melhoria de falhas em solda ponto identificadas por ultrassom
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UNIVERSIDADE DE TAUBATÉ
Natalia Jéssica Vieira
Melhoria de falhas em solda ponto identificadas por ultrassom utilizando seis sigma
Taubaté – SP
2018
Natalia Jéssica Vieira
Melhoria de falhas em solda ponto identificadas por ultrassom utilizando seis sigma
Monografia apresentada para obtenção do Certificado de Especialização pelo Curso Pós Graduação Engenharia da Qualidade Lean Seis Sigma do Departamento de Engenharia Mecânica da Universidade de Taubaté. Área de Concentração: Qualidade e Produtividade Orientador: Prof. Álvaro Azevedo Cardoso
Taubaté – SP
2018
Ficha Catalográfica elaborada pelo SIBi – Sistema Integrado
de Bibliotecas / UNITAU - Biblioteca das Engenharias
V658m
Vieira, Natalia Jéssica Melhoria de falhas em solda ponto identificadas por ultrassom utilizando seis sigma. / Natália Jéssica Vieira - 2018. 84f. : il; 30 cm.
Monografia (Especialização em Engenharia da Qualidade Lean Seis Sigma - Green Belt) – Universidade de Taubaté. Departamento de Engenharia Mecânica e Elétrica, 2018 Orientador: Prof. Dr. Álvaro Azevedo Cardoso, Departamento de Engenharia Mecânica e Elétrica.
1. Qualidade. 2. DMAIC. 3. Processo de soldagem. 4. Soldagem por ponto. 5. Ultrassom. I. Título.
NATALIA JÉSSICA VIEIRA
Melhoria de falhas em solda ponto identificadas por ultrassom utilizando seis sigma
Monografia apresentada para obtenção do Certificado de Especialização pelo Curso Pós Graduação Engenharia da Qualidade Lean Seis Sigma do Departamento de Engenharia Mecânica da Universidade de Taubaté. Área de Concentração: Qualidade e Produtividade Orientador: Prof. Álvaro Azevedo Cardoso
Data: 06/03/2018
Resultado: _______________
BANCA EXAMINADORA
Prof. Álvaro Azevedo Cardoso,PhD - orientador - Universidade de Taubaté
Assinatura_____________________
Profa. Juliana de Lima Furtado,BB - Universidade de Taubaté
Assinatura_____________________
DEDICATÓRIA
Dedico este trabalho aos meus pais, irmã e marido que em todos os momentos me
apoiou dando força e coragem para vencer.
Aos professores pela compreensão e pelos ensinamentos.
Aos meus amigos que sempre torceram por mim.
AGRADECIMENTOS
Agradeço primeiramente a Deus, pois somente com Ele foi possível a finalização de
mais uma etapa de minha vida.
A toda minha família que, com muito carinho e apoio, não mediram esforços para a
realização desse meu sonho.
Ao meu orientador , Prof. Dr. Álvaro Azevedo Cardoso e a Profa. Juliana de Lima
Furtado, pela paciência, pelo apoio e incentivo que tornaram possível a conclusão desta
monografia.
A todos os professores do curso, cujos ensinamentos foram compartilhados, e que
foram importantes para minha vida acadêmica.
Aos meus amigos e colegas, pelo apoio e incentivo constantes.
“O sucesso vem geralmente àqueles que estão
muito ocupados para estar procurando por ele”.
Henry David Thoreau
RESUMO
Este trabalho ressalta a importância do ensaio não destrutível, o ultrassom,para
detectar as falhas no ponto de solda decorrentes do processo. O método de inspeção por
ultrassom em soldas a ponto baseia-se em um feixe sônico de alta frequência que é
introduzido na peça a ser avaliada, por meio do transdutor. Os transdutores, também
chamados de cabeçotes, são os responsáveis pela geração de ondas ultrassônicas, eles emitem
um impulso ultrassônico que atravessa o material e reflete na tela do computador em forma de
gráficos permitindo a avaliação entre pontos bons e ruins. Afim de eliminar as falhas mais
persistentes no processo da indústria automotiva em estudo, foi utilizado indicadores do time
do ultrassom da empresa no qual foi ressaltado os pontos deslocados como falhas mais
freqüentes. Para reduzir este problema usamos a ferramenta DMAIC. Para início do trabalho
definimos uma meta de redução de 50% o número de pontos de solda deslocados e com a
ajuda do diagrama de causa e efeito conseguimos ressaltar os responsáveis para o surgimento
dos pontos deslocados. A análise do trabalho foi em cima dos relatórios reprovados pelo
ultrassom e com a implantação e o controle das melhorias ficou claro que conseguimos
melhorar o processo de peças com pontos deslocados em 56,25%. Conclui-se que a aplicação
do DMAIC para este trabalho obteve resultados acima do esperado garantindo a qualidade dos
pontos de solda, pois a situação antes da implantação era com um DPMO de 49689,44 e o
nível sigma a longo prazo era de 1,65 após a implantação do DMAIC o DPMO caiu em
21739,13 com um nível sigma de 2,02 a longo prazo.
Palavras-chaves: Qualidade, DMAIC, Processo por Soldagem, Soldagem por Ponto,
Ultrassom
ABSTRACT
This work emphasize the importance of the non destructible test, the ultrasound, to
detect the failures in the soldering point due to the process. The method of ultrasonic
inspection in spot welds is based on a high frequency sonic beam which is introduced into the
part to be evaluated, by means of the transducer. The transducers, also called heads, are
responsible for the generation of ultrasonic waves, they emit an ultrasonic impulse that
crosses the material and reflects on the computer screen in the form of graphs allowing the
evaluation between good and bad points. In order to eliminate the most persistent failures in
the automotive industry under study, we used indicators of the company's ultrasound team in
which the displaced points were highlighted as more frequent failures. To reduce this problem
we use the DMAIC tool. To begin the work we defined a goal of 50% reduction in the
number of soldering points displaced and with the help of the diagram of cause and effect we
managed to emphasize those responsible for the emergence of the displaced points. The
analysis of the work was based on the reprocessed reports by the ultrasound and with the
implementation and the control of the improvements it was clear that we were able to improve
the process of pieces with displaced points in 56.25%. It is concluded that the application of
the DMAIC for this work obtained results higher than expected, guaranteeing the quality of
the soldering points, since the situation before the implantation was with a DPMO of
49,689.44 and the long-term sigma level was 1.65 after the implementation of the DMAIC the
DPMO fell by 21739.13 with a sigma level of 2.02 in the long term.
Keywords: Quality, DMAIC, Spot Welding, Non-destructible Testing, Ultrasonic.
LISTA DE FIGURAS
Figura 1 - União de peças com soldagem a ponto ............................................................ 15
Figura 2 - Ciclo DMAIC .................................................................................................. 21
Figura 3 - Sistema para soldagem a arco com eletrodo de carvão de acordo
com a patente de Bernardos .............................................................................................. 24
Figura 4 - Características do ponto de solda por resistência ............................................ 26
Figura 5 - Esquema das resistências elétricas ................................................................... 26
Figura 6 - Ciclo de soldagem ............................................................................................ 28
Figura 7 - Ponto de solda .................................................................................................. 29
Figura 8 - Sistema de refrigeração do eletrodo................................................................. 32
Figura 9 - Coloração degrade devido a refrigeração insuficiente ..................................... 32
Figura 10 - Inspeção por meio de ultrassom..................................................................... 35
Figura 11 - Esquema de inspeção ultrassônica e gráfico .................................................. 36
Figura 12 - Deslocamento de uma partícula em função do tempo ................................... 39
Figura 13 - Tipos de sons em função da freqüência ......................................................... 40
Figura 14 - Comprimento de onda .................................................................................... 40
Figura 15 - Onda longitudinal .......................................................................................... 44
Figura 16 - Onda transversal ............................................................................................ 44
Figura 17 - Onda superficial ............................................................................................. 45
Figura 18 - Onda de Lamb simétrica e assimétrica .......................................................... 45
Figura 19 - Contração e expansão do cristal submetido a alta tensão .............................. 47
Figura 20 - Partes de um transdutor com membrana elástica ........................................... 48
Figura 21 - Feixe ultrassônico .......................................................................................... 49
Figura 22 - Esquema básico de um cabeçote normal ou reto ........................................... 50
Figura 23 - Transdutor angular ......................................................................................... 51
Figura 24 - Esquema básico de um cabeçote duplo cristal ............................................... 52
Figura 25 - Esquema da técnica ultrassônica por transparência ....................................... 53
Figura 26 - Esquema da técnica ultrassônica por imersão................................................ 54
Figura 27 - Imagem ultra-sônica sem falhas .................................................................... 55
Figura 28 - Imagem ultra-sônica com descontinuidade.................................................... 55
Figura 29 - Imagem ultra-sônica sem eco de superfície limite......................................... 56
Figura 30 - Imagem ultra-sônica com várias descontinuidades ....................................... 56
Figura 31 - Ecos múltiplos ............................................................................................... 57
Figura 32 - Bloco de referência ........................................................................................ 58
Figura 33 - Indicador Semestral ....................................................................................... 60
Figura 34 - Indicador Mensal ........................................................................................... 61
Figura 35 - Diagrama de causa e efeito ............................................................................ 63
Figura 36 - Matriz de causa e efeito ................................................................................. 63
Figura 37 - Gráfico de Pareto ........................................................................................... 64
Figura 38 - Nível sigma .................................................................................................... 64
Figura 39 - Influência do diâmetro do cabeçote na lentilha ............................................. 65
Figura 40 - Transdutor utilizado no teste.......................................................................... 67
Figura 41 - Influência do ângulo do cabeçote na lentilha ................................................ 68
Figura 42 - Influência da posição do cabeçote na lentilha ............................................... 68
Figura 43 - Redução forte da seqüência de ecos de retorno ............................................. 69
Figura 44- Redução leve de seqüência de ecos de retorno ............................................... 69
Figura 45 - Gráfico sem ecos intermediários.................................................................... 70
Figura 46 - Gráfico com ecos intermediários claros......................................................... 70
Figura 47 - Ponto Ok ........................................................................................................ 71
Figura 48 - Ponto claramente pequeno ............................................................................. 71
Figura 49 - Ponto lentilha OK .......................................................................................... 72
Figura 50 - Ponto Solto ..................................................................................................... 72
Figura 51 - Ponto Pequeno ............................................................................................... 73
Figura 52 - Transdutor na solda boa ................................................................................. 73
Figura 53 - Transdutor na solda pequena ......................................................................... 74
Figura 54 - Transdutor na solda solta ............................................................................... 74
Figura 55 - Amostra com ensaio destrutivo...................................................................... 75
Figura 56 - Relatório de Análise de Ultrassom Reprovado .............................................. 76
Figura 57 - Relatório de Análise de Ultrassom Aprovado ............................................... 77
Figura 58 - Plano de limpeza para RPS ............................................................................ 78
Figura 56 - Controle de entrada na Ilha ............................................................................ 78
Figura 60 - Antes e depois da implantação do DMAIC ................................................... 79
LISTA DE TABELAS
Tabela 1 - Soldabilidade de alguns materiais metálicos ................................................... 23
Tabela 2 - História da soldagem ....................................................................................... 24
Tabela 3 - Velocidade de propagação de alguns materiais ............................................... 41
Tabela 4 - Determinação da meta com relação ao atual e o esperado .............................. 62
Tabela 5 - Determinação do diâmetro mínimo da pepita relacionado ás chapas
utilizadas no processo da empresa .................................................................................... 66
Tabela 6 - Implantação das ações,data e responsável ....................................................... 77
