Processos de fabricacao em um torno, Notas de aula de Materiais

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FACULDADE DE ENGENHARIAS E CIENCIAS TECNOLÓGICAS

DEPARTAMENTO DE ENGENHARIAS\

LICENCIATURA EM ENGENHARIA MECANICA 4º ANO

Universidade Rovuma Nampula, 2023

Chissango Juma Manuel Juma Falume Juma Ossufo dos Santos Manuel Ensaios Mecânicos (licenciatura em Engenharia Mecânica) Trabalho colectivo de carácter avaliativo a ser apresentado na cadeira de Ensaios Mecânicos, leccionada pelo docente Eng.º. Milagre Salimo Universidade Rovuma Nampula, 2023

Introdução O desenvolvimento da engenharia no geral e da engenharia mecânica em particular é devido a diversos factores que contribuem de forma directa ou indirecta, e esses contributos são organizados e posteriormente transformados oficialmente em conhecimentos da área. Contudo, é necessário estar a par destes desenvolvimentos para poder dinamizar e garantir a maior qualidade dos produtos de engenharia. O presente trabalho aborda assuntos bastante imprescindíveis que são executados durante o processo de criação de produtos de engenharia e que são bastante necessários para a garantia da qualidade dos mesmos, efectuados na etapa de análise de qualidade de produtos, concretamente em torno dos ensaios não destrutivos, que vem trazer a sua essência e importância na sua aplicação. De forma resumida e clara, o trabalho procura dar a conhecer todos os conhecimentos necessários envolvidos nos ensaios não destrutivos por inspecção visual, por líquidos penetrantes e por partículas magnéticas especialmente. Objectivo geral  Dar uma visão geral dos métodos de ensaios mecânicos não destrutivos, que garantem a criação de produtos com qualidade. Objectivos específicos  Definir alguns aspectos básicos a considerar nos ensaios mecânicos;  Trazer conhecimentos seguros sobre alguns tipos de ensaios não destrutivos.

Ensaios Não Destrutivos – END: De acordo com a Associação Brasileira de Ensaios Não Destrutivos, ABENDE, os Ensaios Não Destrutivos (END) são definidos como testes para o controle da qualidade, realizados sobre peças acabadas ou semi-acabadas, para a detecção de falta de homogeneidade ou defeitos, através de princípios físicos definidos, sem prejudicar a posterior utilização dos produtos inspeccionados. Constituem uma das principais ferramentas do Controle da Qualidade e são utilizados na inspecção de produtos soldados, fundidos, forjados, laminados, entre outros, com vasta aplicação nos sectores petroquímico, nuclear, aeroespacial, siderúrgico, naval, auto-peças e transporte rodo-ferroviário. Ensaios não destrutivos são utilizados para detectar e avaliar falhas nos materiais. Estas, geralmente, são caracterizadas por trincas, poros, inclusões de materiais no cordão de solda ou ainda variações nas propriedades estruturais, que podem levar à perda da resistência e posteriormente à falha do material. As falhas classificam-se da seguinte forma: Descontinuidades Imperfeições que não interferem no funcionamento de um equipamento, por exemplo vazios internos formados na estrutura do material, decorrentes do processo de fundição e se situam dentro do critério de aceitação. Defeitos Um defeito é uma descontinuidade que é crítica para o funcionamento de um equipamento, e se situam acima do critério de aceitação.

• Correntes Parasitas Contudo, a seguir são apenas apresentadas três tipos de ensaios não destrutivos (por inspecção visual, líquidos penetrantes e partículas magnéticas) e as principais características destes ensaios: 1.Inspecção Visual: Inspecção visual é um END largamente utilizado para avaliar as condições de um componente ou equipamento durante actividades de fabricação ou manutenção. É de fácil execução, de baixo custo e comummente não requer equipamento especial. Pode ser utilizado no controle de qualidade de peças (fundidas, forjadas, usinadas, etc) e na manutenção de equipamentos. É comummente utilizada na inspecção de juntas soldadas e nos processos de recuperação, onde uma rápida detecção e correcção de defeitos significa grande economia. É considerado um método primário nos programas de controle de qualidade. A Inspecção Visual requer boa visão, boas condições de iluminação e experiência no reconhecimento de defeitos. Alguns equipamentos auxiliares também podem ser usados tais como, lupas de pequeno aumento, boroscópio, câmaras de televisão, etc. A Figura anterior apresentou um tipo de Boroscópio Flexível. Estes equipamentos podem visualizar furações de diâmetro mínimo de 6mm e com profundidades de até 2 metros.

