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Ensaio por Líquidos Penetrantes: Técnica, Etapas e Aplicações, Resumos de Ciência dos materiais

Ensaio por líquidos penetrantes

Tipologia: Resumos

2019

Compartilhado em 17/11/2019

luiz-gustavo-82
luiz-gustavo-82 🇧🇷

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Ensaios Tecnológicos 3o Ciclo de Técnico em Mecânica
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Depois do ensaio visual, o ensaio por líqüidos penetrantes é
o ensaio não destrutivo mais antigo. Ele teve início nas ofici-
nas de manutenção das estradas de ferro, em rias partes
do mundo.
Naquela época, começo da era industrial, não se tinha co-
nhecimento do comportamento das descontinuidades exis-
tentes nas peças. E quando estas eram colocadas em uso,
expostas a esforços de tração, compressão, flexão e, princi-
palmente, esforços cíclicos, acabavam se rompendo por
fadiga.
Era relativamente comum o aparecimento de trincas e até a
ruptura de peças de vagões, como eixos, rodas, partes ex-
cêntricas etc., sem que os engenheiros e projetistas da épo-
ca pudessem determinar a causa do problema.
Algumas trincas podiam ser percebidas, mas o ensaio visual
não era suficiente para detectar todas elas, pela d ificuldade
de limpeza das peças.
Foi desenvolvido então um método especial não destrutivo
para detectar rachaduras em peças de vagões e locomoti-
vas, chamado de método do óleo e giz.
Neste método, as peças, depois de lavadas em água ferven-
do ou com uma solução de soda cáustica, eram mergulha-
das num tanque de óleo misturado com querosene, no qual
ficavam submersas algumas horas ou até um dia inteiro, até
que essa mistura penetrasse nas trincas porventura existen-
tes nas peças.
Depois desta etapa, as peças eram removidas do tanque,
limpas com estopa embebida em querosene e colocadas
para secar. Depois de secas, eram pintadas com uma mistu-
ra de giz moído e álcool; dessa pintura res ultava uma cama-
da de pó branco sobre a superfície da peça. Em seguida,
martelavam-se as peças, fazendo com que a mistura de óleo
e querosene saísse dos locais em que houvesse trincas,
manchando a pintura de giz e tornando as trincas visíveis.
Este teste era muito passível de erros, pois não havia qual-
quer controle dos materiais utilizados - o óleo, o querosene e
o giz. Além disso, o teste não conseguia detectar pequenas
trincas e defeitos subsuperficiais.
Testes m ais precisos e confiáveis só apareceram por volta
de 1930, quando o teste do “óleo e giz” foi substituído pelo
de partículas magnéticas.
Somente em 1942, nos Estados Unidos, Roberto C. Switzer,
aperfeiçoando o teste do “óleo e giz”, desenvolveu a técnica
de líqüidos penetrantes, pela necessidade que a indústria
aeronáutica americana tinha de testar as peças dos aviões,
que são até hoje fabricadas com ligas de metais não ferro-
sos, como alumínio e titânio, e que, conseqüentemente, não
podem ser ensaiados por partículas magnéticas.
Agora que você já está por dentro da história deste importan-
te ensaio, vamos conhecer a sua técnica.
Descrição do ensaio
Hoje em dia, o ensaio por líqüidos penetrantes, além de ser
aplicado em peças de metais não ferr osos, também é utiliza-
do para outros tipos de materiais sólidos, como metais ferro-
sos, cerâmicas vitrificadas, vidros, plásticos e outros que não
sejam porosos. Sua finalidade é detectar descontinuidades
abertas na superfície das peças, como trincas, poros, do-
bras, que não sejam visíveis a olho nu.
O ensaio consiste em aplicar um líqüido penetrante sobre a
superfície a ser ensaiada. Após remover o excesso da super-
fície, faz-se sair da descontinuidade o líqüido penetrante
retido, utilizando-se para isso um revelador.
A imagem da descontinuidade, ou sej a, o líqüido penetrante
contrastando com o revelador, fica então visível.
Vamos agora conhecer as etapas deste ensaio:
a) Preparação e limpeza da superfície
A limpeza da superfície a ser ensaiada é fundamental para a
revelação precisa e confiável das descontinuidades porven-
tura existentes na superfície de ensaio.
O objetivo da limpeza é rem over tinta, camadas protetoras,
óxidos, areia, graxa, óleo, poeira ou qualquer resíduo que
impeça o penetrante de entrar na descontinuidade.
Para remover esses resíduos sem contaminar a superfície