SUMÁRIO
LISTA DE FIGURAS
LISTA DE TABELAS
1. INTRODUÇÃO............................................................................................................ 15
1.1 - Justificativa................................................................................................................ 16
1.2 - Objetivo .................................................................................................................... 16
2. REVISÃO BIBLIOGRÁFICA ..................................................................................... 17
2.1 - Conceitos de qualidade ............................................................................................ 17
2.1.2 - Controle da qualidade ........................................................................................... 18
2.1.3- Método PDCA ........................................................................................................ 18
2.2- Seis sigma e a metodologia DMAIC ......................................................................... 20
2.3 - Processo de Soldagem .............................................................................................. 22
2.4 - Soldagem a ponto ..................................................................................................... 25
2.4.1 - Resistência elétrica na soldagem a ponto .............................................................. 26
2.4.2 - Parâmetros de solda a ponto .................................................................................. 27
2.4.2.1 - Tempo de soldagem ........................................................................................... 27
2.4.2.2 - Corrente de soldagem ......................................................................................... 29
2.4.2.3 - Força de soldagem .............................................................................................. 30
2.4.3 - Eletrodos ............................................................................................................... 30
2.4.3.1 - Refrigeração dos Eletrodos ................................................................................ 31
2.4.4 - Tipos de descontinuidades do ponto de solda ....................................................... 32
2.4.5 - Vantagens e limitações da soldagem por pontos ................................................... 34
2.4 - Ensaios não destrutíveis ........................................................................................... 34
2.5 - Princípios Físicos e Fundamentais do Ultrassom ..................................................... 35
2.5.1 - Conceitos Básicos do Ensaio................................................................................. 35
2.5.2 - Vantagens e limitações do Ensaio ......................................................................... 37
2.5.3 - Natureza das ondas Ultrassônicas ......................................................................... 38
2.5.4 - Características de Propagação das ondas .............................................................. 38
2.5.4.1 - Amplitude ........................................................................................................... 38
2.5.4.2 - Freqüência .......................................................................................................... 39
2.5.4.3 - Comprimento de onda ........................................................................................ 40
2.5.4.4 - Velocidade da onda ............................................................................................ 41
2.5.4.5 - Impedância Acústica .......................................................................................... 41
2.5.4.5 - Relação entre Velocidade, freqüência e comprimento da onda ......................... 42
2.5.5 - Tipos de Ondas Ultrassônicas e suas Aplicações .................................................. 43
2.5.5.1 - Onda longitudinal ............................................................................................... 43
2.5.5.2 - Onda Transversal................................................................................................ 44
2.5.5.3 - Onda de Rayleigh ............................................................................................... 45
2.5.5.4 - Onda de Lamb .................................................................................................... 45
2.5.6 - Efeito Piezoelétrico ............................................................................................... 46
2.5.6.1 - Tipos de Cristais ................................................................................................. 47
2.5.6.2 - Transdutores ....................................................................................................... 48
2.5.6.3 - Transdutor normal ou reto .................................................................................. 50
2.5.6.4 - Transdutores Angular ......................................................................................... 51
2.5.6.5 - Transdutores Duplo-cristal ................................................................................. 51
2.5.7 - Acoplante .............................................................................................................. 52
2.5.8 - Técnicas para inspeção .......................................................................................... 52
2.5.8.1 - Técnica por Transparência ................................................................................. 53
2.5.8.2 - Técnica de Imersão............................................................................................. 53
2.5.8.3 - Técnica de Pulso-eco .......................................................................................... 54
2.5.9 - Calibração do equipamento ................................................................................... 57
2.5.10 - Treinamento ........................................................................................................ 58
3. METODOLOGIA ......................................................................................................... 59
4. RESULTADOS ............................................................................................................ 60
4.1. Fase Definir ............................................................................................................... 60
4.2. Fase Medir ................................................................................................................. 62
4.2.1. MSA ....................................................................................................................... 65
4.2.1.1 - Meios de seleção de teste e ajuste do equipamento ........................................... 65
4.2.1.2 - Manuseio da seqüência de eco ........................................................................... 67
4.2.1.3 - Interpretação da seqüência de eco ...................................................................... 68
4.2.1.4 - Espessura da redução da seqüência de retorno e ecos ........................................ 69
4.2.1.5 - Altura e posição de ecos intermediários ............................................................. 70
4.2.1.6 - Espessura de Restwandstärke(distância de ecos de retorno) .............................. 71
4.2.1.7 - Surgimento dos gráficos com diversas qualidades de ponto de solda................ 72
4.2.1.8 - Comportamento do feixe sônico nos pontos da amostra .................................... 73
4.2.1.9 - Execução do ensaio destrutivo na amostra ......................................................... 74
4.3. Fase Analisar ............................................................................................................. 75
4.4. Fase Implementar ...................................................................................................... 76
4.5. Fase Controlar ........................................................................................................... 78
5. CONCLUSÃO .............................................................................................................. 80
6. REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS ......................................................................... 81
15
1. INTRODUÇÃO
Toda empresa tem a necessidade de adaptar-se as mudanças de mercado, que está cada
vez mais exigente e competitivo, utilizando sistemas de qualidades eficientes.
Como a indústria automobilística possui um mercado ainda mais competitivo, há a
necessidade de garantia de qualidade para seus clientes, uma vez que uma falha pode colocar
a segurança do cliente final em risco.
Quando falamos em união de peças por soldagem normalmente na construção de
carrocerias automotivas a primeira opção por união de chapas metálicas é a utilização de
soldagem a ponto, que tem vantagens como: baixo custo, versatilidade, precisão e
repetitividade. A figura 1 mostra uma empresa que utiliza o recurso citado acima.
Figura 1- União de peças com soldagem a ponto
Fonte: DONASCI (2018)
Toda empresa zela pela segurança de seus empregados e de seu cliente final, com isso
a implantação dos ensaios não destrutíveis, para a garantia da qualidade desses pontos de
solda, é de grande aceitação nas indústrias.
Existem vários tipos de ensaios não destrutivos para o controle e a garantia da
qualidade, tais como: Ensaios visual; teste por Ponto e Teste Magnético; Teste de
Estanqueidade; Líquido Penetrante; Partículas Magnéticas; Ensaio Radiográfico e ultrassom.
16
Este trabalho relata importância da técnica não destrutível por meio do ultrassom. A
utilização desta técnica junto com a metodologia DMAIC,tem ajudado a indústria analisada a
reduzir seus custos com ensaios destrutíveis, pois um produto que tem sido destruído não
pode ser vendido, garantindo a qualidade do produto e a segurança do cliente final e
melhorando a produtividade.
1.1- Justificativa
Como a empresa pesquisada é automobilística e a união de todas as peças de uma
carroceria é feita por pontos de solda, existe uma necessidade de uma inspeção rigorosa para
garantir a integridade de cada ponto de solda, já que qualquer descontinuidade mais grave
pode afetar a segurança do veículo colocando em risco a vida do cliente. O tema deste
trabalho foi escolhido para mostrar a importância do uso do ultrassom para detectar as falhas
no ponto de solda decorrentes do processo da indústria em estudo e para reduzir essas falhas
foi utilizado a metodologia DMAIC.
Toda fonte de informação para os métodos e resultados deste trabalho foi retirado da
empresa pesquisada, uma indústria automobilística que zela pela qualidade de seu produto e
integridade dos seus clientes para se manter competitiva no mercado.
1.2- Objetivo
Este trabalho tem como objetivo ressaltar a importância do uso do ultrassom para
detectar as falhas no ponto de solda decorrentes do processo da indústria automotiva em
estudo e para reduzir essas falhas o foco foi através da ferramenta DMAIC. Foi levantado
dados através de indicadores de solda para identificar a falha mais frequente no processo, com
isso foi identificado que os pontos deslocados eram os que precisavam de um estudo
profundo, no qual foi utilizado o DMAIC para a redução dessa falha e garantindo um
processo produtivo com qualidade.
17
2. REVISÃO BIBLIOGRÁFICA
2.1- Conceito de Qualidade
Uma empresa ao longo de sua existência, cria métodos e ferramentas para a garantia
da competitividade de mercado e também suprir as exigências dos clientes. A qualidade e a
produtividade são fatores chave para a competitividade, principalmente nas indústrias
automobilísticas, com isso a qualidade possui um papel importante nas organizações, pois é
por meio dela que as empresas chegarão a resultados verdadeiramente positivos. O aumento
da competição,devido a economia globalizada, fez com que a qualidade nas empresas
passasse a ser questão de sobrevivência.
Além da competitividade é necessário que as indústrias tenham foco no cliente,
liderança, capacidade de tomada de decisão, relacionamento sincero com os fornecedores,
determinação e revisão contínua de reclamações ou sugestões. tudo isso porque a finalidade
de um projeto voltado a qualidade é oferecer benefícios às pessoas e à sociedade como um
todo.
Dentre as principais definições de qualidade segue, para tanto, uma breve definição de
qualidade obtida pelos dois grandes nomes da Qualidade, os chamados “Gurus da Qualidade”:
JURAN(1974) define a qualidade como “fitness for use”, ou seja, “adequação ao uso”.
Para ele a gestão da qualidade se baseia em três pontos essenciais, o planejamento da
qualidade, a melhoria da qualidade e o controle da qualidade.
Para DEMING(1990) a qualidade é definida de acordo com as exigências e
necessidades dos consumidores. Como estas sempre mudam, as especificações de qualidade
devem sempre ser alteradas.
Essas definições de qualidade defendem o tema do trabalho em estudo e pode ser
resumida mostrando que a indústria deve sempre buscar a melhoria da qualidade com base no
planejamento e no controle, sem esquecer-se de focar as exigências dos consumidores.
18
2.1.2- Controle da qualidade
De uma forma mais simples podemos definir o controle como uma forma de medir a
qualidade de serviços e produtos de acordo com as especificações técnicas. Medidas essas que
eram controladas a partir da ausência de defeitos e qualidade em seu produto final. O controle
de qualidade é uma base para o estabelecimento das ferramentas da qualidade. Sem o controle
não temos informação para análise de dados o que torna difícil saber qual instrumento utilizar
para resolver os problemas organizacionais.
O controle de qualidade é um sistema adotado que considera acima de tudo o cliente e
consumidor final do produto, preocupando-se com a relação compra e venda além de
surpreender as expectativas dos clientes, considera o grau de satisfação dos funcionários, dos
fornecedores,consumidor.
Armand Feigenbaum (1956), propôs o uso do termo “controle da qualidade total”, cujo
envolvimento em conjunto das pessoas com o trabalho influenciava, segundo ele, no produto
final.
