O documento descreve as principais aplicações do ensaio por ultrassom na indústria, incluindo detecção e avaliação de descontinuidades internas e superficiais e medição de espessuras e propriedades físicas. Também discute vantagens como não requerer cuidados de segurança, permitir definir profundidade de descontinuidades e fornecer laudo imediato, bem como limitações como faixas de espessura muito finas e necessidade de preparo de superfície.

2. Hoje na área de inspeção de produtos na
industria moderna, tem grande aplicação em
forjarias , caldeirarias , ferroviária, estruturas
marítimas , automotiva, grandes metalúrgicas,
área de petróleo e petroquímica, papel e celulose,
indústria alimentícia, aeronáutica, gasodutos e
oleodutos, tubulações, sempre como uma
ferramenta indispensável para a garantia da
qualidade.
Principais aplicações

3. ENSAIO NÃO DESTRUTIVO COM O OBJETIVO DE DETECÇÃO
DE DESCONTINUIDADES , PREJUDICAR UMA ATIVIDADE
INDUSTRIAL OU TRAZER DANOS À PESSOAS OU AO MEIO
AMBIENTE.
 PRINCIPAIS APLICAÇÕES DO ENSAIO NA INDÚSTRIA
• Detecção e avaliação de descontinuidades internas.
• Detecção de descontinuidades superficiais.
• Medição de espessuras em diversos materiais
• Medição de dureza pelo módulo de elasticidade , bem
como determinar propriedades físicas

4. Vantagens
 Não requer cuidados quanto a segurança;
 Grandes espessuras não é uma limitação para o ensaio;
 Permite definir a profundidade e o tamanho da descontinuidade;
 O acesso por uma das superfícies somente.
 Laudo imediato
 Alta sensibilidade

6. Limitações
•Faixas de espessuras muito finas, constituem uma dificuldade para a aplicação
do método, por motivo da zona morta;
•Pequenas descontinuidades sub-superficiais podem não ser detectadas;
•Requer o preparo da superfície, e em alguns casos existe a necessidade de
remover o reforço de solda;
•Necessidade de blocos padrão e de referência
•Superfícies irregulares constitui uma dificuldade de acoplamento;
•Necessidade do acoplante.

7. Espectro de frequencias
sonoras
Ultrassom são ondas mecânicas ou acústicas com frequência
acima do limite audível. O ensaio de ultrassom utiliza frequências
acima de 20 KHz.
As ondas sonoras se propagam nos sólidos, nos gases e nos líquidos
onde uma partícula transmite a vibração para a partícula vizinha.

8. •INFRA-SOM = f < 20Hz
É toda vibração que possui uma frequência abaixo dos 20 Hz.
• SOM AUDÍVEL de 20Hz até 20 kHz
É toda vibração que pode ser captada pelo ouvido
humano, e sua frequência esta na faixa dos 20 Hz aos
20.000 Hz.
•ULTRA SOM > 20 kHz
É toda vibração que possui uma frequência acima dos 20.000 Hz.

9. FREQUÊNCIA
É o número de vibrações (ciclos) que ocorre num
intervalo de tempo.
1Hz=1 ciclo por segundo ou 1/s.
FREQUÊNCIAS MAIS USADAS NA INDÚSTRIA METALÚRGICA
Na indústria, utilizando o aço como material de ensaio
Faixa utilizada: de 0,5 a 25 mHz
Frequências mais utilizadas: 1, 2, 4 e 5 mHz

10. Podemos definir que:
• 1 Hz = a 1 vibração por segundo (1 ciclo /seg)
• 1000 Hz = 1 KHz = 1000 vibrações por Segundo
• 1.000.000 Hz = 1 MHz = a 1.000.000 de vibrações por segundo
• PERÍODO= TEMPO GASTO PELA ONDA PARA COMPLETAR UM CICLO (s)

11. Definição de Onda : São vibrações mecânicas periódicas na
matéria, que transporta energia sem transporte de matéria
Provocando vários pulsos teremos um trem de ondas
Pulso = Perturbação Onda = movimento do pulso
Fonte = mão da pessoa Meio = corda

12.  COMPRIMENTO DE ONDA
distancia entre dois vales ou duas cristas de onda na mesma fase
sensibilidade do ensaio:
METADE DO COMPRIMENTO DA ONDA
DEFINE A MENOR DESCONTINUIDADE DETECTÁVEL NO ENSAIO
POR ULTRASSOM
 Frequência fundamental: relação entre espessura do cirstal, velocidade
e frequência – F= V / 2e

13. Velocidade de propagação
do som
• Definimos velocidade de propagação como sendo a distância
percorrida pela onda na unidade de tempo (m/s)
• (depende da propriedade física do meio em que se desloca, modulo de
elasticidade)
• é uma característica do meio, sendo constante independente da
frequência

