Sair
6ª Conferência sobre
Tecnologia de Equipamentos
EVOLUÇÃO DO USO DE SISTEMAS ULTRA-SÔNICOS
AUTOMÁTICOS NO BRASIL
Paulo Cesar F. Henriques
CONSULTOR
Sergio Damasceno Soares
PETROBRAS - CENTRO DE PESQUISAS
Trabalho apresentado no XXI Congresso
Nacional de Ensaios Não Destrutivos,
Salvador, agosto, 2002.
As informações e opiniões contidas neste trabalho são de exclusiva responsabilidade
dos autores.
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Sinopse
O método ultra-sônico teve uma grande evolução no Brasil nos anos 70 devido às
construções de plataformas marítimas para Bacia de Campos, localizada no Estado
de Rio de Janeiro.
Em meados dos anos 80, o Centro de Pesquisas da PETROBRAS (CENPES) em
parceria com empresas prestadoras de serviços iniciou um novo desafio na inspeção
por ultra-som. A meta deste desafio era introduzir um equipamento automático para
realizar a inspeção de fabricação e montagem, assim como as inspeções de serviço
em equipamentos da indústria de petróleo. Durante este período foram avaliados
alguns equipamentos e rotinas de trabalho, que serão descritas neste trabalho.
Hoje em dia poderia ser citado o uso do ensaio ultra-sônico automático em inspeção
de tubulações, vasos de pressão e dimensionamento de defeitos.
O incremento do uso deste método atraiu algumas companhias estrangeiras para
mercado brasileiro e conseqüentemente aumentou a oferta de sistemas de inspeção
automáticos no Brasil.
1-Introdução
1.1- A Tecnologia Ultra-sônica automática nos anos 80
Em 1985 Camerini (1) alli de et prepararam um artigo onde foi descrita uma
comparação entre método de inspeção ultra-sônica automática, inspeção ultra-sônica
manual, método radiográfico e também com ensaios destrutivos. Estes testes foram
aplicados em tubos soldados de 60-120 mm de diâmetro e 7-11 mm de espessuras
com descontinuidades inseridas.A inspeção automática foi considerada aplicável
quando os outros métodos demonstravam-se pouco confiáveis ou impossíveis de
serem utilizados.
Santin, Henriques e Damasceno (2) fizeram um estudo sobre um método ultra-sônico
automático em 1988. Ultra-som automático e manual, método de inspeção de
radiográfica e ensaio visual foram aplicadas em 20 amostras de tubos soldados de 90325 mm de diâmetro e 6,5-16 mm de espessuras. Os resultados alcançados foram
considerados bons e o uso foi recomendado quando ensaios convencionais não
pudessem ser aplicados. Durante o período de teste, ocorreram alguns problemas
com o equipamento devido a sistema de refrigeração. O aquecimento resultou em
falsas indicações em regiões sem defeitos. Este problema foi resolvido com a
instalação de ventiladores no equipamento. O equipamento estava sendo usado em
laboratório (temperatura = 22ºC).
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1.2- A Tecnologia Ultra-sônica automática nos anos 90
Camerini e Soares (3) escreveram um artigo em 1991 sobre a mais recente geração
de equipamentos digitalizados e computadorizados que ofereciam melhorias
significantes em termos de aquisição de dados, armazenamento e registro de
inspeção permanente. Graças a estas novas e poderosas características, significativo
progresso foi alcançado. Tinham sido alcançados resultados excelentes com
aplicação prática de sistemas computadorizados automáticos que usavam
transdutores normais (0 graus) em chapas de aço e transdutores angulares em juntas
soldadas. Concluíu-se que os sistemas usados eram tecnicamente e economicamente
viáveis.