As empresas devem seguir procedimentos para o gerenciamento do controle da
qualidade, esses procedimentos são representados por métodos e ferramentas. O que soluciona
os problemas nos processos produtivos e operacionais não são as ferramentas e sim a
observância do método com a correta utilização das ferramentas.
2.1.3- Método PDCA
O ciclo PDCA foi idealizado na década de 20 por Walter A. Shewarth, e em 1950,
passou a ser conhecido como o ciclo de Deming, em tributo ao “guru” da qualidade, William
E. Deming, que publicou e aplicou o método. Esse método foi adaptado no Brasil por Falconi
para o Masp.
O ciclo PDCA, utilizado como base para o Masp, atua nas empresas com o foco na
melhoria contínua e no controle da qualidade total. O PDCA é mais uma definição para os
estudiosos do difícil processo de planejar (PALADINI, 2004).
19
A metodologia PDCA é focada na melhoria de processos internos, tendo como base a
reaplicação de suas etapas de forma contínua. O “Ciclo PDCA”, possui 4 fases. Para melhor
compreensão as quatro fases, estão descritas a seguir:
1. Planejar: nessa etapa, é feito um planejamento envolvendo metas, métodos e
objetivos para solucionar problemas identificados no fluxo de processos. Segundo Campos
(2004), o planejamento é subdividido em: identificação do problema, observação, análise e
plano de ação.
2. Executar: é a etapa da execução do plano elaborado antes. Nessa fase o objetivo é a
prática, por isso é necessário disponibilizar treinamentos viabilizando o cumprimento dos
procedimentos aplicados na fase anterior. Se ocorrerem dificuldades na execução, pode até ser
preciso voltar à etapa anterior e refazer o planejamento.
3.Verificar:é a averiguação dos resultados das atividades executadas, comparando-se
as medições realizadas com os objetivos estabelecidos. A verificação possui quatro etapas:
comparação dos resultados, listagem dos efeitos secundários, verificação da continuidade ou
não do problema e efetividade do bloqueio.
4. Agir: a última etapa define-se em diagnosticar qual é a causa raiz do problema e a
finalidade de prevenir a reprodução dos resultados não esperados, se as metas estabelecidas
não forem alcançadas.Aqui, ocorre a prevenção e correção de erros recorrentes, que surgiram
no processo ou que não foram solucionados desde o começo.
Por esta razão a aplicação do método PDCA tem o propósito de resolver problemas e
alcançar metas, daí passar por várias etapas, que são: definição do problema, análise do
fenômeno e do processo, estabelecimento do plano de ação, ação, verificação, padronização e
conclusão. Por isso, é essencial o uso de ferramentas, de acordo com o tipo do problema
(CAMPOS, 2004).
20
2.2- Seis Sigma e a metodologia DMAIC
O seis sigma foi criado pela Motorola, em 1986, como um método estruturado para
efetivar a melhoria da qualidade. Desde então, evoluiu para uma metodologia robusta, que
objetiva a melhoria empresarial e dirige a organização para as necessidades do cliente,
criando um alinhamento dos processos pela utilização do rigor estatístico e teórico.
O termo sigma é utilizado como uma escala para níveis mais altos de melhoria ou
qualidade. Usando uma escala seis sigma significa o limite máximo de 3,4 defeitos por um
milhão de oportunidades (DPMO). O seis sigma é considerado uma metodologia de melhoria
empresarial que foca no entendimento e no gerenciamento das necessidades do cliente; no
alinhamento dos negócios-chave da organização para o atendimento e essas necessidades; na
rigorosa análise de dados para minimizar a variação nesses processos e no direcionamento
rápido e de forma sustentável para a melhoria das processos de negócio.
O Seis Sigma é a representação estatística de nível de variabilidade de um processo,
ou adequação do processo a uma especificação. O Sigma representa o desvio padrão de uma
distribuição e, quanto menor for o desvio padrão de um processo, mais desvios padrões
passam a ser aceitos dentro da especificação.
Fernandes e Ramos (2006) apresentam pontos fortes do seis sigma como o foco no
ganho financeiro, destacando que a utilização do DMAIC é um diferencial pois é a utilização
de uma metodologia
Caminha lado a lado com o seis sigma sua metodologia de implementação
amplamente conhecida como DMAIC, com suas cinco fases. Como outros métodos de
melhoria o DMAIC é apoiado no PDCA de Deming.
O DMAIC é um método que pertence às práticas dos Seis Sigmas e tem como meta
melhorar um processo existente na empresa. Um projeto DMAIC aumenta a produtividade e
reduz custos. O “Ciclo DMAIC”, que possui 5 fases e é ilustrado na figura a seguir.
21
Figura 2: Ciclo DMAIC
Fonte: STANFORD (2015)
Para melhor compreensão as quatro fases, estão descritas a seguir:
1. Definir: nessa etapa, temos que definir o problema com uma declaração de alto
nível; criar um SIPOC macro e mapa do processo detalhado; identificar especificamente os
clientes impactados pelo processo ou produto; definir características CTQs (críticas para a
qualidade) do ponto de vista do cliente; focar o projeto para um nível acionável específico e
desenvolver uma declaração do problema refinada e documentar as atividades da fase definir
em um mapa de projeto.
2. Medir: é a etapa que temos que definir medidas do processo; identificar os tipos,
fontes e causas da variação no processo; determinar dados exigidos para um projeto seis
sigma; desenvolver um plano de coleta de dados; executar análise de sistema de medição
(MSA); conduzir coleta de dados; determinar capacidade de referência do projeto com um
valor sigma e completar um FMEA no processo corrente.
3.Analisar: é a fase de declarar a definição e o objetivo dos métodos básicos para
análise de processos; descrever a aplicação e uso das ferramentas básicas para análises
gráficas e descrever os métodos para verificação das causas raízes.
4. Melhorar : comandar um brainstorming; gerar um mapa do processo como "deve
ser / situação futura"; listar os passos requeridos para atualização do FMEA; fazer uma análise
22
de custo / benefício de uma melhoria do processo; comandar um teste piloto de melhoria do
processo e analisar a capacidade do processo para validar ganhos de melhoria.
5. Controlar : fase de incorporar métodos associados a controles visuais; desenvolver
ações para análise de sistema de medição a longo prazo; desenvolver uma estratégia de
controle para o processo melhorado; desenvolver um plano de controle que inclua um plano
de reação apropriado.
2.3- Processo por Soldagem
Nos dias atuais é raro, se é que existe, uma indústria poder prescindir da soldagem
como processo de produção ou manutenção. Com isso podemos dizer que a soldagem está
intimamente ligada ás mais importantes atividades industriais que existem no mundo
moderno: construção naval, ferroviária, aeronáutica, caldeiraria, tubulação de aço, construção
civil metálica, indústria metalúrgica, mecânica, elétrica e inclusive as indústrias
automobilísticas, ênfase dos estudos deste trabalho.
Existem várias definições de solda, segundo diferentes normas. A solda pode ser
definida como uma união de peças metálicas, cujas superfícies se tornaram plásticas ou
liquefeitas, por ação de calor ou de pressão, ou mesmo de ambos. Poderá ou não ser
empregado metal de adição para se executar efetivamente a união. (SENAI - ES, 1996)
Para obter a solda, não basta apenas colocar duas peças metálicas próximas, aplicar
calor com ou sem pressão. Para que a soldagem realmente se realize, os metais a serem unidos
devem ter uma propriedade imprescindível: a soldabilidade. (Abendi,2013)
A American Welding Society (AWS) define soldabilidade como “a capacidade de um
material ser soldado nas condições de fabricação impostas por uma estrutura específica
projetada de forma adequada e de se comportar adequadamente em serviço”. Esta definição
coloca pontos importantes como: “o projeto é adequado? ”, “e as condições e o procedimento
de soldagem? ” Uma definição alternativa, mais prática, seria: “a facilidade relativa com que
uma solda satisfatória, que resulte em uma junta similar ao metal sendo soldado, pode ser
produzida”.
23
É necessário saber que, tratando-se de soldagem, cada tipo de material exige maior ou
menor cuidado para que se obtenha uma solda de boa qualidade. Um material tem baixa
soldabilidade quando ele exige muitos cuidados a ser soldado, como por exemplo, o controle
de temperatura de aquecimento e de interpasse, ou tratamento térmico pós-soldagem. Quando
o material exige poucos cuidados, ele possui boa soldabilidade.
A tabela a seguir resume o grau de soldabilidade de alguns materiais metálicos mais
usados nas indústrias:
Tabela 1: Soldabilidade de alguns materiais metálicos
Fonte: ABENDI (2013)
A história da soldagem mostra que desde as mais remotas épocas, muitos artefatos já
eram confeccionados utilizando recursos de brasagem, tendo sido descobertos alguns com
mais de 4000 anos; a soldagem por forjamento também tem sido utilizada há mais de 3000
anos. A técnica da moderna soldagem começou a ser moldada a partir da descoberta do arco
elétrico, bem como também a sintetização do gás Acetileno no século passado, o que permitiu
que se iniciassem alguns processos de fabricação de peças, utilizando estes novos recursos. A
primeira patente de um processo de soldagem, obtida na Inglaterra por Nikolas Bernados e
Stanislav Olszewsky em 1885, foi baseada em um arco elétrico estabelecido entre um eletrodo
de carvão e a peça a ser soldada. Este processo é ilustrado na figura 2.
Material Soldabilidade
ótima boa regular difícil aço de baixo carbono X aço de médio carbono X X aço de alto carbono X aço inox X X aços liga X ferro fundido cinzento X ferro fundido maleável e nodular X ferro fundido branco X ligas de alumínio X ligas de cobre X
24
Figura 3- Sistema para soldagem a arco com eletrodo de carvão de acordo com a patente de
Bernados.Fonte:MODONESI (2012)
Com o acontecimento da Primeira Guerra Mundial, a técnica da soldagem começou a
ser mais utilizada nos processos de fabricação; a Segunda Guerra Mundial imprimiu grande
impulso na tecnologia de soldagem, desenvolvendo novos processos e aperfeiçoando os já
existentes. Abaixo, um resumo cronológico da história da soldagem:
Tabela 2: História da soldagem
Fonte: NERIS (2012)
25
Estima-se que hoje em dia estão sendo utilizados mais de 70 processos de soldagem a
nível mundial, sendo este um número dinâmico, pois vários outros processos estão em
desenvolvimento a nível de pesquisa e projetando para breve, novas alterações no mercado de
soldagem.
2.4 - Soldagem por ponto
Segundo (Modenesi & Marques, 2006), a soldagem por resistência faz parte de "um
grupo de processos de soldagem nos quais o calor necessário a formação da junta soldada é
obtida pela resistência à passagem de corrente elétrica através das peças que estão sendo
soldadas.O aquecimento da região da junta pela passagem da corrente elétrica, diminui a
resistência mecânica do material, permitindo através da aplicação de pressão, a deformação
localizada e, assim, a soldagem por deformação da junta".