14. MATERIAL
Peso
Específico
( Kg/m³ )
Velocidade
Transversal
( m/s )
Velocidade
Longitudinal
( m/s )
Impedância
Acústica
106
( Kg/m 2
s )
Aço baixa liga 7.850 3.250 5.940 46.629
Aço carbono 7.850 3.250 5.920 46.472
Aço inoxidável (tipo 304L) 7.900 3.070 5.640 44.556
Aço inoxidável (tipo 410) 7.670 2.2990 5.390 41.341
Acrílico (plexiglass) 1.180 1.430 2.730 3.221
Água (20ºC) 1.000 ----- 1.480 1.480
Alumínio 2.700 3.130 6.320 17.064
Cobre 8.900 2.250 4.700 41.830
Concreto 2.000 ----- 4.600 9.200
Ferro fundido 6.900 2.200 5.300 36.570
Ferro fundido cinzento 7.200 2.650 4.600 33.120
Glicerina 1.300 ----- 1.920 2.496
Inconel 8.500 3.020 5.820 49.470
Molibdênio 10.200 3.350 6.250 63.750
Níquel 8.800 2.960 5.630 49.544
Óleo automotivo 870 ----- 1.740 1.514
Ouro 19.300 1.200 3.240 62.532
Prata 10.500 1.590 3.600 37.800
Quartzo (natural) 2.650 ----- 5.760 15.264
Titânio 4.540 3.180 6.230 28.284
Tungstênio 19.100 2.620 5.460 104.286
Vidro 3.600 2.560 4.260 15.336

15. Ondas Longitudinais ou ondas de compressão: se propagam nos sólidos,
líquidos e gases. É a onda de maior velocidade de propagação.
•Emitida por cabeçote normal e duplo cristal

16. Ondas Transversais, de corte ou de cisalhamento: se propagam
somente nos sólidos. Sua velocidade é aproximadamente 50% da onda
Longitudinal.
Emitida por cabeçotes angulares

17. Ondas Superficiais de Rayleigh e de Creeping: se propagam
apenas nos sólidos, velocidade é aproximadamente 10% inferior a
onda transversal. No aço vel. de 2700 m/s.

18. Exemplo 1
Qual a menor descontinuidade que poderá ser detectada na inspeção de
uma chapa de aço com ondas longitudinais e frequência de 4 MHz ?
VL aço = 5920 m/s = 5.920.000 mm/s
f = 4 MHz = 4.000.000 Hz
 = V / f  = 5920.000__  = 1,48 mm
4.000.000
A menor descontinuidade detectável será de /2 = 0,74 mm

19. Exemplo 2
 Qual a menor descontinuidade que poderá ser detectada na inspeção de
uma chapa de aço com ondas transversais e frequência de 4 MHz?
VT aço = 3.250 m/s = 3250.000 mm/s
f = 4 MHz = 4.000.000 Hz
 = V / f  = 325.0000__  = 0,81 mm
4.000.000
A menor descontinuidade detectável será de /2 = 0,41 mm

20. SE A FREQUÊNCIA É ALTA:
. A DETECTABILIDADE AUMENTA
. A PENETRAÇÃO DIMINUI
. AATENUAÇÃO AUMENTA

21. Efeito piezoelétrico
DEFINIÇÃO: É a propriedade de certos cristais, de transformar energia
elétrica em mecânica e vice – versa
 Primeiro efeito piezo elétrico= transformação de energia mecânica em
elétrica
 Segundo efeito piezo elétrico= transformação de energia elétrica em
vibração mecânica

22. Tipos de cristais
 Quartzo= (cristal natural)
 Sulfato de Lítio= (hidratado)sintético
 Titanato de Bário= CERÂMICO (sinterizado) sintético
 Metaniobato de Chumbo= (sinterizado)sintético
 Titanato zirconato de chumbo =(sinterizado)SINTÉTICO
Frequência de ressonância
e = V/2f f = V/2e
Onde V = velocidade do som no cristal

23. Cristais Piezoelétricos
 Quartzo (cristal natural)
 Estável eletricamente, suporta temperatura 576 C
 Deficiente como gerador de energia
 Sulfato de Lítio (hidratado)sintético
 Melhor receptor, é solúvel em água, é instável e suporta temp até 75
C
 Titanato de Bário (sinterizado)sintético
 É o mais utilizado em us, cerâmico, melhor transmissor de energia
sônica, é fragil e tem tendência ao envelhecimento
 Metaniobato de Chumbo (sinterizado)sintético
 Titanato zirconato de chumbo(sinterizado)
 Bons transmissores de energia, suportam altas temperaturas,
tendência ao envelhecimento

24. Esses cabeçotes geram ondas longitudinais normais à superfície de
acoplamento. Possuem um único cristal que emite e recebe as ondas
ultrasônicas alternadamente.
Características
•Contato direto
•Emite onda longitudinal
•Não permite angulação
•Problemas de zona morta
•Pulso-eco
Cabeçote Normal

25. Cabeçote Normal
Esses cabeçotes tem a
desvantagem do pulso inicial (zona
morta) sempre ser mostrado na tela
do aparelho. Com isso,
descontinuidades próximas à
superfície não são detectadas.
O pulso inicial é característica do
método pulso-eco, onde parte das
vibrações do cristal, que estão
sendo transmitidas para a peça,
também gera sinal elétrico, que é
convertido em imagem gráfica na
tela do aparelho.

