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Teste por ultrassom em altas temperaturas


Background: Embora a maioria das detecções de defeitos e medições de espessura sejam realizadas em ambientes com temperaturas normais, existem várias situações em que é necessário realizar teste em materiais quentes. Isto acontece normalmente em indústrias de processamento, onde os tubos ou tanques de metal devem ser testados sem desligá-los para resfriamento, mas também em produções que usam materiais quentes, tais como tubos de plástico extrudido ou plástico moldado imediatamente após a fabricação, ou teste de lingotes metálicos ou peças fundidas antes de serem completamente resfriadas. Os transdutores de ultrassom convencional tolerarão temperaturas até 50 °C, aproximadamente. Em temperaturas muito elevadas, eles acabam sofrendo danos permanentes devido ao deslocamento interno causado pela expansão térmica. Se a temperatura do material testado for superior a 50 °C, deve-se utilizar transdutores para altas temperaturas e técnicas especiais de teste.

Esta nota de aplicação possui informações para consulta rápida sobre a seleção de transdutores e acoplantes para alta temperatura, e aspectos importantes sobre a utilização. Ela abrange teste de ultrassom convencional em materiais com temperaturas de até 500 °C. Em aplicações de pesquisa que envolvem temperaturas mais elevadas que esta, utiliza-se técnicas de ondas guiadas altamente especializadas. Eles estão fora do âmbito desta nota.

1. Transdutores
Os transdutores de alta temperatura da Olympus se dividem em duas categorias: transdutores de elemento duplo e de linha de atraso. Nos dois casos, o material da linha de atraso (que é interno no caso dos transdutores de elemento duplo) serve como isolamento térmico entre o elemento do transdutor ativo e a superfície quente. Por questões de concepção, não exitem transdutores de contato ou imersão para alta temperatura na linha de produtos padrão. Os transdutores de elemento duplo e de atraso de linha para altas temperaturas estão disponíveis para aplicações com medidores de espessura e detectores de defeitos. Como em todos os testes por ultrassom, o melhor transdutor para uma determinada aplicação será determinado por requisitos específicos do teste, incluindo o material, o intervalo da espessura, a temperatura e, no caso de detecção de defeitos, o tipo e o tamanho dos defeitos relevantes.

(a) Medidor de espessura
A aplicação mais comum para a calibração da espessura em alta temperatura é o trabalho de pesquisa de corrosão, a medição da espessura de metal remanescente em tubulações quentes e tanques com medidores de corrosão como os modelos 38DL PLUS e 45MG. A maioria dos transdutores projetados para serem utilizados com medidores de corrosão da Olympus são adequadas para utilização em alta temperatura. O transdutor da série D790 pode ser usado em superfícies com temperaturas de até 500 °C. Para a lista completa de medidores duplos de corrosão disponíveis que incluem especificação de temperatura, veja: Corrosion Gage Duals.

Para aplicações de medição de espessura de precisão em plástico quentes usando os modelos 38DL PLUS ou 45MG com software Single Element, qualquer um dos transdutores de linha de atraso Microscan da série M200 (incluindo os transdutores padrão M202, M206, M207 e M208) pode ser equipado com atraso de linhas de altas temperaturas. As linhas de atraso DLHT-1, DLHT-2 e DLHT-3 podem ser usadas em superfícies com temperaturas de até 260 °C. As linhas de atraso DLHT-101, DLHT-201 e DLHT-301 podem ser usadas em superfícies com temperaturas de até 175 °C. Essas linhas de atraso são descritas em Delay Line Option Chart.

Em aplicações desafiadoras que exigem transdutores de baixa frequência para aumentar a penetração, o Videoscan Repleaceble Face Transducers e as linhas de atraso adequadas para alta temperatura também podem ser usadas com os medidores de espessura 38DL PLUS e 45MG com o software HP (high penetration) instalado. Será necessário personalizar as configurações dos transdutores. As linhas de atraso padrão para esta família de transdutores podem ser usadas em contato com superfícies com temperaturas de até 480 °C. Para acessar a lista completa de transdutores e linhas de atraso, veja : Replaceable Face Transducers.

(b) detecção de defeitos
As aplicações para medição de espessura em alta temperatura, os detectores usam com mais frequência os transdutores de elemento duplo e de linha de atraso. Todos os detectores duplos de defeitos por ensaios não destrutivos — Olympus (padrão) — realizam análises em altas temperaturas. Os transdutores de elemento duplo Fingertip, Flush Case, e Extended Range com frequências de 5 MHz ou menores podem usados, aproximadamente, em temperaturas de até 425 °C, e os de alta frequência (7,5 MHz e 10 MHz) podem ser usados em temperaturas de até 175 °C. Para a lista completa desta categoria, veja: Flaw Detection Duals.

