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Método de inspeção por Partículas Magnéticas
Introdução / Características gerais do método
O Ensaio Não Destrutivo por Partículas Magnéticas (PM) ou Magnetic Particle Testing(MPT) constitue-se em uma das modalidades de Ensaios Não Destrutivos, que decorre da produção de campos magnéticos homogêneos em forma de linhas de fluxo magnético em materiais ferromagnéticos. Se uma barra magnética com polos Norte e Sul é quebrada em duas partes, duas outras barras magnéticas deverão estar formadas, cada uma tendo o seu Norte e Sul formados e este processo se repetirá a cada quebra da barra. Se uma barra sofre uma fratura, sem ser totalmente quebrada, polos Norte e Sul se formarão nas faces opostas do local da fratura ou da Trinca, como se estivesse rompido completamente (figura 1).
A intensidade do campo magnético, nestes polos, deverão ser diferentes, daquele ocorrido, quando a barra se rompe completamente. A intensidade do campo magnético está diretamente relacionada com as dimensões físicas da trinca(profundidade, largura e comprimento), características do material e a intensidade do campo aplicado.
O campo, no ar, formado acima das trincas ou em outro tipo de descontinuidade, de uma peça magnetizada é chamada de campo de fuga.
A figura 2, abaixo, mostra o vazamento das linhas de fluxo magnético, da forma em que elas deixam o material, de um lado da trinca, fluindo pelo ar e entrando no material, pelo outro lado da trinca. O fluxo entre dois pontos de diferentes polaridades, formam um campo magnético sobre a trinca.
O fluxo magnético sempre procura o caminho de menor resistência. O ar na trinca tem alta relutância para a passagem de fluxos magnéticos.Quando em uma peça de aço, uma trinca é bem fechada, na formação do campo de fuga, o fluxo magnético deverá atrair finas partículas, de material ferromagnético com alta permeabilidade e baixa retentividade, pois, apresenta menor resistência para formar o campo magnético no ar, conforme figura 3, em uma trinca entre filetes de uma rosca, atraindo as partículas, mesmo em pequenos campos de fuga formados.
Uma certa quantidade de partículas é, então, atraída, no caminho do fluxo de baixa relutancia magnética ,formando a indicação, que será então avaliada se excede os limites das normas aplicáveis.
Características dos materiais
Quando um material magnetizável (ferromagnético) é colocado sob a força de um campo provocado por campo magnético externo, momentaneamente os domínios de elétrons dos materiais são reorientados(figura 4). Quando isto ocorre, produz um campo magnético interno, na conhecida Lei de Faraday de indução magnética.
Quando um material apresenta-se não magnetizado, os domínios apresentam-se dispostos aleatóriamente. Um campo magnético externo é aplicado, alguns domínios são alinhados com o campo, e o aumento de alinhamento dos domínios ocorrerá com o aumento da intensidade do campo.
A classificação dos materiais, relacionadas com as propriedades magnéticas são as seguintes: Ferromagnéticos-fortemente atraídos por imãs, Ferro, Aço, ligas com Níquel, Cromo e etc; Paramagnéticos-fracamente atraídos por imãs, Alumínio, Aço Inoxidável Austenítico, Estanho, e etc; Diamagnéticos-repelem fracamente os imãs, Cobre, Latão, Bronze, Chumbo,Ouro e etc.
O Método de Ensaio por Partículas Magnéticos, por ser um processo de formação de Campos Magnéticos nos materiais, só é aplicável em Materiais Ferromagnético
Linhas de força ou linhas magnéticas/ Campo Magnético
O conceito de linhas de força é usualmente descrito como o Campo Magnético.
Observando-se a ilustração mostrada em uma barra magnética, na figura 5, em que é colocada uma folha de papel e sobre o papel deixa-se cair pó de ferro.
As linhas de força da barra alinharão o pó de ferro, tornando possível a visualização das linhas de campo magnético.
Partindo-se desta experiência, observamos que:
1-Formam caminhos fechados
2-As linhas de campo nunca se cruzam
3-Percorrem os caminhos de menor resistência
4-São mais densamente aglomeradas nos polos
5-Percorrem do norte para o sul externamente e do sul para o norte na barra
Eletromagnetismo
A relação do campo magnético na eletricidade está diretamente ligada a corrente elétrica, ou seja, a sua passagem por um condutor, gera campos magnéticos nas áreas ao redor deste condutor.
