Radiografia Industrial, Trabalhos de Engenharia Mecânica
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Trabalho acadêmico na disciplina de comportamento mecânico dos materiais que mostra quais as principais técnicas do ensaio de radio grafia industrial
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Capa

1

SOCIEDADE EDUCACIONAL DE SANTA CATARINA – SOCIESC

INSTITUTO SUPERIOR TUPY – IST

Engenharia Mecânica

LUCAS CASTILHO

RICARDO MULLER

WILLIAN DIEGO DE SOUZA

EGM 362

RADIOGRAFIA INDUSTRIAL

COMPORTAMENTO MECÂNICO DOS MATERIAIS

Prof Daniele da Silva Ramos

Joinville

2010/2

2

LUCAS CASTILHO

RICARDO MULLER

WILLIAN DIEGO DE SOUZA

RADIOGRAFIA INDUSTRIAL

Trabalho acadêmico referente ao ensaio não destrutivo de radiografia industrial.

Prof Daniele da Silva Ramos

Joinville

2010/2

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SUMÁRIO

1 INTRODUÇÃO..........................................................................................................3

2 RADIOGRAFIA INDUSTRIAL..................................................................................4

2.1 ENSAIO DE RAIO X...............................................................................................6

2.2 ENSAIO RAIO GAMA.............................................................................................8

2.3 FILME RADIOGRÁFICO......................................................................................10

3 CONCLUSÃO.........................................................................................................13

REFERÊNCIAS..........................................................................................................14

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1 INTRODUÇÃO

No mundo globalizado que vivemos, devido a fatores como competitividade e

custos, as vezes um equipamento a ser produzido pode conter peças provenientes

de fornecedores espalhados pelo planeta.

Assim, torna-se necessário haver um meio que possa identificar a qualidade

dos materiais e processos empregados na fabricação destes componentes, já que

em casos como de uma caldeira, avião ou algum equipamento nuclear, o risco de

falha deve ser zero pois vidas humanas estão diretamente envolvidas.

Para que isto se tornasse possível, um dos avanços tecnológicos mais

importantes na engenharia foi sem dúvida o advento dos ensaios não destrutivos

que constituem uma das ferramentas indispensáveis para o controle da qualidade

dos produtos produzidos na indústria moderna.

Dentro destes ensaios destacam-se o ultra-som, líquidos penetrantes e a

radiografia industrial, tema deste trabalho. Estes ensaios são comumente utilizados

nas indústrias de petróleo e petroquímica, nuclear, alimentícia, farmacêutica,

geração de energia para inspeção principalmente de soldas e fundidos, e ainda na

indústria bélica para inspeção de explosivos, armamento e mísseis, a radiografia e o

ultra-som desempenham papel importante na comprovação da qualidade da peça ou

componente em conformidade com os requisitos das normas, especificações e

códigos de fabricação.

A radiografia industrial serve também para qualificar soldadores e de

operadores de soldagem sendo que também um papel importante na documentação

da qualidade do produto inspecionado, pois a imagem projetada no filme radiográfico

representa a “fotografia” interna da peça, o que nenhum outro ensaio não destrutivo

é capaz de mostrar na área industrial.

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2 RADIOGRAFIA INDUSTRIAL

De acordo com Ricardo Andreucci em sua publicação A Radiologia Industrial

a radiografia é: “um método usado para inspeção não destrutiva que baseia-se na

absorção diferenciada da radiação penetrante pela peça que está sendo

inspecionada.” Assim, as diferenças de densidade e variações na espessura do

material farão com que diferentes regiões de uma peça absorvam quantidades

diferentes de radiação penetrante que podem ser detectadas através de um filme, de

um tubo de imagem ou por medidores eletrônicos de radiação. Com essa variação

de quantidade de radiação absorvida é possível identificar a existência de uma falha

interna ou defeito no material.

A figura 1 representa a técnica geral do processo:

Figura 1 – Técnica Geral do Ensaio Fonte: Andreucci, 2003

Como já dito, torna-se importante utilizar esse processo em produtos que

simplesmente não podem falhar. Como a maioria dos equipamentos é construída

com chapas, se uma solda não estiver adequada, não suportará a pressão e

apresentará vazamentos , podendo provocar acidentes com conseqüências terríveis

como o de uma explosão de uma caldeira. Assim, a radiografia é bastante utilizada

na inspeção de cordões de solda.

