Características
A radiografia é um tipo de ensaio não-destrutivo que se baseia na absorção diferenciada da radiação penetrante na peça inspecionada. Devido às diferenças de densidade e variações de espessura do material, ou mesmo diferenças nas características de absorção causadas por variações na composição do material, diferentes regiões de uma peça absorvem quantidades diferentes da radiação penetrante. Essa absorção diferenciada da radiação pode ser detectada por meio de um filme, ou de um tubo de imagem ou mesmo medida por detectores eletrônicos de radiação. A variação de quantidade de radiação absorvida indica a existência de uma falha interna ou descontinuidade no material.
A radiografia industrial é usada para detectar variação de uma região de um determinado material que apresenta uma diferença em espessura ou densidade comparada com uma região vizinha; em outras palavras, a radiografia é um método capaz de detectar com boa sensibilidade defeitos volumétricos.A capacidade do processo de detectar defeitos com pequenas espessuras em planos perpendiculares ao feixe, como trinca, dependerá da técnica de ensaio realizada. Descontinuidades como vazios e inclusões que apresentam uma espessura variável em todas as direções são facilmente detectadas desde que não sejam muito pequenas em relação à espessura da peça.
Aplicação
A radiografia industrial é amplamente utilizada na inspeção de soldas, materiais fundidos e forjados.
vantagens
A radiografia industrial permite o registro permanente do ensaio realizado, uma vez que no filme permanecem todas as evidências da inspeção de maneira objetiva e incontestável, em relação a outros ensaios que são avaliados de modo subjetivo pelo inspetor.
O ensaio de gamagrafia pode ser feito no campo, isto é, em instalações abertas como tubulações, torres de processamento de gasolina, de álcool, tanques de armazenamento, alto fornos, dentre outros. Outra vantagem é o custo relativamente baixo.
Desvantagens
As radiações ionizantes que sensibilizam o filme, provenientes tanto dos raios X quanto dos raios gama, são altamente prejudiciais ao ser humano. O ensaio requer cuidados especiais de proteção aos trabalhadores, que são os membros da equipe radiográfica, e aos indivíduos do público, isto é, os que se encontram nas vizinhanças do local onde é feito o ensaio; além disso, cuidados especiais em relação ao meio-ambiente devem ser previstos.
Além do aspecto de segurança, o trabalhador deve ser um especialista altamente qualificado, com perfeitos conhecimentos de processos de fabricação e soldagem para poder laudar um filme radiográfico.
Os ensaios são regulamentados por normas e para sua execução é necessária a autorização de organismos como defesa civil e prefeituras. Todo trabalhador do ensaio radiográfico deve ter uma qualificação fornecida por organismos oficiais, atestando seus conhecimentos técnicos.
Equipamento de raio X
Os raios X são produzidos em ampolas especiais de vidro. Os tamanhos das ampolas ou tubos variam de acordo com a tensão máxima de operação do aparelho.
Do ponto de vista da radiografia, uma atenção especial deve ser dada ao alvo, contido no ânodo. Sua superfície é atingida por um fluxo eletrônico denominado foco térmico, proveniente do filamento. É importante que esta superfície seja suficientemente grande para evitar um superaquecimento local que poderia deteriorar o ânodo e permitir uma rápida transmissão do calor.
Os equipamentos de raios X industriais se dividem geralmente em dois componentes: o painel de comando e o cabeçote, ou unidade geradora.
painel de comando
O painel de comando consiste de uma caixa onde estão alojados todos os controles, indicadores, chaves e medidores, além de conter todo o equipamento do circuito gerador de alta voltagem. É por meio do painel de controle que se fazem os ajustes de voltagem e amperagem, além do comando de acionamento do aparelho.
cabeçote
No cabeçote estão alojados a ampola e os dispositivos de refrigeração. A conexão entre o painel de controle e o cabeçote se faz por meio de cabos especiais de alta tensão.
Os acessórios de um equipamento de raios X são os cabos de energia e a blindagem de proteção.
cabos de energia
A mesa de comando e unidade geradora são ligadas entre si por meio do cabo de energia. A distância entre a unidade geradora e a mesa de comando deve ser tal que o operador esteja protegido no momento da operação dos controles, segundo as normas básicas de segurança. Os fabricantes de aparelhos de raios X fornecem cabos de ligação com comprimento de 20 a 30 metros, dependendo da potência máxima do tubo gerador.
blindagem de proteção
O início da operação do aparelho deve ser feito com aquecimento lento do tubo de raios X, conforme as recomendações do fabricante. Neste processo o operador deve utilizar as cintas ou blindagens especiais que são colocadas na região de saída da radiação, sobre a carcaça da unidade geradora. Este acessório fornecido pelo fabricante permite maior segurança durante o aquecimento do aparelho.
equipamentos portáteis
Os equipamentos considerados portáteis, com voltagens até 400kV, pesam em torno de 40 a 80kg, dependendo do modelo. Os modelos com tubos refrigerados a gás são mais leves, ao contrário dos refrigerados a óleo.
características do equipamento
As principais características de um equipamento de raios X são voltagem e amperagem máxima, tamanho do ponto focai, tipo de feixe de radiação e tipo de corrente elétrica. Esses dados determinam a capacidade de operação do equipamento, pois estão diretamente ligados ao que o equipamento pode ou não fazer. Isso se deve ao fato de que essas grandezas determinam as características da radiação gerada no equipamento. A voltagem se refere à diferença de potencial entre o ânodo e o cátodo e é expressa em quilo volts (kV). A amperagem se refere à corrente do tubo e é expressa em miliampères (mA).
formato do ânodo
A forma geométrica do ânodo no tubo é um dado importante; quando em forma plana e angulada, propicia um feixe de radiação direcional, e quando em forma de cone, propicia um feixe de radiação panorâmico, isto é, irradiação a 360 graus, com abertura determinada.
carga focal
Define-se carga focai como a carga em Watts por milímetro quadrado na área focai. Nas áreas focais de pequenas dimensões pode ser aplicada uma carga relativamente mais elevada do que nas áreas grandes; esta diferença é devida à diferença no modo de transmissão do calor, a partir do centro.
tamanho do foco
A determinação do tamanho do foco para os aparelhos de raios X de 320kV e menores pode ser feita pela técnica do furo da agulha {“pin hole”). Esta técnica consiste em colocar uma fina lâmina de chumbo contendo um furo exatamente no meio da distância entre o anodo do tubo de raios X e o filme radiográfico.