De forma simples o processo de soldagem a ponto por resistência, também chamada
de soldagem por ponto ou solda ponto,é realizada entre peças sobrepostas, por meio da fusão
local provocada pela passagem de corrente elétrica entre dois eletrodos, fabricados com ligas
de cobre, que pressionam as superfícies das peças. As variáveis que definem a qualidade de
um ponto de solda é a pressão aplicada pelos eletrodos, o ciclo de tempo de aplicação de
corrente e a relação da corrente elétrica e a resistência das peças a serem soldadas.
Com as variáveis sendo aplicadas na medida correta, após o ciclo de soldagem
formam-se o diâmetro (lentilha) do ponto de solda e suas características de resistência
mecânica. Como podemos ver na figura a seguir:
26
Figura 4- Características do ponto de solda por resistência
Fonte: PADILHA (2015)
2.4.1 - Resistência elétrica na soldagem a ponto
Na soldagem por resistência o calor gerado é proporcional ao quadrado da corrente de
soldagem e indiretamente proporcional a resistência e o tempo. Parte do calor gerado é
utilizado para gerar a solda e parte é perdida por condução, convenção e radiação para o
material de base e eletrodo. A magnitude destas perdas é geralmente desconhecida. (Aures,
2006)
Figura 5- Esquema das resistências elétricas
Fonte: Ruuki Co. (2009)
27
Observando a figura de todas as resistências, R3 é a mais importante, porque é nesse
local que se formara o ponto e, consequentemente , a geração de calor para ocorrer a fusão
localizada. ( Brandi, 2004 ).
A resistência R1 também tem sua importância, e devem ter seus valores de
resistividade elétrica o mais baixo possível. As resistências R2 não têm muita influência nos
ciclos inicias de soldagem e sim nos finais.
2.4.2 - Parâmetros de solda a ponto
Segundo (Santos ,wellington 2013) Parâmetros de regulagem são aquelas condições
que com um determinado valor e uma combinação entre eles é realizado um ponto de solda,
efetivando a junção de uma junta. Os valores certos desses parâmetros são os responsáveis de
uma boa ou má qualidade da solda.
A qualidade da solda por ponto é controlada principalmente a partir da combinação de
três parâmetros: tempo de soldagem, força exercida pelos eletrodos ou força de soldagem e
corrente de soldagem.
2.4.2.1 - Tempo de soldagem
É o tempo de aplicação da corrente máxima que fornece o calor necessário para
conseguir a junção da peça de retrabalho. ( Aures,2006)
A quantidade de calor gerado na soldagem depende da corrente de soldagem. O
diâmetro do ponto de solda sua penetração e sua resistência é aumentado rapidamente quando
se aumenta a corrente de soldagem. Quando se ajusta o tempo de soldagem o tamanho do
ponto aumenta lentamente. O tempo se solda é ajustado em ciclos e a duração é de 0,0167s
para a frequência de energia de 60Hz. Com relação as espessuras das chapas podemos dizer
que os tempos de soldagem são: até 1,0 mm cerca de 10 até 12 ciclos; até 1,5 mm cerca de 12
até 15 ciclos; até 2,0 mm cerca de 14 até 18 ciclos; chapa grossa ou enquanto tem diferentes
tolerâncias de aceitação de chapa, tempo de subida de até 12 ciclos; chapa fina0,5 até 0,6
cerca de 15 ciclos.
28
O esquema do ciclo de soldagem por ponto está apresentado de forma simplificada na
Figura 6.
Figura 6- Ciclo de soldagem
Fonte: AURES (2006)
Explicando as etapas da figura temos: o tempo de aperto, é o tempo entre o
acionamento do sistema com a aproximação dos eletrodos e aplicação da força de soldagem
até alcançar uma pressão pré-determinada. Os eletrodos pressionam as peças de trabalho, mas
sem passagem da corrente de soldagem.
O tempo de solda é o intervalo desde o início da passagem de corrente elétrica até esta
ser interrompida.
O tempo de retenção é o intervalo em que, após a corrente elétrica cessar, os eletrodos
mantêm as peças de trabalho pressionadas até que a pepita de solda seja solidificada
(caldeamento).
O tempo de abertura, é o intervalo entre o término da pós-pressão (tempo de retenção),
onde os eletrodos se afastam, até o início da pré-pressão (Tempo de aperto).
Podemos encontrar também as etapas conhecidas como tempos de subida,upslope e o
tempo de descida,downslope. O tempo de subida corresponde ao tempo necessário para
aumentar gradualmente a corrente até esta alcançar o valor desejado para a soldagem,
evitando assim o sobreaquecimento e a expulsão de metal líquido no início do processo. De
29
forma semelhante, o tempo de descida é o tempo necessário para diminuir gradualmente a
corrente ao final do tempo de soldagem, controlando a solidificação da pepita de solda e
evitando a fragilização de materiais de alta dureza ou susceptíveis a fissuração a quente
(LIENERT et al., 2011).
Após a conclusão do ciclo de soldagem um ponto de solda deverá ter sido formado,
como mostra a figura 7. Os pontos de solda devem apresentar características essências, tais
como, um diâmetro mínimo especificado por norma e uma profundidade de penetração ideal
na área soldada. O limite mínimo aceitável para um determinado ponto ser considerado
aprovado estruturalmente, de acordo com a norma MBN 10382, é quanto o diâmetro do ponto
é quatro vezes a raiz quadrada da espessura da menor chapa de junção (MBN,2002).
A indentação é uma impressão deixada pelos eletrodos na chapa durante o processo de
soldagem, sendo desejável que ela seja a mínima possível (AGASH, 2003,ZHOU,2003)
Figura 7- Ponto de solda
Fonte: BRANCO(2004)
2.4.2.2 - Corrente de soldagem
A intensidade de corrente elétrica na soldagem por resistência (Wainer,1995) é
determinada em função das características físicas e da espessura do material a soldar,
variando para as aplicações mais usuais dentro de valores entre 5 e 30 kA.A corrente de
soldagem tem maior influência do que os outros fatores; a corrente alternada ou a contínua
podem ser utilizadas na soldagem por pontos. A corrente contínua é utilizada em aplicações
que requerem alta intensidade de corrente porque a carga pode ser balanceada em três fases; a
30
corrente contínua é utilizada também para reduzir as perdas no circuito secundário.
Em relação às variações de intensidade de corrente, a densidade da corrente pode
variar na interface da solda; um aumento do diâmetro do eletrodo ou da dimensão projetada
da solda diminui a densidade de corrente e o calor de soldagem, o que pode causar um
significativo decréscimo nas propriedades mecânicas da solda. Excessiva densidade de
corrente causa expulsão do metal fundido, resultando em vazios internos, trincas na solda e
menores propriedades mecânicas. No caso de soldas por pontos, excessiva intensidade de
corrente provoca um superaquecimento do metal e base e resulta em profundo entalhe nas
peças e rápida deterioração dos eletrodos.
2.4.2.3 - Força de soldagem
A pressão de soldagem é produzida pelos eletrodos sobre as juntas e influencia o valor
da resistência total por meio das resistências de contato das interfaces das peças; as peças a
serem soldadas devem ser bem fixadas na região onde fará a solda, para garantir a passagem
da corrente. Aumentado a pressão resulta numa diminuição da resistência das interfaces e do
calor; desse modo, a corrente elétrica ou o tempo devem ser aumentados para compensar a
queda da resistência.Uma pressão muito alta pode causar a fratura da solda, desgaste das
peças de trabalho a partir da penetração dos eletrodos e deformação dos eletrodos (DIAS,
2011). Os eletrodos têm vital importância na geração de calor porque conduzem a corrente
elétrica até as peças.
Portanto, respeitado os limites dos demais parâmetros, deve-se escolher a menor força
de soldagem capaz de manter um contato adequado entre as peças e evitar a expulsão de metal
fundido, garantindo assim uma menor resistência de contato.
2.4.3 - Eletrodos
Os eletrodos são as partes mais importantes do processo. O material base usado na
construção de um eletrodo é o cobre, por ser um bom condutor elétrico, térmico e ter uma
baixa resistência de contato. O papel do eletrodo é conduzir a corrente de soldagem para a
peça, sendo que no caso da soldagem por pontos, os eletrodos determinam a densidade de
31
corrente na zona da solda; outra função do eletrodo é transmitir força para as peças; a terceira
é dissipar parte do calor da zona da solda e a última, manter o alinhamento e a posição das
peças.
O eletrodo também possui vida útil e ela é identificada como o número de soldas que
podem ser feitas, sem a necessidade de ser substituído ou concertado. Uma baixa vida do
eletrodo pode limitar a taxa de produção devido a necessidade de frequentes concertos do
eletrodo e/ou operações de troca dos eletrodos (Holliday,et. al.,1995). Eles devem ter ótima
condutividade térmica, boa resistência e dureza para resistir às possíveis deformações
causadas pelas forças; uma deformação nas faces dos eletrodos aumenta a área de contato e
diminui a densidade da corrente elétrica e a pressão de soldagem.
Como foi visto anteriormente a corrente elétrica é um dos parâmetros mais
importantes, pois é ela que gera o aquecimento localizado nas chapas a serem soldadas ate
atingir o ponto de fusão do material gerando a lentilha de solda. Durante esse processo os
eletrodos são de grande importância, pois são eles que vão determinar a área de formação da
lentilha ao tocarem nas chapas. Ao logo da vida útil dos eletrodos essa área de contato dos
eletrodos e as chapas sofrem mudanças. No início de sua vida útil a área de contato é pequena
e o calor é concentrado, depois que vários pontos de solda são efetuados, essa área aumenta e
a concentração de calor fica disperso em uma região mais ampla. Para equilibrar essa
dispersão de calor utiliza-se a curva de compensação de corrente de solda, que mantém
constante a concentração de calor no ponto, com a intensidade de corrente dividida pela área
de contato
2.4.3.1 - Refrigeração dos Eletrodos
O fluxo de água para uma boa refrigeração é de no mínimo 4l/min, para chapas de aço
sem revestimento é de até 3 mm, já para as chapas de aço revestido e com grande espessura
deve ser maior que 6 a 7l/min. O tubo interno de alimentação do sistema de refrigeração deve
ser disposto de tal forma a assegurar que a água entre pela parte oposta à face de trabalho dos
eletrodos (Powell, et al.,1996).
32
Figura 8- Sistema de refrigeração do eletrodo
Fonte: MEDAR (2004)
A figura 9 mostra a coloração de um eletrodo com uma má refrigeração.
Figura 9- Coloração degrade devido a refrigeração insuficiente
Fonte: SANTOS (2013)
2.4.4 - Tipos de descontinuidades do ponto de solda
Neste tópico será citado os tipos de falhas de uma junta soldada por resistência a
ponto.
33
Ponto solto - A principal característica desse ponto é a ausência de uma lentilha de
solda fundida. Esse problema pode ser gerado pela força excessiva de contato dos eletrodos na
junta; área de contato do eletrodo mais ampla e também o tempo ou intensidade de corrente
de solda insuficiente.
Ponto colado - É caracterizado por uma má formação na lentilha, tendo poucas
áreas com início de fusão, devido ao aquecimento insuficiente da região a ser soldada.
Ponto pequeno- Neste tipo a característica é a formação de uma lentilha pequena,
com relação as normas específicas. Isso ocorre devido ao desalinhamento dos eletrodos e
também um tempo insuficiente de corrente de solda.
