As ondas sonoras de alta frequência usadas para detecção de falhas e medição de espessura em aplicações de testes não destrutivos ultrassônicos são geradas e recebidas por pequenas sondas chamadas transdutores ultrassônicos. Os transdutores são o ponto de partida para qualquer configuração de teste ultrassônico, e eles vêm em uma ampla variedade de freqüências, tamanhos e estilos de caixa para atender às necessidades de inspeção desde a detecção de falhas em forjados de aço de várias toneladas até a espessura de camadas finas.
Um transdutor é geralmente definido como qualquer dispositivo que converte uma forma de energia em outra. O assunto deste artigo são os transdutores ultrassônicos usados para medição de espessura e detecção de falhas convencional. Sondas de matriz faseada que utilizam vários elementos para gerar feixes de som direcionados são descritas em detalhes.
Transdutores convertem um pulso de energia elétrica do instrumento de teste em energia mecânica na forma de ondas sonoras que viajam através do corpo de prova. As ondas sonoras que refletem a peça de teste são, por sua vez, convertidas pelo transdutor em um pulso de energia elétrica que pode ser processado e exibido pelo instrumento de teste. Com efeito, o transdutor atua como um alto-falante ultra-sônico e microfone, gerando e recebendo pulsos de ondas sonoras em freqüências muito superiores ao alcance da audição humana.
Normalmente, o elemento ativo de um transdutor NDT é um disco fino, quadrado ou retângulo de cerâmica ou compósito piezoelétrico que converte energia elétrica em energia mecânica e vice-versa. Este elemento às vezes é informalmente chamado de cristal porque, nos primórdios do NDT ultra-sônico, elementos eram feitos de cristais de quartzo; no entanto, cerâmicas como metaniobato de chumbo e titanato de zircônio de chumbo têm sido usadas há muito tempo na maioria dos transdutores. Nos últimos anos, houve um aumento no uso de elementos compostos, nos quais o disco ou placa de cerâmica sólida tradicional é substituído por um elemento micro-usinado, no qual minúsculos cilindros de cerâmica piezelétrica são embutidos em uma matriz de epóxi. Elementos compostos podem fornecer maior largura de banda e melhor sensibilidade em muitas aplicações de detecção de falhas.
Construção típica de elemento único e transdutor de elemento duplo.
Quando é excitado por um pulso elétrico, este elemento piezelétrico gera ondas sonoras e, quando é vibrado pelo retorno, gera uma tensão. O elemento ativo é protegido de danos por uma placa de desgaste ou lente acústica e apoiado por um bloco de material de amortecimento que acalma o transdutor após o pulso de som ter sido gerado. Este subconjunto ultrassônico é montado em um gabinete com conexões elétricas apropriadas. Todos os transdutores de contato comum, feixe angular, linha de atraso e imersão utilizam esse projeto básico. As sondas phased array usadas em aplicativos de imagem simplesmente combinam vários elementos transdutores individuais em um único conjunto. Os transdutores de elemento duplo, comumente usados em aplicações de pesquisa de corrosão, diferem pelo fato de terem elementos de transmissão e recepção separados separados por uma barreira de som, sem suporte e uma linha de atraso integral para direcionar e acoplar a energia do som ao invés de uma placa de desgaste ou lente. A figura 1 ilustra a construção típica do transdutor.
Embora o conceito básico seja simples, os transdutores são dispositivos de precisão que exigem muito cuidado em design, seleção de material e fabricação para ajudar a garantir um desempenho ideal e consistente. Os transdutores comumente usados em NDT ultrassônico convencional se enquadram em cinco categorias gerais com base em seu design e uso pretendido.
