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ENSAIOS NÃO DESTRUTIVOS

PRINCIPAL

COR. PARASITAS

LÍQ. PENETRANTE

RAIOS-X

ULTRA-SOM

NORMAS

EQUIPAMENTOS 

CONTATO

Ensaio por Partículas Magnéticas

Introdução

Este ensaio é utilizado para detectar descontinuidades superficiais e subsuperficiais em materiais ferromagnéticos fundidos, forjados, soldados, laminados, extrudados, trefilados, usinados e etc.. Aplicado durante a fabricação, após a fabricação e na manutenção para a   detecção de descontinuidades em serviço.

A peça é magnetizada utilizando uma corrente elétrica que cria ou induz um campo magnético.

Se uma descontinuidade estiver no sentido perpendicular ao campo magnético, desviará este campo, que saltará para fora da peça, criando o que chamamos de campo de fuga. Este campo de fuga formará um dipolo magnético, pólo Norte e pólo Sul.

Quando as partículas magnéticas são aplicadas sobre a peça, os pólos irão atraí-las e uma indicação desta descontinuidade é formada na superfície.

Importante: o ensaio somente poderá ser realizado por um operador devidamente treinado e qualificado.

Siglas que identificam o ensaio por partículas magnéticas

PM- Ensaio por partículas magnéticas

MPI - Magnetic Particles Inspection

MPT/MT - Magnetic Particle Testing

Este ensaio consiste em etapas básicas:

- Estudar os documentos aplicáveis;

- Efetuar um pré-limpeza;

- Estabelecer na peça um campo magnético adequado;

- Aplicar as partículas magnéticas na superfície da peça;

- Examinar e analisar os acúmulos de partículas na superfície da peça;

- Desmagnetizar, limpar, proteger e identificar a peça; e

- Elaborar um relatório com os resultados obtidos.

Limitações do ensaio

Aplicável apenas para detectar descontinuidades superficiais e sub-superficiais (próximas da superfície), em peças e materiais ferromagnéticos.

Estudo prévio do documento aplicável

Norma técnica, manual do fabricante da aeronave ou peça, boletins de serviço, procedimento de ensaio e etc. Nestes documentos podem ser encontradas as especificações do ensaio ou seja, a técnica de ensaio, onde são estabelecidas as regras para a execução do ensaio, as descrições de cada etapa, bem como os critérios de aceitação e rejeição, onde são descritos os limites quanto aos tipos, tamanho, quantidade e localização das descontinuidades aceitáveis.

Geralmente adotam-se duas normas ou dois documentos específicos, um para o procedimento do ensaio e outro com os critérios de aceitação e rejeição.

Alguns manuais de fabricantes trazem a técnica de ensaio completa, incluindo os critérios de aceitação e rejeição, outros manuais indicam as normas técnicas a serem adotadas.

Para componentes de motores e turbinas, os fabricantes de aeronaves adotam documentos ou técnicas específicas.

É necessário dizer que um procedimento de ensaio ou o desenvolvimento de uma técnica, devem ser feitos por um profissional qualificado em Nível III pela norma NAS 410.

Preparação da superfície

Consideremos aqui a preparação da superfície ou limpeza, como sendo a remoção de camadas mais densas ou mais espessas de óxido; tintas; produtos de queima de óleos, combustíveis ou qualquer lubrificante; carepas de laminação soltas ou aderentes; escória ou respingos de solda; rebarbas; camadas de tinta, cromo, níquel ou outros tipos de contaminantes que possam interferir no ensaio. Tais contaminantes não devem ser removidos pelos executantes do ensaio pois, geralmente exige-se para tais remoções, conhecimento e técnicas específicas, tais como a aplicação de substâncias ácidas e alcalinas ou algum processo mecânico específico.

Todo produto utilizado para a limpeza deve ser testado para verificar se há a possibilidade de causar algum dano à superfície. Deve-se aí, controlar o tempo de exposição da superfície da peça aos produtos aplicados.

Métodos ou produtos impróprios podem causar danos irreversíveis à superfície em ensaio, como por exemplo a corrosão. Por esse motivo, o método de limpeza deverá ser criteriosamente especificado.

