与材料相关的因素
Medidores de espessura ultrassônicos de qualidade podem oferecer testes altamente precisos em metais, plásticos e outros materiais. No entanto, vários fatores relacionados ao material de teste, equipamento, geometria da peça e habilidade e cuidado do usuário podem afetar o grau de precisão alcançado em uma aplicação. Continue lendo para conhecer os fatores que podem afetar os resultados dos testes ultrassônicos.
Fatores relacionados a materiais
As propriedades físicas do material de teste são um fator que afeta a precisão e a faixa de medição de um medidor de espessura ultrassônico. Isso inclui fatores acústicos e geométricos.
1. Propriedades acústicas do material de teste
A estrutura encontrada em certos materiais pode limitar a precisão e a extensão das medições de espessura por ultrassom.
- Dispersão do som: em aço inoxidável fundido, ferro fundido, fibra de vidro e materiais compósitos, a energia sonora se espalhará dos limites de grãos individuais em peças fundidas ou limites entre fibras e matriz na fibra de vidro ou compósito. A porosidade do material pode ter o mesmo efeito. Certifique-se de ajustar a sensibilidade do medidor para evitar a detecção desses ecos de dispersão espúrios. Esta compensação pode, por sua vez, limitar a capacidade de diferenciar um eco de retorno de um eco de parede traseira do material, limitando o alcance das medições.
- Atenuação ou absorção de som: em muitos polímeros, como plásticos de baixa densidade, e na maioria dos tipos de borracha, a energia do som é atenuada muito rapidamente nas frequências usadas para aferição ultrassônica. A atenuação normalmente aumenta com a temperatura. A espessura máxima que pode ser medida nestes materiais é, muitas vezes, limitada pela atenuação.
- Variações de velocidade: A medição da espessura por ultrassom é precisa somente quando a velocidade do som no material é coerente com a calibração do aparelho. Alguns materiais apresentam variações significativas na velocidade do som de um ponto a outro. Isto ocorre em certos tipos de metais fundidos devido às alterações na estrutura dos grãos que resultam da variação de taxas de resfriamento e à anisotropia da velocidade do som em relação à estrutura do grão. Alguns materiais apresentam variações significativas na velocidade do som de um ponto a outro. Muitos plásticos e borrachas mostram uma rápida mudança na velocidade do som com a temperatura, exigindo que os operadores executem a calibração da velocidade na mesma temperatura da medição.
- Fase de reversão ou fase de distorção: A fase ou polaridade de um eco de retorno é determinado pelas impedâncias acústicas relativas (densidade × velocidade) dos materiais de fronteira. O 38DL PLUS simula a condição usual onde a peça testada é sustentada pelo ar ou por um líquido, sendo que ambos tem impedância acústica mais baixa que metais, cerâmica ou plásticos. No entanto, em alguns casos especiais, tais como: a medição de vidro, de revestimentos de plástico sobre metal, ou de revestimento de cobre sobre o aço, esta relação de impedância é invertida, e o eco aparece com a fase invertida. Para manter a precisão nesta situação, certifique-se de alterar a polaridade de detecção de eco apropriada. Uma situação mais complexa pode ocorrer com materiais anisotrópicos ou homogêneos, tais como metais fundidos de grãos grossos ou em certo compósitos, onde as condições do material resultam na existência de vários caminhos de som na área do feixe. Em tais casos, a distorção de fase pode criar um eco que não é identificado nem como positivo, nem como negativo. Experimente cuidadosamente os padrões de referência nesses casos para determinar os efeitos na precisão da medição.
2. Propriedades acústicas do material de teste
O tamanho, a forma e o acabamento da superfície da peça de teste também devem ser considerados para estabelecer os limites da faixa de medição e precisão.
- Superfície de rugosidade da peça de teste: O resultado da medição será mais preciso quando a superfície frontal e traseira forem lisas. Quando a superfície de contato é rugosa, a espessura mínima que pode ser medida deve ser aumentada, devido ao aumento da ressonância do som na espessura da camada do acoplante. O acoplamento ineficiente pode reduzir a amplitude do eco. Além disso, se a superfície superior ou
inferior da peça de teste for áspera, isso pode causar distorção no eco de retorno devido aos múltiplos caminhos de som ligeiramente diferentes vistos pelo transdutor, resultando em imprecisões de medição.