Ponto queimado - Ocorre quando a resistência compressiva do material em
contato com o eletrodo diminui à medida que a fusão avança, permitindo, deste modo, que a
face do eletrodo se movimente para dentro da superfície da peça de trabalho
(VARGAS,2006). É caracterizado por uma indentação, que é gerado pela pressão do eletrodo
na peça. Essa indentação prejudica a resistência mecânica da solda.
Falha no ponto - A presença de impurezas nas superfícies da chapas, como óleos e
graxas e também a força excessiva de contato dos eletrodos na junta; e o tempo ou intensidade
de corrente de solda insuficiente podem gerar descontinuidades no interior do ponto de solda
Ponto deslocado - Ocorre devido ao posicionamento errado da chapa nos pinos
RPS; devido ao desgaste e ao acúmulo de sujeiras no pino de posicionamento (RPS),
manuseio dos operadores com as chapas, dimensional da peça.
34
2.4.5 - Vantagens e limitações da soldagem por pontos
Este tipo de soldagem possui várias vantagens, pois não necessita de um material de
adição;possui alta velocidade; facilidade de automação com alta taxa de produção; em muitas
operações é um processo econômico, devido a ser mais rápido do que os processos a arco
elétrico e com maçarico; requerer menor habilidade de execução (menor que na soldagem a
arco);possui boa repetibilidade e confiabilidade.A soldagem por pontos em aços utiliza uma
intensidade de corrente de 5.000 a 20.000 e tensão de 5 a 20V, podendo ser maiores para
metais que possuem alta condutividade térmica como ligas de alumínio e cobre. O processo
pode ser utilizado para a união de mais de duas chapas que podem ter composição química e
espessura diferentes, já que é mais comum a união de duas chapas de mesma composição
química e espessura.
A soldagem por pontos apresenta algumas limitações, pois os custos do equipamento
são geralmente maiores do que os custos do equipamento para soldagem a arco elétrico; baixa
portabilidade de equipamentos; possui menor resistência à tração e à fadiga; as chapas a
serem soldadas são pressionada por dois eletrodos não consumíveis, no qual área de contato
possui geometria adequada para garantir a pressão necessária, o perfeito alinhamento e a
condução sem perdas excessivas da corrente elétrica;e a limitação do número de soldas está
relacionada com a capacidade de aplicar pressão e corrente uniformes em cada projeção.
2.4.6 - Ensaios não destrutíveis
Os ensaios não destrutíveis têm a capacidade de detectar as descontinuidades
encontradas na superfície ou dentro do material, sem prejudicar o funcionamento futuro da
peça. Os Ensaios Não Destrutivos estão entre as principais ferramentas do controle da
qualidade e monitoramento de materiais e componentes e são amplamente utilizados nos mais
variados setores industriais. Eles contribuem para o monitoramento da qualidade dos bens e
serviços, redução de custo, preservação da vida e do meio ambiente, sendo fator de
competitividade para as empresas que os utilizam.
A escolha do ensaio utilizado está vinculada ao material a ser inspecionado, tipo de
propriedade a ser verificada, custo de realização de ensaio, mão de obra especializada e
35
instalações para a realização do ensaio. Temos dois métodos de avaliação não destrutiva que
são classificados de acordo com a descontinuidade que deseja avaliar: Método de inspeção
nas superfícies (descontinuidades observadas na superfície externa ou superficial). Alguns
exemplos de ensaios desse grupo: ensaio visual; líquidos penetrantes e partículas magnéticas.
Método de inspeção volumétrica (descontinuidades observadas no interior dos materias).
Exemplos de ensaios desse grupo: ultrassom; radiográfico e a termografia.
A empresa estudada neste trabalho utiliza o método de inspeção volumétrica por meio
do ensaio por ultrassom do ponto de solda. Neste caso irei aprofundar a importância que este
ensaio favorece à empresa estudada.
Figura 10- Inspeção por meio de ultrassom
Fonte: Empresa pesquisada, 2017
2.5 - Princípios Físicos e Fundamentais do Ultrassom
2.5.1- Conceitos Básicos do Ensaio
O ensaio de ultrassom é um método de ensaio não destrutivo, que tem como objetivo
detectar descontinuidades internas e ou superficiais por meio de um feixe sônico de alta
36
frequência que percorre o material. Os defeitos são detectando pela reflexão do feixe
ultrassônico nas interfaces ou descontinuidades do material onde foi introduzido.
A reflexão do feixe sônico nas interfaces ou descontinuidades, depende mais do estado
físico da região posterior a interface do que as propriedades físicas do mesmo. Numa
descontinuidade do tipo bolha de gás em uma solda, há uma reflexão quase que total quando o
feixe sônico incide sobre a superfície da descontinuidade, por se tratar de uma interface
sólido-gás. Este é um simples exemplo, sendo que mais exemplos serão abordados
posteriormente.
O equipamento de ultrassom utilizado para analisar descontinuidades internas ou
superficiais, possui um visor no qual as reflexões geradas por descontinuidades e interfaces
são representadas na forma gráfica, sendo possível interpretá-las para determinar a
localização, existência ou não de descontinuidades.
Os equipamentos de ultrassom também são utilizados para medição de espessuras,
análise e avaliação de corrosão e também para determinar propriedades físicas, estrutura,
tamanho de grão e constantes elásticas de materiais.
Figura 11- Esquema de Inspeção ultrassônica e gráfico
Fonte: OLIVEIRA (2014)
37
2.5.2 - Vantagens e limitações do Ensaio
É um método útil e versátil. Dentre as diversas vantagens podemos citar:
• Grande poder de penetração, o qual permite a detecção de descontinuidades em
grandes profundidades. O ensaio ultrassônico é feito rotineiramente em espessuras de
centenas de milímetros em diversos tipos de peças e podem-se inspecionar eixos
forjados com comprimentos em torno de 5 metros;
• Alta sensibilidade, permitindo a detecção de descontinuidades na ordem de 0,3 mm ou
menores;
• Precisão maior que os outros ensaios não destrutivos na determinação da posição de
descontinuidades internas, estimando o seu tamanho e caracterizando sua orientação,
forma e natureza;
• Somente é necessário o acesso a uma superfície, por utilizar a técnica pulso-eco;
• Não gera danos à saúde do inspetor;
• Equipamento de pequeno porte, oferecendo excelente portabilidade;
• Sistemas automáticos de inspeção garantem grandes velocidades de inspeção, sem
perda de confiabilidade e com a possibilidade de geração de registros do ensaio
• Varredura volumétrica da peça, possibilitando a inspeção desde uma superfície até a
superfície oposta;
• Grande redução de sucatas oriundas dos testes destrutivos, e por consequência, a
redução de custos para manter o processo produtivo estável.
Assim como os demais ensaios não destrutíveis, o ultrassom também tem suas
limitações:
• O método manual de inspeção requer grande atenção e pessoal qualificado para a
execução e avaliação dos resultados;
• Peças com forma irregular, com superfície rugosa, muito pequenas ou finas, ou sem
homogeneidade são difíceis de inspecionar;
• Descontinuidades muito próximas da superfície podem não ser detectadas;
38
• É necessário o uso de acoplante para a transmissão das ondas ultrassônicas entre o
transdutor e a peça a ser inspecionada.
• O investimento inicial para adquirir um sistema de inspeção por ultrassom para
detecção de falhas, com cabeçotes, padrões de calibração e de referência, é elevado.
2.5.3 - Natureza das ondas Ultrassônicas
As ondas ultrassônicas, assim como as sônicas, propagam-se nos meios elásticos.
Quando as partículas atômicas ou moleculares são removidas de suas posições de equilíbrio
por qualquer força externa, tensões internas agem para recolocá-las em suas posições
originais. Em razão das forças Inter atômicas existentes entre as partículas adjacentes, o
deslocamento de uma partícula induz a um deslocamento de partículas vizinhas, propagando
uma onda elástica.
De modo geral podemos afirmar que o som se propaga através dos sólidos, líquidos e
gases. Com isso, a amplitude, o modo de vibração e a velocidade das ondas diferem entre si
em função da grande diferença na distância média entre as partículas nesses diferentes meios.
A propagação está intimamente relacionada à natureza detalhada do material.
2.5.4 - Características de Propagação das ondas
Para facilitar a compreensão sobre vibrações de ondas nos sólidos, líquidos e gases
será tomado como referência o movimento oscilatório de uma partícula.
2.5.4.1 - Amplitude
Primeiramente, considera-se que as partículas atômicas de um material estão ligadas
por molas. Quando uma onda sonora simples é gerada nesse corpo elástico, cada partícula se
desloca de sua posição de equilíbrio, até uma posição mais distante do seu ponto de origem.
Logo após, essa partícula se desloca no sentido contrário, passando novamente pelo seu ponto
39
de origem , até atingir uma distância igual do outro lado.Essa distância máxima de oscilação
de cada partícula é denominada como a amplitude do movimento, e será mantida enquanto
houver propagação da onda. Essa vibração não vai durar eternamente se não houver
"estímulo", sendo assim para que as partículas continuem vibrando é preciso lanças pulsos
contínuos no material por meio de um cabeçote.
Figura 12- Deslocamento de uma partícula em função do tempo
Fonte: MARTIN (2012)
2.5.4.2 - Frequência
Uma onda sonora faz com que as partículas em um meio vibrem, executem vários
ciclos em um determinado tempo. Esse número de ciclos em segundos é chamado de
frequência, e desempenha um papel muito importante na detecção e avaliação de
descontinuidades .
A todo momento observamos certos movimentos que se repetem de tempos em
tempos, como por exemplo o movimento dos ponteiros do relógio. Este movimento dos
ponteiros têm uma certa frequência. Então podemos definir que frequência é o número de
vezes que um fenômeno se repete por unidade de tempo.
As ondas acústicas são ondas mecânicas, classificadas de acordo com a sua frequência
e medidas em ciclos por segundo, ou seja, o número de ondas que passam pelos nossos
ouvidos por segundo. Esta unidade de ciclos por segundo é conhecida como Hertz e tem
abreviatura Hz.O órgão auditivo do Homem, não pode perceber sons em quaisquer
intensidades ou frequências. Por isso que existem classificações feitas com referência ao ser
40
humano que as qualificam em infrassom, som audível e ultrassom. O Homem consegue ouvir
sons com frequências de 20 Hz até 20 kHz. Abaixo de 20 Hz temos o infrassom e acima de 20
kHz o ultrassom.
Figura 13- Tipos de sons em função da frequência
Fonte: ANDREUCCI (2002)
2.5.4.3 - Comprimento de onda
Como vimos que as partículas sofrem um deslocamento quando uma onda ou pulso
sonoro se propaga em um determinado meio, podemos dizer que o comprimento de onda é
definido como a distância entre duas cristas ou dois vales sucessivos, e equivale a um ciclo
completo da onda. A figura 14 ilustra o comprimento de uma onda.
