Escolha de um método de ensaio não destrutivo para aço

Parta do defeito, não do instrumento

A avaliação não destrutiva é uma família de atividades e não um único ensaio. O guia publicado a divide em nove áreas, das quais sete são úteis no aço. São elas: detecção de defeitos, detecção de vazamentos, metrologia dimensional, localização de um componente dentro de um conjunto, caracterização da microestrutura, estimativa de propriedades mecânicas e físicas, e medição de tensão ou deformação. As duas restantes, análise de assinatura e composição química, são tratadas por outros métodos e estão fora deste volume.

Quase toda pergunta que chega a um fornecedor de aço ferramenta se enquadra na detecção de defeitos, e a recomendação publicada para escolher um método é fixar seis itens antes de escolher qualquer instrumento. São eles: a razão do ensaio, o tipo de defeito, o tamanho e a orientação do defeito que será rejeitado, onde se espera que o defeito esteja, o tamanho e a forma da peça, e as características do material.

A razão se enquadra em três casos. A inspeção em processo verifica uma peça após uma etapa de fabricação, a inspeção final a libera para uso, e a inspeção em serviço decide se uma peça já em serviço pode continuar. Uma vez definida a razão, o defeito rejeitável precisa ser definido, e geralmente é definido por um código ou uma especificação de compra e não pelo chão de fábrica. Esse defeito rejeitável então orienta todo o restante.

Defeitos volumétricos e os métodos que os detectam

Um defeito volumétrico é aquele que pode ser descrito por três dimensões ou por um volume. Porosidade, inclusões, escória, contração e corrosão se enquadram nessa classe, e alteram a densidade ou a seção transversal do aço de modo que um método de espessura total pode detectar. As duas colunas abaixo são listas independentes e não pares correspondentes. A primeira nomeia os defeitos volumétricos, e a segunda nomeia todos os métodos do volume que foram usados para detectá-los.

Classificação de defeitos volumétricos e os métodos de detecção aplicados a eles, reproduzido do Guide to Nondestructive Evaluation Techniques in ASM Handbook, Volume 17. Os métodos de entrada marcados como superfície reagem apenas a um defeito que atinge a superfície, e os demais são indicados em relação à profundidade que podem atingir onde a fonte a fornece.

Defeitos planares exigem um conjunto diferente de métodos

Um defeito planar é fino em uma dimensão e maior nas outras duas, portanto quase não tem volume para alterar a densidade do aço. Uma costura, uma laminação e uma trinca são todos planares, e os métodos que os detectam são em grande parte diferentes daqueles que detectam um vazio. É por isso que um único ensaio raramente encerra a questão, e por que a mesma barra pode passar em um método e falhar em outro por um defeito diferente.

Classificação de descontinuidades planares e os métodos de detecção aplicados a elas, reproduzido do Guide to Nondestructive Evaluation Techniques in ASM Handbook, Volume 17. Trincas de tratamento térmico, trincas de retificação e trincas de fadiga nesta lista são as que um usuário de aço ferramenta encontra com mais frequência.

Descontinuidades superficiais e descontinuidades internas

A próxima divisão é a posição. Uma descontinuidade que rompe a superfície é acessível a um método químico ou magnético, enquanto uma descontinuidade que fica dentro do aço precisa de uma onda que a atravesse. As duas colunas abaixo contêm novamente listas independentes, uma para métodos que alcançam uma descontinuidade superficial e outra para métodos que alcançam uma descontinuidade interna. Uma lista curta aparece em ambas, porque funciona nos dois casos.

Métodos de END para a detecção de descontinuidades superficiais e internas, reproduzido do Guide to Nondestructive Evaluation Techniques in ASM Handbook, Volume 17. Partículas magnéticas é marcado como uso limitado para descontinuidades internas porque sua profundidade útil é pequena, e as entradas marcadas como possível são as limítrofes na fonte.

Qual a espessura da peça e quão complexa

O poder de penetração estabelece um limite superior no tamanho da peça que cada método pode processar, e o guia publicado fornece limites aproximados. Os valores de espessura são aproximados porque o valor exato depende das propriedades físicas do material examinado, e qualquer método adequado a um objeto espesso também pode ser usado em um fino. A radiografia por nêutrons é a única exceção, pois não é útil na maioria dos objetos finos.

Comparação dos métodos de END pelo tamanho do objeto a ser avaliado, reproduzida do Guide to Nondestructive Evaluation Techniques in ASM Handbook, Volume 17. Um método adequado a um objeto espesso também pode ser usado em um fino, exceto a radiografia por nêutrons.

A forma é a segunda restrição e atua na direção oposta ao tamanho. Os métodos que alcançam maior profundidade e detectam as menores descontinuidades exigem a forma mais simples, e os métodos que toleram uma forma complexa atuam apenas na superfície. A lista abaixo vai da forma mais simples no topo à mais complexa na base.

Comparação das técnicas de END pela forma do objeto a ser avaliado, reproduzida do Guide to Nondestructive Evaluation Techniques in ASM Handbook, Volume 17.

O que o próprio material permite

Cada método baseia-se em uma propriedade física do aço, e se essa propriedade estiver ausente, o método não pode ser usado, por melhor que seja a definição do defeito. O líquido penetrante precisa que o defeito atinja a superfície, Partícula magnética precisa que o aço seja magnético, a corrente de Foucault precisa que ele seja condutivo ou magnético, e a radiografia precisa de uma diferença de espessura, densidade ou composição para projetar uma sombra. Um aço inoxidável não magnético, ou um austenítico, remove a partícula magnética da lista antes que qualquer outra coisa seja considerada.

Métodos de END e a característica do material da qual cada um depende, reproduzido do Guide to Nondestructive Evaluation Techniques in ASM Handbook, Volume 17.

Como cada método tem seu próprio ponto cego, o guia recomenda combinar métodos com alcance complementar. A inspeção por ultrassom e a radiografia são o par padrão, pois o ultrassom responde fortemente a uma trinca planar que a radiografia pode deixar passar, e a radiografia responde fortemente a uma cavidade que o ultrassom pode não detectar. O que retorna do ensaio é tão bom quanto a definição da descontinuidade rejeitável que foi registrada primeiro.

Graus e estoque

Os tipos de descontinuidade nestas listas são os que um usuário de aço ferramenta encontra em trabalho real com barras e matrizes, e são descritos um a um em a página de defeitos de barras de aço, que aborda tubos, costuras, dobras e chevrons com uma ilustração de cada um.

Um ensaio não destrutivo soma-se às verificações químicas e metalográficas em vez de substituí-las, e as duas metades juntas são o que um certificado de usina reporta. O lado químico está apresentado em a página sobre como a química do aço é testada, e o lado metalográfico em a página de inclusões e tamanho de grão.

Quando uma peça já falhou, as marcas superficiais deixadas por uma trinca costumam ser mais informativas do que um novo ensaio de uma peça sã, e estão catalogadas em o quadro de características de superfície de fratura. Os defeitos que a retificabilidade e o tratamento térmico deixam para trás estão reunidos em a página de descarbonetação e remoção de sobremetal.

Fonte: ASM Handbook, Volume 17, Nondestructive Evaluation and Quality Control, ASM International, 1989.