Tecnologia e aplicação de testes não destrutivos – fornecendo soluções de tubulação

1. História do desenvolvimento da tecnologia de ensaios não destrutivos

A tecnologia de testes não destrutivos passou por três estágios de desenvolvimento, nomeadamente detecção não destrutiva de defeitos (NDI), testes não destrutivos (NDT) e avaliação não destrutiva (NDE). Atualmente eles são geralmente chamados coletivamente de ensaios não destrutivos (END) e não especificamente da segunda etapa mencionada acima. END é o uso de propriedades acústicas, ópticas, magnéticas, elétricas e outras sem danificar ou afetar o uso do objeto, sujeito ao desempenho do objeto sob teste, detectando o objeto sob teste quanto à presença de defeitos ou heterogeneidades, para determinar o tamanho dos defeitos, a localização dos defeitos, a natureza do número de informações, etc., e então selecionar o objeto a ser inspecionado com base no estado da arte (como qualificado ou não qualificado, vida restante, etc. .) do objeto a ser testado. O termo geral para todos os meios técnicos não é apenas o controle de qualidade do produto, que desempenha um papel insubstituível e é reconhecido por muitos trabalhadores científicos e tecnológicos e pelo mundo empresarial, mas também a função de inspeção operacional dos equipamentos durante a operação.

A tecnologia de testes não destrutivos foi usada principalmente nas décadas de 1950 e 1960 como o primeiro estágio de testes não destrutivos. É caracterizado por tecnologia e tarefas mais simples. Os meios técnicos disponíveis poderiam ser mais extensos e utilizar principalmente ultrassons, radiações e outras tecnologias. A tarefa é principalmente detectar a presença de defeitos ou anomalias na amostra. A tarefa básica é encontrar defeitos nas peças ou componentes sem destruir o produto para atender aos requisitos do projeto. As conclusões sobre a detecção são divididas principalmente em duas categorias: defeituosas e não defeituosas.
Com o desenvolvimento contínuo da ciência e da tecnologia, especialmente a produção de métodos de ensaios não destrutivos, a tecnologia precisa ser constantemente melhorada. A detecção de defeitos obviamente não pode atender às necessidades reais das pessoas. Nesta fase de desenvolvimento, os testes não destrutivos não detectam apenas defeitos na amostra, mas também outras informações sobre a amostra, tais como: B. Defeitos na estrutura, tipo, localização, etc., e tentativas são feitas para obter mais informações através de testes. Para os países industrializados internacionais, esta fase começou por volta do final do século XX, na década de 1970 ou no início da década de 1980.
Embora a segunda fase da tecnologia de ensaios não destrutivos já tenha conseguido satisfazer a maioria dos requisitos da produção industrial, os requisitos de qualidade dos materiais e componentes continuam a melhorar, especialmente em termos da segurança dos equipamentos em uso e da crescente importantes requisitos econômicos. Portanto, a tecnologia de testes não destrutivos atingiu agora a terceira fase, a fase de testes não destrutivos. Um marco nesta fase foi a 14ª Conferência Mundial sobre Ensaios Não Destrutivos (Word Conference on NDT, WCNDT), que ocorreu em Nova Delhi em 1996. Nesta conferência foi tomada a importante posição de converter os END em ensaios não destrutivos e esta posição foi rapidamente aceite pela comunidade de ensaios não destrutivos em numerosos países. Nesta fase, pretende-se não só obter informação sobre a presença ou ausência de defeitos, bem como as suas características, localização e dimensão, mas também a influência destas propriedades dos defeitos nos indicadores abrangentes de desempenho (tais como vida útil, resistência , estabilidade, etc.) do componente inspecionado para avaliar e analisar melhor e, finalmente, tirar algumas conclusões sobre esses indicadores abrangentes. Os países industrializados já se encontram nesta fase de desenvolvimento. Em alguns outros países, a segunda fase da tecnologia ainda domina, enquanto alguns já estão na transição da segunda para a terceira fase de desenvolvimento.

