Ensaios Tecnológicos de Aço.pdf

9º Semestre em Engenharia Civil Universidades Metropolitanas Unidas FMU

Ensaios Tecnológicos do Aço

ÍNDICE

ENSAIOS DESTRUTIVOS: ENSAIOS NÃO DESTRUTIVOS Tração Compressão Impacto Embutimento Fadiga Torção Cisalhamento Dureza Brinell Dureza Rockell Dureza Vickers Dobramento Flexão

Ultrassom Líquidos Penetrantes Partículas Magnéticas Radiografia Radiologia Tomografia Radiologia Digital

ÍNDICE

ENSAIOS DESTRUTIVOS: ENSAIOS NÃO DESTRUTIVOS Tração Compressão Impacto Embutimento Fadiga Torção Cisalhamento Dureza Brinell Dureza Rockell Dureza Vickers Dobramento Flexão

Ultrassom Líquidos Penetrantes Partículas Magnéticas Radiografia Radiologia Tomografia Radiologia Digital

Método destrutivos Ensaio de tração No ensaio de tração o corpo é deformado por alongamento, até o momento em que se rompe. Os ensaios de tração permitem conhecer como os materiais reagem aos esforços de tração, quais os limites de tração que suportam e a partir de que momento momento de se rompem. Há dois tipos de deformação que é submetido a força de tração: •

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Deformação elástica: elástica: não é permanente. Uma vez cessados os esforços, esforços, o material volta à sua forma de origem. Deformação plástica: plástica: é permanente. Uma vez cessados os esforços, não volta sua forma de origem.

Ensaio de tração: procedimento Fixa-se o corpo de prova na máquina por suas extremidades, numa posi posiçã ção o que que perm permit itee ao equi equipa pame ment nto o apli aplica carr-lh lhee uma uma forç forçaa axia axiall para para fora fora,, de modo modo aume aument ntar ar seu seu comp compri rime ment nto. o. A máqu máquin inaa de traç tração ão é hidr hidráu áulilica ca,, movi movida da pela pela pres pressã são o de óleo óleo,, e está está ligada a um dinamômetro que mede a força aplicada ao corpo de prova. A máqu máquin inaa de ensa ensaio io poss possui ui um regi regist strrador ador gráf gráfic ico o que que vai traç traçan ando do o diag diagra rama ma de forç forçaa e defo deform rmaç ação ão,, em pape papell mili milime metr trad ado, o, à medi medida da em que que o ensa ensaio io é real realiz izad ado. o.

Ensaio de tração: procedimento.

Curva tensão - Deformação

Ensaio de impacto: fratura frágil As fraturas produzidas por impacto podem ser frágeis ou dúcteis. As fraturas frágeis caracterizam-se pelo aspecto cristalino e as fraturas dúcteis apresentam aparência fibrosa. Os materiais frágeis rompem-se sem nenhuma deformação plástica, de forma brusca. Por isso, esses materiais não podem ser utilizados em aplicações nas quais sejam comuns esforços bruscos, como em eixos de máquinas, bielas etc.

Fatores que influenciam o comportamento frágil dos materiais dúcteis. Um material dúctil pode romper-se sem deformação plástica apreciável, ou seja, de maneira frágil, quando as condições abaixo estiverem presentes: velocidade de aplicação da carga suficientemente alta; trinca ou entalhe no material; temperatura de uso do material suficientemente baixa. •

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Ensaio de impacto: procedimento. O método mais comum para ensaiar metais é o do golpe, desferido por um peso em oscilação. A máquina correspondente é o martelo pendular. O pêndulo é levado a uma certa posição, onde adquire uma energia inicial. Ao cair, ele encontra no seu percurso o corpo de prova, que se rompe. A sua trajetória continua até certa altura, que corresponde à posição final, onde o pêndulo apresenta uma energia final.

Ensaio de Embutimento •

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O Ensaio de embutimento é aplicado no seguimento de estamparias. Peças produzidas a partir de chapas metálicas, por processos de estampagem, como panelas, latarias de automóveis, entre outras peças. A finalidade do ensaio é avaliar a ductilidade do material durante o processo. Para evitar surpresas indesejáveis, como só descobrir que a chapa é inadequada ao processo de estampagem após a produção da peça. Estampagem-lataria de automóvel.

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Ensaio: a chapa a ser ensaiada é presa entre uma matriz e um anel de fixação,

que tem por finalidade impedir que o material deslize para dentro da matriz. Um punção aplica uma carga que força a chapa a se abaular até que a ruptura aconteça. O resultado do ensaio é a medida da profundidade do copo formado pelo punção no momento da ruptura. •

Ensaio Erichsen: No caso desse ensaio o punção tem cabeça esférica de 20 mm

de diâmetro e a carga aplicada no anel de fixação que prende a chapa é de cerca de 1.000 kgf.