Toda camada isolante deve ser removida das regiões de contato elétrico.

O tipo de preparação e os materiais a serem utilizados devem ser devidamente autorizados e constarem de um documento escrito e aprovado.

Em caso de peças aeronáuticas, deve-se consultar o manual do fabricante da peça ou da aeronave.

Remoção de oxidação e carepas ou carbonização

Para a remoção de espessas camadas de óxido, se faz necessária a aplicação de soluções ácidas ou alcalinas para fazer o que geralmente é conhecido como decapagem. Cuidado deve ser tomado para que os produtos usados não venham a corroer demasiadamente o material. Deve-se neutralizar a ação do decapante com uma outra solução inibidora e logo em seguida, lavar com água em abundância.

Remoção de tintas

Existem no mercado vários tipos de removedores de tinta, porém deve-se consultar o manual do fabricante da peça em ensaio para verificar se é permitida a utilização de qualquer removedor ou se existe uma linha mais adequada e menos nociva à superfície.

O tempo que a peça fica em contato com o removedor, deve ser monitorado pois, os removedores podem iniciar um processo de oxidação.

Limpeza da peça - pré-limpeza.

Esta etapa é de responsabilidade do operador, que deverá remover qualquer resíduo proveniente da preparação da superfície.

Deve-se remover todo material estranho, contaminantes ou sujeira (óleo, graxa, corrosão, poeira, água e etc.), pois, interferem na formação das descontinuidade , dificultando ou impedindo a mobilidade das partículas ou encobrindo um possível campo de fuga.

Após a pré-limpeza, a peça deve ficar limpa e seca.

Principais Processos de Pré-Limpeza

- Limpeza por vapor desengraxante

- Limpeza por vapor d'água

- Limpeza por detergentes

- Limpeza por solventes e removedores

- Processos de Pré-Limpeza que devem ser evitados

Proteção e Isolamento de Regiões

Quando uma peça a ser ensaiada possuir furos, pequenas aberturas, passagens para galerias ou componentes metálicos ou não que possam reter ou serem contaminados com os produtos e resíduos provenientes do ensaio, devem ter estas regiões devidamente mascaradas ou obstruídas com material não abrasivo e que possa ser removido sem exigir trabalho mecânico. O material da máscara não deverá contaminar o banho.

Campo magnético

Genericamente, define-se campo magnético como sendo "toda região próxima em torno de um condutor percorrido por uma corrente elétrica, ou em torno de um imã".

Regra da mão direita

Com o polegar da mão direita indicando o sentido da corrente os dedos envolvendo o condutor indicam o sentido das linhas de indução magnética que envolvem o condutor.

Materiais influenciáveis pelo campo magnético

Os materiais podem ser divididos em três grandes grupos, segundo a influência que venham a sofrer em função do campo magnético:

Materiais ferromagnéticos:

Em elementos como o Ferro(Fe), Cobalto(Co), Níquel(Ni), Gadolínio(Gd), e em certas ligas destes, ocorre um fenômeno denominado ferromagnetismo, que os possibilita adquirir um alto grau de alinhamento magnético de tal modo que venham ser fortemente atraídas por imãs. Nesses elementos a permeabilidade magnética é maior do que 1 (um).

Materiais paramagnéticos:

Quando colocadas num campo magnético, o alinhamento dos dipolos atômicos elementares não é perfeito, ocasionando uma fraca atração pelos imãs.

Normalmente a permeabilidade magnética relativa de tais metais é praticamente igual a 1 (um).

Materiais diamagnéticos:

São os materiais cuja permeabilidade relativa é pouco menor 1 (um).

Como exemplo, tem-se o Zinco (Zn), Mercúrio (Hg), Bismuto (Bi) e o Cobre (Cu), em que a permeabilidade relativa e pouco menor que 1 (um).

Campo magnético e descontinuidade

 Existindo um campo de fuga, as linhas de fluxo atraem as partículas magnéticas para que elas funcionem como uma ponte para as linhas de fluxo do campo magnético.

No caso de um campo magnético circular criado ou induzido numa peça tubular,  teremos um campo contido, sem a possibilidade da formação dos pólos magnéticos N e S.