A presença de escamação, ferrugem, corrosão ou impurezas na superfície externa da peça de teste interferirão no acoplamento da energia sonora proveniente do transdutor na amostra. Por esse motivo, limpe qualquer resíduo solto da amostra com uma escova de aço ou lima antes da medição. Geralmente, realizar medições de corrosão através de finas camadas de ferrugem é possível, desde que a ferrugem seja lisa e bem aderida ao metal abaixo. Lembre-se de que algumas superfícies muito rugosas ou corroídas podem precisar ser lixadas, ou lixadas para garantir o acoplamento correto do som. Também pode ser necessário remover a tinta se ela estiver descascando.
- Curvatura da peça de teste: um problema relacionado à curvatura é o alinhamento do transdutor com a peça de teste. Ao medir em superfícies curvas, é importante colocar o transdutor ao redor da linha central da peça e segurá-lo o mais firmemente possível na superfície. Em alguns casos, um suporte de bloco em V (com mola) pode ser útil para se manter o alinhamento. De modo geral, quanto menor for o raio da curva, menor deve ser o transdutor, e o alinhamento do transdutor será fundamental. Para raios muito pequenos, uma abordagem de imersão com um transdutor focalizado é necessária. Em alguns casos, é útil usar uma exibição de forma de onda como auxílio para manter o melhor alinhamento. Em superfícies curvas, é importante utilizar um meio de acoplamento suficiente para se obter a leitura. O excesso de acoplante formará um filete entre o transdutor e a superfície de teste, onde o som reverberará e poderá criar sinais espúrios que podem desencadear leituras falsas.
- Afilamento ou excentricidade: se a superfície de contato e as superfícies posteriores da peça de teste forem cônicas, excêntricas ou de outra forma anguladas ou desalinhadas entre si, o eco de retorno será reduzido em amplitude e pode ser distorcido devido à variação no trajeto do som ao longo da largura do feixe, reduzindo a precisão da medição. Normalmente, a espessura medida representará uma média integrada aproximada das variações de espessura no diâmetro do feixe. Em casos de desalinhamento significativo, a medição é impossível porque o feixe refletido formará o trajeto em V longe do transdutor e não pode ser recebido. Este efeito fica maior à medida que a espessura do material aumenta.
Fatores relacionados ao operador
Calibração: A precisão de qualquer medição ultrassônica é tão boa quanto a precisão e os cuidados tomados durante a calibração. Certifique-se de realizar as calibrações de velocidade e de zero descritas na Seção 4 quando o material de teste ou transdutor for trocado. Também recomendamos verificações periódicas com amostras de espessura conhecida para verificar se o medidor está funcionando corretamente.
- Alinhamento do feixe: sempre segure o transdutor na horizontal ao testar em superfícies planas e normal ao raio de curvatura ao testar em superfícies curvas. Ao testar em superfícies curvas, sempre centralize o transdutor na curva. O desalinhamento causará distorção do eco, o que afetará negativamente a precisão.
- Acoplamento técnico: no modo de medição n° 1 (transdutor de contato), a espessura da camada de acoplante está incluída na medição sendo compensada por uma parte do desvio de zero. Para atingir a precisão máxima, a técnica de acoplamento deve ser consistente. Para medições consistentes, use apenas acoplante suficiente para atingir uma leitura estável e aplique o transdutor com pressão uniforme. A
prática mostrará o grau moderado de pressão que produz leituras repetíveis. Além disso, nunca raspe ou arraste os transdutores em superfícies ásperas. Geralmente, os transdutores com diâmetros menores exigem menos força de acoplamento para comprimir o excesso de acoplante do que os transdutores com diâmetros maiores. Em todos os modos, a inclinação do transdutor distorce os ecos e gera leituras imprecisas, como descrito abaixo:
Para medição de corrosão em canos e tubos de pequeno diâmetro, segure o transdutor de forma que o material da barreira de som visível na face da sonda esteja alinhado perpendicularmente ao eixo central do cano, como mostrado abaixo.
Fatores relacionados ao equipamento
Embora os fatores de design do instrumento, como a taxa de amostragem digital, definam os limites de faixa e precisão para um medidor ultrassônico, o intervalo e a precisão em uma aplicação são determinados pela combinação de medidor, transdutor e configuração, bem como fatores relacionados ao material. Para obter informações sobre os materiais típicos e faixas de espessura que podem ser medidos com medidores ultrassônicos usando transdutores específicos e configurações de instrumento apropriadas, visite a Seção 9.0 Apêndices — Tabelas de faixa do transdutor.
Observe que medidores de precisão quando usam transdutores de elemento único normalmente têm maior precisão inerente do que medidores de corrosão usando transdutores de elemento duplo.