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A descoberta dos raios X ocorreu por acaso em 1895 quando o físico

Wilhelm K. Roentgen pesquisava a fluorescência causada por raios catódicos numa

folha recoberta com uma película de sal de bário. Ao acidentalmente esquecer de

retirar uma caixa de papelão preto que protegia a ampola de raios catódicos, ficou

surpreso ao perceber que mesmo assim ocorria a fluorescência na película de sal de

bário.

Roentgnen atribui que essa fluorescência era causada por um raio

desconhecido que ultrapassava a caixa de papelão. A esse raio ele atribuiu o nome

de raio X. Já em 1903, Rutherford, após profundos estudos formulou hipóteses

sobre as emissões radioativas, pois convém frisar, que naquela época ainda não se

conhecia o átomo e os núcleos atômicos e coube a este cientista a formulação do

primeiro modelo atômico criado e que até hoje permanecem suas características.

Os cientistas Henri Becquerel, Pierre e Marie Curie também observaram a

emissão de raios X, por metais pesados, como o urânio, o polônio e o rádio. Na

seqüência diversos experimentos nucleares levaram a descoberta do raio gama.

Estes são os dois tipos de raios utilizados na radiografia industrial.

Os raios gama e X são ondas eletromagnéticas assim como a luz,

destacando-se por possuírem alta freqüência e comprimento de onda extremamente

curto o que lhes confere a propriedade de atravessarem materiais opacos. A

quantidade de radiação que atravessa a peça é variável e depende da espessura e

densidade do material naquele ponto. Depende também da freqüência de radiação -

quanto maior a freqüência, maior sua capacidade de penetrar e atravessar os

materiais.

Em relação aos ensaios não destrutivos merecem destaque as seguintes

propriedades da radiação penetrante:

• deslocam-se em linha reta;

• podem atravessar materiais opacos a luz, ao faze-lo, são parcialmente

absorvidos por esses materiais;

• podem impressionar películas fotográficas, formando imagens;

• provocam o fenômeno da fluorescência;

• provocam efeitos genéticos;

• provocam ionizações nos gases.

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2.1 ENSAIO DE RAIO X

Os raios X são emitidas das camadas eletrônicas dos átomos e apesar de

não ocorrerem de forma ordenada, possuem um padrão de emissão denominado

espectro de emissão. Na indústria os raios X são gerados numa ampola de vidro

denominada tubo de Coolidge (figura 2) que possui duas partes distintas: o ânodo e

o cátodo.

O ânodo e o cátodo são submetidos a uma tensão elétrica da ordem de

milhares de Volts, sendo o pólo positivo ligado ao anodo e o negativo no cátodo. O

ânodo é constituído de uma pequena parte fabricada em tungstênio, também

denominado de alvo, e o cátodo de um pequeno filamento, tal qual uma lâmpada

incandescente, por onde passa uma corrente elétrica da ordem de miliampéres.

Ao ligar o tubo, a corrente elétrica do filamento se aquece e passa a emitir

espontaneamente elétrons que são atraídos e acelerados em direção ao alvo. Nesta

interação, dos elétrons com os átomos de tungstênio, ocorre a desaceleração

repentina dos elétrons, transformando a energia cinética adquirida em Raios X.

Figura 2 – Tubo de Coolidge Fonte: Andreucci, 2003

Do ponto de vista da radiografia, uma atenção especial deve ser dada ao

alvo, contido no ânodo. Sua superfície é atingida pelo fluxo eletrônico, proveniente

do filamento, e denomina-se foco térmico. É importante que esta superfície seja

suficiente grande para evitar um superaquecimento local, que poderia deteriorar o

ânodo, e permitir uma rápida transmissão do calor. Normalmente utiliza-se um fluido

refrigerante (água) que circula no interior do ânodo.

A figura 3 representa a configuração básica de um equipamento estacionári

o de raios X.

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Figura 3 – Esquema Básico de um Equipamento de Raio X Fonte: Telecurso 2000

As tensões utilizadas na produção de raios X são da ordem de 80.000 a

500.000 Volts (80 a 500 kV). O poder de penetração dos raios X é tanto maior

quanto menor for seu comprimento de onda, que é função da tensão que acelera os

elétrons do filamento para o alvo. Para obter-se imagens com nitidez máxima, as

dimensões do foco óptico devem ser as menores possíveis. As especificações de

aparelhos geralmente mencionam as dimensões do foco óptico.