A altura h do copo é o índice Erichsen de embutimento.

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Ensaio Olsen- Ele se diferencia do ensaio Erichsen pelo fato de utilizar um

punção esférico de 22,2 mm de diâmetro e pelos corpos de prova, que são discos de 76 mm de diâmetro.

Processo do ensaio de Olsen .

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Vídeo do ensaio de Embutimento

Ensaio de Fadiga •

Fadiga é a ruptura de componentes, sob uma carga bem inferior à carga

máxima suportada pelo material, devido a solicitações cíclicas repetidas. •

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Tensões cíclicas :esforços que se repetem com regularidade em uma peça.  A ruptura por fadiga começa a partir de uma trinca (nucleação) ou pequena

falha superficial, que se propaga ampliando seu tamanho, devido às solicitações cíclicas. Quando a trinca aumenta de tamanho, o suficiente para que o restante do material não suporte mais o esforço que está sendo aplicado, a peça se rompe repentinamente.

Corpo cilíndrico sofrendo ruptura por fadiga

Ensaio de Fadiga •

Corpos de prova utilizados:O corpo de prova deve ser usinado e ter bom

acabamento superficial, para não prejudicar os resultados do ensaio. A forma e as dimensões do corpo de prova variam.As formas de corpos mais utilizados são :

Corpo de prova utilizado no ensaio de fadiga

Ensaio de Fadiga •

Tipos de ensaio de fadiga:Os aparelhos de ensaio de fadiga são constituídos

por um sistema de aplicação de cargas, que permite alterar a intensidade e o sentido do esforço, e por um contador de número de ciclos. O teste é interrompido assim que o corpo de prova se rompe. •

O ensaio é realizado de diversas maneiras, de acordo com o tipo de solicitação que se deseja aplicar: - torção; - tração-compressão; - flexão; flexão rotativa

Equipamento utilizado no ensaio de fadiga

ensaio de fadiga rotativa

ENSAIOS DE CISALHAMENTO E DUREZA DESTRUTIVOS : destrutivos: Promovem a ruptura ou a inutilização do material a ser ensaiado. Tensão de Cisalhamento: A Tensão de cisalhamento ou tensão de corte são

geradas em forças aplicadas em sentidos opostos, porém na mesma direção.

ENSAIOS DE CISALHAMENTO

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A forma do produto final afeta sua resistência ao cisalhamento,

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Não Existem normas específicas para o corpo de prova,

Método de ensaio para pinos, rebites e parafusos. O dispositivo é fixado na máquina de ensaio e os rebites, parafusos ou pinos são inseridos entre as duas partes móveis.

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No caso de ensaio de solda, utilizam-se corpos de prova semelhantes aos empregados em ensaios de pinos. Só que, em vez dos pinos, utilizam-se  junções soldadas.

ENSAIOS DE CISALHAMENTO

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•

A forma do produto final afeta sua resistência ao cisalhamento,

•

Não Existem normas específicas para o corpo de prova,

O ensaio de cisalhamento realizado em chapas utiliza uma ferramenta de cisalhamento do tipo Johnson, conforme indicado na figura ao lado,

•

Para o ensaio de chapas finas e punção redondo utiliza-se uma ferramenta de estampos em que um punção aplica uma força ou carga de encontro ao corpo de prova (material) que está sobre uma matriz.

ENSAIOS DE DUREZA Dureza Brinell: O ensaio de dureza Brinell consiste em comprimir lentamente uma esfera de aço temperado, de diâmetro D, sobre uma superfície plana, polida e limpa de um metal, por meio de uma carga F, durante um tempo t, produzindo uma calota esférica de diâmetro d .

Representação matemática final :

Unidade de medida não é representada (kgf/mm²)

DUREZA BRINELL VANTAGENS: •

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Pode ser realizado testes de durezas de muitos metais, Único que admite ensaio de metal sem estrutura uniforme; Método fácil de ser operado. DESVANTAGENS

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Uso limitado da esfera, A recuperação elásticas provocam erros, Limitações para testes em esferas cilíndricas.