de ensaio utilizam-se solventes, desengraxantes ou outros
meios apropriados. A Tabela 1 apresenta alguns contami-
nantes, descreve seus efeitos e indica possíveis soluções
para limpeza e correção da superfície de exame.
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Depois do ensaio visual, o ensaio por líqüidos penetrantes é o ensaio não destrutivo mais antigo. Ele teve início nas ofici- nas de manutenção das estradas de ferro, em várias partes do mundo. Naquela época, começo da era industrial, não se tinha co- nhecimento do comportamento das descontinuidades exis- tentes nas peças. E quando estas eram colocadas em uso, expostas a esforços de tração, compressão, flexão e, princi- palmente, esforços cíclicos, acabavam se rompendo por fadiga. Era relativamente comum o aparecimento de trincas e até a ruptura de peças de vagões, como eixos, rodas, partes ex- cêntricas etc., sem que os engenheiros e projetistas da épo- ca pudessem determinar a causa do problema. Algumas trincas podiam ser percebidas, mas o ensaio visual não era suficiente para detectar todas elas, pela dificuldade de limpeza das peças. Foi desenvolvido então um método especial não destrutivo para detectar rachaduras em peças de vagões e locomoti- vas, chamado de método do óleo e giz. Neste método, as peças, depois de lavadas em água ferven- do ou com uma solução de soda cáustica, eram mergulha- das num tanque de óleo misturado com querosene, no qual ficavam submersas algumas horas ou até um dia inteiro, até que essa mistura penetrasse nas trincas porventura existen- tes nas peças. Depois desta etapa, as peças eram removidas do tanque, limpas com estopa embebida em querosene e colocadas para secar. Depois de secas, eram pintadas com uma mistu- ra de giz moído e álcool; dessa pintura resultava uma cama- da de pó branco sobre a superfície da peça. Em seguida, martelavam-se as peças, fazendo com que a mistura de óleo e querosene saísse dos locais em que houvesse trincas, manchando a pintura de giz e tornando as trincas visíveis. Este teste era muito passível de erros, pois não havia qual- quer controle dos materiais utilizados - o óleo, o querosene e o giz. Além disso, o teste não conseguia detectar pequenas trincas e defeitos subsuperficiais. Testes mais precisos e confiáveis só apareceram por volta de 1930, quando o teste do “óleo e giz” foi substituído pelo de partículas magnéticas. Somente em 1942, nos Estados Unidos, Roberto C. Switzer, aperfeiçoando o teste do “óleo e giz”, desenvolveu a técnica de líqüidos penetrantes, pela necessidade que a indústria aeronáutica americana tinha de testar as peças dos aviões, que são até hoje fabricadas com ligas de metais não ferro- sos, como alumínio e titânio, e que, conseqüentemente, não podem ser ensaiados por partículas magnéticas. Agora que você já está por dentro da história deste importan- te ensaio, vamos conhecer a sua técnica. Descrição do ensaio Hoje em dia, o ensaio por líqüidos penetrantes, além de ser aplicado em peças de metais não ferrosos, também é utiliza- do para outros tipos de materiais sólidos, como metais ferro- sos, cerâmicas vitrificadas, vidros, plásticos e outros que não sejam porosos. Sua finalidade é detectar descontinuidades abertas na superfície das peças, como trincas, poros, do- bras, que não sejam visíveis a olho nu. O ensaio consiste em aplicar um líqüido penetrante sobre a superfície a ser ensaiada. Após remover o excesso da super- fície, faz-se sair da descontinuidade o líqüido penetrante retido, utilizando-se para isso um revelador. A imagem da descontinuidade, ou seja, o líqüido penetrante contrastando com o revelador, fica então visível. Vamos agora conhecer as etapas deste ensaio: a) Preparação e limpeza da superfície A limpeza da superfície a ser ensaiada é fundamental para a revelação precisa e confiável das descontinuidades porven- tura existentes na superfície de ensaio. O objetivo da limpeza é remover tinta, camadas protetoras, óxidos, areia, graxa, óleo, poeira ou qualquer resíduo que impeça o penetrante de entrar na descontinuidade. Para remover esses resíduos sem contaminar a superfície de ensaio utilizam-se solventes, desengraxantes ou outros meios apropriados. A Tabela 1 apresenta alguns contami- nantes, descreve seus efeitos e indica possíveis soluções para limpeza e correção da superfície de exame.

