correntes eddy
TRANSCRIPT
-
1
ENSAIO POR CORRENTES EDDY
FEUP DEMM EMAT -2013
-
2
Introduo
Este mdulo tem o objectivo de fornecer a informao geral sobre mtodo de ensaio no destrutivo por correntes Eddy (Correntes Induzidas, Correntes Foucaut)
Inspeco por correntes Eddy (CE) um dos muitos mtodos de ensaio que usam como base o princpio do electromagnetismo que ocorre nos materiais condutores de electricidade.
Outros ensaios como Ensaio por Campo Remoto, Fuga de Fluxo e Rudo Barkhaauson tambm usam o mesmo princpio.
-
3
Resumo
Induo Electromagntica
Produo de correntes Eddy (CE)
Aplicaes em Inspeco
Equipamento utilizado em inspeco por CE
Sondas/Bobines
Instrumentao
Padres de Referncia
Vantagens e Limitaes
-
4
Induo Electromagntica
As CE so criadas atravs de um processo chamado induo electromagntica.
Quando uma corrente elctrica alternada percorre um condutor, tal como um fio de cobre, cria-se um campo magntico em torno do mesmo condutor.
Este campo magntico expande-se medida que a intensidade de corrente alternada aumenta e colapsa se a corrente se reduz a zero.
-
5
Induo Electromagntica (cont.)
Se existir um outro condutor na vizinhana deste campo magntico varivel, ocorrer o efeito inverso, ou seja o Campo Magntico Varivel que atravessa o 2 condutor, causa no mesmo uma corrente induzida, chamada Corrente Eddy.
Fluxo de corrente
-
6
Produo de CE
CE so correntes induzidas que fluem com forma circular. O nome deriva do efeito similar conhecido de fluxos de retorno de gases e liquidos em torno de obstculos, em ingls eddies.
Tambm so designadas por Foucaut em literatura francesa.
Sonda de ensaio
Correntes Eddy
Corrente
Fluxo rpido
Correntes Eddies
-
7
Produo de CE (cont.)
Para gerar a CE so usadas sondas.
O interior destas formado por uma bobina de fio condutor elctrico.
-
8
Produo de CE (cont.)
ento ligada uma corrente alternada bobine a uma frequncia escolhida prpria para o tipo de verificao e realizar.
-
9
Produo de CE (cont.)
Forma-se em torno da bobine um campo magntico dinmico, ( varivel) com expanses e colapsos sucessivos ( entre mximo e zero)
-
10
Produo de CE (cont.)
Quando um material elctricamnte condutor colocado na vizinhana do campo magntico varivel da bobine, ocorre a induo, formando-se correntes Eddy no material.
-
11
Produo de CE (cont.)
A CE que flui no material forma o seu prprio
campo magntico ( secundrio) que se ope ao
campo magntico primrio formado pela corrente
alternada na bobine.
-
12
Produo de CE (cont.)
Este processo de induo electromagntica pode ocorrer entre vrias centenas a vrios milhes de vezes por segundo dependendo a frequncia usada no ensaio.
-
13
Pro
fun
dad
e
Densidade da CE
Pro
fun
did
ad
e
Densidade da CE
Baixa Frequncia
Baixa condutividade
Baixa permeabilidade
Alta frequncia
Alta condutividade
Alta permeabilidade
Penetrao
Padro
(Profundidade
de Pele)
37 %
Densidade da CE
superfcie
Produo de CE (cont.)
As CE so mais intensas superfcie do material e diminuem na profundidade. A profundidade onde a intensidade da CE smente 37% em relao intensidade ocorrida superfcie denominada como penetrao padro da CE ou profundidade de pele da CE. Esta profundidade varia com a frequncia da sonda, condutividadde elctrica do material e permeabilidade do material.
-
14
Variveis de ensaio
Existem trs caractersticas relativas amostra a ensaiar que afectam a intensidade das CE induzidas.
A condutividade elctrica do material
A permeabilidade magntica do material
A quantidade de material slido que fica na vizinhana da bobine.
As informaes sobre a intensidade das CE relativas pea em ensaio so determinadas monitorizando as mudanas na voltagem e /ou corrente que ocorrem na bobine da sonda.
As variaes da intensidade da CE mudam a impedncia elctrica (Z) da bobine.