A revelação do filme após a exposição mostra uma imagem de forma e tamanho proprocionais ao foco do ânodo. Caso sejam requeridas medidas precisas para o diâmetro do foco, o diâmetro do furo da placa de chumbo deverá ser duas vezes menor que o diâmetro nominal do foco. Essa técnica é adequada para raios X de baixa energia em virtude de serem utilizadas lâminas finas de chumbo, o que não é possível no caso de altas energias. A distância do foco ao filme é usualmente de 24 polegadas; o tempo de exposição é maior que o normal pois a quantidade de radiação que passa pelo furo da lâmina de chumbo é de pequena intensidade. Em geral, o furo da lâmina pode ser feito com uma agulha ou o que for mais prático. Para obter imagens com nitidez máxima, as dimensões do foco óptico devem ser as menores possível.
refrigeração do ânodo
O calor que acompanha a formação de raios X é considerável e portanto é necessário especial atenção aos sistemas e métodos para refrigerar o ânodo. Esta refrigeração pode ser feita por irradiação, por convecção e por circulação forçada de água.
Na refrigeração por irradiação, o bloco de Tungstênio que compõe o alvo se aquece e o calor se irradia pelo ânodo.
Na refrigeração por convecção, o calor irradiado pelo ânodo se transmite ao prolongamento de cobre imerso em óleo ou gás, o qual se refrigera por convecção natural ou por circulação.
Na refrigeração por circulação forçada de água, a água circula por uma serpentina interna da unidade geradora, permitindo o uso do aparelho por longos períodos, ou mesmo sob exposição solar.
Dois fatores geralmente usados para descrever um determinado feixe de raios X são a energia máxima e a intensidade de radiação.
energia máxima
A desaceleração dos elétrons em alta velocidade no material do alvo se faz por meio de colisão dos elétrons com o material do alvo; quando um elétron se choca com o núcleo de um átomo do alvo, a energia cinética adquirida pelo elétron no campo elétrico entre o cátodo e o ânodo é dissipada na forma de radiação X.
Quando a energia adquirida é transformada em radiação X, pode-se determinar o comprimento de onda da radiação gerada pela equação:
O comprimento de onda encontrado é chamado de comprimento de onda mínimo, (\min) pois representa a onda de maior energia que pode ser criada.
Assim, para uma tensão máxima de 60kV, o comprimento de onda mínimo será de 0,2Angstroms; e para 120kV será de 0,1 Angstrom. Esse comprimento de onda depende da tensão aplicada ao tubo; assim, quando a tensão no tubo é aumentada, cria-se radiação com menor comprimento de onda, ou seja, radiação de maior energia.
qualidade de radiação
O conceito de qualidade de radiação está ligado à energia do feixe de raios X. Os raios X de alta energia geralmente produzidos com tensões superiores a 120kV são também chamados de raios penetrantes ou duros. Os raios X gerados com tensão inferior a 50kV são chamados raios X moles ou de menor capacidade de penetração.
intensidade de radiação
O conceito de intensidade de radiação se refere à quantidade de raios X produzidos. Quando a corrente do filamento é aumentada, o filamento se aquece e libera um número maior de elétrons. Isso faz com que ocorra um aumento na intensidade da radiação gerada, sem implicar aumento na qualidade dessa mesma radiação. Em outras palavras, aumenta-se a intensidade sem aumentar a energia do feixe de radiação.
O aumento de intensidade verificado quando se aumenta a tensão do tubo pode ser explicado pela fórmula que expressa o rendimento (N) de produção de raios X:
O rendimento ou a porcentagem de energia dos elétrons que se transformam em raios X aumenta proporcionalmente ao aumento da tensão. Em geral, o rendimento de um tubo é da ordem de 1 %. O aumento do rendimento implica um aumento de intensidade. De uma forma prática pode-se dizer que a qualidade da radiação se relaciona com a capacidade de penetração, enquanto que a intensidade está intimamente ligada ao tempo de exposição.
Acelerador linear
O acelerador linear é um aparelho similar ao aparelho de raios X convencional, com a diferença de que os elétrons são acelerados por meio de uma onda eletromagnética de alta frequência, adquirindo altas velocidades ao longo de um tubo retilíneo. Ao se chocarem com o alvo, os elétrons transformam a energia cinética adquirida em calor e raios X com altas energias, cujo valor dependerá da aplicação. Para uso industrial em geral são usados aparelhos capazes de gerar raios X com energia máxima de 4 MeV (mega elétron-volt).
Betatron
O betatron é considerado um transformador de alta voltagem que acelera os elétrons de forma circular por mudança do campo magnético primário, adquirindo altas velocidades e consequentemente transformando a energia cinética em raios X, após o impacto destes com o alvo. Este equipamento pode gerar energias de 10 a 30 MeV (mega elétron-volt).
As vantagens do uso desse equipamento de grande porte são que o foco é de dimensões reduzidas (menor que 2mm), o tempo de exposição é reduzido e o rendimento na conversão em raios X é maior.
os aceleradores lineares e os betatrons são aparelhos destinados a inspeção de componentes de aço com espessuras acima de 200mm
Equipamento de raios gama
Os aparelhos de gamagrafia (radiografia com raios gama), destinados a inspeção de peças de aço com espessura de até 80mm utilizam fonte de irídio 192; no caso de espessuras maiores, até 120mm, a fonte é de cobalto 60.