Todos os transdutores Videoscan Repleaceble Face podem ser utilizados em aplicações de detecção de defeitos com linhas de atraso de alta temperatura apropriadas. As linhas de atraso para esta família de transdutores podem ser usadas em contato com superfícies com temperaturas de até 480 °C. Para acessar a lista completa de transdutores e linhas de atrasos adequadas para temperaturas máximas, veja: Replaceable Face Transducers.

Aplicações em materiais finos são melhor controladas com transdutores de linha de atraso da série V200 (normalmente o V202, V206, V207 e V208), qualquer um deles podem ser equipados com linhas de atraso de alta temperatura. As linhas de atraso DLHT-1, DLHT-2 e DLHT-3 podem ser usadas em superfícies com temperaturas de até 260 °C. As linhas de atraso DLHT-101, DLHT-201 e DLHT-301 podem ser usadas em superfícies com temperaturas de até 175 °C. Os transdutores e as linhas de atraso estão listadas em Delay Line Transducer List.

Nós também oferecemos calços de alta temperatura especiais para transdutores de feixe angular, a série ABWHT para temperaturas até 260 °C, e a série ABWVHT para temperaturas de até 480 °C. Informações detalhadas sobre tamanhos estão disponíveis no Departamento de Vendas.

2. Acoplantes
A maioria dos acoplantes ultrassônicos mais comuns, como propilenoglicol, glicerina e géis ultrassônicos vaporizam rapidamente se utilizados em superfícies com temperaturas superiores a 100 °C. Deste modo, os testes por ultrassom em altas temperaturas exigem acoplantes especiais que permanecerão em estado líquido ou pastoso sem ferver, queimar ou liberar gases tóxicos. É importante estar ciente da faixa de temperatura especificada para uso, e usá-los somente dentro desta variação. O fraco desempenho acústico e/ou o risco de segurança podem ser provenientes do uso de acopladores de alta temperatura além do limite permitido.

Em temperaturas muito elevadas, mesmo os acoplantes específicos para altas temperaturas devem ser usados rapidamente, visto que eles tendem a secar ou solidificar e parar de transmitir a energia ultrassônica. O resíduo ressecado do acoplante deve ser removido da superfície de teste e do transdutor antes de se realizar uma outra medição.

Observe que, normalmente, o acoplamento da onda de cisalhamento com incidência normal não é possível em temperaturas elevadas porque os agentes de acoplamento das ondas de cisalhamento comerciais irão se liquefazer e perder a viscosidade elevada necessária para transmissão das ondas de cisalhamento.

Nós oferecemos dois tipos de acoplantes para alta temperatura:

Acoplante G — acoplante para temperatura média pode ser usado em temperaturas de até 315 °C.

Acoplante H — acoplante para altas temperaturas que pode ser utilizado em ambientes com temperaturas de até 510 °C.

Note que os acoplantes para temperaturas médias e altas não devem ser utilizados em áreas sem ventilação devido à pequena probabilidade de auto-ignição do vapor. Entre em contato com a Olympus para obter mais detalhes.

Para a lista completa de acoplantes fornecidos pela Olympus, juntamente com as observações de cada um, por favor, consulte as notas de aplicações em Ultrasonic Couplants.

3. Técnicas de teste
Deve-se tomar os seguintes fatores em consideração ao estabelecer o procedimento de teste para todas as aplicações em alta temperatura.

Ciclo de funcionamento: todos os transdutores padrão para alta temperatura são projetados com o ciclo de funcionamento em mente. Embora alinha de atraso isole o interior do transdutor, o contato prolongado com superfícies muito quentes causará o acúmulo significativo de calor e, eventualmente, e pode provocar danos permanentes no transdutor se a temperatura interior ficar muito quente. A maioria dos transdutores de linha de atraso e de elemento duplo, o ciclo de funcionamento recomendado para superfícies com temperaturas entre 90 °C e 425 °C é de no máximo de dez segundos em contato com superfície quente (recomenda-se cinco segundos), seguido de um minuto para arrefecimento por ar. A proporção do tempo de contato e o tempo de arrefecimento se torna mais importante quanto maior for a diferença de temperatura entre elas. Geralmente, se a estrutura externa do transdutor ficar quente demais para se segurá-lo confortavelmente com as mãos, a temperatura interior do transdutor está prestes a atingir uma temperatura potencialmente prejudicial, e é preciso deixar o transdutor esfriar para a continuação do teste. Alguns usuários utilizam o arrefecimento por água para acelerar o processo de esfriamento, no entanto, a Olympus não possui procedimentos oficiais publicados com orientação de arrefecimento por água e a sua adequação deve ser determinada pelo próprio usuário.

Os detectores de defeitos da série EPOCH da Olympus e o medidores de espessura possuem funções de congelamento que podem ser utilizados para congelar a exibição da leitura da forma de onda. A função Congelar é muito útil em medições de alta temperatura porque ela permite que o operador colete a leitura e retire o transdutor rapidamente da superfície quente. Nos medidores, o modo de atualização rápida de tela deve ser usado para ajudar na redução do tempo de contato.