2. Introdução às técnicas comuns de END

Os testes não destrutivos incluem essencialmente seis procedimentos: teste ultrassônico UT (teste de ultrassom), teste de radiação RT (teste de raios X), teste de partículas magnéticas MT (teste de partículas magnéticas), teste de penetração PT (teste de penetração), teste de correntes parasitas ET ( teste de correntes parasitas) e teste visual (VT).
Na nova norma NB/T 47013 “Ensaios não destrutivos de equipamentos de pressão”, emitida pela NEA em 2015, além destes seis métodos comumente usados, testes de vazamento (com ar, gases inertes, como remendos de pneus de bicicleta), teste de emissão acústica, TOFD, teste de imagem digital de raios X, teste de vazamento magnético e teste de corrente parasita pulsada (em comparação com o teste tradicional de corrente parasita com maior alcance, maior eficiência e maior espessura) e outros métodos padronizados, dos quais o TOFD tem aplicações mais práticas . Além disso, a tomografia computadorizada industrial não padronizada e os métodos de imagem em tempo real também têm uma ampla gama de aplicações. Abaixo está uma introdução aos métodos comumente usados.

2.1 Detecção ultrassônica UT

Um transdutor ultrassônico gera ondas sonoras que são emitidas no material que está sendo testado. Quando as ondas sonoras penetram no material, ocorrem reflexos ou ecos no verso. Quaisquer descontinuidades internas refletem as ondas sonoras e criam um sinal que é enviado ao receptor. O momento em que os vários ecos são recebidos é registado para determinar a espessura do material e a distância da descontinuidade no produto.

2.2 Exame radiográfico RT

2.2.1 Teste convencional de raios X

A radiação é muito útil para detectar defeitos ocultos em materiais e produtos. Vale ressaltar que a inspeção por raios X é particularmente eficaz na detecção de defeitos volumétricos em itens como poros, orifícios de ar e inclusões sólidas. Embora não possa ser utilizado para medir a espessura de um defeito, é fácil confirmar o tipo e tamanho (comprimento e largura) do defeito. Outra vantagem deste método de teste é que o defeito pode ser registrado permanentemente colocando o item a ser testado em um negativo. Para isso, uma fonte de radiação ionizante é colocada em um lado do produto a ser testado e o negativo, contido em um saco escuro, é colocado bem próximo do outro lado do produto. A radiação é parcialmente absorvida durante a transferência, e diferenças na espessura do material ou nas propriedades de absorção resultam em diferentes graus de absorção de radiação registrados no negativo. Na verdade, o negativo é sensível à luz visível, não aos raios X, e são as telas sensibilizadoras de metal em ambos os lados do negativo na bolsa escura que convertem os raios em luz visível. Este tipo de negativo também é chamado de filme END industrial.
Tabela 1: Categorias, características e modelos de negócios para filmes de detecção de defeitos industriais

Além disso, o filme solar é amplamente utilizado em países desenvolvidos da Europa, Estados Unidos, Arábia Saudita e outros países energéticos. Os filmes de luz solar, como o nome sugere, são filmes translúcidos que não conseguem ver a luz em comparação com os filmes fotográficos tradicionais. São pré-embalados pelo fabricante em saco de câmara escura com filme sensor e podem ser utilizados diretamente no canteiro de obras. Isso elimina a necessidade de carregar o filme na câmara escura da câmara escura.

2.2.2 Radiografia digital

Radiografia computadorizada CR (radiografia computadorizada) refere-se à radiação através da peça após a informação ser registrada na placa de imagem, lida pelo dispositivo de digitalização e, em seguida, uma imagem digital da tecnologia é gerada pelo computador. Como a placa IP é cara, a frequência de irradiação da placa de imagem é limitada e não é adequada para operação em campo, por isso não pode se tornar popular.
DR (radiografia digital) geralmente se refere ao uso de tecnologia de placa de imagem eletrônica – tecnologia de detector de painel plano (técnica FPD). A tecnologia de tela plana geralmente é derivada de imagens digitais médicas.

2.3 Teste de partículas magnéticas MT

O teste de partículas magnéticas pode ser usado para detectar defeitos na superfície de materiais ferromagnéticos e próximos a ela. Esse teste usa um ímã permanente, eletroímã ou bobina eletromagnética para gerar um campo magnético na amostra que está sendo testada. Se o produto testado apresentar defeitos, o fluxo magnético será distorcido e ocorrerá um “vazamento”. Partículas finas de pó magnético (geralmente suspensas em um líquido transportador e pulverizadas como uma névoa) são aplicadas na superfície da amostra, onde são atraídas para a área de vazamento de fluxo magnético, criando uma indicação visual do defeito.