26. Cabeçote Duplo-cristal
Possuem dois cristais, sendo que um somente emite e o outro
somente recebe o impulso ultra-sônico. Os cristais são montados em
blocos independentes, separados por um elemento isolante acústico.
PARA INSPEÇÃO DE PEQUENAS ESPESSURAS
NÃO SOFRE INTERFERÊNCIA DO CAMPO PRÓXIMO E DA ZONA
MORTA
•Limitações
1.Espessura limitada ao campo
sônico, profundidade limite;
2.Presença do ¨cross talk eco¨;
3.Sofre desgaste durante o uso,
limitando sua vida útil devido a
espessura limite.

27. Cabeçote Angular
 Diferem dos cabeçotes normais pelo fato de o cristal formar um certo ângulo
com a superfície do material. Os transdutores angulares são
confeccionados de maneira que a onda longitudinal refratada a partir da
onda longitudinal que percorre a sapata de acrílico ( plexiglass ) tenha um
ângulo maior que 90º e somente a onda transversal penetre na peça
ensaiada.

28. Cabeçote Angular
Assim como os cabeçotes normais, os cabeçotes angulares também
apresentam problemas para detectar descontinuidades próximas a
superfície, devido a zona morta. Porém, devido à sapata de acrílico, que
retarda a entrada do eco na peça, este efeito é menos significativo.

29. Campo próximo
Região de grande pressão sônica e grande variação na intensidade
do feixe sônico devido a interferência entre frentes de onda. O final do
campo próximo é onde está a maior concentração do feixe sônico.
No campo próximo há dificuldade na avaliação ou detecção de pequenas
descontinuidades, isto é, menores que o diâmetro do transdutor

30. Campo próximo
Fórmulas para cálculo do campo próximo
N = Def 2 . F para cristais circulares
4 . V
N = 1,3 Mef 2 . F para cristais quadrados ou retangulares
V
N = campo próximo
Def = diâmetro efetivo do cristal do transdutor = 0,97 x D real do cristal
F = freqüência do transdutor
V = velocidade longitudinal do material
Mef = Metade do comprimento efetivo do lado maior do cristal retangular,
onde comprimento efetivo = 0,97 x comprimento real

31. Divergência:
 Sabemos que na região central do feixe sônico, a sensibilidade
e a intensidade sônica é maior, e na medida que nos afastamos
do eixo central, num mesmo plano, diminui a sensibilidade.
 Esse efeito é conseqüência da divergência do feixe sônico,
após percorrido a distância equivalente ao campo próximo, e
pode ser calculada (para cristal circular) através da relação:
Sen y = K . Velocidade do Som (mm/s) .
Diâmetro Cristal (mm) x Freqüência (Hz)
K = Constante em função sensibilidade requerida

32. Campo Longínquo ou Distante
Região após o campo próximo. Nesta região a onda sônica se
diverge igual ao facho de luz de uma lanterna em relação ao eixo
central e diminui de intensidade quase que com o inverso do quadrado
da distância.

33. Impedância acústica
A impedância acústica é definida como sendo o produto da massa
específica ( ρ ) pela velocidade sônica do material ( V )
Z = ρ . V
Com Z em Kg/m2s ρ em Kg/m3 e V em m/s
A impedância acústica determina a quantidade de energia refletida e
transmitida.
Se as impedâncias acústicas de dois materiais forem iguais não
haverá reflexão, e toda a energia será transmitida.
Se as impedâncias acústicas de dois materiais forem muito
diferentes ( como na interface metal-ar ) haverá apenas reflexão.
A porcentagem da energia acústica incidente que será refletida pela
interface depende da razão entre as impedâncias acústicas ( Z2/Z1 ) e
do ângulo de incidência.