-
15
Variveis de ensaio (cont.)
R ~
XL
Bobine
Ensaio
Impedncia (Z) em uma bobine o somatrio dos efeitos de oposio ao fluxo de corrente. No caso da bobine, Z composto pelo efeitos de resistncia ( R )e indutncia (XL) Definies:
Resistncia Oposio ao fluxo de corrente resultando na transformao de energia elctrica em energia calorfica ou outra.
Indutncia (XL) Resistncia passagem da corrente alterna (CA) devido induo electromagntica da bobine
Impedancia (Z) A oposio combinada passagem de corrente resultante da indutncia e resistncia.
Em bobine CA, a induo do campo magntico de uma espira da bobine causa uma corrente secundria em todas as outras espiras.A corrente secundria ope-se corrente primria
Corrente induzida
(do C.Mag varivel)
Campo Magntico
(da corrente primria)
Corrente primria
Corrente induzida
ope-se
corrente primria
-
16
Aplicaes em Inspeco
Uma das maiores vantagens das CE como Ensaio No Destrutivo a variedade de inspeces que podem ser efectuadas.
Vamos descrever apenas alguns exemplos da capacidade do ensaio.
-
17
Medio de espessuras de
materiais possivel medir espessuras com algumas
limitaes.
Apenas uma % da CE se podem formar em um dado volume do material.
Os materiais de maior espessura suportam maior % de CE que os mais finos.
A intensidade ( quantidade) de CE pode ento relacionar-se com a espessura do material.
Correntes Eddy
Campo magntico
Da sonda
Material
Em ensaio
-
18
Medio de Espessuras (cont.)
CE normalmente usado em aeronutica para
detectar perda de material por corroso ou eroso.
-
19
Medio de Espessuras (cont.)
Inspeco por CE usada extensivamente para inspeco de tubulares de equipamentos na indstria de produo de energia e petroqumicas, para controlo da corroso e eroso.
-
20
Deteco de Fissuras
Deteco de fissuras uma das principais aplicaes das CE. As fissuras causam uma modificao do sinal, por interrupo das linhas circulares da corrente e enfraquecem a sua intensidade. Estas mudanas podem ser detectadas para a localizao e definio da descontinuidade.
Campo magntico
Da bobine da sonda
Campo
Magntico
Oriundo das CE
Correntes Eddy
Fissura
-
21
Deteco de Fissuras (cont.)
Inspeco por CE excepcionalmente bem dirigida para a deteco de fissuras especialmente se se revelarem superfcie.
Fissuras
-
22
Deteco de Fissuras (cont.)
Exemplo de uso de CE na verificao de fissuras em jante de aviao usando uma sonda especial para adaptao geometria da zona a inspeccionar.
Fissuras
-
23
Deteco de Fissuras (cont.)
Zonas de esforo, como furos de pernos ou rebites de aperto, so normalmente favorveis formao de fissuras de fadiga em servio. Sondas suportadas por pistolas rotativas so usadas para diminuir o tempo de inspeco. A foto direita indica uma seco do furo. Cada linha horizontal representa uma rotao da sonda. Um sinal vertical indica fissura.
Sinais de fissuras
-
24
Medio de Revestimentos
No Condutores Revestimentos no condutores quando em substratos condutores, podem ser medidos com elevada preciso usando CE. ( por vezes preciso maior que 0,001%)
Material Base
Condutor
Revestimento
No Condutor
Correntes Eddy
O revestimento desloca a sonda do condutor (substrato) enfraquecendo o sinal e intensidade da CE.
Esta reduo de intensidade pode ser relacionada directamente com a espessura do revestimento.
-
25
Medio de Revestimentos
No Condutores (cont.) A foto da esquerda mostra um painel de avio pintado a ser inspeccionado em relao espessura da tinta. direita, o ecran digital do equipamento mostra os diferentes sinais obtidos pela medio de oito pontos de diferente espessura da tinta sobre a liga de alumnio.
Aumento da Espessura da tinta
-
26
Monitorizao da Variao da
Condutividade e Permeabilidade. A inspeco por CE sensivel s mudanas nas propriedades elctricas e magnticas do material, nomeadamente condutividade elctrica e permeabilidade magntica. Esta sensibilidade permite estabelecer mtodos de triagem e inspeco para :
Identificao de materiais Escolha de materiais Avaliao de efeitos do calor nos materiais Medio de espessuras de revestimentos de
clads
Determinao da profundidade de endurecimento
Monitorizao de Tratamentos Trmicos
-
27
Equipamento
O equipamento para uso em CE muito diversificado.
