apostila de particula magnetica, Notas de estudo de Engenharia Mecânica

Baixe apostila de particula magnetica e outras Notas de estudo em PDF para Engenharia Mecânica, somente na Docsity!

• Ed. Jan/

Prefácio

“Este trabalho representa um guia básico para programas de

estudos e treinamento de pessoal em Ensaio por Partículas

Magnéticas, contendo assuntos voltados para as aplicações

mais comuns e importantes deste método de Ensaio Não

Destrutivo. Trata-se portanto de um material didático de

interesse e consulta, para os profissionais e estudantes que se

iniciam ou estejam envolvidos com a inspeção de materiais

pelo método de ensaio superficial."

O Autor

umário

Assunto Pág.

Generalidades ........................................................................................ Descrição aplicabilidade do Ensaio ........................................................ Magnetismo ............................................................................................ Polos Magnéticos ................................................................................... O campo magnético ...............................................................................

04 04 04 04 05

Unidades e Grandezas utilizadas no Magnetismo ................................. Fluxo Magnético ..................................................................................... Permeabilidade Magnética ..................................................................... Classificação dos Materiais .................................................................... Campo de Fuga ......................................................................................

06 07 08 08 10

Métodos e Técnicas de Magnetização ................................................... Tipos de correntes elétricas utilizadas ................................................... A técnica dos eletrodos .......................................................................... A técnicas por Contato direto ................................................................. A técnica da bobina ................................................................................ A técnica do Yoke .................................................................................. A técnica do condutor central .................................................................

12 14 17 19 21 23 24

Desmagnetização ................................................................................... 27

Métodos de Ensaio e Tipos de Partículas .............................................. Via seca .................................................................................................. Via úmida ................................................................................................ Escolha do tipo de partículas .................................................................. Procedimento para Ensaio .....................................................................

Calibração de Equipamentos .................................................................

29 29 30 32 34

42

Critérios de Aceitação das Indicações .................................................... ASME Sec. VIII Div. 1 Ap.6 e Div.2 Ap. 9 ............................................... AWS D1. ..............................................................................................

43 43 44

Registro das Indicações .......................................................................... 46

Segurança no Ensaio .............................................................................. 48

Indicações Produzidas ............................................................................ 49

Questões para Estudo ......................................................................... 51

S

eneralidades

Descrição e Aplicabilidade do Método:.

O ensaio por partículas magnéticas é utilizado na localização de descontinuidades superficiais e sub-superficiais em materiais ferromagnéticos. Pode ser aplicado tanto em peças acabadas quanto semi-acabadas e durante as etapas de fabricação. O processo consiste em submeter a peça, ou parte desta, a um campo magnético. Na região magnetizada da peça, as descontinuidades existentes, ou seja a falta de continuidade das propriedades magnéticas do material, irão causar um campo de fuga do fluxo magnético. Com a aplicação das partículas ferromagnéticas, ocorrerá a aglomeração destas nos campos de fuga, uma vez que serão por eles atraídas devido ao surgimento de pólos magnéticos. A aglomeração indicará o contorno do campo de fuga, fornecendo a visualização do formato e da extensão da extensão da descontinuidade.

Magnetismo:

Todos nós conhecemos os imãs e dizemos que um material ferromagnético nas proximidades de um imã é por este atraído. O magnetismo é um fenômeno de atração que existe entre esses materiais. Nota-se que por vezes o fenômeno pode ser de repulsão ou de atração. Os imãs podem ser naturais, conhecidos como “pedras-imãs” e os artificiais, fabricados a partir de aços com propriedades magnéticas específicas para esse fim. A palavra “magnetismo” vem de Magnésia na Turquia onde séculos atrás observou-se o minério magnetita que é um imã natural.

N S

campo magnético

O Imã Permanente

Pólos Magnéticos:

Quando estudamos uma barra imantada, verificamos que as características magnéticas da barra não são iguais ao longo da mesma, porém verificamos que ocorre uma concentração da força magnética de atração ou repulsão nas extremidades. A estes pontos onde se manifestam a atração com maior intensidade damos o nome de pólos magnéticos.