ENSAIOS DE DUREZA Dureza Rockwell

Ensaios Destrutivos Dobramento •

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O ensaio de dobramento fornece somente uma indicação qualitativa do grau de deformação do material, associada a sua fase plástica e seus valores numéricos não são de grande importância. O ângulo que determina a severidade do ensaio geralmente mais usados 90,120 e 180 graus. Verifica-se a olho nu se o corpo de prova apresenta algum tipo de trincas, fissuras e rachaduras, para assim ser aprovado ou não no ensaio

Como é feito ensaio de dobramento

Processos de Dobramento •

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Dobramento Livre Dobramento semi-guiado Dobramento para Construção Civil(semi-guiado e a 180°) Dobramento Corpo de Prova Soldados

Flexão x dobramento •

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Quando um material for submetido a uma carga e esta causa uma deformação elástica, o material está submetido a um esforço de flexão. Quando um material for submetido a uma carga e esta causa uma deformação plástica, o mesmo está submetido a um esforço de dobramento.

Ensaios Destrutivos Flexão •

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O ensaio de flexão é realizado em materiais frágeis e resistentes como ferros fundidos, alguns aços, estruturas de concreto entre outros. Nos materiais frageis, as flexas medidas sãomuito pequenas, para determinar a tensão, utilizamos a carga que provoca a fratura do corpo de prova. Ensaio é parecido com o ensaio de dobramento a única diferença que neste método é usado o extensômetro para medir a deformação chamado de flexa conhecida como flexão máxima.

O que é o Ultrassom O som audível ao ouvido humano esta compreendido entre as frequências de 20 a 20.000Hz. Sons que ultrapassem 20.000Hz são classificados como Ultrassom O ultrassom trabalha com frequência acima do limite audível, na faixa de 0,5 a 25 MHz(500.00 a 25.000.000Hz). •

Produção do Ultrassom

O método mais Utilizado nos ensaio são os cristais Piezelétricos , com o sulfato de lítio, o titânio de bário, o quartzo etc.. Ao se aplicar corrente alternada de alta frequência num cristal ele vibrara na mesma frequência gerando Ultrassom. Na recepção ocorre o inverso.

Vantagens e Desvantagens do Ultrassom •

Vantagens do ensaio por ultrassom • • • • • • • • • • •

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Localização precisa das descontinuidades existentes nas peças. Alta sensibilidade na detecção de pequenas descontinuidades. Redução dos custos com inspeção e com sucata. Aumento da detecção de falhas. Controle e otimização de processos. Não é necessário parar ou desligar o sistema a ser ensaiado. Penetração possível para detectar descontinuidades internas na peça. Possibilita uso estacionário ou móvel. Possibilita inspeção em superfícies pintadas. Excelentes possibilidades de documentar o processo de inspeção. Respostas imediatas.

Limitações do ensaio por ultrassom • • • •

Exigência de operador especializado para interpretar os ensaios. Ensaio sensível a choque e vibrações. Calibração constante do equipamento. Necessita de acoplantes.

Tipos de transdutores e funções e Características •

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Normais:

emitem ou recebem ultrassom perpendicular a superfície Angulares: editem e/ou recebem o ultrassom obliquamente a sua superfície.

Monocristal: Somente emissão de ondas; somente recepção ondas; o mesmo cristal emiti e recebe. Duplo-cristais: o mesmo transdutor possui um cristal para recepção e outro para emissão do Ultrassom Tamanho do cristal piezelétrico: Os transdutores normais mais utilizados possuem de 5 a 25 mm de diâmetro. Em geral, nos transdutores angulares utilizam-se cristais retangulares.

Técnicas de Ensaio do Ultrassom •

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Técnica transparente: se não houver descontinuidade o sinal chega 100% ao receptor, se houver o sinal que foi emitido chega inferior. Mais indicado em processos automáticos com grande produção. Técnica por Pulso-eco: Processos manuais usam monocristais, emissor e receptor pela facilidade de manuseio e de operação, as ondas tem de ser pulsantes para obter ecos de retorno nos intervalos de pulsação. Não adequada para peças com pequena espessura devido a sua zona morta. Técnica de Duplo Cristal: Indicado para peças com pouca espessura, com zona morta menor, para descontinuidades próxima a superfície, usando TR (transmissor e receptor) com duplo Cristal. Técnica com transdutores Angulares: Indicado para cordões de solda devido a seu acoplamento ser suficiente para o ensaio.

Técnica de Duplo Cristal

Técnica de Transdutores Angulares

Técnica Pulso-Eco

Equipamento de Ensaio por Ultrassom •

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Medi a intensidade do sinal elétrico de retorno a tensão, recebida pelo transdutor, e o tempo transcorrido entre a emissão do pulso e o retorno do Eco. O osciloscópio realiza medidas pequenas que são apresentadas em tela e avaliadas pelo técnico. Na vertical temos a intensidade do sinal elétrico do eco e do retorno, na horizontal o intervalo de emissão e recepção do pulso, além dessa medição ele também emitem sinais elétricos para os transdutores. Os valores apresentados são comparados a parâmetros já conhecidos, para ajuste e calibração do equipamento.

