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Medição de espessura de parede na indústria de moldagem por ar


Introdução: Por muitos anos, o controle de qualidade de peças moldadas por sopro utilizava facas para cortar a amostra e medir a espessura com calibradores. Existem vários problemas neste método tradicional de teste. Quando uma peça é cortada normalmente fica uma rebarba na margem do corte. Se o operador faz a medição sobre a rebarba, a medição da parede não será correta. Pressupondo que o operador é cuidadoso e evita as margens distorcidas, ainda assim existem limitações em relação ao local que as medições podem ser realizadas com dispositivos mecânicos. Muitas vezes, a geometria da peça não permite o acesso a cantos estreitos ou manipular certas áreas das garrafas. Quando a peça é destruída para medir a espessura, ela não pode ser usada na maioria dos outros testes. Outro problema frequente é a variação na técnica do operador. Os calibradores podem causar erros quando eles ficam em determinados ângulos em relação à peça, e quando os calibradores são usados em materiais que podem ser comprimidos pela pressão do medidor, as leituras de espessura variarão de um operador para outro. Existem também problemas de segurança. Os operadores são obrigados a cortar peças utilizando facas várias vezes, o que ocasiona várias possibilidades de ferimentos graves.
Estão disponíveis dois métodos eletrônicos que podem reduzir ou eliminar todos estes problemas: medidor por ultrassom e medidor Hall Effect. Os dois métodos são atualmente usados com bastante frequência no controle de qualidade de moldagem por sopro. A escolha do método de medição depende, geralmente, do produto que será testado, e os fatores envolvidos na escolha do método, também. Os fatores envolvidos na escolha do método serão discutidos no final deste documento.

Teoria da medição por ultrassom: os medidores de espessura por ultrassom fornecem formas precisas, seguras e repetíveis de ensaios não destrutivos para medição de espessura de parede de uma lado da peça. Eles usam meios para medir o tempo utilizado pelas ondas ultrassônicas para percorrer a peça. O transdutor é colocado na superfície da peça que será medida e é acoplado acusticamente à peça usando um fluido, geralmente glicerina, propilenoglicol ou água. O pulso sonoro percorre a superfície de contato até a superfície oposta, e retorna ao transdutor como um eco (veja figura 1). O medidor mede o tempo de transmissão do pulso sonoro através do material (veja figura 2), e usa a velocidade do som na amostra para calcular a espessura do material através da seguinte equação.



Onde, D é a espessura do material, t é o tempo da transmissão do pulso e V é a velocidade do som no material. Visto que o tempo de trânsito é do percurso de ida e volta, o produto é dividido por 2. A velocidade do som na maioria dos lugares variará, aproximadamente, entre 2,0 mm e 2,8 mm por segundo.


Figura 1- O transdutor é colocado na peça. O som do transdutor faz o percurso de ida e volta entre a superfície de contato e a superfície traseira.

Figura 2- O pulso inicial representa o som que entra na peça. O eco da parede traseira representa o som que retorna da parede oposta. "t" é o tempo de voo do pulso sonoro. O modo 1 se refere ao método de medição que utiliza o pulso inicial e o eco da parede traseira para determinar a espessura.

Calibração: medidores por ultrassom são extremamente precisos quando se compreende bem as condições que causam erros e quando são tomadas algumas precauções simples. Se o medidor tiver sido devidamente calibrado, ele exibirá com precisão a espessura da parede. O processo de calibração precisa de uma amostra do material com espessura conhecida. Normalmente, o medidor será configurado através de uma amostra que representa a espessura máxima e mínima do material a ser medido. A velocidade do som no material e o zero offset (parâmetro relacionado ao transdutor) são ajustados através de uma operação que utiliza o teclado onde se insere a espessura conhecida do padrão de referência enquanto o material está acoplado. O medidor usa a espessura conhecida para calcular a velocidade sonora e o zero offset deste material e do transdutor, respectivamente. Quando o medidor está realizando a medição da espessura, ele usa a velocidade calibrada para calcular a espessura do produto.

Vantagens e limitações: a principal vantagem do medidor por ultrassom é que as medições de espessura podem ser realizadas em apenas um lado da amostra, que permite a medição de recipientes fechados, chapas grandes, e outras geometrias em que o acesso aos dois lados é difícil ou impossível. Os medidores normalmente são portáteis e fáceis de usar. A principal desvantagem é que a precisão da medição depende da precisão da velocidade do som conhecida no material e está sujeita a imprecisões caso a velocidade do som mude de maneira imprevisível. A velocidade pode sofrer alterações devidos às mudanças nas propriedades do material, como variação substancial de temperatura e de densidade. A maioria dos plásticos apresentam mudanças visíveis de velocidade quando a temperatura sofre alterações acima de 5 °C. A melhor maneira de evitar erros causados pela variação de temperatura é de realizar a calibração e a medição na temperatura ambiente. Se isso não for possível, a calibração e a medição devem ser realizadas em uma posição conhecida e constante no processo de fabricação. A maioria dos transdutores padrão sofrerão danos ao entrar em contato com peças com temperaturas superiores a 50 °C; não recomendamos a realização de testes em temperaturas elevadas, a menos que se use transdutores especiais. Os produtos com paredes grossas em que o interior da peça permanece quente e a temperatura da superfície esfria podem apresentar grandes variações de temperaturas entre o interior e o exterior da peça. Estas variações de temperatura podem causar alterações substanciais na velocidade ao percorrer a parede da peça e podem causar ambiguidade na medição.

