CURSO DE LÍQUIDOS PENETRANTES II

1.1 - Ensaio por líquidos penetrantes - Histórico

O ensaio de líquido penetrante é um dos mais importantes ensaios não destrutivos e é utilizado nas indústrias de máquinas, aviação nuclear, petroquímica e outros.

Mas, o líquido penetrante teve sua historia iniciada nos meados deste século, com o desenvolvimento dos projetos, os engenheiros queriam diminuir o peso dos equipamentos e com isto começaram a surgir casos de eixos partidos e trincados. As trincas eram notadas com um exame visual, mas pela própria dificuldade de limpeza dos eixos, não era conseguida uma boa eficiência.

Assim nasceu o método de ensaio não destrutivo especial para detectar trincas em eixos de vagões ferroviários chamado de " método do óleo e giz ". Este método consistia de que todas as partes do vagão a serem inspecionados deveriam ser limpas com água fervendo ou com uma solução decapante e em seguida serem bem secos (e naturalmente neutralizados). A seguir, deviam ser colocados num tanque com óleo e querosene, no qual ficavam imersos algumas horas, até alguns dias. Depois, as peças eram retiradas do Tanque, limpas com querosene, deixado secar e quando estavam completamente secos, eram pintados com uma camada branca sobre a superfície das peças, pois o álcool se evaporava. Em seguida, a peça era martelada e onde houvessem trincas o óleo manchava a película de giz denunciando a trinca.

Este método foi utilizado até meados de 1930, quando apareceram o método magnético ou " método das partículas magnéticas".

Somente em 1941, após exaustivos estudos realizados por Robert C. Switzer, ressurge o velho método, agora com outras tecnologias. Em 1942 a Magnaflux compra a patente de Switzer que a industrializa e aluga sua licença para outras empresas.

O ensaio por líquidos penetrantes ajudou em muito na 2a. Guerra para testar as partes em alumínio dos aviões, onde se fixou como um dos métodos mais utilizados.

1.2 - Propósitos do Ensaio por Líquidos Penetrantes

O ensaio de L.P. presta-se a detectar descontinuidades que estão abertos na superfície de sólidos de materiais que não sejam essencialmente porosos.

Indicações de defeito não dependem do tamanho, configuração geométrica estrutura interna, composição química da peça, nem tão pouco da orientação do defeito. Os líquidos penetrantes podem adentrar vários tipos de diminutas aberturas superficiais (relatam-se, tão finos quanto 0,01 de milímetro de largura) por ação de capilaridade. Por isto, o processo pode ser utilizado com segurança em todos os tipos de trincas superficiais, dobras, porosidade, vazios de contração, laminações e descontinuidades similares.

Na prática, o processo de ensaios por líquidos penetrantes é bem simples (não envolvem equipamentos eletrônicos). O equipamento utilizado é geralmente mais simples e custa menos que os outros métodos de Ensaios não Destrutivos.

O estabelecimento de procedimentos e regras para a inspeção de partes específicas é geralmente mais fácil que outros métodos mais sofisticados de inspeção.

O líquido penetrante não depende do FERROMAGNETISMO e da forma que está disposto o defeito. O método de líquidos penetrantes não é bom somente para detectar defeitos superficiais em metais não ferrosos, mas também é muito utilizado para revelar defeitos superficiais numa grande variedade de outros materiais não magnéticos. A inspeção por líquidos penetrantes também é realizada em aços FERROMAGNÉTICOS que em alguns casos é mais sensível que a inspeção magnética.

1.3 - Princípios Básicos de Líquidos Penetrantes

A inspeção por líquidos penetrantes depende sobremaneira da fluidez do líquido sobre a superfície sólida da peça inspecionada, o líquido flui sobre a superfície formando uma película uniforme e continua que migra para dentro das cavidades que estão abertas na superfície. As cavidades que interessam são normalmente invisíveis ao olho desarmado. A habilidade de um líquido se espalhar por uma superfície e penetrar nas cavidades (fluidez), depende principalmente:

1. Limpeza da superfície

2. Configuração da cavidade

3. Tamanho da cavidade

4. Tensão superficial do líquido

5. Habilidade do líquido se espalhar na superfície (fluidez)

 As forças de coesão entre moléculas em um líquido causam a tensão superficial. Um exemplo da influência da tensão superficial é a tendência do líquido livre, como uma gota de água, e contrair para o formado de esfera. Onde na gota, a tensão superficial é contra balanceada pela pressão interna hidrostática do líquido. Quando um líquido entra em contato com uma superfície sólida, e força coesiva responsável pela tensão superficial compete com a força adesiva entre as moléculas do líquido e a superfície sólida. Estas forças juntas determinam o ângulo de contato, formando entre o líquido e a superfície (fig. 1).

Caso for menos que 90o. (fig. 1a) é dito que o líquido flui pela superfície, ou que tem uma boa capacidade de molha-la, caso o ângulo seja igual ou maior que 90o. (fig. 1b e 1c) a fluidez é considerada baixa.

