O ensaio de correntes parasitas pulsadas em componentes metálicos ferromagnéticos

O pulsed eddy current (PEC) ou o ensaio de correntes parasitas pulsadas possui algumas características incluindo: o método não requer a remoção do isolamento do componente a ser ensaiado; pode ser executado enquanto o componente estiver em operação; e não é necessário o acoplamento para a realização do ensaio. Para o ajuste apropriado do instrumento como, por exemplo, o comprimento do pulso de excitação e frequência da taxa de repetição, a geometria do componente precisa ser conhecida.

Existe um número de fatores influenciadores da técnica que precisam ser controlados ou considerados durante a execução do ensaio. Um deles é a capa externa, pois a sua natureza pode ter influência na precisão e na sensibilidade da técnica. Devem ser consideradas as propriedades da capa externa e do isolamento, como condutividade elétrica, permeabilidade magnética e espessura.

Os materiais condutores e/ou magnéticos do revestimento influenciam o ensaio de PEC, reduzindo potencialmente a sensibilidade e a precisão da medição. O efeito depende principalmente da condutividade elétrica, permeabilidade magnética e espessura da capa metálica, mas também da espessura do isolamento, espessura da parede da tubulação, distância entre a capa metálica e a sonda PEC, além da vibração e uniformidade da capa.

Os fixadores de revestimento, cintas, fivelas, parafusos e outros itens metálicos usados para fixar a camisa podem afetar o sinal, se forem feitos de materiais ferromagnéticos. Muitas vezes, cintas, fivelas, fechos, etc. são feitos de aço inoxidável não ferromagnético e de baixa condutividade e, portanto, invisíveis para o ensaio de PEC.

Uma capa metálica não ferromagnética e condutora afeta o sinal das três maneiras: o pulso PEC induz correntes parasitas na capa, que são detectadas como um sinal parasita aditivo que pode dominar os primeiros milissegundos da curva de decaimento; o sinal da capa metálica pode causar saturação do sinal no início da curva de decaimento. Uma capa ferromagnética condutora, como uma capa de aço galvanizado, afeta o sinal da mesma maneira que a capa não ferromagnética, ou seja, induzindo um ruído no sinal e deformando a curva de decaimento.

O sinal perturbado pode ser particularmente forte com capas ferromagnéticas, aumentando o risco de saturação do sinal. Além disso, as capas ferromagnéticas afetam a medição PEC: a capa absorve e espalha tanto a excitação quanto os campos magnéticos secundários, efetivamente ampliando a região sensível da sonda (footprint) e diminuindo a intensidade do sinal detectado; a capa metálica pode vibrar em resposta ao pulso de excitação PEC, causando ruído adicional no sinal.

Diversas medidas têm sido utilizadas para melhorar as medidas sobre revestimentos de aço galvanizado, contudo, seu sucesso depende de detalhes da capa. Exemplos de tais medidas incluem o uso de ímãs permanentes ou eletroímãs para saturar a capa, empregando uma amplitude de pulso de excitação diferente, aumentando o lift-off e reduzindo a capa. O reforço com malha de arame, também chamado vulgarmente de aramado, pode ser usado para manter o isolamento fixo na tubulação.

Embora a maioria dos reforços de malha de arame não influencie o sinal de ensaio de PEC, o reforço de malha de arame feito com materiais ferromagnéticos pode ser atraído magneticamente para a sonda quando ela estiver aplicando o pulso de excitação e pode reverberar depois. Essa reverberação pode interferir no sinal de resposta do ensaio de PEC.

As medidas que podem aumentar esse problema incluem o uso de um pulso de excitação com tensão baixa, restringindo-se à malha de arame e aumentando o efeito lift-off (implicando em uma região sensível da sonda (footprint) maior). Na inspeção por concreto e por revestimento à prova de fogo, uma fonte de interferência é a presença de barras de reforço.

Embora a interferência possa ser resolvida movendo suavemente a sonda lateralmente em torno da posição original do problema, isso pode ter um impacto na área coberta pelo ensaio. Outra possibilidade é inspecionar com uma malha mais estreita (maior densidade de pontos) e distinguir o padrão de posicionamento da barra no C-scan.

As áreas de corrosão sob a barra podem, portanto, ser identificadas com algoritmos de detecção personalizados. O usuário é responsável por atribuir o ensaio por correntes parasitas pulsadas a profissionais qualificados de acordo com os requisitos das normas e códigos aplicáveis à situação.