G

nidades e Grandezas utilizadas no Magnetismo

Vetor Indução Magnética

Para caracterizar a ação de um imã em cada ponto do campo magnético, associa- se a esse ponto um vetor, denominado veto r indução magnética simbolizado por “ B ”. A unidade de medida do módulo do vetor indução no sistema internacional (MKSA) denomina-se Tesla ( T ) ou Gauss^1 ( G ) que é simplesmente a medida da concentração das linhas de indução numa pequena região espacial que contém o ponto considerado. Quando as linhas de indução são paralelas entre si , o vetor indução naquela região é constante em qualquer ponto.

1 Tesla = 10^4 Gauss

A produção de campos magnéticos não se prende somente à presença de imãs. Em 1820 o físico Hans Christian Oersted 2 descobriu que a passagem de corrente elétrica por um fio condutor também produzia um campo magnético com a forma circular ao redor do condutor, com intensidade proporcional ao valor da corrente elétrica aplicada.

U

(^1) Johann Carl Friedrich Gauss nasceu em 30 de abril de 1777 na cidade de Brunswick, hoje alemanha. Trabalhou em diversos campos da matemática e da física dentre eles a teoria dos números, geometria diferencial, magnetismo, astronomia e ótica. Em 1832, Gauss e Weber começaram a investigar a teoria de magnetismo terrestre depois de Alexander von Humboldt ter tentado obter ajuda de Gauss para fazer um grid de pontos de observação magnética ao redor da Terra. Gauss estava entusiasmado por este projeto e, antes de 1840, já tinha escrito três importantes documentos sobre o assunto: Intensitas vis magneticae terrestris ad mensuram absolutam revocata (1832), Allgemeine Theorie des Erdmagnetismus (1839) e Allgemeine Lehrsätze in Beziehung auf die im verkehrten Verhältnisse des Quadrats der Entfernung wirkenden Anziehungs- und Abstossungskräfte (1840). Estes documentos que tratavam das teorias atuais sobre o magnetismo terrestre, incluindo as idéias de Poisson, medida absoluta das força magnética e uma definição empírica de magnetismo terrestre. A saúde dele deteriorou lentamente, e Gauss morreu na manhã cedo de 23 fevereiro,

O Sistema Internacional de Unidades - SI defini Tesla ( T) como sendo a indução magnética uniforme que produz uma força constante de 1 N / m^2 de um condutor retilíneo situado no vácuo e percorrido por uma corrente elétrica invariável de 1 A, sendo perpendiculares entre si as direções da indução magnética, da força e da corrente.

Bateria 12 V (^) Ponta de compasso

Diagrama esquemático da experiência de Oersted 2 comprovando que a passagem da corrente elétrica pelo fio condutor fez oscilar uma agulha de compasso devido à presença do campo magnético produzido pela corrente elétrica.

Quando colocamos um material qualquer num campo magnético de indução ou força magnetizante " H" ,o material formado por infinitos e minúsculos dipolos magnéticos respondem ao campo de indução e se alinham da direção de " H".

O resultado é que o magnetismo gerado no interior e superfície do material poderá ser diferente ao campo induzido. A este campo induzido no material simbolizamos por "B" e chamamos de campo magnético induzido. A força magnetizante "H" pode ser medida em Oersted ( Oe ) ou Amperes/metro ( A/m ). A razão entre "B" e "H" defini uma característica do material magnetizado ao que denominamos de permeabilidade magnética do meio.

Fluxo Magnético

O fluxo magnético no SI é expresso na unidade de Weber , símbolo Wb.

1 Wb = 1 T.m 2

O Sistema Internacional de Unidades - SI defini o Weber ( Wb) como sendo o fluxo magnético através de uma superfície plana de área igual a 1 m^2 , perpendicular à direção de uma indução magnética uniforme de 1 Tesla.

O Sistema Internacional de Unidades - SI defini a intensidade de campo magnético medido em A/m e é a intensidade de um campo magnético uniforme , criado por uma corrente elétrica invariável de 1 A , que percorre um condutor retilíneo de comprimento infinito e de área de seção transversal desprezível, em qualquer ponto de uma superfície cilíndrica de diretriz circular com 1 m de circunferência e que tem como eixo o referido condutor.

c) Diamagnéticos: μ < 1.