As fontes usadas em gamagrafia requerem cuidados especiais de segurança pois, uma vez ativadas, emitem
radiação constante. Deste modo, é necessário um equipamento que forneça uma blindagem contra as radiações emitidas quando a fonte não está sendo exposta.
irradiador
O irradiador é um equipamento de gamagrafia que permite retirar a fonte de seu interior, para que a radiografia seja feita. 0 irradiador também é uma blindagem contra as radiações emanadas, quando a fonte não está sendo exposta; possui mecanismos de fechaduras e sistemas próprios de intertravamento de segurança.
O irradiador compõe-se, basicamente, de três componentes fundamentais: uma blindagem, uma fonte radioativa e um dispositivo para expor a fonte.
A blindagem, geralmente feita com chumbo ou urânio exaurido, é inserida em um recipiente externo de aço, que tem a finalidade de proteger a blindagem contra choques mecânicos.
A blindagem tem como característica importante a capacidade de absorver a radiação. Uma vez que as fontes de radiação podem ser fornecidas com diversas atividades e cada elemento radioativo possui uma energia de radiação própria, cada blindagem é dimensionada para conter um elemento radioativo específico, com uma atividade máxima determinada. Portanto, é sempre desaconselhável usar um irradiador projetado para determinado elemento com fontes radioativas de elementos diferentes e com outras atividades.
fonte radioativa
A fonte radioativa consta de uma determinada quantidade de um isótopo radioativo. Essa massa de radioisótopo é encapsulada e lacrada dentro de um pequeno envoltório metálico denominado torpedo devido a sua forma, ou fonte selada, simplesmente. O torpedo se destina a impedir que o material radioativo entre em contato com qualquer superfície ou objeto, diminuindo os riscos de uma eventual contaminação radioativa.
As principais fontes radioativas seladas que emitem raio gama são as de cobalto e de irídio.
fonte radioativa de cobalto-60
O cobalto-60 é obtido através do bombardeamento por nêutrons do isótopo estável Co-59. Suas principais características são: meia-vida de 5,24 anos; energia de radiação entre 1,17 e 1,33 MeV; faixa de utilização mais efetiva, de 60 a 10Omm de aço; faixa de utilização possível, de 60 a 200mm de aço. Esses limites são arbitrários e dependem das especificações técnicas da peça a ser examinada e das condições da inspeção.
fonte radioativa de irídio-192
O irídio-192 é obtido a partir do bombardeamento com nêutrons do isótopo estável lr-191. Suas principais características são: meia- vida igual a74,4 dias; energia da radiação de 0,137 a 0,65MeV; faixa de utilização mais efetiva entre 10 e 40mm de aço; faixa de utilização possível, de 5 a 70mm de aço.
Além do irídio 192 e do cobalto 60 existem outros elementos cujo uso é restrito devido a dificuldade de extração, baixa atividade específica e outros problemas que apresentam.
dispositivo para expor a fonte
O dispositivo para expor a fonte é um sistema bastante simples que consta de um tubo flexível, fixado na parte anterior do irradiador e comandado a uma distância segura pelo operador. O dispositivo é responsável por conduzir a fonte até seu terminal previamente posicionado, distante da peça a ser inspecionada.
O dispositivo pode ser mecânico, com acionamento manual ou elétrico, ou pneumático. A única característica que apresentam em comum é o fato de permitirem ao operador trabalhar sempre a uma distância segura da fonte, sem se expor ao feixe direto de radiação.
porta-fonte
A cápsula que contém a fonte radioativa é chamada porta-fonte. O porta-fonte é um dispositivo de contenção, transporte e fixação da cápsula que contém a fonte selada; a cápsula está solidamente fixada em uma ponta de um cabo de aço flexível; na outra ponta do cabo há um engate, que permite o uso e manipulação da fonte. Devido a uma grande variedade de fabricantes e fornecedores existem diversos tipos de engates de porta-fontes.
Procedimentos para o ensaio
Suponha-se uma fonte emissora de radiação com diâmetro F muito pequeno, que pode ser considerado um ponto. Colocando-se um objeto entre o foco puntiforme e um filme radiográfico, consegue-se uma imagem muito nítida. Se o diâmetro do foco for aumentado para o valor F e aproximado do objeto, obtém-se uma imagem no filme, depois de revelado, com uma zona de penumbra, perdendo essa imagem muito da sua nitidez ou definição.
Na prática, deve-se levar em conta que a fonte radioativa possui dimensões compreendidas entre 1 e 7mm de tamanho, dependendo do tipo e atividade do radioisótopo. Quando a distância fonte-filme for pequena, é impossível considerar a fonte de emissão como puntual, o que implica na formação de uma penumbra geométrica.
penumbra geométrica
Os valores máximos de penumbra geométrica aceitáveis dependem da espessura da peça a ser ensaiada e da norma ou especificação aplicável.O cálculo da penumbra geométrica pode ser feito pela seguinte expressão:
Quando a fonte possui diâmetro considerável ou está muito próxima do material, a sombra ou imagem não é bem definida. A forma da imagem poderá ser diferente da que tem o material se o ângulo do plano do material variar em relação aos raios incidentes, produzindo neste caso uma distorção da imagem.
A ampliação do objeto é problema de geometria e a nitidez ou definição é função da fonte emissora de radiação e da posição do material situado entre a fonte e o filme.
Para obtenção de imagens bem definidas ou próximas da fonte e tamanho do objeto, é preciso que o diâmetro da fonte emissora de radiação seja o menor possível; a fonte emissora esteja posicionada o mais afastado possível do material a ensaiar; o filme radiográfico esteja mais próximo do material; o feixe de radiação se aproxime o mais possível da perpendicularidade em relação ao filme; o plano do material e o plano do filme sejam paralelos.
A distorção da imagem não pode ser totalmente eliminada em virtude dos formatos complicados das peças e dos ângulos de que se dispõem para a realização do ensaio radiográfico.
sobreposição
A inspeção radiográfica de objetos planos, tais como juntas soldadas de topo a serem radiografadas totalmente, requer cuidados especiais quanto à distância fonte-filme e ao posicionamento da fonte de radiação; a razão é que nesses casos, se a distância for muito pequena, secções da solda poderão não ser inspecionadas, especialmente secções com grandes espessuras. Portanto, a sobreposição entre os filmes radiográficos garante que toda a junta soldada seja radiografada.