2.4 Testes de penetração PT

O teste de penetração é um método de teste amplamente utilizado e econômico. Eles são usados ​​para localizar rachaduras na superfície de todos os materiais não porosos (por exemplo, metais e plásticos). Este método de teste envolve a aplicação de um corante visível ou fluorescente na superfície do produto testado, que pode ser lavado com solvente ou água. Após os corantes terem sido aplicados na superfície do produto a ser testado na forma de impregnação ou pulverização, eles podem penetrar em quaisquer defeitos de descontinuidade por ação capilar. O tempo que leva para os corantes penetrarem na descontinuidade é chamado de tempo de residência e geralmente é de pelo menos 20 minutos.

2.5 Detecção de correntes parasitas ET

Uma bobina é alimentada com corrente alternada e a corrente que flui através dela é constante sob certas condições. Quando a bobina é aproximada da peça de trabalho a ser testada, como um barco na água, correntes parasitas são induzidas na peça de trabalho e a corrente da bobina muda sob a influência das correntes parasitas. Como a magnitude da corrente parasita varia com a presença ou ausência de defeitos na peça de trabalho, a magnitude da mudança na corrente da bobina reflete a presença ou ausência de defeitos. O tipo de bobina utilizada para detectar tubos, hastes e fios cujo diâmetro interno seja um pouco maior que o objeto inspecionado pode detectar trincas, inclusões, furos e outros defeitos. Uma bobina de sonda é usada para detecção localizada da amostra; a aplicação da bobina é colocada na placa metálica, tubo ou outras peças; Podem ser detectadas fissuras por fadiga; A bobina inserida, também conhecida como sonda interna, é colocada no tubo ou em partes do furo para detecção da parede interna, podendo ser utilizada para verificar a parede interna de diversas tubulações. Pode ser usado para verificar o grau de corrosão da parede interna de vários dutos, etc.

2.6 Detecção de TOFD

TOFD (Time Off Light Diffraction) é um método de diferença de tempo de difração da tecnologia de teste ultrassônico no qual um transmissor e um receptor de duas sondas de pulso estreito de banda larga são usados ​​para detecção. A sonda é posicionada simetricamente à linha central da solda. A sonda transmissora gera feixes de ondas longitudinais desfocados que incidem sobre a peça a ser testada em um ângulo específico. Parte dele se propaga ao longo da superfície próxima e é recebida pela sonda receptora, parte é refletida da superfície inferior e recebida pela sonda. A sonda receptora determina a posição do defeito e sua altura recebendo o sinal de difração da ponta do defeito e sua diferença de tempo.
Características:

• (1) Uma varredura pode cobrir quase toda a área de soldagem (exceto a área cega na parte superior e inferior), e uma velocidade de detecção muito alta pode ser alcançada.
• (2) Boa confiabilidade e alta taxa de detecção de defeitos no meio da solda;
• (3) É capaz de detectar vários tipos de defeitos e é insensível à direção dos defeitos.
• (4) capacidade de detectar defeitos que se estendem à superfície;
• (5) Ao usar imagens D-scan, a interpretação dos defeitos é mais intuitiva.
• (6) Quantificação e localização muito precisas de defeitos na direção vertical com erro de precisão inferior a 1 mm;
• (7) Melhor efeito de detecção combinado com método de reflexão de pulso de cobertura de 100%;
• (8) Não é adequado para detectar soldas em forma de T.

2.7 Tecnologia Ultrassônica Phased Array

Além do TOFD, a tecnologia ultrassônica também inclui PAUT (Phased Array Ultrasonic Testing), ou seja, tecnologia ultrassônica de detecção de phased array. Esta nova tecnologia está a desenvolver-se muito rapidamente, mas ainda não se tornou um padrão nacional. A tecnologia de detecção ultrassônica de phased array usa transdutores multiarray de diferentes formatos para gerar e receber feixes de ultrassom. Ao controlar o conjunto de transdutores de cada conjunto, os pulsos de transmissão (ou recepção) são enviados com diferentes tempos de atraso. Quando a onda sonora atinge (ou vem de) um determinado ponto do objeto, a relação de fase muda para alterar o foco e a direção do feixe, realizando assim a varredura, deflexão e foco do feixe ultrassônico. Uma combinação de métodos de digitalização mecânica e eletrônica é então usada para realizar a imagem.
Características: Comparado com a detecção ultrassônica manual tradicional e a detecção de feixe, o phased array tem as seguintes vantagens:

