Como barras e tarugos de aço são inspecionados quanto a defeitos

Quatro métodos cobrem uma barra

Quase toda a inspeção de barras de aço, além de uma simples inspeção visual, é feita por um de quatro métodos ou por uma combinação deles. São eles: partículas magnéticas, líquido penetrante, ultrassom e inspeção eletromagnética. Cada um funciona a partir de uma propriedade física diferente, portanto cada um é cego a algo que os outros veem, e a escolha em um determinado pedido segue o defeito que o pedido precisa excluir.

Os quatro métodos usados em barras de aço, com o que cada um encontra e o limite declarado para ele no artigo de origem, reproduzido de Nondestructive Inspection of Steel Bar, Wire and Billets in ASM Handbook, Volume 17. O setor também observa uma razão adicional para inspecionar a barra na fase de barra, que é remover material inaceitável antes que tempo e energia sejam gastos na usinagem de uma peça que falharia depois.

Partículas magnéticas em barra

A inspeção por partículas magnéticas aplica um campo magnético à barra e deixa um defeito vazar fluxo na superfície, onde pó de ferro fino se deposita sobre o vazamento e delineia o defeito. Ela encontra costuras, trincas e dobras, e alcança uma curta distância abaixo da superfície. Como regra, o método não consegue detectar defeitos a mais de 2,5 mm (0,1 in.) abaixo da superfície, e o vazamento cai rapidamente com a profundidade, de modo que uma indicação subsuperficial é sempre mais fraca que uma superficial do mesmo tamanho.

O campo precisa correr transversalmente ao defeito, e não ao longo dele. Uma bobina envolvente ou um solenoide estabelece um campo longitudinal e encontra defeitos transversais à barra, e uma corrente passada diretamente pela barra estabelece um campo circunferencial e encontra defeitos longitudinais. Almofadas de contato protegem a barra de queimaduras por arco onde a corrente entra. A corrente alternada viaja próxima à superfície e não é a escolha para defeitos subsuperficiais, enquanto a corrente contínua alcança mais profundamente. Como a maioria das barras retém pouco magnetismo residual, o campo é mantido ligado durante a inspeção, e as barras acabadas são desmagnetizadas depois para que as aparas não se fixem durante a usinagem posterior.

O método é uma ferramenta de oficina de fabricação, e não uma ferramenta de usina. É considerado lento e caro demais para inspeção em produção em massa, portanto, em barras, é usado para uma pequena quantidade, ou para um grupo suspeito, e não para toda a produção de uma linha de laminação.

Inspeção ultrassônica de barras trefiladas e arame

A inspeção ultrassônica envia som a 1 a 25 MHz para dentro da barra e lê o eco que retorna de um defeito. Ela encontra defeitos internos que nenhum método superficial consegue ver, e é usada em barras de grande diâmetro e onde quer que alta integridade seja especificada. Suas duas fraquezas em barras são um acoplante que precisa ser mantido e uma velocidade de linha mais lenta que a de um método eletromagnético. Em barras, ela normalmente é executada junto com um método superficial, e não em vez dele.

A técnica convencional de feixe normal deixa uma zona não testada logo abaixo da superfície, que é exatamente onde uma barra trefilada a frio carrega seus piores defeitos. A técnica de feixe angular preenche essa zona, e executar ambas juntas cobre toda a seção transversal. Nos sistemas de produção publicados, a barra é alimentada em linha reta enquanto as sondas giram ao redor dela em alta velocidade, e luvas guia e roletes mantêm a barra para que o ângulo de incidência não varie com vibração ou flexão. Para defeitos imediatamente abaixo da superfície, o registro de feixe angular detecta defeitos tão pequenos quanto 0,2 a 0,3 mm, e ecos tão pequenos estão além da técnica de feixe normal.

Especificações de três sistemas publicados de detecção de defeitos por ultrassom do tipo rotativo para barra redonda trefilada a frio, barra hexagonal trefilada a frio e arame trefilado a frio, reproduzidas das Tabelas 1, 2 e 3 de Nondestructive Inspection of Steel Bar, Wire and Billets no ASM Handbook, Volume 17. Not stated indica um parâmetro que a fonte não fornece para esse sistema. Na linha hexagonal, os seis transdutores de feixe normal e os seis de feixe angular ficam ao redor da circunferência de modo que toda a seção seja coberta, e o meio de acoplamento é um óleo especial escolhido para evitar a oxidação da barra.