A sobreposição deve ser calculada para cada espessura e distância fonte-filme. Quando o objeto radiografado for plano ou quando a distância fonte-filme for menor que o raio de curvatura da peça, a sobreposição deverá ser calculada pela fórmula:
indicador de qualidade de imagem (IQI)
O indicador de qualidade de imagem ou IQI, também chamado de penetrâmetro, é uma pequena peça construída de um material radiograficamente similar ao material da peça ensaiada, com uma forma geometricamente simples e que contém algumas variações de forma bem definidas, tais como furos ou entalhes. O uso do IQI define a sensibilidade radiográfica obtida em função de sua espessura e permite verificar se o operador usou a técnica correta, o tipo de filme adequado e a correta energia das radiações.
Os IQIs americanos mais comuns consistem em uma fina placa de metal contendo três furos com diâmetros calibrados. Os IQIs adotados pelas Normas ASME, Sec V e ASTM E-142, possuem três furos cujos diâmetros são 4T, 2T e 1T; a letra T corresponde à espessura do IQI. Nesses IQIs, a espessura é igual a 2% da espessura da peça a ser radiografada.
Para avaliar a qualidade da imagem, faz-se a leitura do menor furo visto na radiografia. As classes de inspeção mais rigorosas são aquelas que requerem a visualização do menor furo do IQI. Dessa forma, é possível determinar o nível de inspeção ou nível mínimo de qualidade especificado para o ensaio.O nível de inspeção é indicado por dois números em que o primeiro representa a espessura porcentual do IQI e o segundo o diâmetro do furo que deverá ser visível na radiografia. Os níveis de qualidade, os diâmetros dos furos e a percentagem de espessura do objeto que deve ser visível podem ser visualizados em uma tabela. Nos casos de níveis especiais, a percentagem de espessura é igual à percentagem de sensibilidade.
colocação do IQI
O IQI deve ser colocado sobre a peça ensaiada com a face voltada para a fonte, de modo que o plano do IQI seja normal, isto é, perpendicular ao feixe de radiação.
Quando a inspeção for feita em soldas, o IQI é colocado no metal de base, paralelo à solda e distante 3mm, no mínimo. No caso de inspeção de solda, é importante lembrar que a seleção do IQI inclui o reforço de ambos os lados da chapa. Portanto, para igualar a espessura da chapa sobo IQI à espessura da solda, deverão ser colocados calços sob o IQI feitos de material radiograficamente similar ao material inspecionado. Para efeito da determinação da área de interesse não devem ser considerados os anéis ou tiras de cobre-junta, caso existam.
Sempre que possível, o IQI deverá ser colocado no lado da peça voltado para a fonte. Se não for possível, o IQI poderá ser colocado no lado voltado para o filme, sendo nesse caso acompanhado de uma letra F de chumbo.
quantidade de IQI
Apenas um IQI é geralmente usado para cada radiografia; se variações de espessura provocarem uma variação de -15 % ou + 30% da densidade vista através do IQI, na área de interesse de uma radiografia, será necessária a colocação de um IQI adicional para cada área excepcional.
inspeção de componentes cilíndricos
Em radiografia de componentes cilíndricos (tubos, por exemplo), expostos a mais de um filme por vez, deverá ser colocado um IQI por radiografia. Apenas no caso de exposições panorâmicas, em que todo o comprimento de uma junta circunferencial é radiografado com uma única exposição, é permitida a colocação de três IQI igualmente espaçados. A disposição em círculo de uma série de peças iguais, radiografadas simultaneamente, não é considerada como panorâmica para efeito de colocação de IQI, sendo necessário que a imagem do IQI apareça em cada uma das radiografias.
inspeção de solda longitudinal
Quando porções de solda longitudinal forem radiografadas simultaneamente com a solda circuferencial, IQI adicionais devem ser colocados nas soldas longitudinais, em suas extremidades mais afastadas da fonte.
Para componentes esféricos, em que a fonte é posicionada no centro do componente e mais de um filme é exposto simultaneamente, deverão ser usados pelo menos 3 IQIs, igualmente espaçados, para cada 360 graus de solda circunferencial, mais um IQI adicional para cada outro cordão de solda inspecionado simultaneamente.
seleção do IQI ASME
O IQI ASME deve ser selecionado em função da espessura do material conforme tabela extraída do código ASME, secção V, artigo 2, adenda 1995.
IQI DIN
Cada IQI DIN ou IQI de fios, é constituído por sete arames, dispostos paralelamente, feitos de material radiograficamente similar ao material ensaiado. Os arames estão divididos em três grupos, a saber: 1 a 7,6 a 12 e 10 a 16. Quanto maior o número, menor o diâmetro. As informações a respeito do IQI DIN estão contidas em uma etiqueta.
três IQI igualmente espaçados. A disposição em círculo de uma série de peças iguais, radiografadas simultaneamente, não é considerada como panorâmica para efeito de colocação de IQI, sendo necessário que a imagem do IQI apareça em cada uma das radiografias.
inspeção de solda longitudinal
Quando porções de solda longitudinal forem radiografadas simultaneamente com a solda circuferencial, IQI adicionais devem ser colocados nas soldas longitudinais, em suas extremidades mais afastadas da fonte.
Para componentes esféricos, em que a fonte é posicionada no centro do componente e mais de um filme é exposto simultaneamente, deverão ser usados pelo menos 3 IQIs, igualmente espaçados, para cada 360 graus de solda circunferencial, mais um IQI adicional para cada outro cordão de solda inspecionado simultaneamente.
seleção do IQI ASME
O IQI ASME deve ser selecionado em função da espessura do material conforme tabela extraída do código ASME, secção V, artigo 2, adenda 1995.
