Medição de Espessura por Ultrassom: História e princípios básicos


História dos Métodos Acústicos


Desde a antiguidade o homem utiliza-se do som para deter­minar o estado dos materiais. A diferença de som produzido por peças com ou sem grandes defeitos auxiliava os povos antigos na inspeção de peças sólidas, de vidro, cerâmica e metal.


Ainda hoje a percussão de materiais e análise do som produzido é utilizada para determinar o estado ou a qualidade de produtos ou serviços.


Como exemplo de uso técnico pode-se citar a verificação da compacidade e aderência de refratários, através da percussão produzida com um martelo, onde é possível deter­minar regiões defeituosas pela comparação entre o som emitido por estas e por outras com boa qualidade.


Estes métodos, embora de grande utilidade, fornecem apenas informações grosseiras que em muitos casos não são suficientes para garantir a integridade e segurança operacional de um equipamento.

A necessidade de detectar descontinuidades cada vez menores fez com que houvesse a mudança dos testes audíveis para testes mais sofisticados, utilizando-se o ultrassom.


Inspeção por medição de espessura por ultrassom
Medição de Espessura por Ultrassom durante inspeção


A geração e detecção de ondas ultrassônicas só foi possível pela descoberta do efeito piezelétrico. Esta descoberta foi feita pelos ir­mãos Curie em 1880.

Eles descobriram que amostras retiradas de uma maneira determinada de alguns cristais produziam corrente elétrica quando submetidas a pressão.


Um ano após, Lippman apresentou a teoria do efeito piezelétrico reverso, que é a mudança da forma do cristal pela aplicação de corrente elétrica e a sugestão de que estes materiais (cristais) poderiam produzir vibrações pela aplicação de uma corrente elétrica alternada adequada. Outros fatores que contribuíram para o desenvolvimento do aparelho de ultrassom foram:


O desenvolvimento do ecobatímetro pela marinha, motivado pelo desastre do Titanic (detecção de icebergs e impulsionado pela Primeira Guerra Mundial.)

O tubo de raios catódicos e radares desenvolvidos nas décadas de 30 e 40, que possibilitaram a medição de pequenos intervalos de tempo.


 

O primeiro aparelho de ultrassom foi desenvolvido em 1942 por D. O. Sproule, um físico que trabalhava para Kelvin & Hughes. Entretanto, foi Sokolov na Rússia, em 1929, quem primeiro registrou experiências usando cristais de quartzo para introduzir vibrações ultrassônicas em materiais.


 


Sokolov demonstrou que ondas ultrassônicas poderiam ser utilizadas em lugar dos raios X para detectar descontinuidades em materiais.


Estes estudos, além dos desenvolvidos por um grupo de alemães (Mulhauser, Pohiman e outros), eram baseados no método por transmissão sônica e teve grande sucesso na inspeção de fundidos.


Porém, até o desenvolvimento do método pulso-eco por Sproule, os resulta­dos não foram satisfatórios em forjados e outros materiais com pouca absorção sônica.


Após a Segunda Guerra Mundial descobriu-se que Trost e Gots, na Alemanha, e Firestone, nos EUA, haviam desenvolvido, independentemente, sistemas similares. Em 1947, Sproule desenvolveu o cabeçote angular, que permitia a introdução do som em diversos ângulos no material, sem a produção de sinais indesejáveis.


Desde então, os princípios gerais do método permanecem os mesmos. Os maiores desenvolvimentos têm sido na instrumentação eletrônica e processamento de dados e mais recentemente o avanço se deve à introdução da micro componentes eletrônicos de grande capacidade. Os anos 50 serviram para aprender a usar esta nova ferramenta.


O grande desenvolvimento e utilização do ensaio por ultrassom só ocorre­u no entretanto, a partir dos anos 60.

 

No Brasil o ensaio por ultrassom teve em 1979 o seu grande impulso em termos de utilização e credibilidade, com a construção das primeiras plataformas de produção de petróleo na Bacia de Campos e o início da qualificação de inspetores de ultrassom pela Petrobrás.

 

Atualmente, este ensaio atingiu uma grande aceitação, principalmente como alternativa ao ensaio radiográfico, para as situações onde existem dificuldades quanto à proteção radiológica ou quanto ao cumprimento dos prazos contratuais, ultrapassando, às vezes, até os limites confiáveis de aplicação.


Princípios Básicos


O ensaio por ultrassom é um método não destrutivo, no qual um feixe sônico de alta frequência é introduzido no material a ser inspecionado com o objetivo de detectar descontinuidades internas e superficiais. O som que percorre o material é refletido pelas interfaces e é detectado e analisado para determinar a presença e localização de descontinuidades.


A energia sônica refletida pelas interfaces depende essencial­mente do estado físico da matéria que está do lado oposto da interface e em menor grau das propriedades específicas da matéria. Por exemplo, as ondas sônicas são quase totalmente refletidas em interfaces metal-gás.

 

Reflexões parciais ocorrem em interfaces metal-líquido e metal-sólido, sendo o percentual de energia dependente de certas propriedades físicas dos materiais que compõem a interface.

Trincas, laminações, rechupes, poros, falta de fusão e outras descontinuidades que atuam como interfaces metal-gás podem ser facilmente detectadas por ultrassom.


 

Inclusões e outras descontinuidades podem também ser detectadas pela reflexão parcial ou espalhamento do feixe sônico, ou até mesmo pela produção de outros efeitos detectáveis.


A maioria dos aparelhos para o ensaio por ultrassom detecta descontinuidades através da monitoração das reflexões sônicas transmitidas ao material através de um cabeçote acoplado à peça.


O aparelho geralmente dispõe de um visor que possibilita determinar a intensidade da energia refletida e a localização das interfaces. Pela análise destas reflexões o inspetor consegue determinar a existência ou não de descontinuidades no material.


Finalidade do Ensaio / Campo de Aplicação


O ensaio por ultrassom é um dos ensaios não destrutivos mais importantes. Sua aplicação principal na inspeção de mate­riais é na detecção e avaliação de descontinuidades internas.


O ensaio é utilizado também na detecção de descontinuidades superficiais, medição de espessuras, avaliação de corrosão e me­nos frequentemente, para determinar propriedades físicas, estrutura, tamanho de grão e constantes elásticas de materiais.




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