Figura 14- Comprimento de onda
Fonte: MARTIN (2012)
41
2.5.4.4 - Velocidade da onda
Para um determinado material o som se propaga na mesma velocidade, não
importando quanta força é aplicada, desde que as outras variáveis (como a temperatura) sejam
constantes. A tabela a seguir mostra as velocidade sônicas (velocidades de propagação) de
alguns tipos de materiais.
2.5.4.5- Impedância Acústica
Se uma onda sonora atingir perpendicularmente a interface entre dois meios diferentes,
parte dessa onda é refletida, parte penetra no segundo meio. Para poder determinar as
proporções de reflexão e de penetração, criou-se o conceito de impedância acústica.A tabela
a seguir mostra a impedância acústica e também as velocidade sônicas (velocidades de
propagação) de alguns tipos de materiais.
Tabela 3: Velocidade de propagação de alguns materiais
Material Peso Específico (kg/m3)
Velocidade Transversal
(m/s)
Velocidade Longitudinal
(m/s)
Impedância Acústica
(106 kg/m2s) Aço baixa liga 7850 3250 5940 46,629 Aço carbono 7850 3250 5920 46,472 Aço inoxidável (tipo 304L) 7900 3070 5640 44,556 Aço inoxidável (tipo 410L) 7670 2990 5390 41,341 Acrílico 1180 1430 7230 3,221 Água (gelo) 900 1990 3980 3,582 Água (20 ºC) 1000 - 1480 1,480 Alumínio 2700 3130 6320 17,064 Alumínio (óxido) 3600 5500 9000 32,400 Bismuto 9800 1100 2180 21,364 Bronze 8100 2120 4430 35,883 Cádmio 8600 1500 2780 23,908 Chumbo 11400 700 2160 24,624 Cobre 8900 2250 4700 41,830 Concreto 2000 - 4600 9,200 Ferro fundido 6900 2200 5300 36,570 Ferro fundido cinzento 7200 2650 4600 33,120 Glicerina 1300 - 1920 2,496 Inconel 8500 3020 5820 49,470 Magnésio 1700 3050 5770 9,809 Molibdênio 10200 3350 6250 63,750
42
Fonte: MARTIN (2012)
2.5.4.5- Relação entre Velocidade,frequência e comprimento da onda
Considerando uma onda sônica se propagando num determinado material com
velocidade "V", frequência "f" e comprimento de onda "", temos a equação que permite
calcular o comprimento de onda em relação a velocidade e a frequência.
Como a velocidade do som no material é conhecida (tabela 4) e a frequência é
fornecida no próprio transdutor, podemos calcular o comprimento de onda para poder
escolher o melhor transdutor que será utilizado para detectar uma descontinuidade.
Exemplo de aplicação:
Um transdutor com frequência de 5 MHz é utilizado para analisar uma chapa de aço
carbono. Qual é o comprimento de onda gerado na peça ?
Nota: O que significa um transdutor de 5 MHz ? Significa que a frequência de 5 MHz
corresponde a 5 milhões de ciclos por segundo, ou seja, 5 x 106 Hz
Substituindo na equação, temos:
Níquel 8800 2960 5630 49,544 Náilon 1100 1080 2620 2,882 Óleo automotivo 870 - 1740 1,514 Ouro 19300 1200 3240 62,532 Platina 21400 1670 3960 84,744 Polietileno 940 925 2340 2,200 Porcelana 2400 3500 5600 13,440 Prata 10500 1590 3600 37,800 PVC 1400 1060 2395 3,353 Quartzo (Natural) 2650 - 5760 15,264 Titânio 4540 3180 6230 28,284 Tungstênio 19100 2620 5460 104,286 Urânio 18700 - 3200 59,840 Vidro 3600 2560 4260 15,336 Zinco 7100 2410 4170 29,607
fV
43
O comprimento de onda gerado no material é de 1,18 mm.
Podemos concluir que o transdutor de 5 MHz detecta descontinuidades de no mínimo
1,18 mm em aço carbono. No exemplo acima, se o defeito procurado for menor que o
comprimento de onda gerado, corre-se o risco de não ser detectada nenhuma descontinuidade.
Importante: O conhecimento do comprimento de onda é de extrema importante, pois está
diretamente ligado ao tamanho da descontinuidade a ser detectada.
2.5.5 - Tipos de Ondas Ultrassônicas e suas Aplicações
As partículas podem oscilar em qualquer direção, tratando-se que o meio em estudo é
elástico, então podemos classificar as ondas acústicas baseadas no modo de vibração das
partículas do meio em relação à direção de propagação das ondas.
2.5.5.1 - Onda longitudinal
Essas ondas são produzidas alternadamente pela vibração das partículas, paralelamente
à direção de propagação da onda. Esse tipo de onda ultrassônica é conhecida também como
onda de compressão, zonas de compressão e rarefação. Esse tipo de onda possui uma alta
velocidade de propagação e tem sido altamente utilizada, podendo se propagar em sólidos,
líquidos e gases. Praticamente todo o desenvolvimento do ensaio por ultrassom em materiais
teve origem na onda longitudinal, sendo aplicada aos demais tipos de ondas nas mais diversas
aplicações. A figura 15 representa esquematicamente uma onda longitudinal ultrassônica.
mmmfV 184,1001184,0105
59206
44
Figura 15- Onda longitudinal
Fonte: MARTIN (2012)
2.5.5.2 - Onda Transversal
São aquelas cujas partículas vibram numa direção normal (perpendicular) à direção de
propagação. Podem ser obtidas a partir de uma perturbação em ângulo numa interface. São
também chamadas de ondas de corte ou cisalhamento.Só se propaga nos sólidos, pois em
líquidos e gases, a força de coesão entre partículas é bem reduzido, não permitindo sua
propagação. A figura 16 ilustra as partículas na mesma distância um do outro movendo-se
apenas verticalmente.
Figura 16- Onda transversal
Fonte: MARTIN (2012)
45
2.5.5.3 - Onda de Rayleigh
Também conhecida como onda superficial propaga-se na superfície entre um meio
sólido e o ar, sendo que a profundidade de penetração é limitada a um comprimento de onda.
É uma combinação de onda longitudinal e transversal criando um movimento elíptico, como
mostra a figura 17.
Figura 17- Onda superficial
Fonte:MARTIN (2012)
As ondas de Rayleigh são úteis porque apresentam alta sensibilidade à detecção de
descontinuidade de superfície, podendo acompanhar peças com algumas curvaturas.
2.5.5.4 - Onda de Lamb
As ondas superficiais que se propagam com comprimento de onda próxima a
espessura da chapa ensaiada, denominamos ondas de "Lamb". Neste caso a inspeção não se
restringe somente a superfície, mas toda a espessura do material. São ondas muito úteis na
varredura de chapas, arames e tubos. Existem duas formas básicas de ondas de Lamb:
simétrica ou dilatacional e assimétrica ou compressional. A forma é determinada pelo tipo de
46
movimento da onda (simétrico ou assimétrico) com relação ao eixo neutro da peça, como
mostra a figura 18.
Figura 18- Onda de Lamb simétrica e assimétrica
Fonte: MARTIN(2012)
2.5.6 - Efeito Piezoelétrico
A conversão de pulsos elétricos em vibrações mecânicas e o retorno de vibrações
mecânicas com a conversão em energia elétrica são a base para o ensaio por ultrassom. O
elemento ativo chamado de cristal piezoelétrico, é um pedaço de material polarizado, com
isso possui partes carregadas positivamente e outra negativamente. Esse elemento ativo
converte energia elétrica em energia acústica, e vice-versa.
Aplicando-se eletrodos nos transdutores piezoelétrico, são gerados pulsos de tensão
alternada, ocasionando a contração e expansão do transdutor, sendo assim gerando uma onda
ultrassônica. Com isso o efeito piezoelétrico direto, no qual o material é submetido à pressão
mecânica desenvolvendo-se um potencial elétrico, é usado na detecção e o efeito piezoelétrico
reverso, no qual a vibração em materiais piezoeléticos é produzida por uma diferença de
47
potencial elétrico, é usado na geração de ondas ultrassônicas. Esse parágrafo é ilustrado na
figura 19.
Figura 19- Contração e expansão do cristal submetido a alta tensão
Fonte: ANDREUCCI (2002)
2.5.6.1 - Tipos de Cristais
Os transdutores piezoelétricos podem ser classificados em dois grupos:
Cristais transdutores piezoelétricos, no qual são fabricados a partir de um único
material em que o efeito piezoelétrico ocorre naturalmente. Exemplo: Sulfato de Lítio , a
principal vantagem do transdutor é o ótimo amortecimento, que proporciona excelente
resolução e moderada eficiência de conversão de energia. A desvantagem é a fragilidade, a
solubilidade em água e temperatura máxima de trabalho de 75 ºC. Na indústria as
desvantagens barram sua utilização, porém é muito utilizado no ultra-som médico.Quartzo, é
altamente resistente ao desgaste; possui alta estabilidade elétrica e mecânica. Sua
desvantagem é que é relativamente caro.
Transdutores cerâmicos polarizados, feitos de materias policristalinos em que o efeito
piezoelétrico tem de ser induzido pela polarização. Os transdutores cerâmicos polarizados são
os que apresentam maior flexibilidade de formato e propriedades, sendo largamente
utilizados. Exemplo: Titanato de Bário, que são insolúveis, quimicamente inertes e não são
afetados por temperaturas abaixo de 100 ºC. Suas principais limitações são a tendência ao
envelhecimento, que pode ser superada com uma adequada técnica de fabricação, baixa
resistência mecânica e interação com vários modos de vibração. O emprego desses cristais é
48
limitado a frequências menores que 15 MHz e tem excelente desempenho em inspeções
convencionais de forjados e juntas soldadas.Metaniobato de Chumbo, apresenta elevado
modo piezelétrico, estabilidade térmica equivalente ao quartzo que permite sua utilização em
elevadas temperaturas, possui elevado amortecimento interno, sendo ótimo para emissão de
pulsos curtos. Como desvantagens tem baixa velocidade sônica e pequena resistência
mecânica, sendo recomendado para uso em frequências elevadas e tem interação entre vários
modos de vibração.Titanato Zirconato de Chumbo, é considerado o melhor emissor sônico
por seu elevado módulo piezelétrico, em contra partida, é o mais difícil de ser amortecido.
2.5.6.2 - Transdutores
Os transdutores, também chamados de cabeçotes, são os responsáveis pela geração de
ondas ultrassônicas. A figura 20 ilustra as partes de um transdutor que possui uma coluna
d’água entre o cristal piezoelétrico e a peça a ser testada. A parte de contato do transdutor
possui uma membrana elástica que tem como função se amoldar a forma côncava do ponto de
solda,sendo assim direciona o feixe sônico de maneira mais uniforme. A coluna d’água tem a
função de eliminar a região de grandes turbulências do som. Esse tipo de transdutor é
utilizado na indústria em estudo, pois conseguimos efetuar medições de pequenas espessuras a
partir da face de contato da membrana elástica.
Figura 20- Partes de um transdutor com membrana elástica
Fonte: Empresa Pesquisada (2017)
49
O feixe ultrassônico é a região em que as ondas ultrassônicas de um cabeçote são
propagadas. Existem três regiões distintas do feixe classificadas como o campo próximo, zona
de transição e campo remoto ou distante.