IQI DIN
Cada IQI DIN ou IQI de fios, é constituído por sete arames, dispostos paralelamente, feitos de material radiograficamente similar ao material ensaiado. Os arames estão divididos em três grupos, a saber: 1 a 7,6 a 12 e 10 a 16. Quanto maior o número, menor o diâmetro. As informações a respeito do IQI DIN estão contidas em uma etiqueta.
Sempre que possível, o IQI deve ser colocado no lado da peça voltado para a fonte. Deve ser colocado sobre a solda de forma que os arames estejam perpendiculares à linha da solda, e de forma que sua imagem apareça na zona central da radiografia. O número da qualidade de imagem é o número do arame mais fino visível na radiografia. O número de qualidade de imagem requerido é definido para cada faixa de espessura de material. A classe de qualidade de imagem é função do rigor com que a inspeção é feita e deve ser especificado pelo fabricante ou projetista do equipamento.
radiação retroespalhada
A radiação retroespalhada ou retroespalhamento é inerente ao processo de absorção da radiação; é composta de radiações de pequena energia que emergem da peça em direção aleatória. Qualquer material é fonte de radiação espalhada ou dispersa, seja um objeto, o chão, as paredes ou outros materiais que recebem o feixe direto de radiação.
A radiação retroespalhada é também função da espessura do material radiografado; constitui a maior porcentagem do total de radiação que atinge o filme nas radiografias de materiais espessos. A radiação retroespalhada, portanto, é um fator importante que produz uma sensível diminuição no contraste do objeto e influencia a qualidade da imagem obtida.
As telas de chumbo diminuem sensivelmente o efeito das radiações retroespalhadas, particularmente aquelas que atingem o filme e que possuem baixas energias. Esse efeito contribui para a máxima clareza de detalhes na radiografia.
O uso de fonte de radiação com altas energias propicia não somente o aparecimento das radiações dispersas na peça, como também as radiações retroespalhadas, que da mesma forma empobrecem com a imagem no filme. As radiações retroespalhadas podem ser atenuadas com o uso das telas traseiras ou filtros, que são lâminas de materiais absorvedores como cobre, alumínio e chumbo, dispostos de modo a proteger o filme.
a densidade radiográfica é referenciada como HD, abreviatura dos nomes de Hunter e Driffield, os primeiros a utilizá-la, em 1890
Quando peças de grandes espessuras são submetidas ao ensaio radiográfico por meio de C06O ou acelerador linear, a imagem obtida das regiões das bordas da peça ficam escuras, com densidade acima de 4,0HD, como resultado do espalhamento. O problema é resolvido utilizando-se máscaras, que são blocos de chumbo fundidos na própria peça, junto às bordas da peça.
curvas de exposição para radiografia
O primeiro fator a ser determinado em uma exposição com raios X, é a tensão ou energia a ser usada. Essa tensão deverá ser suficiente para assegurar ao feixe de radiação energia suficiente para atravessar o material a ser inspecionado. Por outro lado, uma energia muito alta irá causar uma diminuição no contraste do objeto, diminuindo a sensibilidade da radiografia. Afim de tornar compatíveis esses dois fatores, foram elaborados gráficos que mostram a máxima tensão a ser usada para cada espessura de um dado material. É muito importante lembrar que, como materiais diferentes absorvem quantidades diferentes de radiação, existem gráficos para cada tipo de material a ser radiografado.
Cada gráfico fixa uma série de fatores: material inspecionado, tipo e espessura das telas, densidade óptica do filme, distância do foco-filme, tipo de filme usado e tempo e temperatura de revelação do filme. Outro fator importante é que esses gráficos também só são válidos para um determinado aparelho. Se qualquer um desses fatores for alterado, o gráfico perderá a sua validade, fornecendo resultados imprecisos.
Normalmente, os aparelhos de raios X são fornecidos com uma série de gráficos que permitem a sua utilização em uma vasta gama de situações. A escolha da mili amperagem e/ou do tempo de exposição prende-se à capacidade do aparelho.
Supondo que se pretende radiografar uma peça de aço com 25mm de espessura, utilizando tensão de 220kV, amperagem de 5mA e 70cm de distância fonte- filme, o tempo de exposição será 1,7min, ou seja 1 minuto e 20 segundos, uma vez que para para 25mm a exposição é de 6,7mAmin e a amperagem de 5mA, conforme se pode observar pelo gráfico.
tempo de exposição do filme radiográfico
Para a determinação do tempo de exposição é necessário, primeiramente saber a espessura da peça a ensaiar. Escolhem-se a fonte radioativa e o filme mais apropriado para esse isótopo; determina-se a atividade da fonte radioativa na hora do ensaio e fixa-se a distância fonte-filme; a seguir, escolhe-se a densidade radiográfica e determina-se o tempo de exposição. Pode acontecer, e na prática de fato ocorre muitas vezes, que o tempo de exposição calculado não é adequado porque o fabricante mudou as características de seus filmes, ou porque elas variam de lote para outro.
curvas de exposição para gamagrafia
O tipo mais comum de curva de exposição é o que correlaciona o fator de exposição com atividade da fonte, tempo de exposição e distância fonte-filme. O fator de exposição é representado pela equação:
gráficos de exposição
Supondo que para realizar um ensaio por gamagrafia de uma chapa de aço com 1,5cm de espessura e densidade 7,87g/cm3 para obter uma densidade radiográfica de 2,0, dispõe-se de uma fonte de lr-192 com atividade 20Ci e filme Classe 1. Pelo gráfico de exposição conclui-se que existe um fator de exposição igual a 50; lembrando que 20Ci correspondem a 20.000 milicuries, tem-se:
Quando o tempo de exposição não é muito importante, pode-se escolher uma distância fonte-filme adequada, para melhorar a qualidade radiográfica. Supondo que a distância fonte-filme é 60 cm, tem-se:
Existem outras formas de calcular o tempo de exposição para fontes radioativas, utilizando as curvas de exposição curies/hora e espessura de aço; nessas curvas figuram várias retas representando diferentes densidades radiográficas; no entanto, as curvas de exposição só podem ser realmente eficientes quando forem obedecidas as condições de revelação, de telas intensificadoras e de tipo de filme.