Tabela 1 – Contaminantes e sua remoção Contaminante ou condição su- perficial Efeito Solução

  1. Óleo, graxa A grande maioria dos lubrificantes apresentam fluorescên- cia sob a luz negra. Esta fluorescência poderá provocar mascaramento ou indicações falsas. Além disso, eles prejudicam a ação do líqüido penetrante. Vapor desengraxante, limpeza alcalina a quente, solvente ou removedor.
  2. Carbonos, verniz, terra Impedem a entrada do líqüido penetrante ou absorvem o mesmo, ocasionando fluorescência ou coloração de fundo. Impedem a ação umectante. Provocam uma "ponte" entre as indicações. Solvente ou solução alcalina, escovamento, vapor, jateamen- to.
  3. Ferrugem, óxido Mesmo efeito de 2 Solução alcalina ou ácida Escova manual ou rotativa Vapor Jateamento
  4. Pintura Impede a entrada do líqüido penetrante ou a ação umec- tante. Provoca uma "ponte" entre as indicações. Solvente removedor de tinta Removedor alcalino Jateamento Queima
  5. Água Impede a entrada do líqüido penetrante ou a ação um ectante. Ar seco Aquecimento Estufa
  6. Ácidos ou álcalis Impede a entrada do líqüido penetrante ou a ação umec- tante. Lavagem com água corrente Neutralizadores
  7. Rugosidade superficial Dificulta a limpeza, preparação superficial e a remoção do excesso de líqüido penetrante. Polimento Usinagem
  8. Encobrimento da des- continuidade devido a uma ope- ração de conformação ou jatea- mento Pode impedir a entrada do líqüido penetrante. Ataque químico Usinagem b) Aplicação do líqüido penetrante Consiste em aplicar, por meio de pincel, imersão, pistola ou spray, um líqüido, geralmente de cor vermelha ou fluorescen- te, capaz de penetrar nas descontinuidades depois de um determinado tempo em contato com a superfície de ensaio. A Tabela 2 pode ser utilizada como referência para estabelecer os tempos de penetração de diversos materiais, com seus respectivos processos de fabricação. Tabela 2 - Tempos de penetração mínimos em minutos (para temperaturas entre 16 e 25C) Material Processo de fabricação Tipo de descontinuidade Lavável a água Pós-emulsificável Removívela solvente Alumínio Fundido Trinca a frio Porosidade - Gota fria 5 a 15 5 3 Forjado Dobra NR* 10 7 Solda Porosidade 30 5 3 Qualquer Trinca 30 10 5 Magnésio Fundido Porosidade - Gota fria 15 5 3 Forjado Dobra NR 10 7 Solda Porosidade 30 10 5 Qualquer Trinca 30 10 5 Aço Fundido Porosidade - Gota fria 30 10 5 Forjado Dobra NR 10 7 Solda Porosidade 60 20 7 Qualquer Trinca 30 20 7 Latão e bronze Fundido Porosidade - Gota fria 10 5 3 Forjado Dobra NR 10 7 Brazado Porosidade 15 10 3 Qualquer Trinca 30 10 3 Plástico Qualquer Trinca 5 a 30 5 5 Vidro Qualquer Trinca 5 a 30 5 5 Titânio e Ligas Qualquer NR 20 a 30 15  NR = não recomendado

 Podemos dizer que a principal vantagem deste método é sua simplicidade, pois é fácil interpretar seus resultados.  O treinamento é simples e requer pouco tempo do opera- dor.  Não há limitações quanto ao tamanho, forma das peças a serem ensaiadas, nem quanto ao tipo de material.  O ensaio pode revelar descontinuidades extremamente finas, da ordem de 0,001mm de largura, totalmente imper- ceptíveis a olho nu. Limitações  O ensaio só detecta descontinuidades abertas e superfi- ciais, já que o líqüido tem de penetrar na descontinuidade. Por esta razão, a descontinuidade não pode estar preenchi- da com qualquer material estranho.  A superfície do material a ser examinada não pode ser porosa ou absorvente, já que não conseguiríamos remover totalmente o excesso de penetrante, e isso iria mascarar os resultados.  O ensaio pode se tornar inviável em peças de geometria complicada, que necessitam de absoluta limpeza após o ensaio, como é o caso de peças para a indústria alimentícia, farmacêutica ou hospitalar. O líqüido penetrante é formado pela mistura de vários líqüi- dos, e deve apresentar uma série de características, indis- pensáveis ao bom resultado do ensaio. Vejamos quais são essas características:

a) ter capacidade de penetrar em pequenas aberturas;

b) ser capaz de manter-se em aberturas relativamente

grandes;

c) ser removível da superfície onde está aplicado;

d) ter capacidade de espalhar-se em um filme fino sobre a

superfície de ensaio;

e) apresentar grande brilho;

f) ser estável quando estocado ou em uso;

g) ter baixo custo;

h) não deve perder a cor ou a fluorescência quando expos-

to ao calor, luz branca ou luz negra;

i) não deve reagir com o material em ensaio, e nem com a

sua embalagem;

j) não pode ser inflamável;

l) não deve ser tóxico; m) não deve evaporar ou secar rapidamente; n) em contato com o revelador, deve sair em pouco tempo da cavidade onde tiver penetrado. Como você viu, ser um líqüido penetrante não é tão simples assim. É bom saber que nenhuma dessas características, por si só, determina a qualidade do líqüido penetrante: a qualidade depende da combinação destas características. Os líqüidos penetrantes são classificados quanto à visibilida- de e quanto ao tipo de remoção de excesso. Quanto à visibilidade podem ser:  Fluorescentes (método A) Constituídos por substâncias naturalmente fluorescentes, são ativados e processados para apresentarem alta fluores- cência quando excitados por raios ultravioleta (luz negra).  Visíveis coloridos (método B) Esses penetrantes são geralmente de cor vermelha, para que as indicações produzam um bom contraste com o fundo branco do revelador. Quanto ao tipo de remoção do excesso, podem ser:  Laváveis em água Os líqüidos penetrantes deste tipo são elaborados de tal maneira que permitem a remoção do excesso com água; esta operação deve ser cuidadosa; se for demorada ou se for empregado jato de água, o líqüido pode ser removido do interior das descontinuidades.  Pós-emulsificáveis Neste caso, os líqüidos penetrantes são fabricados de ma- neira a serem insolúveis em água. A remoção do excesso é facilitada pela adição de um emulsificador, aplicado em separado. Este combina-se com o excesso de penetrante, formando uma mistura lavável com água. Emulsificador é um composto químico complexo que, uma vez misturado ao líqüido penetrante à base de óleo, faz com que o penetrante seja lavável pela água. Ele é utilizado na fase de remoção do excesso.  Removíveis por solventes Estes tipos de líqüidos penetrantes são fabricados de forma a permitir que o excesso seja removido com pano seco, papel-toalha ou qualquer outro material absorvente que não solte fiapo, até que reste uma pequena quantidade de líqüido na superfície de ensaio; esta deve ser então removida com um solvente removedor apropriado. A combinação destas cinco características gera seis opções diferentes para sua utilização. Veja o quadro abaixo. Remoção de penetrantes Tipo de remoção Método (^) Água Pós- emulsificável Solvente “A” fluorescentes

A1 A2 A

“B”

visíveis coloridos

B1 B2 B

Quais deles devemos escolher? Diante de tantos tipos de penetrantes, como saber qual o mais adequado? Aí vão algumas dicas:  Penetrante fluorescente lavável com água Esse método é bom para detectar quase todos os tipos de defeitos, menos arranhaduras ou defeitos rasos. Pode ser utilizado em peças não uniformes e que tenham superfície rugosa; confere boa visibilidade. É um método simples e econômico.  Penetrante fluorescente pós-emulsificável É mais brilhante que os demais, tem grande sensibilidade para detectar defeitos muitos pequenos e/ou muito abertos e rasos. É um método muito produtivo, pois requer pouco tem- po de penetração e é facilmente lavável, mas é mais caro que os outros.

