Por trás de cada par de engrenagens que gira com suavidade há um pedaço de aço que o comprador quase nunca vê diretamente: o material dentro do bruto. Retração de solidificação de fundição, trincas de forja, dobras, inclusões e trincas de têmpera não aparecem no desenho da engrenagem acabada, e ainda assim qualquer uma delas pode encerrar um eixo acionado, um pinhão de laminador ou um estágio de turbina eólica meses antes da vida útil calculada. O ensaio magnético e o penetrante captam o que está na superfície ou muito perto dela, mas defeitos enterrados a poucos milímetros abaixo da pele ficam invisíveis para ambos, e são justamente esses que fraturam sob carga de fadiga. O ensaio ultrassônico, UT, é a resposta industrial comum para olhar dentro do volume de um bruto de engrenagem de aço ou de uma engrenagem acabada sem cortá-lo. Este guia explica como o método pulso-eco realmente funciona, quais tipos de defeito interno ele consegue e não consegue encontrar, em quais normas compradores e oficinas se apoiam, como ler um relatório de UT para distinguir uma aprovação verdadeira de um carimbo automático, e o que escrever no seu pedido para que a inspeção paga seja realmente a recebida.
O ensaio ultrassônico por impulsos envia curtos pulsos de som de alta frequência, tipicamente entre um e dez megahertz, de uma sonda piezoelétrica para dentro da peça através de uma fina camada de acoplante, como glicerina, gel ou óleo, que expele o ar entre a face do transdutor e o aço. O som viaja no aço uniforme a uma velocidade aproximadamente constante de cerca de cinco mil e novecentos metros por segundo, até encontrar uma fronteira de impedância acústica diferente. Numa fronteira, parte da energia reflete diretamente de volta à sonda e parte segue em frente. No aparelho, o primeiro pulso vertical é o eco inicial de superfície, muitas vezes chamado de pulso principal, e o eco da face oposta da peça, o eco de fundo, chega mais tarde e marca todo o percurso sonoro. Qualquer refletor interno, um poro, uma trinca ou um cordão de escória, fica entre a sonda e o fundo e produz seu próprio eco numa posição do eixo horizontal que corresponde diretamente à profundidade, pois a profundidade é a velocidade do som multiplicada pela metade do tempo de percurso medido. Quanto mais alto o eco na tela, e quanto melhor ele se compara a um refletor de referência de tamanho conhecido, como um furo de fundo plano, maior se julga o defeito. Frequências de sonda mais altas dão resolução de profundidade mais nítida e sensibilidade a defeitos pequenos, mas se atenuam mais rápido em aço fundido ou forjado de grão grosso, por isso seções grossas ou granulosas costumam cair para dois ou dois vírgula vinte e cinco megahertz, enquanto áreas acabadas e finas admitem cinco ou mais. Deslocar a sonda manualmente ao longo da face do dente, do furo, do cubo e da teia num padrão regular, e comparar cada eco com uma curva de distância-amplitude calibrada, é como o técnico decide se uma resposta é um defeito planar genuíno ou simplesmente geometria, como uma chaveta, um raio ou uma mudança de seção transversal.
O UT mira o volume da engrenagem, e os defeitos candidatos dependem de como o bruto foi feito. Em brutos fundidos para engrenagens, as características internas perigosas são cavidades de retração, microporosidade de retração, bolsas de gás e inclusões não metálicas, aglomerados de escória ou areia que quebram o percurso sonoro e devolvem ecos largos e difusos. Em brutos forjados, o UT busca trincas de forja, explosões, dobras e vincos, tipicamente formados nas extremidades ou em seções pesadas onde a deformação foi desigual, e cordões de inclusão não metálica alinhados com o escoamento da deformação. Após o tratamento térmico, o UT é reutilizado, porque a têmpera pode introduzir trincas de endurecimento que começam no fundo da teia ou na raiz do dente e nunca chegam à superfície até que a engrenagem já falhe em serviço. A razão de escolher o método não destrutivo conforme o local é direta. O ensaio magnético e o penetrante reagem a descontinuidades na superfície ou imediatamente abaixo dela, portanto são as ferramentas certas para trincas de retífica, trincas de têmpera abertas na pele, dobras de usinagem e dobras de forja superficiais. São baratos, rápidos e sensíveis na superfície, mas um vazio ou trinca enterrada a quarenta milímetros dentro de um cubo não deixa qualquer vestígio. A radiografia também vê através do volume, mas é fraca em captar defeitos planares orientados, como uma trinca de fadiga estreita paralela ao feixe. O UT é, pois, o método volumétrico padrão para engrenagens pesadas: alcança profundidade, é sensível a refletores planares e pode ser executado no chão de fábrica sem filme, zonas de segurança radiológica ou longos tempos de processamento.