O arame baseia-se na mesma ideia com três modos de transdutor em vez de dois. Um modo de onda superficial detecta defeitos superficiais, um modo de feixe angular detecta defeitos próximos à superfície e um modo de feixe normal detecta defeitos no interior do arame. Os resultados publicados para esse sistema indicam uma profundidade mínima de defeito de 0,1 mm na superfície e um tamanho mínimo de defeito interno de 0,2 mm, o que permite inspecionar toda a seção transversal de um arame trefilado a frio em uma única passagem.

Corrente parasita e o transdutor rotativo

A inspeção por corrente parasita é o método que sustenta a inspeção de barras em produção. Uma corrente alternada em uma bobina induz correntes na barra, e um defeito, uma mudança de grau ou uma mudança de dureza perturbam essas correntes de uma forma que o instrumento reporta. Uma bobina envolvente sozinha é fraca em um defeito linear, porque um defeito que corre ao longo da barra permanece sob a mesma parte da bobina por todo o seu comprimento. Girar o transdutor ao redor da barra descreve uma espiral sobre a superfície, e um defeito linear então cruza o transdutor como qualquer outro defeito.

Especificações de dois sistemas publicados de corrente parasita com transdutor rotativo para barra trefilada a frio, na Tabela 4, e de um sistema para uma cabeça de parafuso cisalhada de alta resistência forjada a frio, na Tabela 5, reproduzidas de Nondestructive Inspection of Steel Bar, Wire and Billets no ASM Handbook, Volume 17. Nos sistemas para barra trefilada, a profundidade mínima de defeito detectável é de 0,1 mm, e a um avanço de 60 m/min toda a superfície é coberta com um comprimento mínimo de defeito detectável igual ao comprimento da bobina do transdutor. A cabeça do parafuso apresenta uma superfície mais rugosa, portanto sua profundidade mínima detectável é de 0,3 mm.

Qual o tamanho mínimo de uma costura que um sistema de permeabilidade detecta

A família eletromagnética também inclui sistemas baseados na permeabilidade magnética em vez da condutividade, e esses são os sistemas que tanto detectam defeitos quanto classificam o material. Um sistema de permeabilidade lê a mudança que um defeito ou uma mudança de condição provoca no estado magnético da barra, de modo que seu alcance é determinado pela quantidade de tensão residual uniforme que a barra apresenta. A melhor detecção vem de uma barra que foi tratada termicamente, temperada, trefilada e endireitada a máquina, e a detecção cai em degraus através de material trefilado a frio e endireitado a máquina, material trefilado a frio e recozido, material laminado a quente que foi retificado sem centros e, por fim, material laminado a quente comum.

O valor prático em barra redonda trefilada a frio e endireitada a máquina é uma profundidade mínima de costura detectável de cerca de 0,025 mm para cada 1,6 mm de diâmetro da barra, e o mesmo material em seção hexagonal ou quadrada é ainda mais sensível devido à forma como o endireitador o trabalha. Após o endireitamento, as barras são envelhecidas por 24 a 48 horas à temperatura ambiente para melhor sensibilidade, e um alívio de tensões a baixa temperatura de até 260 C pode ser usado em vez disso para encurtar a espera.

Profundidade mínima de costura detectada por um sistema de permeabilidade magnética em barra trefilada a frio e endireitada a máquina, reproduzida de Nondestructive Inspection of Steel Bar, Wire and Billets no ASM Handbook, Volume 17. Abaixo da superfície, o alcance depende do teor de carbono, e a fonte indica aproximadamente 6,4 mm para aço de baixo carbono, 7,9 mm para aço de médio carbono e até 13 mm para muitos aços ligados.

Duas outras propriedades dessa classe de sistema importam em um pedido de compra. Uma maior redução de trefilação eleva o sinal do defeito, de modo que uma barra trefilada com redução de 1,6 mm fornece um sinal cerca de 50 por cento maior que uma trefilada com a redução normal de 0,8 mm, e uma redução de 3,2 mm fornece cerca de 90 por cento mais. O material em barra inspecionado por esses sistemas varia de 4,8 a 140 mm de diâmetro, e a bobina secundária deve ser dimensionada de modo que seu diâmetro interno seja 3,2 a 6,4 mm maior que a barra.