34. Incidência normal
R =
Ir
Ii =
( Z2 – Z1 )2
( Z2 + Z1 )2
T =
It
Ii
4( Z2 x Z1 )2
( Z2 + Z1 )2
ou T = 1 - R
Exemplo: Calcular os coeficientes de reflexão e transmissão para
a interface aço-água.
Z aço = 46 . 106 Kg/m2s
Z água = 1,5 . 106 Kg/m2s

35. Incidência normal
Resolução:
R =
Ir
Ii =
( 1,5 – 46 )2
( 1,5 + 46 )2
= 0,88
T = 1 – 0,88 = 0,12
Assim, teremos apenas 12% da
interface sônica que chega na interface
sendo transmitida para o segundo meio.
Os restantes 88% serão refletidos.

36. Lei de Snell
O primeiro ângulo crítico da onda longitudinal incidente é
aquele cujo ângulo da onda longitudinal refratada seja igual a 90º.

37. Lei de Snell

38. Acoplantes
•O acoplante= elimina a camada de ar entre o cabeçote e a peça
fazendo com que a impedância acústica seja diminuída a valores muito
baixos e portanto que tenha a transmissão de som
•Em uma interface aço/aço = transmissão 100%
•Em uma interface aço/ar = 0% de transmissão
Água, óleo, carboximetilcelulose, graxa, etc.
Tipos de acoplantes

39. ATENUAÇÃO SÔNICA
principais causas
• Perdas por transmissão
1. Impedância acústica: materiais compostos
2. Absorção: energia gasta para movimentar as
partículas
3. Espalhamento: devido a anisotropia do material
• Efeitos de interferência : difração
• Dispersão do feixe : divergência

40. Atenuação sônica
Podemos definir então que, atenuação são perdas devido a propagação
do som no material, apresenta uma curva exponencial

41. Resolução
capacidade de detectar descontinuidades próximas entre si.
A resolução é diretamente proporcional à frequência

42. Técnicas de Ensaio
Ensaio por contato
Na maioria das aplicações do ultra som, o cabeçote esta em contato com a peça,
causando atenuação devido a superfície irregular e acoplamento.
X
Ensaio por imersão
Podemos utilizar altas freqüências, pois o cabeçote não esta em contato com a peça.
Ex 25 mhz
o contato com a peça causa atenuação e limita o ensaio a freqüências baixas

43. cabeçote
Percurso
sônico refletor
peça
Pulso-eco
• CARACTERÍSTICAS
• Medir espessuras
• Controle de corrosão
• Localização e dimensionamento de descontinuidades

44. Pulso-eco

45. 45
Utiliza o transdutor angular para inspeção de soldas em função da
impossibilidade de um perfeito acoplamento dos transdutores normais e duplo
cristal na região do reforço da solda. O ângulo de confecção do transdutor
possibilitará a inspeção do chanfro da solda como também o interior da mesma.
Transdutor angular

46. Transdutor angular

47. Transparência
Caso não haja nenhuma descontinuidade no material, as ondas chegaram
no receptor praticamente sem perda do sinal (1).
A existência de uma descontinuidade no interior do material, fará com que o
sinal recebido seja menor que no local isento de descontinuidade (2), ou
desapareça totalmente (3).

48. Ressonância
•Este método baseia-se no fato que uma onda elástica entra em ressonância
quando a espessura da peça é igual a um número inteiro de meios
comprimento de onda
•Utiliza-se um feixe contínuo e a frequência é variada até que a peça entre em
ressonância. O fenômeno repete-se nos diferentes harmônicos além da
frequência fundamental.

49. Equipamentos analógicos
Krautkramer – USM 2

50. Equipamentos analógicos
Krautkramer – USK 7

51. Equipamentos Digitais
GE – USM Go

52. Equipamentos Digitais
GE – USN 58L

53. Equipamentos Digitais
Sonatest – D20

54. Equipamentos Digitais
Olympus – Epoch 600

55. Phased Array

56. TOFD
Time of Flight Diffraction

57.  Resolução:
 Poder de detecção de descontinuidades próximas entre si.
 Sensibilidade:
 Capacidade de detecção de descontinuidades pequenas.
 É função inversa do comprimento de onda: quanto menor o
comprimento de onda, maior será a sensibilidade.
 Campo Próximo:
 Região próxima ao cabeçote onde há uma grande interferência
sônica, dificultando a identificação de descontinuidades.
 É função direta da Freqüência: quanto maior a freqüência, maior
será o campo próximo.
Definições Importantes

58. Penetração:
Capacidade da onda sônica penetrar no meio em exame.
É função direta do comprimento de onda: quanto maior o
comprimento de onda, maior será a penetração.
Divergência:
Abertura que o feixe sônico sofre durante a propagação da
onda no material.
É função inversa da Freqüência: quanto menor a
freqüência, melhor será a resolução.
Atenuação:
Perda de energia sônica durante a propagação da onda no
material.
É função direta do comprimento de onda: quanto maior o
comprimento de onda, maior será a atenuação.
É a soma das perdas por impedância acústica + absorção +
espalhamento + dispersão + difração.