procedimento de ultra-som para inspeção de weldolets

Sair
6ª Conferência sobre
Tecnologia de Equipamentos
PROCEDIMENTO DE ULTRA-SOM PARA INSPEÇÃO DE
WELDOLETS
Rubem Manoel de Braga
Antônio Fernando Burkert Bueno
Afonso Regully
Universidade Federal do Rio Grande do Sul
Luís Carlos Greggianin
Companhia Petroquímica do Sul
Trabalho apresentado na 6a COTEQ
Conferência sobre Tecnologia de Equipamentos,
Salvador/BA, 19 a 21 de agosto de 2002.
As informações e opiniões contidas neste trabalho são de exclusiva responsabilidade do (s)
autor(es) .
Sair
6ª Conferência sobre
Tecnologia de Equipamentos
PROCEDIMENTO DE ULTRA-SOM PARA INSPEÇÃO DE WELDOLETS
SINÓPSE
Os weldolets são utilizados em linhas de vapor de super alta pressão. Em aplicações
de elementos finitos, foi prevista a localização da trinca mais crítica e provável de
ocorrer nesse componente. No presente trabalho foi desenvolvido um procedimento
de ensaio por ultra-som para detectar esse tipo de trinca, sendo inicialmente
construído um modelo físico para teste e posteriormente utilizado em campo.
1
INTRODUÇÃO
No trabalho de avaliação de um sistema de vapor de superalta pressão (linha de VS)
chegou-se à conclusão de que havia a possibilidade de existirem trincas longitudinais no
cotovelo interno de alguns pontos da linha com weldolets.
Observando-se o formato provável das trincas (figura 1), conclui-se que a única
possibilidade de detecção das mesmas era por ensaio de ultra-som. Observa-se que as
possíveis trincas são internas e ocorrem apenas no tubo com maior diâmetro, localizando-se
num plano definido pelos eixos da tubulação principal e do weldolet.
Derivação
Weldolet
Tubulação principal
Figura 1: Desenho esquemático do
componente. As trincas internas previstas
estão indicadas por setas.
2 PROCEDIMENTO DE ENSAIO:
2.1 Trajetória do feixe sônico:
O ensaio foi idealizado com a finalidade de determinar se existiam ou não as trincas
mostradas na figura 1, pois um estudo preliminar indicou que não teríamos como posicionar
o transdutor para dimensioná-las devido ao grande volume de material depositado por
soldagem e ao próprio desenho do componente, composto por três peças soldadas entre si.
Sair
6ª Conferência sobre
Tecnologia de Equipamentos
Na figura 2 pode-se observar a trajetória pretendida para o feixe sônico. A idéia
básica foi posicionar o transdutor de tal maneira que o eixo central do feixe sônico atingisse
o vértice definido pelos planos formados pela trinca, pelo furo de adaptação para soldar o
weldolet e pelo furo do tubo supostamente trincado.
Essa foi a posição que se imaginou para o transdutor que possibilitaria a melhor
reflexão para o sinal, pois nas demais o sinal se perderia ou a trinca seria atingida com o
feixe sônico paralelo ao seu plano e dificilmente daria um sinal aceitável.
Para maximizar o eco, imaginou-se emitir o feixe sônico um plano passando pelo
vértice da trinca e fazendo um ângulo de 45o com o eixo do tubo. O componente foi
desenhado em 3D e foi simulado o feixe sônico de transdutores com diferentes ângulos para
ver qual o que possibilitava atingir o vértice sem atingir a parede interna do tubo, conforme
mostrado na figura 2.
Figura 2: Detalhe do feixe sônico e da trinca. Ao atingir
o vértice da trinca, o eco que retorna ao transdutor é
maximizado.
Na simulação concluiu-se que, para todos os weldolets estudados, o ângulo de 60o
satisfazia essa condição. O de 45o, apesar de sua excelente reflexão, não podia ser
posicionado porque ficaria sob a solda e o de 70o não poderia ser utilizado porque o feixe
sônico atingiria a parede interna do tubo.