A inspecção visual a olho nu é afectada pela distância entre o olho do observador e o objecto examinado. A distância recomendada para inspecção situa-se em torno de 25 cm: abaixo desta medida, começam a ocorrer distorções na visualização do objecto. Existem outros factores que podem influenciar na detecção de descontinuidades no ensaio visual. · Limpeza da superfície As superfícies das peças ou partes a serem examinadas devem ser cuidadosamente limpas, de tal forma que resíduos como graxas, óleos, poeira, oxidação etc. não impeçam a detecção de possíveis descontinuidades e/ou até de defeitos.  Acabamento da superfície O acabamento superficial resultante de alguns processos de fabricação - fundição, forjamento, laminação - pode mascarar ou esconder descontinuidades; portanto, dependendo dos requisitos de qualidade da peça, elas devem ser cuidadosamente preparadas (decapadas, rebarbadas, usinadas) para, só então, serem examinadas.  Nível de iluminação e seu posicionamento O tipo de luz utilizada também influi muito no resultado da inspecção visual. A luz branca natural, ou seja, a luz do dia, é uma das mais indicadas; porém, por problemas de layout, a maioria dos exames é feita em ambientes fechados, no interior de fábricas. Utilizam-se, então, lâmpadas eléctricas, que devem ser posicionadas atrás do inspector, ou em outra posição qualquer, de modo a não ofuscar sua vista.  Contraste entre a descontinuidade e o resto da superfície A descontinuidade superficial de um determinado produto deve provocar um contraste, ou seja, uma diferença visual clara em relação à superfície de execução do exame. Esta característica deve ser avaliada antes de se escolher o exame visual como método de determinação de descontinuidades, para evitar que possíveis defeitos sejam liberados equivocadamente. 2.Líquido Penetrante: É um método de ensaio não destrutivo para a detecção de descontinuidades abertas na superfície de materiais sólidos e não porosos. Esta técnica permite a inspecção de grandes superfícies de forma simples e boa eficiência para a maioria das aplicações industriais.

A superfície do material não pode ser porosa ou absorvente já que não haveria possibilidade de remover totalmente o excesso de penetrante, causando mascaramento de resultados. A aplicação do penetrante deve ser feita numa determinada faixa de temperatura. permita ou recomendada pelo fabricante dos produtos. Superfícies muito frias (abaixo de 5 oC ) ou muito quentes (acima de 52 oC) não são recomendáveis ao ensaio. Algumas aplicações das peças em inspecção fazem com que a limpeza seja efectuada da maneira mais completa possível após o ensaio (caso de maquinaria para indústria alimentícia, material a ser soldado posteriormente, etc). Este fato pode tornar-se limitativo ao exame, especialmente quando esta limpeza for difícil de fazer. (Andreucci, 2010) 3.Partículas magnéticas Nesse ensaio observamos o comportamento do campo magnético dos materiais ferromagnéticos que, pela configuração das partículas, pode-se identificar características dos materiais e a possibilidade de determinação de falhas superficialmente e sub superficialmente. Com a aplicação de partículas magnéticas sobre a superfície da peça ocorre a aglomeração destas no campo de fuga, uma vez que serão atraídas devido ao surgimento de pólos magnéticos. A aglomeração indicará o contorno do campo de fuga, fornecendo a visualização da localização e do formato da descontinuidade. A grande vantagem do ensaio por partículas magnéticas esta na facilidade de manuseio do equipamento (portátil) e agilidade para a execução do ensaio. O equipamento não coloca em risco o operador e tem a facilidade de detectar defeitos em diferentes direcções, bastando variar a direcção dos eléctrodos que geram o campo magnético. O ensaio pode ser fotografado e a análise deve ser feita por um inspector experiente. Aspectos importantes para uma execução confiável de ensaio por partículas magnéticas Qualificação e treinamento de inspectores. Inspecção por partículas magnéticas é um método de ensaio não destrutivo que está baseada em teorias e estudos científicos. Este método utiliza princípios físicos para a aplicação de um campo magnético controlado que é conduzido pela faixa superficial do perímetro de uma peça ou região dela. Simultaneamente a este se aplica partículas magnéticas, pigmentadas para se obter dois

