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Teste de ultrassom em alta temperatura


Teste de ultrassom em alta temperatura

Cenário

Embora a maioria das detecções de defeitos e das medições de espessura sejam realizadas em ambientes com temperaturas normais, existem várias situações em que é necessário realizar testes em materiais quentes. Isso acontece, normalmente, em indústrias de processamento em que os tubos ou tanques de metal devem ser testados sem desativá-los para resfriamento, mas também em produções que usam materiais quentes, tais como tubos de plástico extrudido, plástico moldado imediatamente após a fabricação, teste de lingotes metálicos e peças fundidas antes de serem completamente resfriadas. Os transdutores de ultrassom convencional suportam temperaturas de 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, é preciso 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 aborda aspectos importantes sobre a utilização. Ela cobre teste de ultrassom convencional em materiais com temperaturas de até 500 °C. Em aplicações de pesquisa que envolvem temperaturas mais elevadas, utilizam-se técnicas de ondas guiadas altamente especializadas. Elas estão fora do âmbito desta nota.

Transdutores

Os transdutores de alta temperatura da Olympus dividem-se em duas categorias: transdutores de elemento duplo e de linha de atraso. Nos dois casos, o material da linha de atraso (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 existem transdutores de contato ou imersão para alta temperatura na linha de produtos padrão. Os transdutores de elemento duplo e de linha de atraso 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 segundo os 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

As aplicações mais comuns para a calibração da espessura em alta temperatura é a pesquisa de corrosão, a medição da espessura de metal remanescente em tubulações quentes e de tanques com medidores de espessura, como os modelos 38DL PLUS® ou 45MG. A maioria dos transdutores projetada para ser utilizada nos medidores de corrosão da Olympus é adequada 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 precisas usando os medidores de espessura modelos 38DL PLUS ou 45MG com software Single Element, qualquer um dos transdutores de linha de atraso Microscan™ da série M200 (incluindo os transdutores M202, M206, M207 e M208 — padrão) pode ser equipado com linha 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. 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®, os transdutores de face substituível, e as linhas de atraso adequadas para alta temperatura também podem ser usados 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 essa 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

Como nas aplicações para medição de espessura em alta temperatura, a maioria dos detectores de defeitos usam frequentemente transdutores de elemento duplo e de linha de atraso. Todos os detectores de defeitos para ensaio não destrutivo, da Olympus, realizam análise em alta temperatura. Os transdutores de elemento duplo Fingertip, Flush Case e Extended Range com frequência de 5 MHz ou menores podem ser usados em temperaturas de até 425 °C, aproximadamente, e os de alta frequência (7,5 MHz e 10 MHz) podem ser usados em temperaturas de até 175 °C. Para a lista completa dessa categoria, veja: Flaw Detection Duals.

Todos os transdutores com face substituível Videoscan podem ser utilizados em aplicações de detecção de defeitos com linhas de atraso de alta temperatura apropriadas. As linhas de atraso para essa 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 adequados para temperaturas elevadas, veja: Replaceable Face Transducers.

As aplicações em materiais finos são mais bem controladas com transdutores de linha de atraso da série V200 (normalmente o V202, V206, V207 e V208), qualquer um deles pode ser equipado com linha 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 listados em Delay Line Transducer List.

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

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. Sendo assim, os testes de ultrassom em altas temperaturas exigem acoplantes especiais que permanecem em estado líquido ou pastoso sem superaquecer, queimar ou liberar gases tóxicos. É importante estar ciente da variação de temperatura especificada para uso, e usá-los somente dentro dessa variação. O fraco desempenho acústico e/ou o risco de segurança pode ser proveniente do uso de acoplantes de alta temperatura fora do limite indicado.

Em temperaturas muito elevadas, mesmo os acoplantes específicos para altas temperaturas devem ser usados rapidamente, visto que tendem a secar ou solidificar, isso causa a interrupção da transmissão de 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 acoplante para onda de cisalhamento com incidência normal não é possível em temperaturas elevadas pois os agentes comerciais se liquefazem e perdem a alta viscosidade necessária para transmissão das ondas.

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, com as especificações de cada um, por favor, consulte as notas de aplicação em Ultrasonic Couplants.

Técnicas de teste

Deve-se levar os seguintes fatores em consideração ao estabelecer o procedimento de teste para todas as aplicações em altas temperaturas.