São os materiais que são levemente repelidos por um imã. Exemplo: prata , zinco, chumbo, cobre, mercúrio. O ensaio por partículas magnéticas não é aplicável a estes materiais. A permeabilidade magnética dos materiais não são constantes, pois dependem da dos valores de B e H. Porém muitos livros trazem valores da permeabilidade magnética de vários materiais, porém esta se aplica na condição de total saturação magnética dos mesmos. A saturação magnética é conseguida quando ao aumentarmos o campo magnetizante H não ocorre nenhuma alteração de B.

Retentividade

Densidade de Fluxo

Força Coercitiva

Força magnetizante

Saturação

Saturação em direção oposta Curva de Histerese – Variação de B x H

A permeabilidade magnética do vácuo é μ 0 = 4 .¶ x 10-7^ T.m/A (MKSA) , que é a base para cálculos de campos magnéticos formado a partir de condutores elétricos.

Intensidade do Campo Magnético em Função de alguns materiais magnéticos.

Variação da Indução B com a Força magnetizante H de alguns materiais:

H B ( Gauss) (Oersted) Ferro Níquel Cobalto 20 15.500 5.100 1. 40 16.200 5.500 2. 60 16.800 5.700 4. 80 17.300 5.800 6. 100 17.700 5.900 6. 120 17.900 6.000 7. Fonte: ABM – “Aços Carbono e Aços Liga , Chiaverini

Outras características magnéticas dos materiais são:

Retentividade : é definida como sendo a habilidade de um material em reter uma parte do campo magnético após a interrupção da força magnetizante.

Força Coercitiva : é a magnetização inversa que se aplicada ao material , anula o magnetismo residual.

Campo de Fuga:

O desvio das linhas de força dá origem a novos pólos, provocando a dispersão das linhas de fluxo magnético que dão origem ao “Campo de Fuga”. A figura demonstra como as linhas de força são pertubadas pela presença de uma descontinuidade dando origem ao campo de fuga.

Campo de FugaCampo de Fuga

CampoCampo MagnéticoMagnético

Material FerromagnéticoMaterial Ferromagnético

Peça contendo uma trinca superficial, dando origem ao campo de fuga

étodos e Técnicas de Magnetização

Magnetização Longitudinal

É assim denominado o método de magnetização que produz um campo magnético longitudinal da peça e fechando o circuito através do ar. Portanto, recomendamos para a detecção de descontinuidades transversais na peça A magnetização longitudinal é obtida por indução de campo por bobinas ou eletroimãs.

Método para magnetização longitudinal, por bobina indutora

Magnetização Circular

Neste método, que pode ser tanto por indução quanto por passagem de corrente elétrica através da peça , as linhas de força que formam o campo magnético circulam através da peça em circuito fechado, não fazendo uma “ponte” através do ar. É usada para a detecção de descontinuidades longitudinais.

Campo Magnético Campo Magnético

condutorcondutor

Método de magnetização circular, por passagem de corrente elétrica por um condutor

Magnetização Multidirecional:

Também conhecida como combinada ou vetorial, é um método em que simultaneamente são aplicados na peça dois ou mais campos magnéticos: um

M

pelo método longitudinal e o outro pelo método circular ou ainda campos circulares em várias direções. É portanto a combinação de duas técnicas que produzem um vetor rotativo, que permite observar, de uma só vez, as descontinuidades com diversas orientações. Algumas normas recomendam o uso de corrente trifásica retificada de onda completa para magnetização nesta técnica.

As vantagens dessa técnica são:

• Na inspeção de componentes seriados onde se reduz substancialmente o tempo de inspeção;
• Economia de partículas magnéticas;
• Cada peça ou componente é manuseado apenas uma vez;
• Menor possibilidade de erros por parte do inspetor, uma vez que, observa-se ao mesmo tempo, tanto as descontinuidades longitudinais quanto as transversais.
• Rapidez no ensaio por partículas magnéticas
• Grande produtividade

Máquina para ensaio por partículas magnéticas de uma peça fundida para indústria hidroelétrica, usando a técnica multidirecional. ( Foto cedida pela empresa VOITH SIEMENS )

Podemos concluir que a magnetização simultânea possibilita menor tempo de execução trazendo como benefício maior produção. Contudo, é limitada pelo ajuste da intensidade dos campos magnéticos que é necessário para obtenção de uma resultante capaz de detectar adequadamente as descontinuidades nas duas direções da peça em ensaio, descontinuidades longitudinais e transversais. Na prática este ajuste é conseguido realizando testes com peças ou corpos de prova contendo defeitos conhecidos. No entanto, ressaltamos que a magnetização simultânea apresenta resultados mais confiáveis na detecção de descontinuidades de diferentes direções. A sua desvantagem é que aumenta mais uma etapa no ensaio.