Se interrompermos esse campo circular promovendo um corte, possibilitaremos a formação dos pólos magnéticos no campo de fuga das linhas de força. 

Para melhor sensibilidade do ensaio por partículas magnéticas, a descontinuidade deve estar orientada a 90o em relação à direção do campo magnético.

Tipos de correntes de magnetização

- Corrente alternada (monofásica);

- Corrente contínua;

- Corrente retificada de meia onda (monofásica);

- Corrente retificada de onda completa (monofásica);

- Corrente retificada de onda completa (trifásica).

Curva de histerese

Esta curva mostra a magnetização e desmagnetização de um material, indicando algumas propriedades, tais como:

 

- Permeabilidade: 

- Relutância: 

- Magnetismo Residual: 

- Magnetismo Remanente: 

- Retentividade

- Força Coercitiva

Magnetização circular

Magnetização circular com máquina estacionária: (entre cabeças, entre cabeçotes, entre garras, contato direto, passagem direta de corrente de corrente)

Consiste em posicionar a peça entre contatos elétricos, feitos nas extremidades da peça em ensaio através de placas, malhas de cobre ou placas de chumbo, possibilitando um bom contato. A corrente passa pela peça criando um campo magnético circular, que irá detectar as descontinuidades longitudinais.

Magnetização circular com condutor central

Consiste em introduzir uma barra de material condutor (cobre), no interior de peças (tubos, anéis, porcas arruelas, furos e etc.), e fazer passar uma corrente elétrica por este material, gerando um campo magnético circular ao redor deste, que será induzido na peça magnetizando-a.

Magnetização circular com Prods

Prods são dispositivos usados aos pares, são compostos por manoplas isoladas e os contatos elétricos, feitos de s barras cilíndricas de cobre. Em um dos prod, é mantido o interruptor de acionamento da corrente elétrica, que será ativado somente quando os dois contatos estiverem devidamente posicionados na superfície a ser ensaiada. Estando os contatos devidamente posicionados, aplica-se a corrente que irá fluir entre os contatos e a região da peça que estiver entre eles. Isso produzirá um campo magnético circular em torno dos contatos e nas regiões da peça ao redor dos pontos de contato. 

Os prods são geralmente usados para ensaios de chapas, juntas soldadas e peças de grande porte, onde não é possível o posicionamento entre garras.

Geralmente após a utilização de prods, deve-se fazer um ensaio por líquido penetrante na peça, nas regiões de contato.

OBS.: Não é permitida a utilização de prods para ensaiar peças aeronáuticas, a menos que seja determinado pelo manual do fabricante.

 

Magnetização circular com grampos

Esta técnica consiste na utilização de grampos nas extremidades de cabos energizados. Pode-se utilizar os contatos das garras de uma máquina estacionária ou o sistema utilizado com os prods.

É ideal para peças de grande porte que não podem ser ensaiadas em equipamentos estacionários, nem possibilitam contato com prods, utiliza-se grampos de fixação que são posicionados nas extremidades ou em pontos específicos.

As  normas utilizadas na aviação, geralmente não permitem a utilização de grampos.

Magnetização longitudinal

A corrente elétrica também é usada para criar um campo magnético longitudinal. Neste caso a corrente não passa diretamente pela peça. A corrente circula pelas espiras de uma bobina, produzindo um campo circular ao redor de cada espira que somado, irá induzir um campo longitudinal na peça posicionada em seu interior, polarizando suas extremidades, sendo uma Norte e outra Sul.

O campo longitudinal detecta as descontinuidades no sentido transversal.