Os equipamentos considerados portáteis, com voltagens até 400 kV,

possuem peso em torno de 40 a 80 kg, dependendo do modelo. Os modelos de

tubos refrigerados a gás são mais leves ao contrário dos refrigerados a óleo.

Durante o ensaio, a exposição ou quantidade de radiação recebida é

diretamente proporcional a corrente e a tensão aplicada ao tubo de Coolidge. Para

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determinar o tempo de exposição utilizam-se curvas de exposição fornecidas pelos

fabricantes.

2.2 ENSAIO RAIO GAMA

Como se sabe, o núcleo atômico é formado por partículas chamadas prótons

e nêutrons, sendo que os elementos químicos são definidos em função do número

de prótons presentes no núcleo do átomo. No entanto é comum encontrar átomos do

mesmo elemento químico com diferentes quantidades de nêutrons no seu núcleo,

denominados isótopos, os quais são radiativos, ou seja, emitem espontaneamente

do núcleo partículas e radiações eletromagnéticas.

O urânio pode apresentar em seu núcleo 92 prótons e 146 nêutrons (o

chamado urânio 238 ou U238) . ou 92 prótons e 143 nêutrons (o urânio 235 ou

U235). Ele é um exemplo de isótopo radioativo, ou seja, que emite partículas e

radiações eletromagnéticas.

As partículas e as radiações eletromagnéticas emitidas pelos isótopos

radioativos são de três tipos: alfa (a), beta (b) e gama (g). Os raios gama, são

radiações eletromagnéticas com alto poder de penetração. Por isso essa radiação é

usada nos ensaios. Na gamagrafia utilizam-se isótopos artificiais. Os mais usados

são o irídio 192, o césio 137, o túlio 170 e o cobalto 60.

Todos os núcleos dos átomos se desintegram da mesma maneira. Portanto,

alguns valores devem ser conhecidos como, por exemplo, a .meia-vida. de um

isótopo radioativo. Com as desintegrações nucleares, a atividade da fonte decresce.

Para designar o tempo necessário para a atividade da fonte chegar à metade do seu

valor inicial, utiliza-se o termo .meia-vida.

No equipamento para raios X é possível gerar ondas eletromagnéticas com

diversos comprimentos de onda, ajustando-se a tensão aplicada ao equipamento. As

fontes usadas em gamagrafia (radiografia com raios gama), requerem cuidados

especiais de segurança pois, uma vez ativadas, emitem radiação, constantemente.

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Deste modo, é necessário um equipamento que forneça uma blindagem,

contra as radiações emitidas da fonte quando a mesma não está sendo usada. De

mesma forma é necessário dotar essa blindagem de um sistema que permita retirar

a fonte de seu interior, para que a radiografia seja feita. Esse equipamento

denomina-se Irradiador.

Os equipamentos para gamagrafia são mais simples, têm menor custo inicial

e requerem menor manutenção, comparados aos de raios X. Além disso, a

gamagrafia pode ser utilizada em locais e condições em que os raios X não sejam

acessíveis. A figura 4 representa o esquema básico de um equipamento de

gamagrafia.

Figura 4 – Esquema Básico de um Equipamento de Gamagrafia Fonte: Telecurso 2000

As três partes básicas que compõem os irradiadores são: blindagem,

mangote e comandos. A blindagem serve para absorver a radiação emitida

continuamente pela fonte, mantendo a parte externa em padrões aceitáveis,

determinados em normas internacionais. É geralmente fabricada de chumbo ou

urânio exaurido, com estrutura externa em aço inoxidável.

O mangote é um tubo por onde será conduzida a fonte radioativa da

blindagem até o ponto determinado para irradiação. Os comandos permitem o

acionamento e o controle da fonte. O controle pode ser elétrico, pneumático ou,

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como é mais comum, manual. Por meio desses acionamentos, leva-se a fonte

radioativa para fora da blindagem, pelo mangote, expondo-a no local a ser realizado

o ensaio. Após o tempo de exposição, a fonte é recolhida novamente à blindagem.