Teoria da medição Hall Effect: o outro método de medição eletrônica utiliza o fenômeno conhecido como Hall Effect. O Hall Effect utiliza o campo magnético aplicado perpendicularmente a um condutor que transporta uma corrente. Esta combinação possui voltagem em outra direção. Se um alvo ferromagnético, como a bola-alvo de aço com massa conhecida, for colocado no campo magnético a voltagem induzida, consequentemente, será alterada. Como o alvo é movido para longe do ímã, o campo magnético e consequentemente a voltagem induzida sofrem alterações previsíveis. Se estas alterações de voltagem induzida forem plotadas, é possível gerar uma curva que compara a voltagem induzida com a distância entre o alvo e a sonda (veja figura 3).

Para realizar a medição, só é preciso colocar a sonda Hall Effect de um lado do produto que será medido e um alvo ferromagnético – normalmente, uma pequena bola de aço – do outro lado do produto. O medidor exibe a distância entre o alvo e a sonda, que é a espessura da parede.

 

Fig. 3- A bola-alvo é colocada em um lado da peça a ser medida. A sonda é colocada do lado oposto da peça e a bola é atraída à sonda.

Calibração: o aparelho é calibrado colocando uma série de calços com espessura conhecida na sonda, em seguida, colocando a bola sobre os calços e inserindo as espessuras conhecidas no aparelho. A informação inserida no aparelho durante a calibração permite que o medidor crie uma tabela de consulta e plote a curva com as alterações de voltagem. O medidor verifica os valores medidos com base na tabela de consulta e exibe a espessura em um visor digital. Isso parece complicado, mas os operadores só precisam inserir os valores conhecidos durante a calibração e deixar o medidor fazer as comparações e os cálculos. Quando são utilizados os medidores de Hall Effect, o operador não precisa ter nenhum conhecimento sobre física para realizar as medições. O processo de calibração é automático.

Vantagens e limitações: as principais vantagens desse sistema são: não é preciso usar acoplantes; não ocorre alterações de velocidade devido à variação de temperatura; é possível medir a espessura da parede em áreas arredondadas e em amostras extremamente finas. Além disso, na maioria das vezes é mais fácil passar a sonda ao redor da peça para verificar rapidamente a espessura em vários pontos ou observar a espessura mínima de uma área. A única desvantagem para aplicações para plástico moldado por sopro é que é necessário colocar uma bola-alvo dentro da peça a ser medida, impedindo a utilização desta técnica em recipientes fechados (eles podem, contudo, ser medidos com ultrassom). O sistema pode realizar medições de até 10 mm. Ele também pode ser usado em materiais compressíveis, no entanto, a bola pode comprimir o material e deve-se utilizar a menor bola possível ao realizar essas medições. Durante a produção, um operador é capaz de rastrear uma peça inteira em poucos segundos enquanto armazena várias leituras ou digitaliza a espessura mínima da parede. Com frequência, este tipo de unidade é colocada em uma área de produção, onde é utilizada pelos operadores de equipamentos de moldagem. Este método permite o comando real do Controle de Processo Estatístico.

Escolher o método de medição: não existe nenhuma regra rígida e rápida para escolher qual método utilizar. Em geral, para medir grandes peças rígidas com paredes espessas o método ideal é o ultrassom. Para peças com paredes pequenas e finas (menores que 2,5 mm) com cantos estreitos, a medição deve ser realizada com medidores Hall Effect como o Magna-Mike 8600 da Olympus. Os medidores Hall Effect são indicados para a maioria das aplicações de moldagem por sopro. A maioria dos moldadores por sopro possuem peças com formas complexas, relativamente finas e flexíveis, e cantos estreitos que são difíceis de se medir com medidores mecânicos por ultrassom.

Pode-se usar todos os medidores de espessura de precisão da Olympus para realização de medições ultrassônicas. Isto inclui os modelos 38DL PLUS e 45MG com software Single Element. Os dois podem armazenar várias configurações de velocidade e de transdutores, simplificando o processo de medição de vários materiais. Normalmente, para peças com parede fina, recomenda-se a utilização dos transdutores Sonopen M116, M208 ou V260. Para peças com paredes grossas, utilize os mesmos medidores com transdutores de contato com frequências menores (M112, M110 ou M109). Para medições de espessura de plásticos quentes em temperaturas que ultrapassam 50 °C, utilize o transdutor de linha de atraso para alta temperatura.

Resumo: é possível calibrar qualquer tipo de medidor em poucas etapas. Quando calibrado, este tipo de medidor entregará resultados precisos e repetíveis. Os usuários descobriram que a técnica do operador é um fator a menos a ter em conta com esses métodos do que com os medidores mecânicos. Os dados de calibração são armazenados com leituras registradas e permitem a verificação do trabalho do operador. Os dois medidores Hall Effect possuem recursos de registro de dados, eliminando possíveis erros de transcrição.

Olympus IMS
ProductsUsedApplications

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 Magna-Mike é um medidor de espessura portátil que usa uma sonda magnética para realizar medições precisas em materiais finos não ferrosos, como garrafas de plástico.
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