Ce Celso Ultrasom

8/18/2019 Ce Celso Ultrasom

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Universidade Estadual Paulista “Júlio de Mesquita Filho”Faculdade de Engenharia de Ilha SolteiraDepartamento de Engenharia Mecnica

!rea de Materiais e Processos

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" E#S$I" P"% U&'%$(S"M

1.Características, comportamento e propagação de ondas ultra-sônicas.

Chamamos de infra-som, a faixa de freqüência de at !" #$ e de som audí%el a faixade !" #$ a !"""" #$. &cima desta freqüência define-se o ultra-som.

Como sa'emos toda su'st(ncia constituída por partículas. )maginemos que estasu'st(ncia se*a composta de pequenas partículas de matria, as quais estãointerligadas por forças el+sticas, podendo se mo%er em relação s suas posiçes deequilí'rio fig. /.10.

)2. /-13 456478)2&9:; =6)C&= 5& ?&6@7)&

Auando uma partícula impulsionada, ela começa a %i'rar e passa sua energia paraas partículas ad*acentes.


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)2. /-!3 ;5


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@ aquela na qual as partículas do meio %i'ram na direção perpendicular ao depropagação fig. /.L0. 5este caso, o'ser%amos que os planos de partículas mantm-sena mesma dist(ncia um do outro, mo%endo-se apenas %erticalmente.


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espessura se*a maior que o comprimento de onda fig. /.M0.

)2. /-M3 ;5


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)2. /-P3 ;5


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Material

Densidade

(kg/m3 )

Veloc. ongit.

V

(m/s)

Veloc. Trans!.

V T

(m/s)

Impedância Acústica

" # $

(kg/m2 . s)

Aço 7.700 5.900 3.230

45 .106

Água ( 20o

C ) 1.000 1.480 xxxxxx 1,5 .106

Alumíno 2.700 6.300 3.130 17 .106

A! 1,2 330 xxxxxx 0,0004 .106

"o!!a#$as 900 1.480 xxxxxx 1,3 .106

C%&mo 8.600 2.780 1.50024 .10

6

C$um'o 11.400 2.160 700 25 .106

Co'! 8.900 4.700 2.260 42 .106

s*an$o 7.300 3.320 1.670 24 .106

+!!o +un&&o 7.220 5.600 3.200 40 .106

l#!na 1.260 1.920 xxxxxx 2,4 .106

-a*o 8.100 3.830 2.05031 .10

6

agnso 1.700 5.700 3.170 9,7 .106

íul 8.800 5.800 3.080 51 .106

lo (A 20/30) 950 1.250 xxxxxx 1,2 .106

u!o 19.300 3.240 1.200 63 .106

lxglass 1.180 2.730 1.430 3,2 .106

o!#lana 2.500 5.660 3.42014 .10

6

!a*a 10.500 3.600 1.590 38 .106

ua!*o 2.600 5.570 3.520 14 .106

*:no 4.540 6.240 3.210 28 .106

;n#o 7.100 4.170 2.410 30 .106

Consideremos agora, uma onda longitudinal se propagando em um meio 1 e incidindo


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perpendicularmente em uma interface caracteri$ada pelo meio ! fig. /./0.

;5


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& 4xemplo 13 ; material 1 +gua e o material ! aço. Calcular 7 e 6.


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&t agora se tra'alhou com ondas longitudinais que entram na peçaperpendicularmente superfície. )nfeli$mente, uma perfeita detecção de descontinuidadesomente possí%el com este mtodo quando ela quase paralela a superfície dapeça. reqüentemente, entretanto, as descontinuidades são orientadas o'liquamente,de maneira que a Bnica possi'ilidade de atingir a sua superfície perpendicularmente,isto , de modo mais fa%or+%el possí%el, direcionar um feixe sônico so' um certo(ngulo com a superfície da peça. ; que acontece quando um feixe sônico atinge umainterface so' um certo (nguloX Considerando uma onda longitudinal, pode-se esperar,de acordo com as leis da Iptica, que primeiramente uma onda longitudinal se*arefletida, e em segundo lugar, se a interface for penetr+%el, que ocorra uma refraçãoou transmissão0. 4ntretanto, isto não de todo correto. &lm das ondas longitudinalrefletida e refratada o'tm-se duas ondas trans%ersais, sendo que uma delas refletida e a outra refratada fig. /.V0.

5a figura /.V, a designação das ondas a seguinte3

8i H onda longitudinal incidente propagando-se no meio 1.6r H onda trans%ersal refletida propagando-se no meio 1.8r H onda longitudinal refletida propagando-se no meio 1.6t H onda trans%ersal refratada ou transmitida0 propagando-se no meio !.8t H onda longitudinal refratada ou transmitida0 propagada no meio !