Juntamente com fluidez temos o fenômeno da capilaridade de subida ou de depressão (fig. 2). Caso o ângulo de contato, o formado entre o líquido e a parede do tubo for menor que 90o. (isto é, o líquido flui pela parede do tubo), a forma do líquido no tubo é côncava, e o líquido flui pela parede do tubo (fig. 2a). Caso for igual a 90o, não há capilaridade (fig. 2b). Caso for maior que 90o, o líquido fica com uma depressão no tubo e não flui pela parede, sua forma é convexa (fig. 2c). A capilaridade de subida (fig. 2a) não suga o líquido para cima, mas sim a pressão hidrostática imediatamente abaixo da linha côncava é reduzida pela distribuição de tensões, assim o líquido é empurrado para cima através do tubo capilar pela força hidráulica transmitida pela pressão atmosférica que atua sobre a área livre do líquido fora do tubo capilar.

A altura que o líquido sobe é diretamente proporcional à tensão superficial do líquido e o coseno do ângulo de contato é inversamente proporcional a densidade do líquido e o raio do tubo capilar caso como na fig. 4 em que o tubo capilar é fechado, o líquido continua fluindo pelo tubo a despeito da contrapressão formada pelo ar e vapor contidos na parte fechada do tubo, apesar que o líquido sobe um pouco menos.

Mesmo que em certas circunstâncias uma parte do penetrante que sai para a superfície seja suficiente para ser observada visualmente, a sensibilidade é altamente melhorada com o uso do revelador. O revelador visual é extremamente fino e fofo. Quando aplicado formando uma película fina após a remoção do excesso de penetrante, esta película age como uma esponja com vários caminhos capilares. Se o penetrante entra em contato com o pó este juntamente com a superfície limpa fazem com que o líquido saia para fora do defeito. Caso o revelador seja apropriado, e realmente absorva o líquido e sob condições favoráveis, ele pode literalmente sugar todo o líquido do defeito para a superfície. O líquido continua a migrar por ação capilar se espalhando através do revelador até que o equilíbrio seja obtido ou que o líquido evapore, obtendo-se assim um resíduo do corante visível ou do material fluorescente.

A ação desta migração é ilustrada esquematicamente na fig. 6. A visibilidade do corante é altamente aumentada pelo alongamento da indicação e também pelo contraste entre a cor do corante que usualmente é vermelha com a do revelador que usualmente é branca (daí o nome " penetrantes por contraste de cor " dos penetrantes de corante visíveis ("visible dye penetrants").

Com os penetrantes fluorescentes, o aumento das indicações é efetivo com o aumento da sensibilidade, mas a cor do revelador representa um papel menor importante o uso de um revelador pode trazer algumas desvantagens.

a) O alongamento das indicações causada pelo espalhamento do líquido no revelador inevitavelmente traz uma redução na resolução, que pode tornar difícil a discriminação de dois efeitos próximos entre si.

b) A migração do penetrante no revelador diminui a concentração do corante ou do componente fluorescente.

c) Caso a espessura da camada de revelador exceda uma espessura otimizada a detectabilidade dos defeitos em geral será reduzida.

Estes exemplos de fluidez e capilaridade ilustram os princípios básicos que um penetrante entra por uma descontinuidade fina, no entanto as circunstâncias práticas nos mostram que o uso dos líquidos penetrantes apresentam problemas mais complexos que os exemplos nos sugerem. Trincas por exemplo não são tubos capilares, mas a interação básica entre o líquido e o sólido, que é responsável pela capilaridade é também responsável pela migração do penetrante para dentro das trincas superficiais.

A viscosidade de um líquido não é um fator na equação básica da capilaridade de " sucção ". Viscosidade é definida como a razão que um líquido poderá fluir sob a aplicação de alguma tensão não balanceada, assim a viscosidade tem um efeito negligível na habilidade do efeito de penetração. Em geral, no entanto, os líquidos muito viscosos não são utilizados como penetrantes, porque eles não fluem rapidamente na superfície da peça, consequentemente eles requerem um período muito longo para migrar para dentro dos defeitos.

 Outra propriedade necessária para o líquido penetrante é sua capacidade de dissolver uma quantia adequada de um composto fluorescente ou de um corante. Finalmente o líquido deve ser compatível com um solvente ou emulsificador (caso o líquido for lavável a água).

Tão importante como um penetrante entra por um defeito superficial, é também importante que o penetrante saia do defeito depois que a película superficial for removida da superfície. É aparentemente paradoxal que a mesma intenção entre o líquido e a superfície que faz com que o líquido entre no defeito superficial é também responsável pela sua saída do defeito. A resolução deste paradoxo é simples quando a superfície ficou livre do excesso de penetrante pela lavagem, tornou-se acessível pelo líquido entranhado que sob o efeito das forças de adesão entre o líquido e o sólido, expulsou para fora o líquido sobre a superfície limpa até que a distribuição das forças fiquem equilibradas como ilustrado na fig. 5.

Aguarde pelas figuras e a continuação !

Fonte ASM - NDT