A outra propriedade é que um sistema de permeabilidade não consegue inspecionar as extremidades de uma barra. À medida que as extremidades frontal e traseira entram e saem do campo magnético, o campo é distorcido, e o comprimento perdido em cada extremidade aumenta com o diâmetro da barra. Na velocidade de linha média de 37 a 46 m/min, os valores publicados são os seguintes.

Comprimento não inspecionado em cada extremidade de uma barra em um sistema de permeabilidade, reproduzido de Nondestructive Inspection of Steel Bar, Wire and Billets in ASM Handbook, Volume 17. Esse efeito de extremidade é a razão pela qual um relatório de detecção de falhas em barra normalmente é cotado para o corpo da barra, e não para o comprimento total.

Por que o billet é mais difícil de inspecionar do que a barra

Um billet é menos uniforme em seção e retidão do que uma barra e sua superfície é mais rugosa, o que torna tanto a montagem quanto a leitura mais difíceis. A superfície geralmente é preparada primeiro, por decapagem em ácido quente ou por jateamento abrasivo, embora a carepa firmemente aderente não interfira até ser espessa o suficiente para prejudicar o método. A inspeção por partículas magnéticas de billet geralmente é realizada a úmido e com fluorescência, e o campo de fuga não é uniforme em uma face plana, pois é mais forte no centro da face e quase ausente nos cantos.

O nível de magnetização para um billet segue uma regra prática que vale a pena conhecer quando um relatório é cotado para uma especificação. Aproximadamente 1000 Adc por 25 mm de diâmetro do material é satisfatório para a maioria das inspeções críticas, o que corresponde a um campo superficial equivalente de cerca de 1,2 vezes 10 à quarta A por m, ou 157 Oe. A maioria das inspeções práticas de billets grandes opera com menos da metade disso. O tamanho de partícula é escolhido em função da falha que importa, e para billet laminado, onde as costuras mais profundas que cerca de 0,64 mm são as significativas, são usadas partículas de aproximadamente 10 a 50 micrômetros para que as indicações grandes se destaquem e as muito menores sejam ignoradas.

No produto de lingotamento contínuo, as falhas mudam de caráter. As bolsas de escória são inclusões próximas à superfície, geralmente encontradas dentro de uma camada de 2,5 mm de profundidade sob a superfície, e variam de menos de 0,8 mm até 3,2 a 6,4 mm de diâmetro. As trincas no produto de lingotamento contínuo são profundas e fechadas e podem acompanhar as marcas de oscilação ou atravessá-las. Como as falhas são mais subsuperficiais e mais largas do que uma costura laminada, o nível de magnetização geralmente precisa ser mais alto do que para billet laminado.

A inspeção por correntes parasitas de billet tem uma clara vantagem sobre a partícula magnética, que é não depender do julgamento de um operador, e alcança os cantos da seção tão minuciosamente quanto as faces planas. Não pode usar uma bobina envolvente, porque um billet quadrado não pode ser passado através de uma, então usa uma unidade de sonda rotativa montada em um tambor e mantida contra a face por uma sapata de desgaste e roletes de mola. A velocidade da sonda sobre a superfície deve ser mantida dentro de uma faixa de trabalho, e o ótimo publicado para esse teste é de 25 a 43 m/min, pois abaixo da faixa a leitura da profundidade da falha se torna inconsistente e acima dela a eletrônica produz ruído indesejável.

Graus e estoque

Os tipos de falha que esses métodos procuram são descritos um a um, com uma ilustração de cada, em a página de defeitos de barras de aço. O exame de baixa ampliação que muitas usinas realizam junto com a detecção de falhas está apresentado em a página de macroataque e segregação de carbonetos, e a forma como uma barra é entregue e qual deve ser sua condição superficial está em a página de condição de entrega de barras.

Um relatório de detecção de falhas é um documento do pacote, e os limites de aceitação escritos no pedido são a referência para sua avaliação. O conjunto mais amplo de verificação, incluindo o próprio relatório de ensaio, está reunido em a página de verificação de qualidade do aço para ferramentas. Quando a falha precisa ser dimensionada depois de encontrada, o lado de medição está em a página de inclusões e tamanho de grão.

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