A figura 3 mostra a disposição dos transdutores de 60o para que o eixo central do
feixe sônico consiga atingir o vértice da trinca. O ângulo indicado para posicionar os
transdutores em relação ao eixo do tubo é 45º.
Sair
6ª Conferência sobre
Tecnologia de Equipamentos
45o
Figura 3: Vista superior do componente. Observa-se a
posição dos transdutores a 45o do eixo, apontando para a
região da trinca.
A Tabela 1, apresentada a seguir, indica os percursos sônicos calculados do feixe
obtido na simulação dos ensaios com o transdutor de 60o. Estes valores orientariam a
inspeção caso fosse detectada algum tipo de descontinuidade no ensaio.
Tabela 1
Percursos Sônicos Calculados na Simulação
Componente com
Weldolet
(″)
24x20
16x8
16x6
10x4
8x3
2.2
Distância do weldolet
d (mm)
39,0
31,0
39,6
30,7
22,3
Percurso sônico
calculado para 60o
(mm)
153,5
108,9
108,9
83,5
68,0
Simulação da trinca:
Foi utilizada para simular a trinca uma amostra disponível da linha de VS de 20” de
diâmetro, Sch. 160, na qual se abriu um furo do mesmo diâmetro do furo do weldolet de
16” e se simulou uma trinca com 10mm de profundidade e espessura de 0,8mm.
Posteriormente foram usinados mais dois entalhes simulando trincas, sendo um com
5mm e outro com 15mm, ambos numa região cortada por oxicorte e sem dar acabamento.
A finalidade dessas trincas foi treinar os inspetores de ultra-som que iriam examinar os
weldolets na Parada.
Sair
6ª Conferência sobre
Tecnologia de Equipamentos
A figura 4 mostra como ficou o corpo de prova para simulação das trincas nos
weldolets. Observa-se o arco usinado correspondente ao furo do weldolet, um arco de raio
maior delimitando a região limite onde poderia passar o transdutor e as linhas a 45o em
relação ao eixo do tubo que orientariam o posicionamento do transdutor.
Todas as trincas que eventualmente ocorram em campo serão semelhantes à trinca
de 10mm simulada.
45o
Figura 4: Corpo de prova utilizado para
simular uma trinca com 10mm de
profundidade na região onde se supõe
possam existir trincas. Observa-se a posição
do transdutor a 45o do eixo do tubo.
3
ENSAIOS DE ULTRA-SOM:
Os ensaios foram feitos baseados nos resultados da simulação, utilizando-se os
transdutores a seguir indicados:
- S6WB5WM, de 5MHz, transdutor normal montado em sapata de 60o, fabricado
pela Karl Deutsch;
- K4-60, de 4MHz, transdutor angular de 60o fabricado pela Eddytronic.
Inicialmente foi determinada a abertura do feixe sônico nos dois transdutores e
então foram feitos os ensaios com os dois transdutores, conforme indicado a seguir:
3.1
Abertura do feixe sônico:
A medição da abertura do feixe sônico foi feita pelo método dos –6dB e os
resultados constam nos gráficos 1 e 2, respectivamente para o transdutor S6WB5WM da
Karl Deutsch e K4-60 da Eddytronic.
A Tabela 2, apresentada a seguir, permite comparar as aberturas do feixe sônico dos
dois transdutores utilizados:
Sair
6ª Conferência sobre
Tecnologia de Equipamentos
Tabela 2: Abertura do Feixe Sônico dos Transdutores
Percurso sônico
(mm)
Transdutor S6WB5WM com
sapata de 60o – Karl Deutsch
Abertura do
Ganho para
feixe sônico
H=80%
(mm)
6,4
44
16,0
55
18,3
60
26,3
68
37,7
74
38,2
76
39,0
77
45,5
79
Abertura do feixe sônico
(mm)
20
40
60
80
100
120
140
160
Transdutor K4-60o
Eddytronic
Abertura do
Ganho para
feixe sônico
H=80%
(mm)
6,8
50
11,4
57
17,3
62
21,5
65
30,4
70
34,5
74
35,5
75
36,7
77
50
40
30
20
10
0
0
50
100
150
Percurso sônico (mm)
S6WB5WM
K4-60
Gráfico 1: Gráfico comparativo das
aberturas do feixe sônico dos transdutores
S6WB5WM (Karl Deutsch) e K4-60
(Eddytronic).