Camerini e Soares (4) em 1992 analisaram um sistema ultra-sônico automático de
alta capacidade de armazenamento e grande velocidade de inspeção.Este sistema foi
avaliado em inspeção de soldas de dutos submarinos. Foram executados testes
usando transdutores normais para inspeção do metal de base e transdutores angulares
para a inspeção das soldas conforme o código ASME. O objetivo era avaliar a
confiabilidade, velocidade e condições operacionais. Embora os resultados obtidos
demonstrassem bom desempenho, em termos de confiabilidade e velocidade, as
aplicações sob condições industriais pareceram ser de difícil operacionalização.
Moreira, Giroldo e Pagão (5) relataram em 1995, que por causa do constante
aumento das exigências da qualidade da fabricação de tubos, os equipamentos de
NDT estavam recebendo uma preocupação decisiva e muito especial relacionada à
seleção do fornecedor. Devido a isto, um sistema ultra-sônico on-line para inspeção
automática de bobinas para fabricação de tubos de aço API foi desenvolvido,
projetado e construído. Este sistema era capaz de inspecionar atendendo a diversas
especificações do mercado mundial de tubos. Este sistema foi posto para operar em
de agosto 1994. A velocidade de inspeção e o processamento dos dados foram
compatíveis com a produção e nenhuma perda foi imposta ao desempenho de
produção das bobinas.
Carneval, Soares e Decaro (6) escreveram um artigo que relata o desenvolvimento de
um sistema de inspeção ultra-sônico constituído de um detector de falhas digitalizado
com interface a um microcomputador, manipulador de transdutores e software.
Principais características do software:
•
aquisição de sinais em A-scan de áreas selecionadas usando o detector digital
de falhas;
•
armazenamento do resultado da inspeção em A-scan;
• recuperação do resultado da inspeção;
•
análise de resultado de inspeção por meio de procedimento de inspeção;
•
apresentação em A, B e C-scan usando paleta de cores para mostrar os níveis
do dano.
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Moreira, Carbogin e Gomes (7) apresentaram em 1996 um artigo sobre o
desenvolvimento de um sistema ultra-sônico automático para inspecionar
extremidades de tubos com o objetivo de detectar defeitos laminares e através da
parede. O sistema consistiu em equipamento multicanal e microcomputador. O artigo
apresentou o processo de fabricação de tubos, características técnicas de sistema, tipo
de equipamento e transdutores, modo de varredura, aquisição de dados, calibração e
registro de resultados. O sistema foi usado em vários contratos com sucesso.
Algumas mudanças foram implementadas, tais como: novo software e modo de
registro, cunhas novas, ajuste da sensibilidade e melhoria do desempenho
operacional.
Krüger (8) et alli de apresentaram um artigo em 1996 que discute sobre as vantagens
de uso de sistemas ultra-sônicos automáticos. Neste artigo foi apresentado também, o
desenvolvimento feito pela Universidade Federal de Rio de Janeiro em
automatização de ferramentas de inspeção. A idéia desta pesquisa era desenvolver
um software que pudesse gerenciar sistemas ultra-sônicos de um modo flexível, para
uso em laboratório e escala industrial. Foi mostrado exemplos de processamento de
sinal, reconstrução de imagens ultra-sônicas, mapas de registro de descontinuidades e
medição de espessura por meio de análise espectral de sinais.
Durante o ano de 1998, a PETROBRAS e um parceiro boliviano construíram uma
importante linha de gás, chamada GASBOL (Gasoduto Bolívia-Brasil). Ensaios nãodestrutivos foram aplicados durante a construção. Manfred e Quadrado (9)
publicaram um artigo em 1999 discutindo a inspeção de soldas circunferenciais. Foi
usado processo MAG mecanizado para soldagem das juntas entre o Rio Grande
(Bolívia) e Paulinea ( Brasil), devido a sua alta produtividade. Em função disto, seria
interessante que o método de inspeção também, permitisse a rápida avaliação sobre a
qualidade de solda, que possibilitaria o imediato reparo da solda. Foi aplicada a
inspeção ultra-sônica automática em substituição da inspeção radiográfica,
tradicionalmente usada neste tipo de construção.A inspeção ultra-sônica além da sua
eficiência relacionada à inspeção de soldas, pôde detectar descontinuidades inerentes
ao processo MAG, como, por exemplo, falta de fusão, que é muito difícil de se
detectar através de inspeção radiográfica devido a sua orientação e morfologia. As
inspeções foram realizadas por empresas estrangeiras. Foi verificada pelos resultados
obtidos, a correta escolha de método de inspeção.