Ao montarmos o dispositivo conforme a figura 6, comprovamos na prática, o aparecimento do campo magnético. As linhas de força formam-se em uma folha de papel colocada ao redor do condutor, na qual partículas de ferro são distribuídas no momento em que a corrente flue pelo condutor.
O pó de ferro irá se alinhar conforme as linhas de força, observando-se que a intensidade do campo (concentração das linhas de força) decai a medida que se afasta do condutor, poisa intensidade da força magnetizante é diretamente proporcional à corrente elétrica e inversamente proporcional a distância das linhas em relação ao condutor.
Magnetização de materiais ferromagnéticos
Materiais ferromagnéticos podem ser magnetizados usando técnicas para produzir campos magnéticos de forma direta ou indireta/induzida.
Os campos magnéticos gerados de forma direta, são produzidos por contatos(eletrodos ou cabeças de contato) conectados diretamente com a peça ou de forma indireta/induzida, quando produzidos através de bobinas, solenóides ou condutor central.
Estas duas formas de geração de campos magnéticos caracterizam os dois tipos de campos utilizados no ensaio, ou seja, o campo Circular e Longitudinal, importantes na aplicação, pois conforme a sua direção em relação a da peça, irá detectar as descontinuidades longitudinais ou transversais em relação ao comprimento.
Magnetização direta
Quando a corrente elétrica é aplicada diretamente na peça, através de cabos ou contatos, conectados diretamente com a peça, formam-se campos circulares, denominado de magnetização direto.
O fator gerador do Campo Magnético é a corrente elétrica, denominada no processo de Corrente de Magnetização, que ao ser introduzida na peça, ao longo do deslocamento irá formar o Campo Magnético.
A direção do campo magnético formado ao redor do condutor é Circular e perpendicular, conforme a regra da Mão Direita, no qual o dedo polegar indica a direção da corrente e os demais dedos, no movimento saca-rolha, indicam a diração do Campo Magnético-figura 7.
A concepção mais importante é que a direção do campo magnético tem uma relação perpendicular para a direção da corrente, desta forma, é sempre importante no processo identificar a direção de passagem da corrente de magnetização na peça.
Técnica dos Eletrodos
É uma técnica de magnetização direta, que gera Campo Magnético Circular que decorre da aplicação de corrente de magnetização em Corrente Alternada(CA) para detecção de descontinuidades superficiais ou Corrente Contínua(CC) para detecção de descontinuidades superficiais ou sub-superficiais,através de dois eletrodos de contato, que fecham o circuito de passagem da corrente na peça.
A figura 8 representa a aplicação do ensaio em uma peça com solda, em que entre os dois eletrodos de contato, através da qual circula a corrente elétrica, serão detectadas trincas alinhadas na mesma direção e no máximo a 45° , do posicionamento dos eletrodos.
O aquecimento da peça, nos locais de contato com os eletrodos, podem provocar queimas na superficie da peça( vide foto 9), contaminação do material, endurecimento localizado com alteração da extrutura metalúrgica e micro-trincas e deve ser minimizado, utilizando-se recursos de proteção na superfície da peça ou nos eletrodos Os equipamentos utilizados são portáteis( figura 10) ou semi-portáteis, em Corrente Alternada(CA) e Corrente Contínua(CC), com correntes de magnetização de 1.500 a 6.000 Ampères( figura 11). A intensidade do Campo Magnético está diretamente relacionada como valor de corrente aplicado, em função da espessura da peça e a distancia entre eletrodos.
Técnica do Contato Direto
É uma técnica de magnetização direta que gera Campo Circular em decorrencia da aplicação de corrente de magnetização em Corrente Alternada(CA) para detecção de descontinuidades superficiais ou Corrente Contínua(CC), na peça, para detecção de descontinuidades superficiais ou sub-superficiais, através de duas placas de contato de máquinas estacionárias, que fecham o circuito de passagem da corrente na peça.
O campo magnético é formado ao longo de todo o condutor de forma linear(figura 12), sendo diretamente proporcional ao valor da corrente. Externamente é inversamente proporcional com o aumento ou afastamento da distancia do condutor. A área da secção transversal da peça a ser aplicada é utilizada na determinação do valor da corrente de magnetização (figura 13/ 14)
Os equipamentos utilizados são estacionários horizontais ou verticais (figura 15), e a corrente de magnetização de 1.500 a 4.000 Ampères, para inspeção de grandes quantidades de peças seriadas fundidas, forjadas e laminadas, de pequeno e médio porte.
