 

seleção do equipamento para magnetização

A escolha do equipamento para magnetização e do tipo de partículas magnéticas depende da forma da peça a ser ensaiada, do local para execução do ensaio, do acabamento superficial da peça e da especificação técnica para inspeção. O ensaio por partículas magnéticas deve ser sempre executado com base em um procedimento qualificado e aprovado, com finalidade de estabelecer e fixar as variáveis essenciais do ensaio.

A recomendação básica para a garantia de qualidade é que todos os instrumentos de ensaio precisam estar calibrados. Os miliamperímetros incorporados em alguns equipamentos devem estar calibrados e os yokes devem ser verificados por meio do teste de elevação de carga.

 

varredura da peça

Escolhida a técnica de magnetização a ser empregada, é importante que o inspetor procure visualizar ou esquematizar a peça e o campo magnético formado, se longitudinal ou circular. Essa visualização é importante, pois como nào se conhece a orientação das descontinuidades, começa-se a fazer o ensaio por um ponto; para garantir uma inspeção adequada e capaz de detectar qualquer descontinuidade em qualquer orientação, é preciso que, de acordo com a técnica de magnetização utilizada, uma outra varredura seja realizada na mesma região, defasada de mais ou menos 90° do eixo da anterior.

Para garantir uma varredura perfeita, utiliza-se a técnica de yoke ou a de eletrodos, com sobreposição adequada entre uma e outra varredura. Recomenda-se que o inspetor trace na peça, com giz de cera, os pontos onde serão apoiadas as pernas do yoke ou os eletrodos, de modo a permitir uma varredura sequencial e garantir 100% de inspeção na região de interesse.

Quando se inspecionam peças como pinos, bielas, engrenagens, discos e virabrequins em máquinas estacionárias, é comum que as peças sejam submetidas a dois campos magnéticos aplicados simultaneamente: um por corrente alternada (CA) e outro por corrente alternada retificada, ou ambos por correntes alternadas defasadas; nesse caso, é necessário garantir a varredura de toda a peça ou de uma região de interesse.

É importante verificar se a intensidade do campo é adequada para fazer a inspeção de toda a peça de uma vez só. Caso não seja possível, deve-se inspecionar a peça em partes ou seções. Portanto, de acordo com o equipamento disponível, em função de seus recursos e capacidade, fazem-se os ajustes nos campos de modo a obter um balanceamento ótimo. Deve-se trabalhar ora com um campo ora com outro para perfeita detecção de descontinuidades transversais ou longitudinais.

 

a varredura insuficiente ou inadequada torna o ensaio sem confiabilidade

 

deposição das partículas ferromagnéticas

A deposição das partículas ferromagnéticas deve ser feita de forma que toda a área de interesse seja coberta, seja por via seca ou úmida.

A remoção do excesso de partículas sobre a superfície deve ser feita de modo a não eliminar as indicações que se formam. Se as partículas forem por via seca, um leve sopro deve ser aplicado. Se as partículas forem por via úmida, o próprio veículo promove a remoção do excesso de partículas.


 

observação das indicações

A observação das indicações acontece pela visualização dos pontos de acúmulo do pó ferromagnético. Esta fase não é muito fácil, pois o inspetor pode confundir um acúmulo de pó devido a uma ranhura ou risco com uma descontinuidade, o que pode levá-lo a erros no julgamento dos resultados.

 

registro dos resultados

Como um ensaio por partículas magnéticas é relativamente subjetivo, torna-se necessário garantir que, mesmo seguidos os critérios e requisitos recomendados para o ensaio com base nas normas aplicáveis, os resultados sejam obtidos na mesma peça sobas mesmas condições. Para tal, além de ser seguido um procedimento específico para cada tipo de trabalho feito, torna-se necessário implementar uma correlação entre o mapa de registro dos resultados e os relatórios emitidos, bem como a localização física da peça submetida ao ensaio.

Como orientação, sugere-se que seja elaborado um relatório detalhando todas as características e parâmetros do ensaio, tais como desenho e posição da peça ensaiada; área de interesse; norma de aceitação; aparelho de magnetização; tipo e intensidade da corrente elétrica utilizada; tipo de pó magnético usado; veículo, se aplicável; concentração das partículas, se aplicável; croqui da peça e das indicações observadas; assinatura e identificação do inspetor responsável.

Uma das formas adequadas de registro das descontinuidades no caso de soldas, é desenhá-las em fita crepe ou, se houver maiores recursos, utilizar fotografias. Desde que todos os requisitos do ensaio sejam cumpridos, torna-se fácil a avaliação das indicações. O inspetor deverá estar familiarizado com os requisitos ou critérios de aceitação recomendados pela norma de produto aplicável.

A observação e a avaliação das indicações são processadas imediatamente após a deposição da suspensão ou do pó e durante a remoção do excesso; a razão disto é que o comportamento da mobilidade das partículas, sua distribuição, contraste, etc., indicam a necessidade ou não de nova inspeção da área. As condições de iluminação são essenciais para o êxito desta etapa. Note-se que muitas vezes poderão surgir indicações falsas ou não relevantes, sendo recomendado ao inspetor muito cuidado na perfeita avaliação dos resultados obtidos.

 Link Relacionado:

Soldagem – Coleção tecnológica SENAI – 1ª ed. 1997