Figura 21- Feixe ultrassônico
Fonte: ABATI (2016)
O campo próximo(1)é uma região turbulenta em consequência de encontro de frentes
de ondas, e é caracterizada pela distribuição desigual de energia sônica na secção transversal
do feixe.Após o campo próximo, tem-se o abertura do campo sônico até um determinado
limite onde o ângulo de divergência se torna constante. Essa região entre o fim do campo
próximo (N) e o valor equivalente a mais dois campos próximos é chamada de zona de
transição (de 1N a 3N). Logo após a zona de transição (2) a pressão sônica máxima obtida no
feixe central é reduzida proporcionalmente com o inverso do quadrado da distância. Os
melhores resultados para a detecção serão obtidos quando as descontinuidades estiverem no
campo distante (3) onde o feixe sônico diverge com um ângulo de divergência constante.
Com relação a espessura do transdutor, se aumentarmos o diâmetro do cristal teremos
um angulo de divergência menor, garantindo uma maior profundidade de penetração desse
feixe no material ensaiado, e um aumento no comprimento do campo próximo gerado pelo
cabeçote de uma determinada frequência.
Os cabeçotes podem ser agrupados em função de diferentes características, como
ângulo de incidência (normal ou angular); número de cristais (monocristal ou duplo cristal ) e
método de emissão (contato direto ou imersão).
50
2.5.6.3 - Transdutor normal ou reto
São assim chamados os cabeçotes monocristal que possuem um cristal piezoelétrico
que tem as funções de transmissão e recepção. Produzem somente ondas longitudinais
perpendiculares a superfície de teste.
Os transdutores normais possuem um cristal piezelétrico colado num bloco rígido
chamado de amortecedor e sua parte livre protegida contra desgastes mecânicos por uma
membrana de borracha ou uma resina especial. O bloco amortecedor tem função de servir de
apoio para o cristal e absorver as ondas emitidas pela face colada a ele.Na Figura 22 observa-
se uma representação desse tipo de cabeçote.
Figura 22- Esquema básico de um cabeçote normal ou reto
Fonte: ANDREUCCI (2002)
O transdutor emite um impulso ultrassônico que atravessa o material a inspecionar e
reflete nas interfaces, mostrando na tela do equipamento, originando os ecos. Estes ecos
retornam ao transdutor e gera, no mesmo, o sinal elétrico correspondente.Em geral os
transdutores normais são circulares, com diâmetros de 5 a 24 mm
51
2.5.6.4 - Transdutores Angular
Os cabeçotes angulares assim como os cabeçotes normais possuem um cristal
piezoelétrico com responsabilidades de emissão e recepção das ondas sônicas, mas diferem
dos transdutores retos ou normais pelo fato do cristal formar um determinado ângulo com a
superfície do material. O ângulo é obtido, inserindo uma cunha de plástico entre o cristal
piezelétrico e a superfície. A cunha de plástico funciona como amortecedor para o cristal
piezelétrico, após a emissão dos impulsos.A Figura 23 ilustra um transdutor angular.
Figura 23- Transdutor angular
Fonte: ANDREUCCI (2002)
2.5.6.5 - Transdutores Duplo-cristal
Este tipo de cabeçote possui em sua composição dois cristais incorporados na mesma
carcaça, separados por um material acústico isolante e levemente inclinados em relação à
superfície de contato, sendo que cada um deles funciona somente como emissor ou somente
como receptor. O transdutor duplo-cristal é utilizado na detecção de descontinuidades
próximas da superfície , acima de 3 mm de profundidade e em medição de espessura, em
razão do seu feixe sônico ser focalizado. Segue a ilustração do transdutor na figura 24.
52
Figura 24- Esquema básico de um cabeçote duplo cristal
Fonte: ANDREUCCI (2002)
2.5.7- Acoplante
Os acoplantes são substâncias líquidas ou pastosas utilizadas durante a inspeção, entre
o transdutor e a superfície da peça, e possuem a finalidade de eliminar o ar que impede a
transmissão de ondas sônicas, os tipos mais comuns são: água, óleo, glicerina, graxas
derivadas de petróleo ou de silicone, colas de papel de parede entre outros produtos. Os
acoplantes devem ser escolhidos de acordo com a rugosidade, temperatura e reação química
da superfície da peça, facilidade de remoção e possibilidade de evitar corrosão
2.5.8- Técnicas para inspeção
Classifica-se o ensaio por ultrassom pelo tipo de transdutor utilizado, caracterizando-o
em quatro técnicas: por transparência, por pulso-eco, por duplo cristal e por transdutores
angulares.
53
2.5.8.1- Técnica por Transparência
Essa técnica utiliza dois cabeçotes, sendo um deles o emissor e o outro receptor da
energia sônica que atravessa o material. Esses cabeçotes são posicionados de lados opostos da
peça inspecionada e alinhados.É uma técnica que não permite determinar o tamanho e a
localização correta da descontinuidade.A presença de uma descontinuidade interna é indicada
na tela do equipamento por uma redução na amplitude do eco de transmissão que é mostrado
na figura 25.
Figura 25- Esquema da técnica ultrassônica por transparência
Fonte: ANDREUCCI (2002)
2.5.8.2- Técnica de Imersão
Essa técnica utiliza normalmente água, como um meio para conduzir as ondas sonoras
para a peça ensaiada. É utilizado um transdutor a prova de água, não existe contato entre o
cabeçote e a peça que é imersa pelo acoplamento (água). O feixe de ultrassom é direcionado
através da água para varrer a peça. A figura 26 ilustra essa técnica.
54
Figura 26-Esquema da técnica ultrassônica por imersão
Fonte: ANDREUCCI (2016)
2.5.8.3- Técnica de Pulso-eco
A empresa em estudo usa essa técnica para a detecção das descontinuidades. Essa
técnica utiliza um cabeçote que age como emissor e receptor e é mantido somente em um lado
da peça inspecionada. A presença de uma descontinuidade na peça é indicada pela recepção
de um eco que antecede o eco de fundo. Se a peça não tiver nenhuma descontinuidade irá
aparecer na tela do equipamento o eco de superfície limite R e o impulso de transmissão S,
cuja a distância entre eles corresponde a espessura total do objeto de controle, conforme
ilustrado na figura 27.
55
Figura 27- Imagem ultrassônica sem falhas
Fonte: ALICH (2001)
Se na área do feixe sônico houver alguma descontinuidade irá surgir na tela do
equipamento o eco de descontinuidade U, situado entre o impulso de transmissão e o eco de
superfície limite. A partir dessa posição é possível ler no monitor a distância entre a falha e o
transdutor de controle. Conforme figura 28.
Figura 28- Imagem ultrassônica com descontinuidade
Fonte: ALICH (2001)
56
Se a descontinuidade cobrir o feixe sonoro por completo, o eco de superfície
desaparece , só podendo ser visto um eco de descontinuidade, tal como figura 29.
Figura 29- Imagem ultrassônica sem eco de superfície limite
Fonte:ALICH (2001)
A figura 30 ilustra o caso do feixe sônico detectar várias descontinuidades.
Figura 30- Imagem ultra-sônica com várias descontinuidades
Fonte: ALICH (2001)
57
Somente uma determinada parte do som do eco recebido passa através da superfície de
contato entre o transdutor e a peça. Uma grande parte é refletida e percorre o mesmo percurso
ao longo da peça. Com isso é mostrado na tela imagens repetidas da superfície limite
R2,R3,R4, de acordo com a espessura da parede do componente, como se vê na figura 31.
Figura 31- Ecos múltiplos
Fonte: ALICH (2001)
2.5.9 - Calibração do equipamento
O ato de avaliar e ajustar a precisão e a exatidão do equipamento de medição é
denominado calibração. No ensaio por ultrassom todo o sistema eletrônico do equipamento
deve ser calibrado para garantir que esteja operando como projetado. Na calibração feita pelo
inspetor o sistema de inspeção ultrassônica é configurado para obter o melhor desempenho,
com resultados confiáveis. São utilizados o padrão de calibração e o bloco de referência para
a calibração do equipamento de ultrassom.
Os padrões devem ser adequadamente calibrados e rastreáveis a padrões nacionais,
assegurando que as medições realizadas pelos aparelhos são corretas.A calibração do aparelho
medidor de espessura deve ser feita usando blocos escalonados com faixas de espessuras
próximas da peça a ser medida. Geralmente os bloco de calibração são constituídos de
58
degraus cada um com uma espessura, para agilizar o processo de calibração.Como mostra a
figura 32.
Figura 32- Bloco de referência
Fonte: ENILA (2013)
2.5.10- Treinamento
O treinamento de pessoas na organização deve ser uma atividade contínua constante e
ininterrupta. Mesmo quando as pessoas apresentam excelente desempenho, alguma orientação
e melhoria das habilidades sempre devem ser introduzidas ou incentivadas. CHIAVENATO
(2004)
Desta forma a empresa estudada fornece ao inspetor de ultrassom um curso de
aprimoramento anual, dando a importância de reciclar o inspetor, promover educação
continuada e preparar profissionais que possam analisar os problemas e buscar soluções
imediatas.
59
3. METODOLOGIA
Neste tópico será esclarecida a estratégia de trabalho feita durante a elaboração da
dissertação. O trabalho é constituído por uma pesquisa do tipo descritiva, pois visa apresentar
as características de toda a inspeção do ponto de solda com a utilização do ensaio não
destrutivo, a técnica do ultrassom. Com uma abordagem qualitativa e quantitativa suportada
por um estudo de caso. As coletas de dados da empresa foram obtidas pela própria autora que
atuou dentro da empresa durante toda a pesquisa.
Como vimos no capítulo 2.4.4, temos vários fatores que levam a má condição de um
ponto de solda. Com base em indicadores obtidos pela técnica do ultrassom foi possível
destacar os pontos deslocados as falhas mais decorrentes no processo, com isso junto com a
metodologia DMAIC, foi possível reduzir o problema de pontos deslocados.
Com relação as etapas do DMAIC na fase definir nós descrevemos o problema do
projeto e definimos a meta; avaliamos o histórico do problema; Definimos os participantes da
equipe e suas responsabilidades, as possíveis restrições e as suposições e o cronograma
preliminar e identificamos as necessidades dos principais clientes.
Na fase medir nós planejamos a coleta de dados; preparamos e testamos os sistemas
de medição/inspeção; coletamos dados; analisamos o impacto das várias partes do problema e
identificamos os problemas prioritários e Estudamos as variações dos problemas prioritários
identificados. Na fase analisar nós analisamos o processo gerador do problema; os dados do
problema prioritário e de seu processo gerador; Identificamos e organizamos as causas
potenciais do problema prioritário; priorizamos as causas potenciais do problema prioritário e
Quantificamos a importância das causas potenciais prioritárias. Na fase melhorar foi gerado
idéias de soluções potenciais para a eliminação das causas fundamentais do problema
prioritário; priorizado as soluções potenciais; avaliado e minimizado os riscos das soluções
prioritárias; identificado e implementado melhorias para as soluções selecionadas. E por
último na fase controlar foi avaliado o alcance da meta em larga escala; padronizado as
alterações realizadas no processo em consequência das soluções adotadas e foi definido e
implementado um plano para monitoramento da performance do processo e do alcance da
meta.