Magnetização indireta(Induzida)
Quando um material ferromagnético é influenciado por um campo magnético externo.
Pode ser um imã permanente, ou um campo por bobina(s) formadas por um cabo/condutor conformado em círculos/espiras, ou um eletroimã tipo Yoke, aparelho portátil composto de bobina(s) envolvendo um núcleo ferrítico ou através de um condutor central de material com boa condutividade elétrica.
Para bobina, Yoke e condutor central, a corrente elétrica flue através do condutor e a direção do campo magnético é perpendicular ao plano das espiras e do condutor.
Em função das linhas de força serem fechadas, o campo magnético externo é formado na direção Longitudinal em relação a bobina ou Circular em relação ao condutor central.
Técnica utilizando imãs permanentes
Esta técnica não utiliza o princípio do eletromagnetismo e suas aplicações, utilizando-seimãs permanentes,são limitadas pelo baixa indução de campo magnético na peça. Alguns Yokes, com pernas ajustáveis, permitem um nível de indução do campo que pode ser variado com o ajuste das pernas.
A vantagem é a portabilidade e de não necessitar de alimentação elétrica. Usado para ensaio de pequenas peças que apresentem trincas de fadiga( figura 16).
Partículas Magnéticas via úmida devem ser usadas em suspensões líquidas com óleo, por estarem sendo gerados campos magnéticos estáticos, permitindo mobilidade às partículas.
A indicação deve estar entre os polos do Yoke. A descontinuidade detectada será na direção a 90° +/- 45° em relação aos polos.
Técnica da bobina
Como mostra a figura 17, uma bobina com várias espiras envolve a peça, ou se desloca ao longo dela (para peças com mais de 600mm de comprimento), gerando um campo magnéticoindireto/induzido, Longitudinal (linhas de força paralelas ao eixo da peça) que permite detectar descontinuidades “transversais”, ou “circulares”. Não há contato entre a peça e o seu “magnetizador”, mas nas pontas formam-se polos magnéticos livres.
A bobina poderá ser envolvente, como a figura acima, ou então duas bobinas fixas, em ensaios multidirecionais.
Os equipamentos, em geral, são estacionários, para ensaio de peças seriadas, havendo em alguns casos, aplicações com bobinas portáteis para ensaio de peças de grandes comprimentos e médios diâmetros. A corrente de magnetização que percorre as espiras da bobina ou das bobinas, poderá ser Corrente Alternada(CA) ou Corrente Contínua(CC), dependendo, das características do equipamento e da peça a ser ensaiada.
A intensidade do campo varia conforme o comprimento e a área da secção transversal da peça e está diretamente relacionada com o valor da corrente e o número de espiras da bobina.
Técnica Yoke
Para inspeção de soldas utiliza-se os jugos (ou Yokes) eletromagnéticos; como mostra a foto, o cordão de solda passa entre as “pernas”doYoke(figura 19). As características do aparelho tipo Yoke são de aparelho eletroímã portátil composto de bobina(s)
envolvendo em núcleo ferrítico, que induzem o campo Longitudinal indireto, na superfície da peça. Forma-se entre as pernas, geralmente articuladas, um campo magnético que se fecha através da chapa soldada( figura 19). O Yoke é deslocado, etapa por etapa, ao longo do cordão de solda, mudando-se a direção de aplicação a 90° para que seja possível detectar descontinuidades transversais e longitudinais em relação solda. Não há aquecimento nos pontos de contato.
A relação Àmperesxespiras é fixa e a intensidade do campo está diretamente relacionada com a abertura entre as sapatas e a maior concentração do campo ocorre nas proximidades das sapatas.
Técnica do condutor central
A figura 20 mostra a magnetização Circular indireta de peças como anéis e buchas: uma haste de cobre, através da qual circula a corrente elétrica, atravessa a peça. Não há contato entre a peça e o seu “magnetizador”. Serão detectadas descontinuidades/trincas com orientação longitudinal, no diâmetro interno e no diâmetro externo, neste caso, conforme o tipo de corrente de magnetização utilizado(corrente contínua) e a espessura do tubo. A intensidade do campo magnético é função direta da corrente de magnetização. É determinada conforme os diâmetros interno ou externo da peça, se as descontinuidades a serem detectadas estarão localizadas no diâmetro interno, ou em ambos, diâmetros interno e externo.
Caso a aplicação seja realizada com a barra centrada(figura 20 e 22) em relação ao diâmetro interno da peça, o ensaio será realizado em somente uma etapa.