Técnica de acoplamento: a combinação dos requisitos do ciclo de funcionamento do transdutor e a tendência dos acoplantes de solidificar ou ferver no limite superior da variação da espessura exigem que o operador realize um trabalho rápido. Muitos usuários acham que a melhor técnica é aplicar uma gota de acoplante na face do transdutor e, em seguida, pressioná-lo firmemente contra a superfície de teste, sem girá-lo ou movimentá-lo (o que desgastaria o transdutor) Todo resíduo do acoplante seco deve ser removido da ponta do transdutor entre as medições.

Aumentar o ganho: os medidores 38DL e 45MG possuem funções para aumentar o ganho que podem ser ajustados pelo usuário, assim como todos os detector de defeitos da série EPOCH. Devido ao alto nível de atenuação nas medições em altas temperaturas, geralmente é bastante útil aumentar o ganho antes de efetuar a medição.

Variação da velocidade: A velocidade do som muda em todos os materiais de acordo com a temperatura, reduzindo a velocidade quando este está aquecido. A medição exata da espessura em materiais quentes exige sempre a recalibração da velocidade. No aço, a mudança de velocidade é de aproximadamente 1% a cada 55 °C. (O valor exato varia de acordo com a liga.) Nos plásticos e outros polímeros, esta alteração é muito maior e pode atingir 50% a cada 55 °C de mudança de temperatura até o ponto de fusão. Se a representação gráfica da velocidade e da temperatura do material não estiverem disponíveis, então a velocidade da calibração deve ser executada em uma amostra do material de teste na temperatura real do teste. A função do software de compensação de temperatura do medidor 38DL PLUS pode ser usada para ajustar automaticamente a velocidade de temperaturas elevadas conhecidas com base na temperatura programada/constante de velocidade.

Recalibração de zero: Ao realizar a medição da espessura com um transdutor de elemento duplo, lembre-se que o valor de zero do offset para um transdutor determinado mudará à medida que ele aquece devido a mudanças na duração do trajeto através da linha de atraso. Sendo assim, é preciso zerar periodicamente para manter a precisão da manutenção. Com os medidores de corrosão da Olympus isto pode ser feito de maneira rápida e simples através da função zerar automaticamente; utilize a segunda função da tecla DO ZERO.

Aumento da atenuação: a atenuação acústica de todos os materiais aumenta com a temperatura e o efeito é muito mais acentuado em plásticos do que em metais ou cerâmica. Em ligas de aço carbono de grãos finos, a atenuação a 5 MHz à temperatura ambiente é de aproximadamente 2 dB por 100 mm da trajetória do som unidirecional (equivalente a um percurso de 50 mm de ida e volta em cada sentido). Com temperaturas entre 500 °C ou 930 °C, a atenuação aumenta, aproximadamente, 15 dB por 100 mm na trajetória do som. Este efeito pode exigir um aumento significativo no ganho do aparelho durante testes de trajetórias de som longas em alta temperatura, e também podem exigir um ajuste da correção da amplitude da distância (DAC) ou programas TVG (tempo de ganho variado) que foram estabelecidos com a temperatura ambiente.

Os efeitos da temperatura e atenuação em polímeros dependem muito do tipo de material, mas serão, geralmente, várias vezes maiores que os números para o aço. Especialmente em linhas de atraso com temperaturas muito elevadas que se aquecem, podem ser a principal causa da atenuação total em um teste.

Variação angular nos calços: como todo calço para alta temperatura, a velocidade do som no material do calço reduzirá à medida em que o material se aquece e, portanto, o ângulo de refração dos metais aumentará. Se isto for motivo de preocupação para um teste determinado, o ângulo refratado deverá ser verificado com a temperatura real da operação. Devido à uma questão prática, as varições térmicas durante a realização dos testes, com frequência, fazem com que seja difícil determinar com precisão o ângulo refratado.

Olympus IMS
ProductsUsedApplications

O EPOCH 650 é um detector de defeitos por ultrassom convencional com uma excelente performance de inspeção e pode ser utilizado em uma ampla variedade de aplicações. Este aparelho robusto e intuitivo é a extensão do popular detector de defeitos EPOCH 600, mas com mais recursos.
O 45 MG é um medidor de espessura por ultrassom portátil com vários recursos para medição e várias opções de software. Este instrumento exclusivo é compatível com toda a linha de transdutores de elemento simples e duplo, fazendo dele um inovador instrumento tudo em um para quase todas as aplicações de medição de espessura.
O 38DL PLUS é um medidor de espessura por ultrassom avançado. Ele utiliza um transdutor de elemento duplo à inspeção de corrosão interna e inclui THRU-COAT e Echo-to-echo. Os transdutores de elemento simples são utilizados à medição precisa de espessuras de materiais finos, espessos ou multicamadas.
O 27MG é um medidor de espessura por ultrassom básico, projetado para realizar medições precisas em tubos de metal e peças corroídos ou desgastados internamente. Ele é leve e durável, e foi concebido para ser operado com apenas uma das mãos.
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