Ciclo de funcionamento: todos os transdutores padrões para alta temperatura são projetados com o ciclo de funcionamento em mente. Embora a linha de atraso isole a parte interna do transdutor, o contato prolongado com superfícies muito quentes causa acúmulo significativo de calor e pode, eventualmente, provocar danos permanentes no transdutor se a temperatura for muito elevada. Na 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 dez segundos em contato com superfície quente (cinco segundos é o ideal), seguido de um minuto para arrefecimento por ar. Isso é apenas uma orientação; a proporção entre o tempo de contato e de resfriamento é mais significativa na extremidade superior da variação da temperatura especificada do transdutor. Geralmente, se a estrutura externa do transdutor é quente demais para segurá-lo confortavelmente com as mãos, a temperatura interior do transdutor está prestes a ultrapassar o limite potencialmente prejudicial; é preciso deixar o transdutor esfriar para continuar o teste. Alguns usuários utilizam o arrefecimento por água para acelerar o processo de esfriamento, no entanto, a Olympus não possui procedimentos oficiais publicados que orientam esse tipo de arrefecimento, sua viabilidade 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 exibir a leitura e a forma de onda. A função de congelamento é muito útil em medições de alta temperatura pois permite que o operador faça uma leitura e remova rapidamente o transdutor que está em contato com a superfície quente. O usuário pode fazer ajustes internos de ganho e branco na forma de onda congelada, se preciso. Nos medidores, o modo de atualização rápida da tela deve ser usado para diminuir o tempo de contato.

Técnica de acoplamento: a combinação dos requisitos do ciclo de funcionamento do transdutor e a tendência dos acoplantes de solidificarem ou ferverem no limite superior da variação da espessura exige 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 o resíduo de acoplante seco deve ser removido da ponta do transdutor entre uma medição e outra.

Aumentar o ganho: os medidores 38DL e 45MG possuem funções para aumentar o ganho que pode ser ajustado pelo usuário, assim como todos os detectores de defeitos da série EPOCH. Devido ao alto nível de atenuação nas medições em altas temperaturas, geralmente, é muito 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 quando esses estão quentes. A medição de espessura precisa em materiais quentes sempre exige 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, essa alteração é muito maior, pode atingir 50% a cada alteração de 55 °C até o ponto de fusão. Se a representação gráfica da velocidade e da temperatura do material não estiver disponível, a calibração da velocidade deve ser executada em uma amostra do material de teste à temperatura atual. A função do software de compensação de temperatura do medidor 38DL PLUS pode ser usada para ajustar automaticamente a velocidade em temperaturas elevadas conhecidas com base na temperatura programada/constante de velocidade.

Recalibração de zero: ao realizar a medição de espessura com um transdutor de elemento duplo, lembre-se de que o valor de zero do offset para um transdutor determinado mudará à medida que ele aquece devido a mudanças na duração do trajeto na linha de atraso. Sendo assim, é preciso zerá-lo periodicamente para manter a precisão da manutenção. Com os medidores de corrosão da Olympus, isso pode ser feito de forma rápida e simples por intermédio da função de zero automático do medidor — chamada de Do-ZERO.

Aumento da atenuação: a atenuação acústica de todos os materiais aumenta de acordo com a temperatura, esse efeito é muito mais acentuado em plásticos do que em metais ou cerâmicas. 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 unidirecional do som (equivalente a um percurso de 50 mm de ida e volta nos dois sentidos). Em temperaturas entre 500 °C e 930 °C, a atenuação aumenta, aproximadamente, 15 dB por 100 mm na trajetória do som. Esse efeito pode exigir um aumento significativo no ganho do aparelho durante testes com trajetórias longas de som em alta temperatura, também pode exigir um ajuste da correção da amplitude da distância (DAC) ou de programas TVG (tempo de ganho variado) que foram estabelecidas à temperatura ambiente.

Os efeitos da temperatura e atenuação em polímeros dependem muito do tipo de material, mas, geralmente, são muitas vezes maiores que os valores para o aço. Em particular, as longas linhas de atraso para alta temperatura que se aquecem podem representar uma fonte significativa da atenuação total de um teste.

Variação angular nos calços: como todo calço para alta temperatura, a velocidade do som no material dele reduzirá à medida que o material se aquece e, portanto, o ângulo de refração dos metais aumentará. Se isso é motivo de preocupação para um teste determinado, o ângulo refratado deve ser verificado com a temperatura real da operação. Por questões de praticidade, as variações térmicas durante a realização dos testes, com frequência, dificultam a determinação precisa do 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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