Magnetização longitudinal com bobinas

Quando uma peça ferromagnética é colocada dentro de uma bobina, as linhas de força do campo gerado penetram na peça, induzindo nela um campo longitudinal paralelo ao eixo longitudinal 

Cálculo da corrente de magnetização:

O cálculo da corrente dependerá da geometria da peça , seu posicionamento dentro da bobina e do diâmetro da bobina. O cálculo é diferenciado para as seguintes condições:

 Para bobinas de baixo fator de enchimento

 Para peças posicionadas na parede interna da bobina:

 Para peças posicionadas no centro da bobina

 Para bobinas de alto fator de enchimento

 Para bobina de fator de enchimento intermediário:

Magnetização longitudinal com Yoke

O yoke é um gerador de campo magnético, o qual consiste basicamente de uma barra de aço de altíssima permeabilidade, em forma de " U " onde é enrolado um cabo condutor (bobina), que irá gerar um campo magnético longitudinal na barra que é conectada em pernas fixas ou articuláveis, que quando devidamente em contato com uma peça ferromagnética, induzirá à esta um campo magnético longitudinal. Recebe uma carcaça protetora que poderá ser de metal ou de plástico de alta resistência, deixando as pernas expostas.

Esta técnica é amplamente utilizada para ensaios em campo, em juntas soldadas, chapas, chanfros, peças pequenas, regiões específicas em componentes montados e etc.. 

 

As dimensões dos contatos, devem ser suficientes para garantir um perfeito contato com a peça a ser ensaiada.

 

Os contatos, devem estar limpos, e as áreas de contato das peças devem estar livres de tinta, sujeira, graxa, óleo, carepas ou outro material isolante.

 

Partículas Magnéticas

As partículas são feitas de material ferromagnético. Geralmente utiliza-se uma combinação de ferro e óxido de ferro, tendo alta permeabilidade e baixa retentividade.

Tendo alta permeabilidade magnética, são facilmente atraídas pelo campo de fuga gerado pela descontinuidade.

A baixa retentividade é requerida para evitar que fiquem magnetizadas.

Podem ser visíveis (com luz branca), nas cores: vermelha, preta, cinza e etc., ou fluorescentes (com luz negra).

As partículas fluorescentes são as mais sensíveis e devem ser adotadas para peças aeronáuticas

Formas de aplicação

O meio de aplicação das partículas magnéticas interfere diretamente na mobilidade das mesmas devido à maior ou menor facilidade que elas encontram de se deslocar até um campo de fuga. Existem dois tipos de forma de aplicação que se resumem basicamente em:

- Via Seca : Veículo "ar"

- Via Úmida: Veículos "água, destilados de petróleo e óleos especiais".  

A via úmida é a adotada para uso aeronáutico

Concentração das partículas em suspensão

De acordo com a norma ASTM 1444, as concentrações são:

Partículas fluorescentes: de 0,1 a 0,4 ml em 100 ml

Partículas visíveis: de 1,2 a 2,4 ml em 100 ml

Nota:

A norma ASTM 1444 e outras normas militares não permitem a utilização de partículas fluorescentes e visíveis juntas.

 

Métodos de Ensaio

 

Método contínuo

É mais rápido e eficiente que o residual e não limita-se às descontinuidades superficiais.

Consiste em aplicar as partículas tanto pela técnica seca como pela técnica úmida durante a magnetização, ou seja, durante o período em que a força magnetizante está sendo aplicada.

Método residual

Consiste em aplicar as partículas magnéticas após a força de magnetização ter sido removida.

 *Para peças aeronáuticas, utiliza-se o método contínuo úmido fluorescente.

Para casos especiais o método residual será aplicado mas somente tendo em mãos uma técnica devidamente elaborada e aprovada. Existem casos em que fabricantes de aeronaves recomendam o método residual, mas a técnica detalhada deverá ser encontrada no manual ou boletim.

Inspeção

Uma vez estando a peça corretamente magnetizada e as partículas aplicadas, a peça estará pronta para ser inspecionada sob luz negra. O operador, para sua segurança, não deve olhar diretamente para o foco de luz ultravioleta.

Fazer incidir sobre a área a ser inspecionada, o facho de luz negra ou branca

Observar atentamente a área a ser inspecionada; havendo descontinuidades elas serão denunciadas pela manifestação do fenômeno da fluorescência ou indicações características da cor das partículas visíveis.

O operador deve deixar que seus olhos acostumem-se com a cabine escura e com a luz negra acesa, por um período mínimo de 1 (um) minuto antes de iniciar a inspeção.

O tempo de permanência do operador dentro da cabine deve ser de no máximo 2 (duas) horas, necessitando após este período, de um intervalo de 15 (quinze) minutos para evitar a fadiga visual.