Quando a distância fonte-filme utilizada na construção da curva de exposição for muito pequena ou muito grande, pode-se alterá-la levando em conta a lei do inverso do quadrado da distância.
Processamento do filme radiográfico
O processamento do filme radiográfico abrange dois procedimentos: a preparação inicial e o processamento manual que, por sua vez, admite as etapas de revelação, banho interruptor ou banho de parada, fixação e lavagem dos filmes.
A preparação do filme e dos banhos para o processamento radiográfico deve seguir algumas considerações gerais, necessárias ao bom desempenho dessa tarefa.
No manuseio do filme, a limpeza é essencial. A câmara escura, bem como os acessórios e equipamentos, devem ser mantidos rigorosamente limpos e usados somente para o propósito aos quais se destinam. Qualquer líquido de fácil volatilização deve estar acondicionado em recipientes fechados, para não contaminar o ambiente. O termômetro e outros acessórios devem ser lavados em água limpa imediatamente após o uso para evitar a contaminação das soluções. Os tanques devem estar limpos e preenchidos com soluções frescas.
É necessário controlar a temperatura e o tempo dos banhos de processamento e da revelação. Normalmente devem estar de acordo com a recomendação do fabricante. A partir do momento em que é exposto à radiação e se inicia o processamento, o filme passa por uma série de banhos nos tanques de revelação, após a preparação inicial.
revelação
Quando se imerge um filme exposto no tanque contendo o revelador, a solução age sobre os cristais de brometo de prata metálica por ação do revelador. Esta seletividade está na capacidade de discriminar os grãos expostos dos não expostos à luz. Devido a fatores eletroquímicos, as moléculas dos agentes reveladores atingem os cristais, formando uma espécie de revestimento; os cristais, constituídos de íons, ganham elétrons do agente revelador e se combinam com o íon Ag”, neutralizando-o e tornando-o prata metálica. Essa reação química provoca uma degradação progressiva do revelador que é lentamente oxidado pelo uso e pelo meio ambiente.
A visibilidade da imagem e conseqüentemente o contraste, a densidade de fundo e a definição, dependem do tipo de revelador usado, do tempo de revelação e da temperatura do revelador. Desta forma, o controle tempo- -temperatura é de fundamental importância para se obter uma radiografia de boa qualidade.
O grau de revelação é afetado pela temperatura da solução. Quando a temperatura aumenta, o grau de revelação também aumenta; desta forma, quando a temperatura do revelador é baixa, a reação é vagarosa e o tempo de revelação recomendado para a temperatura normal (20°C) será insuficiente, resultando em uma sub- revelação. Quando a temperatura é alta, acontece a sobre-revelação. Dentro de certos limites, essas mudanças no grau de revelação podem ser compensadas aumentando-se ou diminuindo-se o tempo de revelação. Existem tabelas tempo-temperatura, através das quais pode-se fazer a correção de comparação.
A revelação deve ser feita com agitação permanente do filme no revelador, afim de que se obtenha uma distribuição homogênea do líquido em ambos os lados da emulsão, evitando-se a sedimentação do brometo e outros sais que podem provocar manchas susceptíveis de mascarar possíveis descontinuidades.
Em princípio, o revelador deve somente reduzir os cristais de haletos de prata que sofrem exposição durante a formação da imagem latente. Na realidade, os outros cristais, embora lentamente, também sofrem redução. O enegrecimento geral resultante é chamado véu de fundo, que deve ser sempre mínimo para otimizar a qualidade da imagem radiográfica.
banho interruptor
Quando o filme é removido da solução de revelação, uma parte do revelador fica em contato com ambas as faces do filme, fazendo com que a reação de revelação continue. O banho interruptor tem a função de interromper essa reação removendo o revelador residual, de modo a evitar uma revelação desigual e prevenir a ocorrência de manchas no filme. Portanto, antes de transferir o filme do tanque de revelação para o de fixação, deve-se usar o tanque do banho interruptor, agitando-o durante mais ou menos 40 segundos.
fixação
Após o banho interruptor, o filme é colocado em um terceiro tanque que contém uma solução chamada de fixador. A função da fixação é remover o brometo de prata das porções não expostas do filme, sem afetar as que foram expostas à radiação. O fixador tem também a função de endurecer a emulsão gelatinosa, permitindo a secagem ao ar aquecido.
O intervalo de tempo entre o início da fixação e o desaparecimento da coloração amarelo-esbranquiçada que se forma sobre o filme é chamado de tempo de ajuste ou tempo de definição Cclearing time”). Durante este tempo o fixador estará dissolvendo o haleto de prata não revelado. Esse tempo é em geral o dobro do tempo de clareamento.
O tempo de fixação normalmente não deve exceder a 15 minutos. Os filmes devem ser agitados quando colocados no revelador durante pelo menos 2 minutos, a fim de permitir uma ação uniforme dos produtos químicos.
O fixador deve ser mantido a uma temperatura igual à do revelador, ou seja, cerca de 20 graus Celsius. Os fixadores são comercialmente fornecidos em forma de pó ou líquido e a solução é formada pela adição de água, de acordo com as instruções dos fornecedores.
lavagem dos filmes
Após a fixação, os filmes seguem para o processo de lavagem para remover o fixador da emulsão. O filme é imerso em água corrente de modo que toda superfície fique em contato constante com a água corrente. O tanque de lavagem deve ser suficientemente grande para conter os filmes que passam pelo processo de revelação e fixação, sendo necessário prever uma vazão de água de maneira que o volume do tanque seja renovado de 4 a 8 vezes a cada hora. Cada filme deve ser lavado por um período de aproximadamente 30 minutos. Quando as colgaduras carregadas são imersas no banho de lavagem, é preciso que sejam primeiramente colocadas próximas ao dreno de saída, onde está a água mais suja e se vá mudando sua posição durante o tempo de lavagem, de maneira que o banho termine o mais próximo possível da região de entrada da água, onde esta se encontra mais limpa.