• (1) Alta flexibilidade e velocidade de detecção. Durante a inspeção no local, apenas uma simples varredura do anel de solda sem movimento para frente e para trás é necessária para concluir a inspeção completa da solda.
• (2) Os resultados da detecção são intuitivos, repetíveis e podem ser visualizados em tempo real. A costura de solda pode ser analisada e avaliada ao mesmo tempo que a digitalização. Ele pode ser impresso e salvo no disco rígido para garantir a retenção dos resultados do reconhecimento a longo prazo.
• (3) Pode reconhecer formas e superfícies complexas ou peças de difícil acesso;
• (4) Localização precisa do defeito e alta sensibilidade de detecção;
• (5) Baixa intensidade operacional, sem radiação e sem sujeira.

2.8 TC Industrial

CT industrial é a abreviatura de tecnologia de tomografia computadorizada industrial, que pode ser usada para detectar objetos de forma não destrutiva usando imagens tomográficas bidimensionais ou imagens estereoscópicas tridimensionais. A estrutura interna do objeto a ser reconhecido, a composição do material e o estado do defeito são apresentados de forma clara, precisa e intuitiva. Esta é considerada a melhor tecnologia de teste e avaliação não destrutiva. A tecnologia industrial de CT inclui física nuclear, microeletrônica, optoeletrônica, instrumentação, máquinas e controle de precisão, visão computacional e reconhecimento de padrões e outros campos multidisciplinares, e é um produto de alta tecnologia e uso intensivo de tecnologia. O CT industrial é amplamente utilizado nas áreas automotiva, de materiais, aeroespacial, aviação, militar, defesa nacional e outras áreas industriais. É uma importante ferramenta de teste para veículos lançadores, motores de aeronaves espaciais, armas de grande porte, análise estrutural geológica e qualidade de produtos mecânicos.

2.9 Imagens em tempo real

A imagem em tempo real é um método de teste não destrutivo que usa raios X. Costumava ser chamada de imagem em tempo real ou televisão industrial porque a imagem obtida era analógica. Este é um método de exibição de resultados de testes na tela em tempo real. A imagem da detecção do material do objeto é utilizada para análise qualitativa e quantitativa, avaliação e avaliação para determinar a uniformidade e consistência do material do objeto de teste ou para obter informações sobre a estrutura, composição, densidade e espessura do objeto, conseguindo assim o propósito de não destrutivo para alcançar o teste. O método de imagem em tempo real é altamente valorizado pela indústria e está se desenvolvendo rapidamente porque tem as vantagens de uma imagem de detecção intuitiva e clara, velocidade de detecção rápida e baixo custo.

3. Tabela de comparação de defeitos da peça e testes não destrutivos

De acordo com as características dos defeitos da peça, a seleção de métodos de ensaio não destrutivos apropriados é um profissional relevante da tecnologia necessária. Na prática, erros complexos e múltiplos geralmente ocorrem juntos. Depois é necessário analisar a situação específica, desenvolver métodos de detecção apropriados e, por vezes, conceber e adaptar dispositivos especiais. Para defeitos comuns em peças e métodos de testes não destrutivos, consulte a Tabela 2.
Tabela 2: Defeitos da peça e métodos de testes não destrutivos em comparação com a tabela

observação:

• VT – inspeção visual, PT – teste de penetração, MT – teste de partículas magnéticas, ET – teste de correntes parasitas, RT – teste radiográfico, DR – teste de imagem digital de raios X, UTA – teste ultrassônico (incidência oblíqua), UTS – teste ultrassônico ( injeção direta), TOFD – ensaio ultrassônico com diferença de tempo de difração; Em circunstâncias normais, esta tecnologia de testes não destrutivos pode detectar tais defeitos;
• ● – Em circunstâncias normais, este defeito pode ser detectado utilizando esta tecnologia de testes não destrutivos; ◎ – Sob condições especiais, esta tecnologia de testes não destrutivos pode detectar este defeito; ○ – A detecção deste defeito requer tecnologia e condições especiais

