END Ultra-som, Trabalhos de Mecatrônica

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Ultra-som

Integrantes: Robson Vieira Maurício Correa César Leandro Tassi Watson A. de Oliveira Raphael Alexandre de Carvalho Alexandre Farina

Histórico

No início, percebeu-se que o som estava relacionado com o estado do material. 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. Antes da Segunda Guerra Mundial, a técnica do sonar já era utilizada para localizar objetos submersos.

Princípios de

Funcionamento

Estruturas dos Materiais Som e Frequência O efeito piezoelétrico

Freqüência Frequência^ -

conceito da Física para vibrações mecânicas na matéria. Sua medida é o Hertz (Hz) que significa quantos ciclos por segundo são formados. Ex. 100 Hz – 100 ciclos por segundo. O número de ciclos chama-se Período (T) e é dado em segundos. O período é inversamente

Estruturas Atômicas

Gase

s

Líquido

s

Sólido

s

• (^) Baixa Densidade
• (^) Forças de ligação fracas - (^) Média Densidade - (^) Forças de ligação médias - (^) Alta Densidade - (^) Forças de ligação fortes - (^) Estrutura Cristalográfica

Estruturas Atômicas

Esfera = átomo^ Mola = Força de ligação elástica

O que é o teste de Ultra-som?

 (^) A principal finalidade do ensaio por ultra som é a detecção de descontinuidades internas em materiais ferrosos e não ferrosos, metálicos e não metálicos, através da introdução de um feixe sônico que é refletido por esta descontinuidade.  (^) Os sinais de ultra-som foram selecionados por causa dos materiais analisados. O sinal de retorno (eco) dos ultra-sons nos sólidos são mais consistentes para análise.  (^) Para a produção de ultra-sons seria necessário um transdutor (conversor de energia) que funcionasse em alta frequência e também tivesse alta potência.  (^) Logo descobriu-se que os Cristais Piezoelétricos atenderiam perfeitamente a estas condições.  (^) A faixa de utilização nos ensaios por Ultra-Som é de 0,5 MHz a 15 MHz, podendo chegar a 20 MHz em transdutores de aplicações especiais.

O que é um Cristal?

Uma classe de materiais arranjados em um padrão geométrico definido em três dimensões (como sal de cozinha e açúcar). Um Cristal de Quartzo é silício e oxigênio arranjados em uma estrutura cristalina (SiO2).  (^) SiO2 também é

Os Transdutores Piezoelétricos

Transdutor é qualquer dispositivo que transforme uma energia em outra. Quando recebe uma energia elétrica, o cristal responde com um pulso mecânico e repete o pulso enquanto a energia estiver presente. Os pulsos então, geram ondas sonoras de potência que se propagam nos fluidos e nos sólidos. O fenômeno da eletro estricção

O cristal de teste

Um gerador de sinais produz o sinal

que é amplificado e depois é

aplicado no Cristal.

Funcionamento do Teste

Corpo de Prova com Falha Com falha, o sinal retorna com uma atenuação ou tempo diferente do estabelecido pelo padrão.

Impedância Acústica

A impedância acústica é a resistência física que um material faz à passagem do som. Impedância Acústica (Z) de um material é definida como a o produto da densidade do material pela velocidade acústica – Z = ρ. v. O som viaja através dos sólidos sob a influência da densidade do material. Se a impedância acústica do material for muito diferente do transdutor, a transmissão/ recepção de energia acústica será muito baixa.

O Gráfico Energia x Tempo

O sinal sai e o eco tem alto nível de energia indicando que foi encontrado um limite. O retorno também tem alto nível mas o tempo é maior indicando distância maior.

O Gráfico Energia x Tempo

O sinal agora encontra uma falha perto. Uma parte menor da energia retorna e a outra parte prossegue até o limite. Igual à anterior, o sinal encontra uma falha mais longe. Percebe-se que está mais longe não só pelo tempo mas também pela amplitude reduzida.