A temperatura da água no tanque de lavagem é um fator muito importante. Os melhores resultados são obtidos com a temperatura por volta de 20 graus Celsius. Se a temperatura for muito alta, pode causar efeitos danosos ao filme, assim como valores baixos poderão reduzir a eficiência.
controle de luminosidade na câmara escura
Os filmes radiográficos são sensíveis à luz comum e desta forma não devem ser expostos a ela. Assim, durante o processamento radiográfico não deve haver a menor entrada de luz do exterior; somente é admissível a luz de segurança, assim mesmo filtrada e com potência dentro dos valores recomendados. Devem-se vedar os contornos da porta, fechaduras e, principalmente, não permitir abertura de portas e janelas após o início e antes do término de todo o processo de revelação. A luz de segurança deve estar distante no mínimo 1,2m da mesa de trabalho.
processamento automático
O processamento automático é um processamento químico e mecânico, utilizado quando há grande volume de trabalho, a fim de tornar-se econômico; a mão-de-obra só é utilizada para carregamento e descarregamento de filmes. O ciclo de processamento é inferior a 15 minutos. Quando adequadamente mantido e operado, este equipamento produz radiografia de alta qualidade.
A alta velocidade do processamento automático torna-se possível pelo uso de soluções químicas especiais, contínua agitação dos filmes, manutenção da temperatura das soluções e secagem por jato de ar aquecido.
Técnicas de exposição radiográfica
As disposições e arranjos geométricos entre a fonte de radiação, a peça, e o filme devem seguir algumas técnicas especiais que permitam imagem radiográfica de fácil interpretação e a localização das descontinuidades rejeitadas.
As técnicas de exposição, apesar de facilitarem a interpretação radiográfica e a identificação das descontinuidades não garantem que todas as descontinuidades presentes na área de interesse sejam detectadas. Isso decorre da forma geométrica, orientação e tamanho da descontinuidade em relação à direção do feixe de radiação. Descontinuidades orientadas perpendicularmente ao feixe de radiação são mais difíceis de serem detectadas; um exemplo típico é a dupla laminação em chapas. Por outro lado, geometrias complexas de peças a serem radiografadas constituem uma dificuldade e até uma inviabilidade para que haja uma imagem radiográfica com condições seguras de serem avaliadas. Portanto, a probabilidade de detecção de uma descontinuidade depende de sua orientação em relação ao feixe de radiação e também da forma geométrica do objeto.
As técnicas mais utilizadas e recomendadas por normas e especificações nacionais e internacionais, são: de exposição panorâmica, parede simples vista simples, parede dupla vista simples e parede dupla vista dupla.
exposição panorâmica
A técnica de exposição panorâmica constitui um caso particular da técnica de parede simples vista simples, mas que proporciona alta produtividade em rapidez no exame de juntas soldadas circulares com acesso interno.
Na técnica panorâmica, a fonte de radiação deve ser centralizada no ponto geométrico equidistante das peças e dos filmes; no caso de juntas soldadas circulares, a fonte deve ser posicionada no centro da circunferência. Com isso, numa única exposição da fonte, todos os filmes dispostos a 360° serão igualmente irradiados, possibilitando assim o exame completo das peças ou das juntas.
parede simples vista simples
A técnica de parede simples vista simples é assim chamada porque no arranjo entre fonte de radiação, peça e filme, aparece apenas uma espessura (PSVS) na secçáo da peça próxima ao filme.
parede dupla vista simples
Na técnica de parede dupla vista simples (PDVS), o feixe de radiação proveniente da fonte atravessa duas espessuras da peça, mas projeta no filme somente a secção da peça que está mais próxima.
Frequentemente esta técnica é utilizada em inspeções de juntas soldadas, as quais não possuem acesso interno, a exemplo de tubulações com diâmetros maiores que 3 1/2 polegadas, vasos fechados e outros. Neste caso o feixe de radiação proveniente da fonte também atravessa duas espessuras; no entanto, projeta no filme a imagem de duas secções da peça.
parede dupla vista dupla
A técnica de parede dupla vista dupla (PDVD) é freqüentemente usada para inspeção de juntas soldadas em tubulações com diâmetros iguais a 3 1/2 polegadas ou menores.
Avaliação da qualidade da imagem
A avaliação da qualidade da imagem obedece a critérios como identificação do filme, medição da densidade radiográfica, análise do IQI e defeitos de processamento do filme.
identificação do filme
A identificação do filme deve conter informações importantes tais como: data do ensaio, identificação dos soldadores, identificação da peça e local examinado, número da radiografia, identificação do operador e da firma executante. Todas essas informações devem aparecer claramente no filme radiográfico para permitir a rastreabilidade do ensaio e podem ser feitas a partir de letras e números de chumbo dispostos sobre o porta- filmes, de modo a registrá-lo em caráter permanente. Poderá também ser utilizado o sistema de telas fluorescentes, em que a identificação do filme é escrita em papel vegetal ou similar e colocada junto à tela fluorescente. Este conjunto é montado previamente na câmara escura, junto ao filme radiográfico entre a tela traseira e posteriormente exposto, a fim de registrar toda a identificação no filme de modo permanente.
medição da densidade radiográfica
A densidade radiográfica ou óptica deve ser medida a partir de aparelhos eletrônicos chamados densitômetros ou de fitas densitométricas calibradas, especialmente feitas para esta tarefa. A densidade deve ser sempre medida sobre a área de interesse; por exemplo, no caso de juntas soldadas, a medição é feita sobre a imagem do cordão de solda. O valor numérico normalmente
procedimentos para calibração do densitômetro e da fita densitométrica deverão ser previstos
recomendado está em uma faixa de 1,8até4,0HD, sendo que a faixa mais usual e aceitável pelas principais normas e especificações é de 2,0 a 3,5HD.
análise do IQI
O indicador de qualidade da imagem ou IQI deve aparecer na radiografia de maneira clara que permita verficar se o número do IQI está de acordo com a faixas de espessura radiografada, se o tipo de IQI está de acordo com a norma de inspeção, se o furo ou arame essencial são visíveis sobre a área de interesse, se o posicionamento foi corretamente feito, e finalmente em se tratando do IQI ASME ou ASTM, se a densidade no corpo do IQI está próxima à da área de interesse.
defeitos de processamento
Após a exposição do filme, o trabalho em câmara escura corresponde à parte mais importante do processo radiográfico, pois caso ocorram falhas técnicas durante o processamento, todo o serviço de preparação de exposição do filme será perdido. Tais falhas ocorrem na maioria dos casos por manuseio inadequado do filme e podem resultar em manchas, riscos e dobras.