1.3- Estado do Ultra-sônico Automático no Brasil
Em 2000 Carneval (10) apresentou um artigo onde foi descrito o modo como
oleodutos são examinados e a comparação entre pig magnético e resultados do ultrasom automatizado. As linhas de óleo brasileiras se estendem por mais de 20.000 km
e deste modo o uso de técnicas de inspeção para garantir a integridade destas linhas é
muito importante. A inspeção através de pigs inteligentes tem sido utilizada para
medir espessuras de paredes e indicar os pontos críticos de corrosão.
A maioria destas inspeções têm sido feitas com pigs magnéticos. Estes dispositivos
são eficientes para localizar áreas corroídas mas, não são precisos para medir
espessura com precisão, desta forma é necessário medir-se a espessura com ultrasom.
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Neste trabalho é mostrada a avaliação de áreas corroídas em oleodutos. Estas áreas
foram selecionadas por pigs magnéticos e examinadas através de um sistema ultrasônico automático e um sistema semi-automático de mapeamento de corrosão.
As diferenças entre as técnicas (pig e dispositivos ultra-sônicos automáticos), assim
como as vantagens e desvantagens de cada um, são comentadas.
Carneval e autores não tiveram a intenção de ser uma referência definitiva sobre este
assunto, mas na realidade, mostrar alguns aspectos relacionados ao uso das
ferramentas citadas.
Pigs instrumentados representam um poderoso recurso para avaliação de oleodutos
com relação à aspectos de segurança. Eles permitem avaliar a integridade do
oleoduto em pouco tempo com um custo razoável, comparado com outras técnicas
não-destrutivas localizadas. Porém o uso deles deveria ser feito com um pouco de
cuidado porque também tem-se visto que ferramentas complexas (alta resolução
magnética e ultra-sônica) tem algumas desvantagens quando comparada com
técnicas mais focalizadas.
Carneval e autores consideram que a técnica de ultra-som localizada, principalmente
quando aplicada de um modo automático ou semi-automático, como neste artigo, é
mais precisa para dimensionamento de descontinuidades que um pig inteligente.
Entretanto o ultra-som localizado não é prático para aplicação ao longo da linha.
Assim, eles só recomendam o uso de ultra-som automático para verificar ou certificar
os pontos apontados pela inspeção com o pig.
Damasceno et alli (11) relataram em 2001 os esforços da PETROBRAS para
capacitação técnica para o controle dos equipamentos de processo que operam com
nitrogênio. Neste contexto, foram avaliados os danos causados tipicamente pelo
hidrogênio em aços usados em equipamentos da unidade de craqueamento catalítico
(UFCC) expostos a soluções alcalinas de amônia, contendo H2S e cianeto,
característicos desta atmosfera corrosiva. Várias técnicas eletroquímicas, tais como:
permeação de hidrogênio, impedância eletroquímica, acompanhamento de potencial
e resitência a polarização linear foram estudadas com o objetivo de identificar a
técnica mais adequada para distinguir diferentes graus de permeação do
hidrogênio.Nesta experiência foi testada uma célula de permeação de resposta rápida
e esboçar a limitação dos altos tempos de resposta das células extrusivas
convencionais. Foram usadas técnicas não destrutivas para permitir a avaliação dos
danos provocados nos corpos-de-prova visando a análise quantitativa.