tipos de ensaio: fluorescente ou visível, que são atraídas magneticamente à região sobre a descontinuidade, formando-se então uma indicação que será visualizada sob luz branca (comum) ou sob luz ultravioleta, quando o ensaio for fluorescente. Não é simplesmente, “imantar a peça e jogar pó de ferro para ver as trincas” , como muitos operadores de máquinas estacionárias acham e dizem. Existe por trás deste ensaio, muita técnica para sua operação além de exigir um aprofundado conhecimento de mecânica, física e de materiais para se poder elaborar um procedimento de inspecção ou mesmo de como esta peça ou região poderá ser inspeccionada pela técnica das partículas magnéticas. Para se ter um ensaio confiável recomenda-se que todos os inspectores responsáveis pelos ensaios tenham um mínimo de conhecimento teórico e prático do processo de inspecção por partículas magnéticas. Tendo operadores treinados e qualificados, conforme norma NAS 410 [5], impediríamos problemas com maus procedimentos de inspecção, paradas de produção por falta de informação de como funciona o processo e principalmente teremos uma boa qualidade de ensaio. É sempre bom lembrar que: “Em controle de qualidade busca-se sempre a homogeneidade do ensaio. Ensaiar a primeira peça de um lote como a peça de número 1.000 do mesmo lote nas mesmas condições, utilizando-se dos mesmos parâmetros”. Isto só pode ser alcançado através de um extremo cuidado em se realizar o ensaio sempre da mesma maneira, ou seja, seguir criteriosamente um procedimento de ensaio e, controlar os parâmetros envolvidos neste ensaio. Condições e manutenção do equipamento de inspecção. O bom uso de um equipamento de partículas magnéticas depende exclusivamente de suas condições, de um plano de controle, aferição e de sua correcta utilização. Já que os valores das correntes de magnetização dependem exclusivamente das peças que estão sendo inspeccionadas, o desempenho da inspecção dependerá exclusivamente das condições do equipamento que transferem para a peça tais correntes. Abaixo podemos observar alguns dos pontos mais importantes a serem controlados em um equipamento de magnetização: Alimentação eléctrica A alimentação eléctrica do equipamento deve estar de acordo com as recomendações de seu

Contactos eléctricos Normalmente os contactos eléctricos de transmissão de corrente utilizados na técnica do Contacto Directo são protegidos por placas de contacto de materiais altamente condutores de corrente eléctrica. O mais comummente utilizado é o cobre, porém utiliza-se também o chumbo, que além de bom condutor de electricidade sua maleabilidade ajuda a evitar danos mecânicos nas peças devido ao choque mecânico sofrido pela peça durante o fechamento dos contactos. Quando um contacto eléctrico está em más condições de uso ele pode prejudicar a passagem de corrente eléctrica pela peça ou ainda, abrir arcos eléctricos (faíscas), que podem provocar queima pontual na peça além de aumentar o risco de incêndio em sistemas que trabalham com banho a base de óleo. Calibração dos acessórios de medição e controle Estas calibrações periódicas devem ser estendidas também aos outros equipamentos de medição que auxiliam no controle do processo da inspecção por partículas magnéticas, tais como: os indicadores de campo magnético residual, os medidores de intensidade de campo magnético e os medidores de luz branca e negra. No caso da utilização da técnica do Yoke também se recomenda uma checagem a cada 6 meses da calibração do equipamento, para levantamento de massa e para área útil, uma vez que com o passar do tempo e do constante uso os Yokes podem sofrer perda de eficiência causada pelo desgaste. Sistemas de iluminação No equipamento de iluminação, tanto de luz branca quanto de luz negra recomenda-se:

• Verificação do funcionamento das luminárias. Luminárias com mau funcionamento podem não proporcionar a iluminação mínima para se ter uma inspecção segura. Conforme a ASTM E- –05 [3] a intensidade mínima de luminosidade ultravioleta para a realização de uma inspeção fluorescente à 380mm de distância entre o filtro e a peça é 1.000 mW/cm2 e, de luz branca para ensaios visíveis é 1.000 Lux.
• Principalmente nas luminárias estacionárias de luz ultravioleta a parte interna do filtro de UV retém muita poeira do ambiente, portanto, uma limpeza periódica destes filtros é necessária. Para

tanto utiliza-se um pano seco ou umedecido com álcool isopropílico, acetona ou produtos para limpeza de vidro. Luminárias sujas costumam prejudicar a iluminação.