Líquidos Penetrantes •

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ABNT 15691:2009 - Líquido penetrante - Prática padronizada. ABNT NBR NM 334:2012 - Líquidos penetrantes — Detecção de descontinuidades.

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ASTM E 165-65 - Standard Test Method for Liquid Penetrant Examination.

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Utilizado em materiais não magnéticos (alumínio, aço etc.).

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Detecta descontinuidades abertas na superfície das peças , como trincas, poros, dobras, não

visíveis a olho nu. •

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Uma vantagem é a rápida visualização da descontinuidade, que pode ser extremamente fina (0,001 mm de largura). As desvantagens são a impossibilidade de determinar o nível de profundidade da falha e só detectar descontinuidades abertas e superficiais.

Método de Inspeção •

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Preparação e limpeza da superfície. Aplicação do Penetrante: Tipo I – Visível Tipo II - Fluorescente •

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Remoção do excesso de penetrante.

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Revelação

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Avaliação e Inspeção.

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Limpeza pós ensaio.

Aplicação do líquido penetrante fluorescente com pincel

Aplicação do líquido penetrante colorido em spray

Resultado com líquido penetrante fluorescente

Aplicação do revelador

Resultados com líquido penetrante visível

Partículas Magnéticas •

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ABNT NBR NM 342:2014 - Partículas magnéticas - Detecção de descontinuidades Verifica possíveis descontinuidades superficiais e internas de até aproximadamente 3 mm de profundidade em

materiais ferromagnéticos. •

Realizado por meio do magnetismo produzido por uma corrente elétrica em um material condutor, gerando as linhas de força características do campo magnético.

Linhas características do campo magnético.

Forma do campo magnético produzido por uma barra imantada

Partículas Magnéticas •

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Onde há descontinuidade as linhas sofrem desvios e atraem uma quantidade maior partículas magnéticas. Quando a descontinuidade é paralela às linhas de fluxo do campo magnético, o ensaio tem menor sensibilidade.

Desvios das linhas de fluxo da peça

Se é perpendicular às linhas de fluxo do campo magnético, o campo de fuga é maior. Peça ensaiada

Radiografia •

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ABNT NBR NM 314:2007 - Ensaios não destrutivos - Radiografia industrial – Terminologia ABNT NBR NM ISO 5579:2016 Ensaios não destrutivos — Exame radiográfico de materiais metálicos usando filme e raios X ou gama — Regras básicas

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Permite a visualização e a inspeção da peça inteira.

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Identifica principalmente problemas internos.

Radiografia •

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A identificação dos defeitos é devido a absorção diferenciada da radiação pela matéria: quanto maior a quantidade de massa, maior a quantidade de radiação absorvida. A quantidade de radiação absorvida é quantificada por meio de filme, tubo de imagens ou, ainda, por detectores eletrônicos de radiação. Os raios X e gama atravessam corpos opacos, como metais e concreto.

Raio X •

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Bunker de Proteção

Para este ensaio é necessário montar o sistema no bunker, devido a radiação emitida. Pode ser feito de estrutura metálica revestida com camada de chumbo, ou por paredes de concreto. Penetrômetros

Também conhecidos como indicadores de qualidade de imagem IQI são dispositivos colocados em evidência sobre a peça, para verificar a sensibilidade radiográfica.

Bunker

Raio X : Resultados

Raio Gama (Gamagrafia) •

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Os raios gama são ondas eletromagnéticas originadas por isótopos instáveis (radioativos). Os mais usados na radiografia são: cobalto 60, irídio 192, césio 137 e túlio 170. Não é possível ajustar o comprimento de onda, os isótopos emitem radiações gama características do elemento emissor. A fonte de raios gama emite radiações continuamente e por isso deve ser guardada numa blindagem. Não é necessário empregar energia elétrica para gerar raios gama. Pode ser realizado sem proteção (bunker). Os equipamentos para gamagrafia são mais simples, têm menor custo inicial e requerem menor manutenção, comparados aos de raios X.

Gamagrafia

Referências Bibliográficas: •

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ANDREUCCI, R. Líquidos Penetrantes. Ed. 1. Abendi – São Paulo, 2016. ANDREUCCI, R. Partículas Magnéticas. Ed. 1. Abendi – São Paulo, 2016. ANDREUCCI, R. Radiologia Industrial. Ed. 1. Abendi – São Paulo, 2017. MSc. Luiz Eduardo Miranda J. Rodrigues. Instituto federal de educação ciência e tecnologia http://fuvestibular.com.br/apostilas/telecurso-2000/metalmecanica/ensaio-de-materiais/ http://afinkopolimeros.com.br/servicos/ensaios-laboratoriais/ensaiosmecanicos/

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