A qualificação de pessoal deve estar de acordo com a NBR NM ISO 9712 ou outra norma internacionalmente reconhecida e apropriada ao nível requerido nos setores industriais relevantes. Somente pessoal treinado deve conduzir o ensaio, no uso do aparelho e que tenha demonstrado a capacidade de: adquirir corretamente os dados do ensaio, definir a malha de inspeção, executar a avaliação da viabilidade técnica, escolher uma localização de referência e analisar os dados da inspeção. As orientações do fabricante do aparelho para os requisitos de treinamento para diferentes aplicações devem ser seguidas e estar descritas no procedimento do ensaio.

O ensaio utiliza um instrumento de PEC, uma sonda e cabos de conexão. Essa combinação, junto com o acessório para portar a sonda, compõe o sistema de ensaio. Todas as partes essenciais do sistema devem ser especificadas em um procedimento escrito, acordado entre as partes quando da solicitação ou contratação do ensaio.

O aparelho de PEC deve ter a frequência de repetição e a duração de pulso do sinal de excitação devem ser ajustados e o tempo de subida do pulso deve ser significativamente menor que o tempo de decaimento do sinal; a resolução e a frequência de amostragem da parte do aparelho que faz a coleta de dados deve ser compatíveis com a precisão de ensaio requerida, e o número de pontos coletados deve ser suficiente para permitir a detecção da descontinuidade do objeto do ensaio; o sistema deve ter uma duração do tempo de detecção ajustável para assegurar que a forma de onda adquirida seja suficientemente grande para obter a informação necessária para a medição de espessura da parede.

O instrumento deve ser capaz de transmitir e receber sinais ao longo de um período de tempo suficiente para coletar a curva de decaimento da corrente parasita. Isto deve ser estabelecido na avaliação da viabilidade técnica. Também deve exibir a curva de decaimento em um gráfico com escala log-log e/ou log-lin e ter uma rotina para determinar as características da curva de decaimento, além de exibir as medições na forma de uma malha ou outra representação gráfica das medições sobre o componente.

A NBR 17046 de 05/2022 – Ensaios não destrutivos – Correntes parasitas – Ensaio de correntes parasitas pulsadas em componentes metálicos ferromagnéticos descreve a técnica de ensaio de correntes parasitas pulsadas para encontrar áreas com anomalias ocorridas em serviço (corrosão ou erosão) e avaliar a espessura de componentes metálicos ferromagnéticos, para detecção de regiões críticas com perda de espessura (internas ou externas), com ou sem a presença de revestimento, isolamento ou cobertura metálica protetora contra intempéries. Aplica-se ao ensaio de componentes em serviço feitos em aço-carbono e aço baixa liga, na faixa de temperatura de -100 °C a 500 °C (temperatura medida na superfície do metal), com espessura do componente de 3 mm a 100 mm e espessura do revestimento de 0 mm a 300 mm. Este documento se aplica também às tubulações com diâmetro não menor que 50 mm.

A técnica descrita neste documento é sensível à geometria do componente, e sua aplicação fora do escopo deste documento pode resultar em imprecisões. Não se aplica ao ensaio para detecção de descontinuidades do tipo trinca e perda localizada de metal por pites ou alvéolos. Não estabelece critérios de avaliação a serem especificados por acordo contratual entre as partes.

O princípio do ensaio de PEC é ilustrado na figura abaixo. O ensaio de PEC destina-se aos componentes em aço-carbono ou ferro fundido. É usualmente executado sobre um revestimento e é empregado para encontrar áreas com anomalias ocorridas em serviço (normalmente corrosão ou erosão), tanto internas como externas.

A principal vantagem do ensaio de PEC é sua capacidade de inspecionar os componentes de aço-carbono até uma distância significativa entre a sonda e o objeto ensaiado. Essa distância é chamada de lift-off (acoplamento eletromagnético).

A distância que pode ser alcançada no ensaio depende da configuração geométrica do objeto e do projeto da sonda, podendo alcançar vários centímetros. O ensaio de PEC pode fazer suas medições no material-base (objeto da inspeção) em muitos materiais, incluindo a maioria dos materiais empregados como isolantes térmicos, concreto, barras de reforço estrutural, betume, revestimentos protetores da corrosão, sujeira e incrustações marinhas.

Inserir pec2

A principal limitação do ensaio de PEC é que ele mede a espessura média da região sensível da sonda (footprint). Isso implica que o ensaio de PEC pode detectar perda generalizada de espessura, mas tem grandes limitações na detecção de perda localizada de espessura. O ensaio de PEC é considerado um método de definição de regiões críticas (screening). Uma vez que uma zona de interesse é identificada com PEC, o acompanhamento com um método de inspeção complementar é recomendado.