A intensidade mínima da luz negra é de 1.000 m w/cm2

A luz branca dentro da área de inspeção com partículas fluorescentes, não pode ultrapassar 20 lux.

Descontinuidades

As descontinuidades podem  surgir durante a fabricação da peça, isso dependerá do processo, podem ser: bolhas de gás, porosidade, inclusão, contração, dobras, costura, delaminação, trincas e etc.ou quando as peças são aprovadas após a fabricação, são montadas em um conjunto de uma aeronave, onde estão sujeitas a esforços estáticos e dinâmicos bem como variações de temperatura, corrosão e etc.. 

A descontinuidade mais encontrada nas peças em serviço é a trinca por fadiga, geralmente muito fina e pequena. Requer técnica, conhecimento, qualificação e bons equipamentos e materiais.

Interpretação e avaliação dos resultados do ensaio

O ensaio por Partículas Magnéticas exige a correta aplicação das técnicas de ensaio e um grande conhecimento e prática para a interpretação e avaliação das indicações, conhecimento prévio sobre os documentos aplicáveis ao ensaio, o tipo de material, o processo de fabricação da peça e uma grande dose de bom senso, somando tudo isso à qualificação nível I para o operador e nível II para o inspetor.

- Critérios de Aceitação:

Antes de se avaliar as indicações na superfície ensaiada, o inspetor deve ter em mãos e conhecer o critério de aceitação e rejeição que rege o ensaio. Este critério é fornecido por uma norma técnica, manual, boletim  ou ordem de serviço elaborada pelo requerente.

Descontinuidades registráveis:

Todas as descontinuidades reprovadas devem ser registradas.

Todas as descontinuidades aprovadas mas que estão no limite de aprovação

Todas as descontinuidades mesmo que aprovadas mas que localizadas em regiões críticas (mudança de geometria, próxima de furos, bordas, regiões com início de corrosão, próximas a marcas de ferramenta e etc..)

Todas as descontinuidades que de alguma forma ofereça algum risco com o decorrer do tempo, mesmo que abaixo do limite de rejeição.

O registro é importante por vários motivos, um deles é permitir que qualquer operador e pessoal da engenharia saiba que existe naquela peça, um motivo de atenção, auxiliando no estudo de evolução de descontinuidades.

Desmagnetização e limpeza final

A necessidade de desmagnetização é explicada pelos seguintes fatores:

- O campo residual pode atrair e reter cavacos ou limalhas, em uma operação de usinagem posterior prejudicando o acabamento da peça;

- Peças que trabalham em rotação, como rolamentos, o campo residual pode atrair partículas ou resíduos metálicos, que irão apressar o desgaste das mesmas;

- Os campos de fuga presentes em peças a serem utilizadas perto de equipamentos sofisticados, podem interferir no bom funcionamento destes;

- a presença de campos residuais pode dificultar a remoção das partículas na operação de limpeza.

O indicador de campo magnético não é suficiente para indicar valores muito baixos de magnetismo residual ou remanente. Partes de aeronaves que contêm bússolas ou outros instrumentos influenciáveis, devem ser verificadas com bússolas de boa qualidade, pois somente uma bússola poderá dizer se o residual ou remanente podem interferir na instrumentação.

Desmagnetização

Todas as peças devem ser desmagnetizadas independente se estão aprovadas ou rejeitadas.

Limpeza final

 

Após a desmagnetização, deve-se realizar a limpeza final, para eliminar os resíduos provenientes do ensaio. 

Após a limpeza final, se a peça for para o estoque ou se for passível de corrosão, deve ser aplicada uma camada de óleo protetor. 

Identificação

Depois da limpeza após ensaio, a peça deve ser devidamente identificada através de etiquetas ou por cores que indiquem se ela está aprovada ou rejeitada. O tipo de identificação deve estar descrito no procedimento de ensaio e o operador ou inspetor deverá encaminhar a peça para a operação subseqüente, seja a montagem no sistema da aeronave ou uma outra etapa do processo de fabricação.

Nunca esquecer de preencher a ficha de acompanhamento da peça ou lote de peças.