O flange lateral foi inspecionado através de ultra-som antes e depois de cada teste
para avaliar presença de descontinuidade do tipo trinca induzida por hidrogênio,
tendo como objetivo a detecção de defeitos internos a chapa. Estes ensaios
substituem os testes de CLR (relação de comprimento de trinca) e CTR (relação de
espessura da trinca) definido no NACE TM0284-96. As técnicas convencionais da
inspeção ultra-sônica não são sensíveis as perturbações microestruturais destes aços
devido à presença do hidrogênio. Assim sendo, foi elaborado um procedimento
(PETROBRAS/CENPES/SEMEC-001) com o objetivo de detectar inclusões e
defeitos laminares em chapas de aço degradadas pela ação do H2S. Este método não
detecta defeitos perpendiculares ao flange.
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Carneval, Marques e Smith (12) apresentaram um trabalho em 2001 com os
resultados de uma pesquisa que PETROBRAS vem realizando com a intenção de
desenvolver ferramentas ou sistemas disponíveis no mercado mundial, visando
permitir a inspeção de cascos de navios do tipo FPSO com o mínimo de interferência
no processo produtivo dessas embarcações.
1.4- Perspectivas do Ultra-som Automático
Rodrigues Filho (13) desenvolveu um trabalho em 1998 que pode ser um das
aplicações adicionais da técnica ultra-sônica em escala industrial. Foi estudado um
método para reconhecimento de padrão de defeitos de solda visando o diagnóstico
automático de falhas. Vários testes foram realizados em juntas soldadas com defeitos
previamente definidos. Técnicas de identificação de padrão e métodos de filtros
digitais foram aplicados com o propósito de realizar o diagnóstico automático. Os
resultados experimentais mostraram é possível separar as classes mais importantes de
defeitos em agrupamentos e, por conseguinte obter um desempenho satisfatório.
Em 1999 Soares, Carneval e Rebello (14) publicaram um artigo mostrando um
estudo sobre a relação entre a análise espectral dos sinais de ultra-som e propriedades
mecânicas em aços submetidos a ambiente com H2S. O uso de materiais novos e a
evolução do projeto mecânico dos equipamentos industriais, levando ao decréscimo
da espessura e operando em condições severas (temperatura e pressão), além do
envelhecimento das plantas de processo, faz com que a inspeção não destrutiva tenha
sua importância aumentada ainda mais. Isto porque, agora nós temos falhas pequenas
isoladas ao invés de altas concentrações de falhas grandes.
A técnica ultra-sônica tem uma posição de destaque na detecção de falha de
volumétrica em função das dificuldades operacionais para execução do ensaio
radiográfico. Embora o ensaio ultra-sônico apresente bons resultados na inspeção de
fabricação, o mesmo não pode ser dito sobre dano induzido por hidrogênio.
Métodos de inspeção não-convencionais quando usado sem condições precisas
podem não mostrar bons resultados também. Através da analise espectral de
freqüência, pode-se determinar propriedades acústicas tais como: atenuação,
caracterização de materiais, detecção de descontinuidades em geral e principalmente
os induzidos por ação do hidrogênio. Estas características quando usadas juntamente
com a mecânica da fratura podem implementar a predição de vida residual e a
possibilidade da estrutura continuar em operação ou não. Embora os resultados do
ensaio por ultra-som não contenham a mesma qualidade de informação obtida pelas
técnicas metalográficas, o ensaio ultra-sônico tem a grande vantagem da
continuidade e de não destruir o material, permitindo o monitoramento do mesmo.
Finalmente, o artigo apresenta como principais conclusões:
•
ASTM A516 Gr.70 quando submetido à solução aquosa de H2S tem a
tenacidade diminuída;
•
valores de CTOD no ar, que permitem a difusão do hidrogênio, não
mostraram variações significantes, confirmando que o hidrogênio dentro do
material provoca fragilização;
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•
relações obtidas, principalmente com sinais RMS, mostram a possibilidade de
desenvolvimento de uma metodologia para se determinar às propriedades
mecânicas, sem remover material para fazer ensaios mecânicos. A definição
deste critério resultará em mais um parâmetro para apoiar a decisão de parar
ou não a operação do equipamento industrial e iniciar a monitoração destas
propriedades on-line;
•
espectro normalizado do parâmetro do sinal RMS e utilizando transdutor de
10 MHz, poderão fornecer valores de CTOD.
Bibliografia
(1) Camerini, Carlos Soligo et alli, Inspeção Ultra-sônica Automatizada de
Tubulações Soldadas, 14º Seminário de Inspeção de Equipamentos, IBP, 1985.