As fontes radioativas para uso industrial, são encapsuladas em material

austenítico, de maneira tal que não há dispersão ou fuga do material radioativo para

o exterior. Um dispositivo de contenção, transporte e fixação por meio do qual a

cápsula que contém a fonte selada, está solidamente fixada em uma ponta de uma

cabo de aço flexível, e na outra ponta um engate, que permite o uso e manipulação

da fonte, é denominado de “porta fonte”. Devido a uma grande variedade de

fabricantes e fornecedores existem diversos tipos de engates de porta-fontes.

Figura 5 – Fonte Radioativa Fonte: Andreucci, 2003

Entre os isótopos radioativos, o irídio, por ser metálico, pode ser fornecido

em forma de pastilha, enquanto que o césio só é fornecido em pó. Isso faz com que

a preferência recaia sobre o irídio, quando comparado ao césio, pois em caso de

acidente com a fonte, o risco de contaminação pelo pó é muito maior.

2.3 FILME RADIOGRÁFICO

O filme para radiografia é semelhante aos filmes comuns. A única diferença

é que é recoberto dos dois lados por uma emulsão de sais de prata (brometo de

prata - AgBr). Depois que o filme é exposto à radiação, os grãos dos sais de prata

reagem quimicamente em contato com o revelador, transformando-se em prata

metálica enegrecida.

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A figura 6 mostra a estrutura de um filme radiográfico.

Figura 6 – Estrutura do Filme Fonte: Andreucci, 2003

As principais características de um filme radiográfico são a densidade

radiográfica, contraste da imagem, velocidade do filme e granulometria. Assim, a

tabela a seguir mostra a classificação dos filmes:

A seleção do filme radiográfico para uma dada aplicação é um compromisso

entre a qualidade requerida dessa radiografia e seu custo, incluindo-se aí o tempo

de exposição. Para facilitar a escolha, os fabricantes fornecem as curvas

características de cada tipo de filme. A tabela a seguir mostra um extrato da norma

ASTM E94 que relaciona o tipo de filme com a espessura da peça e com a voltagem

a ser utilizada.

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A radiografia de qualidade requer nitidez e definição da imagem.

Conseguese isso controlando o contraste, ou seja, a densidade da imagem. Além

disso, é necessário evitar falhas de processamento do filme (arranhões, manchas

etc.). O grau de sensibilidade, que pode ser alto, médio ou baixo, é determinado pelo

uso a que se destina a peça. Quem faz essa definição é a engenharia de fábrica,

segundo normas específicas.

Os penetrômetros ou indicadores de qualidade de imagem . IQI . são

dispositivos (lâminas de uma ou várias espessuras, ou fios de diversos diâmetros),

colocados em evidência sobre a peça, para verificar a sensibilidade radiográfica, isto

é, a nitidez desses dispositivos na radiografia. Em geral, o IQI deve ter 2% da menor

espessura da peça analisada e precisa necessariamente ser visível na radiografia.

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3 CONCLUSÃO

O ensaio de radiografia apresenta grandes vantagens por ter como

característica a possibilidade de visualizar o interior de peças. Vale lembrar que um

ensaio não destrutivo complementa o outro, ou seja, quando for necessário detectar

descontinuidades em uma peça deve-se se usar as vezes mais de um ensaio.

Por fim é importante lembrar que apesar de todas as vantagens da

radiografia, deve-se tomar cuidado na operação dos equipamento já que se trata de

radiação que pode provocar sérios danos a saúde.

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REFERÊNCIAS

ANDREUCCI, Ricardo. A Radiologia Industrial. ANDREUCI, Assessoria e Serviços

Técnicos Ltda. Publicação disponível em: www.infosolda.com.br/andreucci.

TELECURSO 2000. Radiografia Industrial. Fundação Roberto Marinho, Rio de

Janeiro.

A Revolução Industrial teve início no século XVIII, na Inglaterra, com a mecanização dos sistemas de produção. Enquanto na Idade Média o artesanato era a forma de produzir mais utilizada, na Idade Moderna tudo mudou. A burguesia industrial, ávida por maiores lucros, menores custos e produção acelerada, buscou alternativas para melhorar a produção de mercadorias. Também podemos apontar o crescimento populacional, que trouxe maior demanda de produtos e mercadorias.
A radiologia industrial e importante p/ os tecnólogo
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