 Penetrante visível (lavável por solvente, em água ou pós-emulsificável) Estes métodos são práticos e portáteis, dispensam o uso de luz negra, mas têm menos sensibilidade para detectar defei- tos muito finos; a visualização das indicações é limitada. As características dos penetrantes sem dúvida nos ajudarão a escolher o método mais adequado para um determinado ensaio, porém o fator mais importante a ser considerado são os requisitos de qualidade que devem constar na especifica- ção do produto. É com base nestes requisitos que devemos escolher o mé- todo. Não se pode simplesmente estabelecer que todas as descontinuidades devem ser detectadas, pois poderíamos escolher um método mais caro que o necessário. Precisa- mos estar conscientes de que a peça deve estar livre de defeitos que interfiram na utilização do produto, ocasionando descontinuidades reprováveis. Com base nesses aspectos, um método mais simples e barato pode ser também eficiente para realizar o ensaio. O revelador é aquele talco que suga o penetrante das des- continuidades para revelá-las ao inspetor; além de cumprir esta função, deve ser capaz de formar uma indicação a partir de um pequeno volume de penetrante retido na descontinui- dade, e ter capacidade de mostrar separadamente duas ou mais indicações próximas. Para atender a todas estas carac- terísticas, tem de possuir algumas propriedades. Vamos conhecê-las.

a) deve ser fabricado com substâncias absorventes, que

favorecem a ação de mata-borrão;

b) quando aplicado, deve cobrir a superfície de exame,

promovendo assim o contraste;

c) precisa ter granulação fina;

d) tem de ser fácil de aplicar, resultando numa camada fina

e uniforme;

e) deve ser umedecido facilmente pelo penetrante;

f) deve ser de fácil remoção, para a limpeza final;

g) deve aderir à superfície;

h) não deve ser tóxico, nem atacar a superfície de exame.

Como ocorre com os líqüidos penetrantes, existem também no mercado vários tipos de reveladores, para diversos tipos de aplicação. O critério de escolha deve ser similar ao do líqüido penetrante. Os reveladores são classificados da seguinte maneira:

 de pó seco

São constituídos de uma mistura fofa de sílica e talco que deve ser mantida seca. São indicados para uso em sistemas estacionários ou automáticos. Vêm caindo em desuso devido à falta de confiabilidade para detectar defeitos pequenos.

 revelador aquoso

Neste tipo de revelador, o pó misturado com água pode ser aplicado por imersão, derramamento ou aspersão (borrifa- mento). Após a aplicação, as peças são secas com secador de cabelo, ou em fornos de secagem.

 revelador úmido não aquoso

Neste caso, o talco está misturado com solventes-nafta, álcool ou solventes à base de cloro. Eles são aplicados com aerossol ou pistola de ar comprimido, em superfícies secas. A função principal desse revelador é proporcionar um fundo de contraste branco para os penetrantes visíveis, resultando em alta sensibilidade.

 revelador em película

É constituído por uma película adesiva plástica contendo um revelador que traz o líqüido penetrante para a superfície. À medida que a película seca, formam-se as indicações das descontinuidades. Este método permite que, após o ensaio, possa destacar-se a película da superfície e arquivá-la. Dica Hoje já existem no mercado kits que fornecem o produto de limpeza (solvente), o líqüido penetrante e um revelador. Estes kits são de grande valia, pois facilitam muito a vida do inspetor. Mas devemos consultar as especificações de en- saio para poder escolher o kit com os produtos mais ade- quados. Exercícios Marque com um X a resposta correta:

  1. O ensaio por líqüidos penetrantes teve seu início: a) ( ) na fabricação de cascos de navios; b) ( ) nas pontes da África; c) ( ) nas torres de alta tensão americana; d) ( ) nas oficinas de manutenção das estradas de ferro, em várias partes do mundo.
  2. Numere de 1 a 5, a seqüência correta de execução do ensaio por líqüidos penetrantes. a) ( ) remoção do excesso de líqüido penetrante; b) ( ) preparação e limpeza da superfície de ensaio; c) ( ) revelação; d) ( ) aplicação do líqüido penetrante; e) ( ) inspeção e limpeza da peça.
  3. Para que a imagem da descontinuidade fique visí- vel, devemos contrastar com o líqüido penetrante um: a) ( ) revelador; b) ( ) outro líqüido penetrante mais forte; c) ( ) água com soda cáustica; d) ( ) líqüido incolor.
  4. Assinale com um C as proposições corretas, que exprimam vantagens em usar o ensaio por líqüidos penetran- tes: a) ( ) o treinamento é simples e requer pouco tempo do operador; b) ( ) o ensaio pode revelar descontinuidades da ordem de até 1mm; c) ( ) só podemos ensaiar peças de determinado tamanho; d) ( ) a interpretação dos resultados é fácil de fazer.