4. Aplicação de tecnologia de testes não destrutivos

4.1 Aeroespacial

A indústria aeroespacial continua sendo o campo mais utilizado para testes não destrutivos. As peças aeroespaciais são testadas antes da instalação em uma aeronave e depois regularmente durante toda a sua vida útil. Os componentes da aeronave devem ser projetados para serem tão leves quanto possível e capazes de desempenhar funções de alta resistência, o que significa que estão sujeitos a cargas elevadas e seu peso inerentemente leve possibilita que um pequeno defeito danifique o dispositivo. O voo contínuo, pouso, taxiamento e pressurização da cabine de uma aeronave resultam em rachaduras por fadiga em muitos dispositivos, que aumentam gradualmente ao longo do tempo e resultam na ruptura da espaçonave, representando grandes riscos potenciais à segurança. Portanto, a inspeção regular de espaçonaves tornou-se uma medida necessária para o uso seguro de espaçonaves.
As principais áreas de aplicação dos END no setor da aviação são:

• (1) Inspeção das pás do turbofan: bordas das pás e outras inspeções;
• (2) Teste de peças compostas: Peças coladas são usadas em muitas aplicações aeroespaciais. Testes usando testes não destrutivos (END) aumentam sua confiabilidade.
• (3) Testando a estrutura de materiais compósitos de revestimento: No campo de espaçonaves e aviação, são usados ​​​​muitos materiais compósitos de fibra de carbono / resina epóxi e favo de mel de alumínio, que são principalmente para redução de peso, reduzindo assim o consumo de combustível e reduzindo os custos operacionais. Esses materiais também estão sujeitos a testes regulares.
• (4) Teste de peças aeroespaciais: Um grande número de peças moldadas aeroespaciais precisa ser inspecionado usando tecnologia NDT.
• (5) Inspeção de componentes estruturais de alumínio multicamadas: A inspeção de estruturas de aeronaves é muito importante para a segurança. Os testes não destrutivos podem desempenhar um papel importante na prevenção de danos estruturais catastróficos, monitorando peças de alumínio rebitadas multicamadas.

Não há dúvida de que o sucesso da indústria aeronáutica depende de testes não destrutivos. Sem testes não destrutivos, os custos de manutenção e operação de aeronaves aumentariam enormemente e a segurança de voo diminuiria.

4.2 Inspeção de pista

Nos primeiros dias do desenvolvimento ferroviário, muitos acidentes e até mesmo descarrilamentos foram devidos a defeitos ferroviários. Portanto, na década de 1920, os Estados Unidos estabeleceram uma empresa especial de inspeção ferroviária para manter a ferrovia. É claro que a inspeção manual tem sido um sistema de rotina nas ferrovias há muitos anos.
A detecção de campo magnético foi usada anteriormente em testes não destrutivos de trilhos ferroviários. Por exemplo, o método de detecção de campo magnético foi introduzido pela empresa norte-americana Sperry em 1928. O equipamento de detecção foi instalado em um carro de fiscalização que percorreu os trilhos. A detecção de campo magnético é mais sensível a fissuras transversais em trilhos, enquanto outros defeitos, como costuras, delaminação, corrosão e outros defeitos, não são sensíveis. Esses defeitos também são a causa de trincas por fadiga. Portanto, na década de 1960, os Estados Unidos começaram a usar equipamentos ultrassônicos de detecção de falhas, e também foram construídos equipamentos de teste para detectar carros patrulhando a velocidades de 6,5 milhas e 13 milhas por hora.
Actualmente, a rede ferroviária da China está a tornar-se cada vez mais longa e a extensão do percurso dos comboios de alta velocidade também é superior a 10.000 quilómetros. Os requisitos para veículos e carris de alta velocidade, que devem ser submetidos a ensaios não destrutivos, também estão a tornar-se cada vez mais elevados. Além do sistema para melhorar a “janela” diária para verificações manuais, estão também a ser utilizadas mais instalações de END. Essas instalações incluem carros de inspeção de pista (testes dinâmicos), dispositivos de alarme a bordo, dispositivos portáteis, dispositivos manuais, carros de medição fina de pista, dispositivos eletrônicos de inspeção de pista, etc., que podem realizar operações precisas.

4.3 Inspeção da ponte