Teste Ultrassônico de Soldas de Aço Duplex: Identificando o Equilíbrio entre Ferrita e Austenita e Possíveis Defeitos

Teste Ultrassônico de Soldas de Aço Duplex: Identificando o Equilíbrio entre Ferrita e Austenita e Possíveis Defeitos

Os aços inoxidáveis dúplexes são um pilar fundamental da indústria moderna, valorizados por sua excepcional resistência à tração e à corrosão. No entanto, sua microestrutura bifásica complexa (austenita e ferrita) apresenta desafios únicos para ensaios não destrutivos (END). O ensaio ultrassônico (UT) é uma ferramenta essencial para garantir a integridade das soldas em aços dúplex, mas requer um profundo entendimento de como as propriedades do material influenciam na inspeção. Este guia fornece uma estrutura prática para utilizar o UT na avaliação da qualidade das soldas e da microestrutura em aços inoxidáveis dúplexes.

Por Que o Ensaio Ultrassônico é Fundamental para Soldas Dúplex

Soldar aço inoxidável dúplex é um equilíbrio delicado. O processo deve alcançar dois objetivos principais:

1. Uma Solda Isenta de Defeitos: Livre de rachaduras, falta de fusão, porosidade e inclusões.

2. Uma Microestrutura Equilibrada: Mantendo um equilíbrio entre as fases de aproximadamente 50% de austenita e 50% de ferrita para preservar as propriedades mecânicas e a resistência à corrosão.

UT é o método principal para verificar o primeiro objetivo. No entanto, o segundo objetivo influencia diretamente o próprio ensaio por UT. Uma microestrutura desbalanceada pode mascarar descontinuidades ou criar indicações falsas, tornando essencial uma compreensão completa de ambos.

O Desafio: Anisotropia Acústica em Microestruturas Duplex

O desafio principal na inspeção de aços duplex é a anisotropia acústica . Isso significa que a velocidade das ondas sonoras muda dependendo da direção em que se propagam através da estrutura cristalina do material.

• Em materiais isotrópicos (como os aços austeníticos ou ferríticos padrão), as ondas sonoras se propagam com velocidade constante em todas as direções, tornando a interpretação mais simples.

• Em materiais anisotrópicos (como os aços duplex e soldas), o feixe sonoro pode se dispersar, desviar e dividir, resultando em:

  • Desvio do Feixe: O feixe sonoro pode não viajar em linha reta, dificultando a localização precisa de um defeito.

  • Atenuação: Perda de intensidade do sinal, reduzindo a penetração e a capacidade de detectar defeitos pequenos ou profundos.

  • Níveis Elevados de Ruído: A estrutura complexa dos grãos cria um alto nível de ruído de fundo, conhecido como "grama", o que pode ocultar defeitos reais.

Essa anisotropia é mais pronunciada no próprio metal de solda, onde a estrutura solidificada com direcionalidade possui grãos grosseiros, e sua severidade está diretamente ligada ao equilíbrio entre ferrita e austenita.

Procedimento de UT: Considerações Fundamentais para Aços Duplex

Para superar esses desafios, o procedimento de UT deve ser cuidadosamente projetado e qualificado.

1. Seleção de Equipamento e Transdutores:

• Técnica:  Difração do tempo de voo (TOFD) é altamente eficaz para soldas duplas, pois é menos sensível ao desvio do feixe e oferece excelentes capacidades de dimensionamento para defeitos planares. O ensaio ultrasônico por matriz setorial (PAUT) também é superior ao UT convencional devido à sua capacidade de gerar múltiplos ângulos de feixe e fornecer mapas visuais detalhados do volume da solda.

• Ângulos: Utilize ângulos refratados mais baixos (por exemplo, 45°) para melhorar a relação sinal-ruído. Transdutores padrão de 60° ou 70° podem apresentar distorção de feixe mais significativa.

• Frequência: Uma frequência mais baixa (por exemplo, 2 MHz) oferece melhor penetração, mas menor resolução. Uma frequência mais alta (por exemplo, 4-5 MHz) oferece melhor resolução, mas pode sofrer atenuação mais elevada. É necessário encontrar um equilíbrio com base na espessura do material.

2. Calibração e Blocos de Referência:

• Prática Essencial: A calibração deve ser realizada em um bloco de referência fabricado com o mesmo grau dúplex e forma de produto (por exemplo, tubo, chapa) do componente que está sendo inspecionado.

• Por que isso importa: O uso de um bloco de referência em aço carbono resultará em imprecisões significativas, pois a velocidade acústica é diferente. O bloco duplex leva em consideração a velocidade real do som e a atenuação no material anisotrópico.

3. Varredura e Interpretação dos Dados:

• Os operadores devem ser treinados para distinguir entre:

  • Indicações geométricas: Reflexos da raiz, topo ou rebaixo da solda.

  • Ruído microestrutural: O padrão de fundo consistente e granulado causado pela estrutura do grão.

  • Defeitos reais: Indicações nítidas e distintas que se destacam claramente acima do nível de ruído e podem ser rastreadas em diferentes ângulos de sonda.

Identificação de Desequilíbrio Microestrutural por meio de UT

Embora a medição quantitativa do equilíbrio de fase requeira técnicas de laboratório metalográficas (por exemplo, análise por contagem de pontos), o ensaio ultrasônico (UT) pode fornecer indicadores qualitativos fortes de um problema:

Nota Importante: Se o UT sugerir uma anomalia microestrutural, esta deverá ser confirmada por testes destrutivos (por exemplo, cortar um cupom para análise metalográfica). O UT é uma ferramenta de triagem para microestrutura, não uma medição definitiva.

Defeitos Comuns em Soldas e Suas Assinaturas UT em Aço Duplex

Melhores Práticas para Inspeção Confiável

1. Qualificação do Procedimento: Qualifique o procedimento de UT em um modelo contendo defeitos reais e representativos (por exemplo, cortes de serra, entalhes EDM) e áreas de desequilíbrio microestrutural conhecido.

2. Pessoal Treinado: Utilize somente técnicos de UT Nível II e Nível III com experiência específica na inspeção de materiais anisotrópicos, como aço inoxidável duplex e soldas.

3. Gravação de Dados: Registre todos os A-scans e, para PAUT/TOFD, varreduras setoriais completas. Isso permite análise retrospectiva e segunda opinião sobre indicações de difícil interpretação.

4. Correlação com outras END: Quando houver dúvidas, correlacione os resultados do teste ultrassônico com outros métodos. O ensaio por líquido penetrante (PT) é excelente para detectar descontinuidades superficiais, enquanto o ensaio radiográfico (RT) pode oferecer uma perspectiva diferente sobre defeitos volumétricos.

Conclusão

O teste ultrassônico de soldas em aço inoxidável duplex exige uma mudança em relação à prática padrão. O sucesso depende do reconhecimento de que a microestrutura do material não é apenas uma propriedade a ser medida, mas uma variável fundamental que afeta o próprio inspetor. Ao utilizar técnicas avançadas, como PAUT e TOFD, calibrando-se em blocos de referência representativos e compreendendo as assinaturas acústicas tanto dos defeitos quanto das anomalias microestruturais, os inspetores podem garantir com confiança a integridade e o desempenho de componentes críticos fabricados em aço inoxidável duplex.