Deve seleccionar-se caso a caso tendo em vista o desejado.
No mnimo, so necessrios trs componentes para um exame capaz :
Instrumentao
Sondas
Padres de Referncia
-
28
Instrumentao - Medidores
Medidores de CE so os mais simples usados em CE.
So de duas categorias :
digitais ou analgicos.
-
29
Medidores Digitais
So tpicamente concebidos para um s tipo de medio, como por exemplo condutividade ou espessura de revestimento no condutor.
Estes medidores tm uma preciso mais elevada que os analgicos.
-
30
Medidores Analgicos
Os medidores analgicos podem ser usados para diversos tipos de inspeco tais como : Deteco de fissuras Espessuras de materiais Espessuras de revestimentos condutores ou no condutores.
-
31
Medidores Analgicos (cont.)
A visualizao pode estar calibrada ou no.
A escala calibrada tem um factor de escala inerente que relaciona a propriedade a medir pelo instrumento, como por exemplo condutividade.
A escala no calibrada tpicamente nais flexivel permitindo uma maior variedade de ensaios.
No entanto este tipo de equipamentos necessitam de dados para extrapolao quantitativa de resultados nos diversos ensaios.
-
32
Equipamentos Portteis
-
33
Equipamentos Portteis (cont.)
Estes equipamentos pertencem a outra categoria e apresentam os dados da inspeco sob a forma de um diagrama plano de impedncia.
No diagrama de impedncia, a impedncia total mostrada por representao dos componentes de resistncia e indutncia em sistema de eixos a 90 entre si.
Esta representao tem a vantagem de distinguir e identificar as duas variveis do ensaio que podem afectar os resultados. Resistncia R
Ind
ut
nc
ia X
No Magntico
Magntico
Alumnio
Ao
Ar
-
34
Equipamentos Portteis(cont.)
Os equipamentos de CE modernos, normalmente so digitais, oferecendo a possibilidade de um ensaio com simples ou dupla frequncia. Os instrumentos com frequncia dupla ( dual), so capazes de efectuar sequencialmente o ensaio com duas freequncias diferentes na mesma sonda:
Sinal da mesma fissura gerado por
frequncias diferentes
Maior
frequncia Menor
frequncia
-
35
Equipamentos Portteis(cont.)
Muitos equipamentos digitais de CE tm sada srie RS232 para interligao a impressora ou / e computador bem como registos de sinal. Estes equipamentos tm memria RAM que permite apresentar mais tarde os sinais obtidos da inspeco.
-
36
Instrumentos de CE Multi
Frequncia
-
37
Instrumentos de CE Multi
Frequncia (cont.) Instrumentos Multi Frequncia so referidos
normalmente como capazes de efectuar inspeces com bobines em duas ou mais frequncias sequencionalmente ou simultneamente.
So usados extensivamente para inspeco de tubulares em centrais trmicas, indstrias qumicas e petroqumicas.
So capazes tambm de suportar 4 ou mais sondas ligadas a sistema computorizado de conduo do ensaio e anlise de dados.
-
38
Instrumentos de CE Multi
Frequncia (cont.) Vantagens da inspeco com multifrequncias:
Permite aumentar a informao da inspeco por operao de sondagem. ( varrimento)
Permite comparar os sinais da mesma descontinuidade para diferentes frequncias.
Permite misturar frequncias que ajudam a reduzir ou eliminar fontes de rudos de fundo.
Muitas vezes aumentam a capacidade de deteco, interpretao e dimensionamento de descontinuidades.
-
39
Instrumentos de CE Multi
Frequncia (cont.) Exemplo de ecran em inspeco com equipamento
multifreqncias.
Grfico c/ representao
Das
descontinuidades
Dados da impedncia
da mesma indicao
a 4 freq diferentes
-
40
Sondas de CE
-
41
Sondas de CE (cont.)
A seleco de sondas crtica para uma correcta aquisio de dados.