• Caso seja efectuada a limpeza dos filtros e após medição a intensidade luminosa continua com valores abaixo do exigido pela norma ASTM E-1444-05 [3], é necessária a troca da lâmpada da luminária. Valores de baixa intensidade são comummente observados quando a lâmpada já se encontra com grande desgaste devido ao uso. Controle de qualidade do processo. Só podemos considerar um ensaio confiável quando todas as possibilidades de erro tenham sido excluídas. Para tanto é extremamente importante realizar um controle de processo que garanta o acompanhamento periódico de todos os parâmetros que estão envolvidos no ensaio. Devemos alertar também que o ensaio por partículas magnéticas é considerado um ensaio subjectivo, pois depende do ser humano a interpretação final do resultado da inspecção. Visando qualidade e confiabilidade no processo de inspecção por partículas magnéticas, existem alguns parâmetros a serem verificados e acompanhados periodicamente: Contaminação do banho. A contaminação do banho de partículas magnéticas causa uma diminuição significativa em sua sensibilidade. Além da contaminação deve ser verificada a diminuição ou alteração na pigmentação colorida no caso de partículas magnéticas visíveis e, principalmente, perda da fluorescência no caso de partículas magnéticas fluorescentes. Diminuição de coloração ou fluorescência das partículas pode ser causada por dois factores:
• A contaminação está ocorrendo devido à algum produto proveniente do processo de fabricação das peças inspeccionadas e que estão atacando a pigmentação das partículas.
• Um aquecimento do banho pode causar degradação do pigmento em partículas fluorescente. Isto ocorre ou quando o sistema de agitação dos banhos se encontra com problema como, por exemplo, o super dimensionamento da bomba de recirculação, causando um super aquecimento do banho. Há, também, casos de banhos com problemas de degradação de fluorescência das partículas causados pelas peças que chegam ainda quentes do processo de tratamento térmico e aquecem o banho. Então se recomenda que se espere estas peças esfriarem antes do ensaio.

O processo de END por partículas magnéticas depende principalmente do campo magnético aplicado na peça a ser inspeccionada. Sabemos que temos que ter um campo magnético mínimo para que tenhamos força suficiente para movimentar as partículas magnéticas até o campo de fuga que se formou na descontinuidade. E que não podemos ter um campo magnético muito alto, causando problemas na detecção das descontinuidades, campos magnéticos muito altos mascaram algumas descontinuidades e causam distúrbio magnético. Então, dependendo da técnica utilizada e da peça as ser inspeccionada, temos campos magnéticos adequados para uma melhor e mais segura inspecção por partículas magnéticas. Controle de eficiência do processo. De todos os controles de qualidade do sistema de inspecção por partículas magnéticas o controle de eficiência do processo é o mais importante, onde se podem verificar todos os parâmetros citados anteriormente. Fazendo-se o controle de eficiência verificamos se o campo magnético está adequado, se minha iluminação de luz branca ou fluorescente estão boas e se meu banho de partículas magnéticas está em condições de detectabilidade boa. Há dois modos para se fazer este controle de eficiência: um deles é inspeccionando uma peça com descontinuidades já conhecidas, uma peça retirada do meu próprio processo. A outra é utilizar padrões com descontinuidades artificiais como o padrão rectangular e o padrão QQI modelos KSC 230 ou KSC 430. O padrão QQI é uma fina chapa de um material altamente magnetizável e com baixíssima retenção magnética que possui em sua parte central uma trinca em formato circular e no interior deste círculo uma trinca em formado de cruz. As profundidades destas trincas dependem do modelo do padrão, pois existem vários modelos de QQI. Este padrão também é muito utilizado para se analisar a eficiência de uma magnetização multi-direccional, ou seja campos de sentidos diferentes aplicados simultaneamente, pois o QQI possui trincas que cobrem 360o em uma peça.

Conclusão Francamente que a qualidade de todos os produtos de engenharia mecânica depende de muitos conhecimentos relacionados a diversos aspectos que devem ser levados em consideração na sua criação, desde a natureza dos próprios produtos ate a sua aplicação final, e este trabalho mostrou uma das fases de garantia dessa qualidade. Os ensaios mecânicos são procedimentos importantíssimos na criação de produtos mecânicos, pois para alem de garantirem a qualidade dos mesmos, evitam a ocorrência de possíveis acidentes no seu local de aplicação, que poderiam surgir com base nos defeitos das pecas envolvidas nos mecanismos, salvaguardando assim a segurança dos usuários desses produtos.