)23 /-V3 )5C)


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LtTt

Tt

Li

Li

sen

V

sen

V

sen

V Lt

θ=

θ=

θ

a condição para α1 que θ8t H W"o. =u'stituindo %alores na relação anterior, temosque3

oTt1 *!sen

(*!!

sen

323!

sen

23!=

θ=

α

como senW"o H 1 , podemos determinar os (ngulos α1 e θ 8t 3

α1 H !/,Po

θ 6t H LL,!o

a condição para α! que θ6t H W"o, então3

o2 *!sen

323!

sen

23!=

α

α! H O/,/o


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& ta'ela /-! apresenta os (ngulos de refração das ondas longitudinal e trans%ersalpara alguns materiais, correspondentes a diferentes (ngulos de refração para aço.


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a0 '0 c0 d0

Figura ; EAeito PieBoel?trico

6a'ela 1. Características dos principais cristais utili$ados em ensaios ultra sônicos

Cristal FmKs0 ρ TgKmL0 R TgKm!.s0

Auart$o O./"" !.P"" 1M,V . 1"P6itanato de Q+rio O.""" O.M"" !/,O . 1"P

?etanio'ato de Chum'o !./O" P.""" 1P,O . 1"P

6itanato Rirconato deChum'o

!.L"" V.W"" !",O . 1"P

onde3ρ a densidade do cristal e R a imped(ncia acBstica .

=e oscilaçes de alta freqüência são introdu$idas no corpo de ensaio, geradauma onda longitudinal contínua. Gara transmitir as oscilaçes do cristal peça

ensaiada possí%el se não existir ar entre o cristal e a superfície peça a ser ensaiada,ou se*a se hou%er um perfeito acoplamento.; ar remo%ido aplicando-se um líquido +gua, Ileo, %aselina, glicerina, etc.0 entream'as as superfícies.

; elemento pie$oeltrico alo*ado con*untamente com um 'loco amortecedor,uma 'o'ina sintoni$adora de freqüência e um conector em uma pequena carcaçamet+lica ou pl+stica. 4ste con*unto conhecido como ca'eçote ultra sônico ig.! 0.


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igura !. Ca'eçote ltra =ônico

m cristal pie$oeltrico exi'e propriedades de oscilação quando su'metido auma diferença de potencial alternada, e quando solicitado mecanicamente ele capa$de produ$ir cargas eltricas de polaridades contr+rias na sua superfície .


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amostra atra%s do ultra som , sem a presença da descontinuidade aparecer+ na telado osciloscIpio dois picos , o primeiro pico representa o pulso de emissão e o segundoo pulso refletido, o pulso refletido chamado de eco.

pulso deeco de falha

descontinuidade

pulso de

! 1 2 3 % + 8 * 1! ! 1 2 3 % + 8 * 1!

PEÇA PEÇA

reflexão

emissão

igura M )nspeção pelo ?todo )mpulso - 4co.

'0 ?todo de 6ransparência 3 aquele que utili$a dois ca'eçotes separados.5este caso não existe trem de ondas como no mtodo anterior, mas uma ondacontínua no meio, partindo do emissor e chegando ao receptor. ma descontinuidadena peça ensaiada ser+ determinada por uma diminuição da altura do eco de recepçãoou eco de fundo.

ReceptorTransmissor

igura O ?todo da 6ransparência

c0 ?todo de 7esson(ncia 3 no mtodo do impulso - eco, as indicaçes são dasondas transmitidas e rece'idas são separadas, enquanto que no mtodo daresson(ncia são so'repostas.

& resson(ncia ocorre em uma das freqüências naturais de %i'ração da peça em


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teste, quando a espessura desta peça igual a um mBltiplo exato de meioscomprimentos de ondas. 4ste mtodo caracteri$a um processo de medição deespessuras, ao qual conhecendo-se a %elocidade % de propagação da onda acBstica nomeio e a freqüência de %i'ração, podemos calcular a espessura do material sã'aseada no fato de que a espessura procurada ser+ um mBltiplo da metade docomprimento de onda da %i'ração.

s H 5 lK! onde 3 5 H no inteiro de harmônicos. Como l H %Kf , temos ques H 5 %K!f

;s equipamentos standard de ultra som para a detecção de defeitos podemoperar somente pelos mtodos impulso - eco e de transparência .

; mtodo de resson(ncia usado principalmente de espessuras, sendo queneste caso a freqüência de %i'ração do cristal %ariada at o material entrar em

resson(ncia, oscilando com intensidade m+xima.4xemplo 3 & espessura de um certo tipo de aço com %elocidade de propagaçãolongitudinal de OVO" mKs, apresentou os picos de resson(ncia na tela do osciloscIpioem !,M \ L,L \ M,! e O,1 ?#$.

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