Registrar uma descontinuidade

Quando é necessário registrar uma descontinuidade, adotar o hábito de desenhar as descontinuidades uma a uma, torna-se demorado e impreciso. Pode-se utilizar o desenho da peça para indicar a região das descontinuidades.

Pode-se adotar alguns meios de registro:

- Líquidos registradores;

- Fitas adesivas transparentes

- Fotografias digitais, e

- Fotografias convencionais.

 

Elaboração do registro de ensaio

Esta etapa deve ser cumprida, registrando em formulário padronizado, no mínimo estas informações: os documentos aplicáveis; a técnica de ensaio; a identificação do peça; número do lote; ou identificação da aeronave; método e técnica utilizados, tipo e valores da corrente de magnetização, direções de magnetização, resultados obtidos, quantificando, localizando e indicando as dimensões das descontinuidades detectadas; se a peça está aprovada ou rejeitada; o tipo de identificação utilizada na peça; nome do operador, nome do inspetor e datas.

Em se tratando de peça acabada e aprovada, depois da limpeza estará pronta para uso. Quando, porém, tratar-se de peça semi-acabada ou bruta, depois da limpeza estará liberada para o prosseguimento do seu processo de fabricação.

Calibrações e controles

Para assegurar que o ensaio será realizado dentro das condições ideais, deveremos manter alguns controles que garantam a eficiência dos produtos, isoladamente, bem como a eficiência de um sistema de ensaio

Verificação da performance do sistema

A performance do sistema inclui os equipamento, materiais e iluminação, a serem utilizados, que devem ser verificados antes do início do ensaio ou em intervalos estabelecidos.

Todas as normas utilizadas exigem que todo o sistema de ensaio seja verificado (calibrado) em períodos regulares, e seus resultados mantidos em arquivo.

Segurança

Óculos

Quando for utilizado material fluorescente, o inspetor não deve usar óculos com lentes fotocromáticas ou de lentes escuras, porém o operador deverá utilizar um protetor ocular desde que permitido pelo documento específico do ensaio ( manual do fabricante, norma técnica ou contrato entre as partes envolvidas).

A lâmpada de luz negra deve estar instalada de maneira que seu foco não incida diretamente nos olhos do operador.

Luvas

O inspetor deve utilizar durante todo o ensaio, luvas que não interfiram com a facilidade de manuseio do material em ensaio. Mas que protejam da pele do operador contra os produtos utilizados e aos efeitos nocivos da radiação ultravioleta.

Lençol de borracha

Deve-se instalar um tapete de borracha em frente das máquinas, por onde o operador se posiciona durante a magnetização ou inspeção. Isso evita o risco de choques elétricos e danos à peça em caso de queda.

Luz negra

É recomendado que a intensidade de luz negra que incidir sobre a pele não protegida ou olhos não exceda muito o valor de 1.000 m w/cm2 .

Lâmpadas danificadas ou quebradas devem ser substituídas imediatamente, pois continuam a emitir energia de radiação ultravioleta.

Choques elétricos

O operador não deve tomar a iniciativa ou ser indicado para a realização de manutenções preventivas ou corretivas na parte elétrica (cabos, fios, conectores, retificadores, fusíveis, etc..), sem antes passar por um treinamento específico.

A manutenção do equipamento deve ser feita por pessoal habilitado, visando evitar ao máximo os perigos de acidentes contra o operador.

Renovação de ar:

As cabines de inspeção ou máquinas estacionárias envolvidas com tecidos ou plásticos para tornar o ambiente ideal para luz negra, devem contar com ventilação e exaustão para uma perfeita renovação de ar.

Qualificação de pessoal

Para a realização do ensaio o operador deve ser qualificado. A norma utilizada para a qualificação na área aeronáutica é a NAS 410.

É de responsabilidade da empresa que somente operadores qualificados de acordo com a norma exigida pelo requerente, venham a realizar os ensaios por partículas magnéticas.

Os operadores qualificados devem ter uma ficha de registros, na qual deve constar o nível de qualificação com as datas de validade e dos exames de acuidade visual, assim como os respectivos registros que atestem estes requisitos.

A validade de qualificação para Níveis I e II é de 36 meses.

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