[conferência]
(2) Santin, Jorge Luiz, Henriques, Paulo Cesar Francisco e Soares, Sérgio
Damasceno, Estudo da Detectabilidade do Método de Ensaio por Ultra-som
Automatizado, 16º Seminário de Inspeção de Equipamentos, IBP, 1988.
[conferência].
(3) Camerini, Carlos Soligo e Soares, Sergio Damasceno, Ultra-som
Computadorizado: Perspectivas futuras, 2º Seminário Latino-americano de Inspeção
de Equipamentos, IBP, 1991. [conferência]
(4) Camerini, Carlos Soligo and Soares, Sergio Damasceno, Computerized
Ultrasonic Examination in Offshore Piles: prospects, progress, and problems, 13º
World Conference on Non-destructive Testing, Elsevier, 1992. [conferência]
(5) Moreira, Edson Vasques, Giroldo, Eduardo Henrique e Gentile, Mário Roberto,
Equipamento Automático de Inspeção por Ultra-som em Bobinas de Aço, XIV
Congresso Nacional de Ensaios Não Destrutivos, ABENDE, 1995. [conferência]
(6) Decaro, Paulo Roberto, Carneval, Ricardo de Oliveira e Soares, Sergio
Damasceno, Desenvolvimento de um Sistema Automático para Avaliação de Defeitos
Laminares ou Mapeamento de Corrosão em Chapas de Aço, XV Congresso
Nacional de Ensaios Não Destrutivos, ABENDE, 1996. [conferência]
(7) Moreira, Edson Vasques, Carbogin, José Eugenio e Gomes, Wilson Roberto,
Ultra-som Automático nas Extremidades de Tubos, XV Congresso Nacional de
Ensaios Não Destrutivos, ABENDE, 1996. [conferência]
(8) Krüger et alli, Sistema para Automação de Inspeção por Ultra-som, XV
Congresso Nacional de Ensaios Não Destrutivos, ABENDE, 1996. [conferência]
(9) Richter, Manfred Ronald e Quadrado, Flávio Emir, END na Construção do
gasoduto Bolívia Brasil (GASBOL), Revista Soldagem & Inspeção, vol 3, 1999.
(10) Carneval, Ricardo Carneval e Soares, Sérgio Damasceno; Magnetic PIG´s
Evaluation by Means of Automatic Ultrasonic Device; 15th World Conference on
Nondestructive Testing (ICNDT), 2000. [conferência].
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Tecnologia de Equipamentos
(11) Soares, Sérgio Damasceno et alli; Desenvolvimento Conjunto de Técnicas de
Monitoração usando Ensaios Não Destrutivos, 5ª Conferencia de Tecnologia de
Equipamentos (COTEQ), 2001. [conferência].
(12) Marques, Francisco Carlos Rodrigues, Smith, Marco Aurélio de Oliveira e
Carneval, Ricardo de Oliveira, Inspeção de Cascos de Navios do tipo FPSO
(Alternativas possíveis), 5ª Conferencia de Tecnologia de Equipamentos (COTEQ),
2000. [conferência].
(13) Rodrigues Filho, Arlindo, Técnicas para Identificação de Padrões de Solda
através de Sinais Oriundos de Ensaios por Ultra-som, UFRJ, 1998. [tese]
(14) Rebello, João Marcos A., Carneval, Ricardo de Oliveira e Soares, Sergio
Damasceno, Relationship Between the Spectral Analysis of Ultrasonic Echoes and
Mechanical Properties in Steels Submitted to H2S Environment, ASNT´s
International Chemical and Petroleum Industry Inspection Technology (ICPIIT) VI
Topical Conference, ASNT, 1999. [conferência]