Factores a considerar: Requisitos de penetrao no material (superfcie
versus sub-superfcie)
Requisitos de sensibilidade
Tipo de ligaes ao instrumento (h vrias hipteses)
Compatibilidade de impedncia entre sonda e equipamento
Tamanho da sonda (mais pequenas penetram menos no material)
Tipo de sonda (absoluta, diferencial, reflexo ou hbrida)
-
42
Sondas de CE (cont.)
Devido grande variedade de sondas em CE existem diferentes sistemas de classificao.
O sistema mais comum : Sondas superficiais
Sondas para dimetros interiores (I.D.) ou sondas de Bobbin
Sondas para dimetros exteriores (O.D.) ou sondas circundantes
-
43
Sondas de CE (cont.)
As sondas superficiais so bobines que esto tipicamente montadas e embebidas em envlucro de material plstico. Como o nome indica o tcnico move a sonda ao longo da superfcie da pea.
-
44
Sondas de CE (cont.)
Algumas sondas superficiais so concebidas especficamente para deteco de fissuras em furaes. Estas tm configuraes que podem incluir sondas de arrasto, de anel e ocas..
-
45
Sondas de CE (cont.)
As sondas superficiais podem ser de pequeno tamanho para permitir acesso a zonas restritas e confinadas.
Sonda de dedo
-
46
Sondas de CE (cont.)
Sondas para interiores (I.D.), tambm designadas por sondas bobbin, so bobines que normalmente se desenvolvem circunferencialmente em torno de um alojamento de plstico. Estas sondas foram primriamente concebidas para inspeco ao interior de tubulares.
Par de espiras em
torno de plstico
Proteco em ao inox
-
47
Sondas de CE (cont.)
Sondas para dimetros exteriores (O.D.) so bobines que circundam a circunferncia do alojamento cilndrico oco. So concebidas para que a pea deslize atravs do centro da bobine. Estas sondas aplicam-se na inspeco de vares, fios e tambm tubos.
-
48
Padres de Referncia
-
49
Padres de Referncia (cont.)
Tendo em vista tornar prtica e fivel a inspeco por CE, devem ser gerados sinais de comparao atravs de peas de referncia ou padres, com descontinuidades ou propriedades conhecidas.
Os padres de ref so normalmente fabricados com o mesmo material ou similar do material que se vai inspeccionar.
Muitos e diferentes tipos de padres so concebidos, devido variedade do objectivo e geometria das inspeces a executar.
Seguidamente apresentamos alguns exemplos de padres.
-
50
Padres de Referncia (cont.)
Padres de espessuras usados para determinar o desgaste do material por eroso ou corroso.
Escalas de diferentes espessuras
Padro com pontos maquinados
de profundidade crescente
-
51
Padres de Referncia (cont.)
Padres de fissuras:
Fissuras (entalhes) em furaes (EDM)
-
52
Padres de Referncia (cont.)
Padro ASME de corroso em tubos:
Furos e entalhes maquinados
a diversas profundidades da parede do tubo
-
53
Padres de Referncia (cont.)
Padres de material no condutor (Tinta) com vrias espessuras em substrato de alumnio.
-
54
Vantagens da inspeco por
Correntes Eddy Muito sensvel a pequenas fissuras e outros
defeitos
Detecta defeitos superficiais e sub-superficiais
Inspeco d resultados imediatos
Equipamento tem elevado grau de portabilidade
Este mtodo pode ser usado para detectar mais que um tipo de descontinuidade
Preparao prvia da pea reduzida
A sonda no necessita de contactar a pea
Inspecciona formas complexas de diversos tamanhos em materiais condutores
-
55
Limitaes da Inspeco por
Correntes Eddy Smente podem ser inspeccionados materiais
condutores
A superfcie tem que estar acessivel sonda
Operadores requerem mais treini que para outras tcnicas
O acabamento superficial e rugosidade podem interferir no ensaio
Necessrio ter padres de referncia adequados
Profundidade da penetrao limitada
Descontinuidades como por exemplo laminagens apresentamdo-se paralelas ao plano das espiras da bobine no so detectveis
-
A.JorgeLima, Lda.
Apartado 778
4151 - 701
Porto
+351 226 155 217
www.ajorgelima.com
Obrigado pela vossa ateno!
56
Eng Accio Lima
NDT Nvel III
TM (351)938736955