Para aplicações com a barra descentrada( figura 21) o ensaio deverá ser realizado por etapas, cobrindo uma área equivalente a quatro vezes o diâmetro da barra condutora.
Com a utilização desta Técnica de inspeção por Partículas Magnéticas, em Máquinas Estacionárias é possível a realização do processo com múltiplas peças, aumentando a produtividade, utilizando-se o dispositivo acima na máquina abaixo.
Campo magnético multidirecional
Quando no ensaio, os dois campos magnéticos, longitudinal e circular, podem ser gerados separadamente, em sequência, ou simultaneamente, em máquinas estacionárias de alta produção. A magnetização simultânea/multidirecional é obtida utilizando duas Correntes Alternadas defasadas para o Contato Direto e Bobina ou uma Corrente Contínua (CC) e a outra Corrente Alternada (CA).
Na aplicação simultânea dos dois campos magnéticos é gerado um vetor resultante que cobre 360° ou 180° da área da peça.
Podem ser utilizados equipamentos que geram dois ou três campos magnéticos de forma simultânea e multidirecional, com características de alta produtividade e funcionalidade (figura 23)
Desmagnetização
Quando uma peça é magnetizada e após cessar as forças magnetizantes aplicadas, não cessam as forças magnetizantes na peça, observamos que a peça adquiriu “Magnetismo Residual”.
Este campo residual, também denominado de “campo magnético residual ou remanescente” poderá ser prejudicial e interfirir nos processos de fabricação ou operação da peça. O magnetismo residual é função da propriedade que certos materiais apresentam de reter magnetismo, após a força de magnetização ter sido removida e esta propriedade é chamada de “Retentividade”.
A eliminação do magnetismo residual é obtida com a Desmagnetização através de bobinas desmagnetizadoras (figura 24),Yokes em CA ou aparelhos com características especiais.
Partículas Magnéticas
As Partículas Magnéticas possuem a função importante de serem atraídas para os locais de formação de “Campo de Fuga” e identificarem as descontinuidades/ trincas(figura 25). Devem possuir boa mobilidade e coloração adequada para visualização.
Possuem as características magnéticas de Alta Permeabilidade(fácil magnetização) e Baixa Retentividade(baixa condição de produzir Magnetismo Residual).
Podem ser aplicadas a Seco, por pulverização e em suspensão no ar ou Úmida em suspensão de um líquido.
São encontradas em cores Coloridas visíveis sob luz branca ou natural ou Fluorescentes sob luz negra( tipo de radiação ultra-violeta), com intensidades adequadas para rápida visualização.
Meios de Controle
Para que o ensaio por Partículas Magnéticas seja realizado de forma satisfatória e confiável, são necessários controles, para assegurar a eficiencia do ensaio. Alguns destes controles e recursos para realização são: - medição da INTENSIDADE de campo magnético, tubo centrífugo graduado ( figura 26) para medir níveis de CONCENTRAÇÃO e Contaminação de banhos de Partículas Magnéticas no meio líquido, medição da INTENSIDADE de luz negra (figura 27) na inspeção com Partículas Magnéticas Fluorescentes, medição de intensidade de luz branca ou natural na inspeção com Partículas Magnéticas Coloridas, (figura 28), padrões de controle de eficiência da inspeção e equipamento( Figura 29) e etc.
ELABORAÇÃO/REDAÇÃO E EDIÇÃO
ENGENHEIRO JOSÉ CARLOS PAIOLI
*FORMAÇÃO: ENGENHEIRO INDUSTRIAL MODALIDADE MECANICA
*ESCOLA DE ENGENHARIA MACKENZIE
*ADMINISTRADOR DE EMPRESAS
*ESCOLA DE ADMINISTRAÇÃO DE EMPRESAS MACKENZIE
*NÍVEL 3 PELO SISTEMA NACIONAL DE QUALIFICAÇÃO E CERTIFICAÇÃO
*DIRETOR-GERENTE DA EMPRESA SERV-END INDÚSTRIA E COMÉRCIO LTDA.
*NÍVEL 2 ASNT PARA ENSAIO POR Partículas Magnéticas
*RESPONSÁVEL PELA ÁREA DE END PARA PRODUTOS FUNDIDOS
*DA EMPRESA COBRASMA S / A
*CURSO DE INSPETOR DE SOLDA PELO WELDING INSTITUTE/ LONDON
*SÓCIO FUNDADOR DA ABENDE.