Tempo

++

__ Corrente contínua

• corrente alternada (AC): usada para detecção de descontinuidades superficiais. A corrente alternada , devido ao ciclo alternado da corrente, promove maior mobilidade às partículas, tem pouca penetração, as linhas de força são mais concentradas na superfície e portanto é mais recomendada para a detecção de descontinuidades superficiais;

Tempo

++

__ Corrente alternada

• corrente alternada retificada de meia onda: usada para detecção de descontinuidades sub-superficiais, o que na prática representa poucos milímetros de profundidade. O uso de algumas técnicas pode representar até 6 a 10 mm de profundidade.

Tempo

__

Corrente alternada retificada de meia onda

V

V

V

• Corrente Alternada Retificada de Onda Completa : usada para detecção de descontinuidades sub-superficiais, o que na prática representa poucos milímetros de profundidade. O uso de algumas técnicas pode representar até 12 mm de profundidade.

Tempo

__

Corrente alternada retificada de onda completa

• Corrente trifásica : pode ser utilizada na forma retificada de meia onda ou onda completa. A corrente elétrica trifásica retificada de onda completa é a que mais se aproxima às características de uma corrente contínua.

+ +

__

Tempo

Corrente Alternada trifásica retificada de onda completa

As correntes elétricas alternadas, acima mencionadas, poderão ser ainda obtida na forma monofásica ou trifásica o que representa diferenças no rendimento do sistema de inspeção.

V

V

O espaçamento entre os eletrodos não deve ultrapassar a 8 polegadas. Espaçamentos menores podem ser utilizados para acomodar limitações geométricas na área que está sendo examinada, porém espaçamentos menores que 3 polegadas devem ser evitadas. Os pólos de contato dos eletrodos devem estar limpos.

Foto extraída do catálogo da Magnaflux

Exemplo de aplicação:

Uma junta soldada com espessura do metal base de 15 mm , deverá ser inspecionada por partículas magnéticas pela técnica dos eletrodos. Se o operador for utilizar 150 mm de espaçamento, qual deverá ser o valor da corrente elétrica a ser aplicada?

Solução:

Pela tabela, aplica-se a regra seguinte: de 90 a 110 Ampéres / polegadas de espaçamento ou 3,54 a 4,33 Ampéres / mm de espaçamento.

Portanto: 150 mm de espaçamento x 3,54 = 531,0 A ( corrente elétrica mínima ) 150 mm de espaçamento x 4,33 = 649,5 A ( corrente elétrica máxima )

A técnica de eletrodos frequentemente produz faíscas nos pontos de contato dos eletrodos com a peça, o que impede a utilização desta técnica em ambientes onde existem gases explosivos ou ainda quando a peça a ser examinada está na sua fase final usinada , não admitindo qualquer dano nas suas superfícies.

Aparelho típico para magnetização por passagem de corrente elétrica denominada técnica de eletrodos. Estes equipamentos são portáteis, permitindo atingir até 1500 Ampéres utilizando corrente contínua ou alternada. Cuidados devem ser tomados quanto ao meio ambiente de operação destes equipamentos pois estes produzem faíscas elétricas que podem causar explosões na presença de gases ou produtos inflamáveis.

Uso da técnica de eletrodos para inspeção de uma solda de conexão

A Técnica de Contato Direto

Também conhecida como magnetização por placas ou cabeçotes de contato. Devido sua aplicação maior ser através de máquinas estacionárias, é definida como sendo a técnica de magnetização pela passagem de corrente elétrica de extremidade a extremidade da peça. O campo magnético formado é circular. Esta técnica se difere da técnica por eletrodos descrita, pois é aplicável em sistemas de inspeção automáticos ou semi-automáticos, para inspecionar barras, eixos, parafusos, principalmente nas indústrias automobilísticas ou em fabricas de produtos seriados de pequeno porte.

Corrente elétrica

Polos de contato

Campo Magnético Circular

Peça

Técnica de inspeção por Contato Direto