200
Sair
6ª Conferência sobre
Tecnologia de Equipamentos
3.2
Ensaios do corpo de prova com a trinca simulada:
O corpo de prova no qual foi simulada uma trinca, mostrado na figura 4, foi
ensaiado com os dois transdutores. O posicionamento dos transdutores no corpo de prova
da simulação foi na área indicada pela figura 4, isto é, logo após a marca indicativa da
posição ocupada pelo weldolet e na intersecção de um plano a 45o com o tubo.
Nos ensaios realizados em laboratório verificou-se que é possível detectar a trinca
com sinal a 80% de altura na tela. Os valores dos ganhos e percursos sônicos obtidos
constam na Tabela 3:
- Transdutor S6WB5WM:
Ganho: 78dB
Percurso sônico: 147,0mm
- Transdutor K4-60:
Ganho: 76dB
Percurso sônico: 146,5mm
3.3
Trabalhos de campo:
Durante a parada geral de manutenção os weldolets julgados mais críticos foram
inspecionados de acordo com o procedimento descrito, tendo sido constatada a trinca
prevista em um weldolet.
O tempo de operação da linha era de 170000h quando foi realizada a inspeção.
4
CONCLUSÕES:
a) O ensaio de ultra-som pode ser utilizado para detectar as trincas dos weldolets
previstas para ocorrerem nos trabalhos por elementos finitos, desde que sejam
observadas as seguintes condições:
a1) Utilizar transdutor angular de 60o, preferencialmente com freqüência de
4MHz ou superior;
a2)Posicionar o transdutor na linha definida pela intersecção de um plano a 45o
do eixo do tubo e passando pelo vértice da trinca;
a3)Utilizar ganho de varredura superior a 75dB caso sejam utilizados os
transdutores K4-60 da Eddytronic, S6WB5WM da Karl Deutsch ou similares;
b) O dimensionamento dessas trincas não pode ser feito. Caso sejam detectadas,
pode-se determinar o comprimento aproximado no sentido do eixo do tubo, mas
não no sentido da espessura da parede;
c) Sempre fazer o ensaio posicionando o transdutor por um lado e após pelo outro
para confirmar eventuais trincas detectadas;
d) Pesquisar sinais próximos ao da trinca para certificar-se de que o sinal tido como
originado pela trinca não seja sinal de reflexões em irregularidades de oxicorte.
5
BIBLIOGRAFIA
- Camerini, C.S. “Probabilidade de detecção de defeito utilizando curvas de
correção de atenuação da atenuação em função da distância” II Seminário
Nacional de Ensaios Não Destrutivos, SP - 1981.
Sair
6ª Conferência sobre
Tecnologia de Equipamentos
-
6
Krautkrämer, “Ultrasonic Testing of Materials” - Third Ediction - 1983.
Norma N-1594 - Petrobrás - Ensaio Não-Destrutivo - Ultra-Som.
Norma N-1768 - Petrobrás - Inspeção de Soldas - Ultra-Som.
AGRADECIMENTOS
- À Companhia Petroquímica do Sul - COPESUL pela oportunidade de realizar
esse trabalho;
- Ao CNPQ e à UFRGS pelo incentivo à pesquisa aplicada na Universidade;
- Ao Eng. Gabriel Tarnowski, mestrando da UFRGS, pela cooperação nos
trabalhos de simulação do feixe sônico;
- Ao técnico em ultra-som Jésus de Almeida, da Ultra Teste, pelas sugestões
práticas e trabalhos de campo.