O sistema de ensaio de PEC consiste em uma sonda que possui um dispositivo para gerar um campo magnético (primário) e um dispositivo para detectar o campo secundário que emana do componente, resultante das correntes parasitas geradas pelo campo primário. O dispositivo empregado para detecção pode ser o mesmo usado para geração do campo magnético primário.

Em ensaios de PEC usuais, o campo primário é um campo magnético de corrente contínua (cc) que é ligada (condição transiente ou variável) para gerar correntes parasitas. O tempo após ligar, ou seja, o tempo em que o campo magnético contínuo está ligado, é chamado de pulso de excitação.

Por isso é que se diz que as PEC são geradas por um campo magnético pulsado. O pulso é caracterizado por sua duração (T), que permite a geração de correntes induzidas com uma intensidade muito alta. Devido à variação do campo magnético, correntes parasitas são geradas. Depois da variação do campo magnético, as correntes parasitas decairão.

O campo magnético secundário é registrado e exibido em um gráfico. Em um ensaio bem-sucedido, as características da forma da curva de decaimento são extraídas. Essas características correspondem à espessura da parede do componente. Similarmente às correntes parasitas senoidais, as PEC são influenciadas por qualquer variação local das propriedades do material.

O intervalo de tempo entre as duas medidas tem correlação com a espessura do material. O ensaio de PEC é geralmente realizado como uma medição relativa, em que o sistema é calibrado em um ponto de referência (espessura) do componente. O ensaio de PEC fornece uma estimativa do volume de material sob a região sensível da sonda (footprint).

As medições normais irão produzir um resultado mais ou menos proporcional à espessura média de parede na área em que as correntes parasitas são geradas. O sinal de transmissão da sonda apresenta um amplo espectro de frequências. O sinal recebido também possui um espectro de frequência (ou tempo), cuja análise fornece as informações vindas de diferentes profundidades ao longo da espessura do material.

A técnica de medição pode utilizar, por exemplo: o tempo característico do ponto de inflexão; o tempo requerido para um decaimento específico; a inclinação angular da curva de decaimento. O elemento sensor pode ser constituído por bobinas receptoras ou medidores de campo magnético (hall sensors). A intensidade do sinal pode ser representada graficamente em função do tempo, produzindo uma curva de decaimento (também conhecida como A-scan).

Se nenhum material condutor ou magnético estiver entre a sonda e o objeto inspecionado, o sinal tem dois regimes: um regime de propagação, exibido como um trecho reto em um gráfico log-log (escala logarítmica no eixo das abscissas e das ordenadas) e um trecho curvo em um gráfico log-linear (escala linear no eixo das abscissas e logarítmica nos eixos das ordenadas); um regime de propagação, exibido como um trecho curvo em um gráfico log-log e um trecho reto em um gráfico log-linear.

O momento em que o sinal muda de um regime para outro é chamado de ponto de inflexão e está relacionado ao quadrado da espessura da peça inspecionada. Existem vários algoritmos para determinar a espessura da parede a partir do sinal de ensaio. A velocidade na qual as correntes parasitas se propagam e decaem depende da condutividade elétrica e da permeabilidade magnética do objeto inspecionado.

Essas propriedades do material eletromagnético não são as mesmas para dois objetos diferentes, mesmo que de mesma especificação de material, podendo, por exemplo, ser influenciadas pelo tratamento térmico do material. Como resultado, uma calibração em bloco de referência não é válida para o ensaio de PEC. Em vez disso, o ensaio de PEC deve ser calibrado na própria amostra ensaiada.

Além disso, uma vez que as propriedades eletromagnéticas são geralmente desconhecidas, as medições de espessura do ensaio de PEC são medições relativas. Um ponto de referência na amostra de ensaio precisa ser selecionado e a espessura da parede em outros locais deve ser apresentada como uma porcentagem da espessura da parede no ponto de referência.

Somente se a espessura da parede em um ponto do objeto ensaiado for conhecida, por exemplo, empregando ensaio ultrassônico para medição, as medições PEC podem ser convertidas em milímetros. Os resultados do ensaio de PEC são geralmente relatados em uma matriz C-scan, na qual as medições pontuais no A-scan podem ser visualizadas quando um ponto da matriz é selecionado. O valor exibido no C-scan é geralmente a porcentagem da espessura da parede remanescente para aquele ponto.

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