As manchas são geralmente de forma arredondada, e se estiverem sobre a área de interesse poderão mascarar descontinuidades inaceitáveis; as manchas decorrem de pequenas gotas de água visíveis somente contra a luz.
Os riscos geralmente ocorrem por ação mecânica sobre a película superficial do filme e são decorrentes da manipulação durante a preparação e o processamento. Tais riscos, visíveis sobre filme contra a luz, confundem-se com trincas, sendo assim inaceitáveis; portanto, o filme deve ser repetido.
As dobras aparecem no filme como imagens escuras e bem pronunciadas, decorrentes do manuseio do filme antes e durante a exposição. As dobras são resultados dos riscos que podem ocorrer com frequência em peças curvas com raios pequenos, em que o operador deve manter o porta-filme junto à peça para forçá-lo a acompanhar a superfície.
condições de luminosidade
As fontes de luz necessárias para a iluminação adequada das radiografias devem ser previstas com todo o cuidado. As lâmpadas devem ser de controle de intensidade variável que permita um ajuste desde zero até o suficiente para a leitura de densidades na faixa visual. É preferível a utilização de luz fria para proteger o filme de um superaquecimento que poderia danificá-lo.
É aconselhável haver a possibilidade de reduzir a área de iluminação através de máscara ou diafragma, permitindo-se isolar regiões específicas da radiografia. O local onde é feita a interpretação do filme deve estar na penumbra; o inspetor da radiografia deve ficar protegido da incidência de fontes de luz fortes sobre a sua vista, a fim de não prejudicar a interpretação. É importante que se tome cuidado com as áreas de radiografia que possuem baixa densidade, pois a luz transmitida através dessa área de baixa densidade pode incidir diretamente sobre a vista. Da mesma forma, quando se fizer a troca de filme, deve-se desligar o negatoscópio, evitando a incidência direta da luz sobre os olhos.
exposição com múltiplos filmes
A inspeção radiográfica de geometrias complexas, ou seja, aquelas que apresentam uma variação de espessura na região de interesse, apresenta também uma variação de densidade óptica na imagem radiográfica e que poderá não estar contida dentro da faixa aceitável (1,8 a 4,0); nesse caso, a radiografia é considerada inaceitável. Para contornar este problema, devem ser efetuados dois filmes na mesma região. Para tanto, devem-se carregar no mesmo porta-filme dois filmes com características de sensibilidade diferentes, por exemplo um com velocidade mais rápida que o outro, e expostos simultaneamente. O resultado será que o filme mais lento terá uma densidade óptica menor que o outro, e portanto será possível analisar as espessuras mais finas; no outro filme serão analisadas as espessuras mais grossas.
Descontinuidades
As descontinuidades são quaisquer variações na homogeneidade de uma peça ou material, tanto em sua estrutura quanto em sua forma. Através da análise da influência que a descontinuidade tem sobre a utilização do material ou do equipamento, é possível definir critérios de aceitabilidade ou classificá-la como defeitos.
As descontinuidades podem ser atribuídas a diferentes causas: podem ocorrer durante o próprio processo de fabricação do material, como por exemplo durante a fundição; durante o processamento, como por exemplo quando da laminação, forjamento, usinagem; ou durante o uso de equipamento em serviço, por exemplo quando são aplicados esforços mecânicos ou por corrosão. As descontinuidades típicas mais comuns observadas no ensaio radiográfico de juntas soldadas são trincas, inclusão gasosa ou porosidade, inclusão de escória, falta de penetração e falta de fusão.
trincas
A trinca produz uma imagem radiográfica na forma de uma linha escura com direção irregular. A largura desta linha dependerá da largura da trinca. Se a direção do plano que contém a trinca coincide com feixe de radiação, sua imagem será bem escura. De outra forma, ela perderá densidade, podendo até não aparecer. Devido ao fato de as trincas serem o mais grave defeito de uma solda, deve-se ter uma atenção especial para a sua detecção.
inclusão gasosa
As inclusões gasosas podem ter a forma esférica ou cilíndrica. Sua aparência radiográfica é a de pontos escuros com o contorno nítido. Algumas destas inclusões gasosas assumem uma forma alongada, cilíndrica e sua imagem radiográfica vai depender de uma orientação em relação ao feixe de radiação incidente. Outra forma típica de inclusão é aquela que tem a aparência de um galho ramificado, chamada, também, de porosidade vermiforme.
inclusão de escória
A inclusão de escória apresenta-se com mais freqüência em soldas de passes múltiplos, principalmente quando a limpeza não é bem efetuada entre um passe e outro.
falta de penetração
Falta de penetração é a falta de material depositado na raiz da solda, devido ao fato de o material não ter chegado até a raiz. No caso de não haver passe de raiz, a falta de penetração pode ficar aparente. A aparência radiográfica em ambos os casos é uma linha escura, intermitente ou contínua, no centro do cordão.
falta de fusão
A falta de fusão só é bem caracterizada numa radiografia quando a direção do feixe incidente coincide com o plano do defeito. A imagem radiográfica da falta de fusão é uma linha escura, estreita, paralela ao eixo da solda, em um ou em ambos os lados.
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