Os resultados do UT são tão bons quanto a norma pela qual são julgados, e a primeira camada de controle é a pessoa que faz a varredura. A prática industrial normalmente exige que os operadores detenham certificação como a ISO 9712 ou o esquema nacional equivalente, em ensaio ultrassônico em nível adequado, com o nível dois capaz de avaliar e registrar indicações e o nível três responsável pela aprovação de procedimentos e interpretação. Para engrenagens de aço forjado, os compradores comumente citam estruturas de aceitação extraídas de normas como a EN 10228-3 para forjados de aço, a ASTM A388 para forjados de aço pesados, ou a ISO 4992-2 para peças fundidas e forjadas de aço usadas em caixas de engrenagens, conforme o setor e o mercado final. Para brutos fundidos, a família relevante é frequentemente a EN 12680 parte três para peças fundidas usadas em máquinas como engrenagens, junto com as cláusulas de material que figuram nas normas de dimensionamento de engrenagens. Dentro de cada norma, a peça recebe uma classe de qualidade ou grau de aceitação, do mais flexível ao mais estrito, e as indicações são avaliadas contra curvas de referência calibradas, como a curva distância-amplitude, que compensa a queda natural de altura de eco à medida que o refletor fica mais profundo no aço. Uma indicação é descrita por seu tamanho equivalente, expresso como o diâmetro de um furo de fundo plano que daria a mesma altura de eco, e por seu comprido indicado quando um refletor planar tipo trinca é percorrido ao longo de seu eixo maior. Qualquer coisa acima da curva de referência, ou mais longa que o comprido indicado permitido, entra na zona de rejeição daquela classe; tudo abaixo é aceitável para aquele serviço.
Um relatório de UT que você não consegue interpretar vale, para fins de compra, quase tanto quanto nenhum relatório. A primeira coisa a verificar é o escopo: quais faces, furos, cubos, teias e regiões dos dentes foram varridos, com qual sonda e qual frequência, e quanto da superfície foi realmente coberto. Um relatório que apenas diz que o ultrassom foi aprovado, sem listar as áreas de varredura, pede que você confie na palavra da oficina sobre a cobertura, e é exatamente aí que os cantos são cortados. Em seguida, qualquer indicação registrada deve trazer uma posição de profundidade medida da superfície varrida e uma posição axial ou circunferencial ao redor da engrenagem, para que você possa dizer se o refletor está numa região de raiz solicitada, numa teia levemente carregada ou numa área de aro não crítica. O relatório deve indicar o tamanho equivalente e o comprido indicado de cada indicação, a classe de aceitação aplicada e uma conclusão clara de aceite ou rejeição contra aquela classe. A credibilidade vem da consistência: número de certificação e nível do operador, modelo do equipamento e números de série da sonda, data de calibração, bloco de referência usado, data e hora da varredura devem todos estar presentes, e o relatório deve coincidir com o número de forno ou número de série da própria engrenagem. Se um relatório não mostra nenhuma indicação numa peça fundida que visivelmente tem cortes de massalote, ou cita uma classe de qualidade que nunca aparece no seu desenho, trate-o como um documento a questionar, não como prova de material são.
Colocar o UT na sua consulta, em vez de descobri-lo na inspeção final, é como você mantém previsíveis o custo e a penalidade de prazo. Declare a norma e a classe de aceitação explicitamente: referencie EN 10228-3, ASTM A388 ou qualquer estrutura que seu cliente final reconheça, e nomeie o grau que você exige, em vez de pedir UT como se um nível servisse para todos. Declare o momento do ensaio: a maioria dos compradores pede UT no bruto forjado ou fundido antes de qualquer usinagem cara, depois novamente após o tratamento térmico e idealmente antes da retífica final, para que uma trinca de têmpera seja encontrada antes de virar sucata na última operação. Declare a cobertura: uma varredura de cem por cento do cubo, da teia e da área dos dentes, ou um plano de amostragem acordado para o lote de produção, e especifique quais superfícies devem ser varridas. Declare se o relatório deve incluir, para cada indicação registrável, a posição dimensional, o tamanho equivalente e o comprido indicado. Declare se o ensaio deve ser testemunhado por um terceiro independente, como uma sociedade classificadora, um inspetor do proprietário ou um laboratório acreditado, e se você quer a impressão bruta do eco anexada ao relatório. Por fim, pergunte como o UT afeta preço e prazo: uma varredura volumétrica completa com testemunho de terceiro num bruto pesado de engrenagem adiciona tanto horas de inspeção quanto tempo de calendário, e reservá-la na consulta permite à oficina planejar a janela de varredura, a preparação da superfície de acoplamento e os blocos de calibração antes mesmo do forjado chegar.
O ensaio ultrassônico não substitui a inspeção dimensional, os ensaios de dureza nem as verificações visuais de superfície que entram no pacote de aceitação de uma engrenagem. Ele acrescenta a única informação que esses métodos não podem dar: uma declaração sobre o volume interno do aço que você está comprando. Quando o método, a norma, a qualificação do operador, a cobertura e as indicações relatadas estão todos escritos, cruzados e amarrados ao número de série da peça, o UT torna-se evidência de nível contratual em vez de uma vaga promessa de material bom. Se você está comprando engrenagens para laminadores, acionamentos de mineração, engrenagens marítimas, equipamentos de energia ou qualquer serviço onde um cubo rompido ou uma trinca de têmpera oculta pararia uma linha de produção, especificar o UT pulso-eco com uma classe de aceitação nomeada na consulta é um pequeno custo diante do tempo de parada que um único defeito enterrado pode causar.