60
4. RESULTADOS
Com a implantação do DMAIC a empresa obteve ganhos consideráveis com relação a
qualidade dos pontos deslocados. A meta foi definida e o resultados foi uma redução de
56,25% nos pontos deslocados, antes de 3220 pontos analisados 160 eram deslocados e hoje
de 3220 pontos analisados somente 70 estão deslocados. A seguir temos os resultados obtidos
em cada fase da metodologia DMAIC.
4.1. Fase Definir
Primeiramente foi feito um levantamento através dos indicadores de solda para
identificar o defeito que mais reprovava nas análises de Ultrassom. De acordo com o gráfico
podemos ver qual defeito é mais reprovado.
Figura 33- Indicador Semestral
0
20
40
60
80
100
0
10
20
30
40
50
Porta TraseiraEsquerda
Porta TraseiraDireita
Porta DianteiraDireita
Porta DianteiraEsquerda
Tampa Traseira
Pareto - Pontos Deslocados Partes Móveis2º Semestre 2017
Quantidade de Pontos Deslocados Porcentual Acumulado
61
Figura 34- Indicador Mensal
VOZ DO CLIENTE: O cliente não quer que sua produção continue sendo afetada.
DECLARAÇÃO DO CTQ (Crítico para a Qualidade – Requisito do Cliente):O
“conjunto porta” deve atender os requisitos do cliente (célula finish) de forma a garantir um
abastecimento contínuo para a linha de produção e com qualidade.
DEFINIÇÃO DO DEFEITO : Alto índice de parada de produção, por queda de
qualidade.
DECLARAÇÃO DO PROBLEMA, ESCOPO E OBJETIVO : Alto índice de parada
de produção para garantir a qualidade do ponto por meio do ultrassom, com o ajuste de
posicionamento dos pontos de solda na região da porta traseira esquerda. Esse projeto visa
reduzir os indicadores de parada de produção gerados pelo reposicionamento dos pontos de
solda deslocados e reduzir o índice de análises reprovadas por ultrassom.
PLANO DE /CUSTO/QUALIDADE (INDICADORES INTERNO/EXTERNO): A
implantação do projeto não gerou custos para a empresa pois foi utilizado apenas recursos
internos para realização das melhorias. Tanto o indicador da qualidade dos pontos de solda do
conjunto porta, como o indicador de parada de produção tiveram melhorias.
6
87
9
5
7
0
2
4
6
8
10
Julho Agosto Setembro Outubro Novembro Dezembro
Quantidade de Pontos Deslocados Porta Traseira Esquerda Mensal
62
Tabela 4: Determinação da meta com relação ao atual e o esperado
4.2. Fase Medir
Na fase medir usamos a ferramenta diagrama de causa e efeito e identificamos:
Método - padronização de como manusear a peça
Máquina - os grampos que possuem na mesa giratória e seguram a peça; os imãs, que
tem a função de deixar a peça o mais próximo possível do cavalete e os RPS que é a base para
o posicionamento correto da peça no cavalete; sensores, que ficam junto com os imãs e
acendem quando a peça está no local correto e o robô, que pode estar com alguma
programação errada.
Medida - Dimensional da peça que pode ter alterado e o gap, que é o posicionamento
errado da peça no cavalete gerando uma abertura.
Matéria- prima - a quantidade excessiva de óleo na chapa fazendo o robô deslizar e
pontear errado; outros elementos do conjunto com defeitos e o eletrodo com a haste
desalinhada.
meta atual esperado
Reduzir em 50% o
número de pontos de solda
deslocados.
Média de 4,56 pontos
de solda deslocados por
porta.
Média de 2,28 pontos
de solda deslocados por
porta.
63
Mão -de -obra - manuseio errado da peça com relação ao operador da logística, ao
operador especialista da ilha; e a entrada dos manutentores para arrumar o robô de acordo
com as mudanças no dimensional da peça sem dar foco que isso pode acarretar aos pontos
deslocados.
Figura 35- Diagrama de causa e efeito
Com a matriz de causa e feito e a representação gráfica podemos ressaltar os
causadores dos pontos deslocados e agir para solucionar este problema
Figura 36- Matriz de causa e efeito
64
Figura 37- Gráfico de Pareto
Na fase medir foi utilizado o programa minitab para determinar o DPMO atual.
Figura 38- Nível sigma
65
4.2.1. MSA
Foi realizado um teste com uma amostra contendo três pontos de solda com
características diferentes para mostrar a confiabilidade do equipamento de ultrassom. O
procedimento de teste é subdividido em três etapas básicas: Meios de seleção de teste e ajuste
do equipamento; Manuseio da sequência de eco; Interpretação da sequência de eco.Em todas
as três etapas da sequência de teste devem ser considerados fatores técnicos e humanos.
4.2.1.1 - Meios de seleção de teste e ajuste do equipamento
O cabeçote de teste deve ser escolhido em dependência do diâmetro mínimo a ser
atingido da lentilha. A escolha do cabeçote ultrassônico deve-se levar em conta, que seu
diâmetro é um pouco maior que o diâmetro mínimo necessário da lentilha de solda.
Com um cabeçote de teste muito pequeno uma lentilha muito pequena não pode ser
reconhecida, já que no posicionamento central todo o ultrassom passa pela lentilha e assim
não ocorre a reflexão na camada limite e assim não ocorre o eco de interferência.
Se o diâmetro do oscilador for maior que o tamanho mínimo da lentilha, surge a
formação de ecos de interferência também em pontos ok, já que uma parte do ultrassom é
refletida na superfície limite ao lado da Lentilha. A importância do tamanho do diâmetro do
cabeçote é ilustrada na figura 39.
Figura 39- Influência do diâmetro do cabeçote na lentilha
Para a realização do teste, o aparelho de ultrassom também deve ser ajustado. A
largura medida referida a 18 db este é derivada da correlação seguinte: se o 1° eco de fundo é
66
definida para uma altura de tela de 80% no teste de ponto de solda e ecos intermediários são
avaliados em 10%, o que corresponde exatamente a uma diferença de altura de um eco de 18
db. Olhando para a partir deste ponto ver o diâmetro do feixe de som é igual ao diâmetro do
elemento. A seguinte fórmula é para identificar o diâmetro do cabeçote de acordo com a
espessura da chapa mais fina do par de chapas a ser testada.
dlmin≥ 3,5√t1 onde t1 é a espessura da chapa mais fina.
Tabela 5: Determinação do diâmetro mínimo da pepita relacionado ás chapas utilizadas no
processo da empresa
Como a amostra separada o valor da chapa mais fina é 1,0mm iremos utilizar o
transdutor mais próximo que a empresa possui que é de 3,6 de diâmetro. Como mostra figura
40. Após escolher o cabeçote adequado foi necessária uma preparação em relação a sua
câmara de água (percurso do avanço de água) assim como da membrana. Antes de cada teste
deve-se verificar o estado da membrana. Ela deve ter de 4 a 7mm além do cabeçote para
garantir um acoplamento suficiente e deve estar esticada. Caso isso não possa ser alcançado o
cabeçote deve ser novamente enchido com água ou a membrana deve ser substituída por uma
nova.
O cabeçote não possui uma superfície de apoio definida por causa de sua membrana de
67
plástico flexível. Ao se posicionar em um ponto de solda o posicionamento correto é muito
importante para que ótimos resultados sejam obtidos na avaliação. Para tal deve ser observado
o seguinte manuseio no acoplamento: o cabeçote é fixado entre o dedo médio e o polegar de
tal forma que haja de 3 a 6mm entre a ponta do dedo. Com o dedo indicador é produzida a
pressão de acoplamento.
Figura 40- Transdutor utilizado no teste
4.2.1.2 - Manuseio da sequência de eco
A realização da medição do ponto de solda é influenciada por diversos fatores
humanos. Como o posicionamento do cabeçote de teste é feito manualmente pelo responsável
por teste, temos os seguintes fatores de influência principais:
O ângulo de cabeçote de teste. Com inclinação errada do cabeçote de teste e com
reforço suficiente grande, em alguns casos, pode-se efetuar o manuseio um gráfico ok com
uma redução forte de sequência principal de eco a partir de um ponto de solda não ok com
lentilha pequena demais. Como mostra a figura 41.
68
Figura 41- Influência do ângulo do cabeçote na lentilha
O posicionamento central do cabeçote de teste sobre a lentilha de solda. Se o cabeçote
não for posicionado centralizadamente sobre a lentilha, surgem ecos de interferência por
reflexão de percentual de ultra-som mesmo em ponto ok, que passam rente à Lentilha de solda
e reflete na superfície limite da chapa superior. Como mostra a figura 42.
Figura 42- Influência da posição do cabeçote na lentilha
4.2.1.3 - Interpretação da sequência de eco
Após seleção adequada de meios de teste e manuseio/handling dá para a demonstração
correta do gráfico o responsável por testes tem a tarefa de interpretar a sequência de ecos
estática resultando na qualidade do ponto de solda. Para tanto são necessárias características
dentro da sequência de ecos, que dêem uma clara informação sobre a qualidade do ponto de
solda. A seguir encontram-se as características comuns, que agem em conjunto ou também
podem ser observadas separadamente. Neste caso a experiência do responsável por teste de
ultrassom é relevante. Existem algumas características para a interpretação dos gráficos no
equipamento: Intensidade da redução da sequência principal de ecos; Altura e posição dos
69
ecos intermediários; Espessura da parede (Restwandstärke); Surgimento do gráfico (dinâmica
no manuseio/handling).
4.2.1.4 - Espessura da redução da sequência de retorno e ecos
Sobre a redução da sequência de retorno e ecos, entende-se a rapidez com que a
intensidade dos ecos principais (nas figuras 43 e 44 demarcadas com verde) diminui. Tanto a
geometria e a composição da superfície do ponto de solda, como também o comportamento e
reflexão nas duas camadas externas determinam a redução do eco principal. Qual o efeito de
mudanças do diâmetro das lentilhas na redução do eco principal, é o que deve ser verificado.
Figura 43- Redução forte da sequência de ecos de retorno
Figura 44- Redução leve de sequência de ecos de retorno
70
4.2.1.5 - Altura e posição de ecos intermediários
Ecos intermediários surgem por reflexões dentro da espessura total da chapa. Elas se
devem a poros (sujeira sob camada) ou a pontos muito pequenos. De outro lado a não
ocorrência de ecos intermediários não representa um índice de ponto de solda em ótimas
condições. Tanto a posição como também a altura de ecos intermediários devem ser
considerados. As seguintes duas figuras 45 e 46 tornam claro o contexto descrito.
Figura 45- Gráfico sem ecos intermediários
Figura 46- Gráfico com ecos intermediários claros
71
4.2.1.6 - Espessura de Restwandstärke (distância de ecos de retorno)
A espessura de Restwandstärke é a espessura da chapa total reduzida por indentação
no centro do ponto. Quanto mais calor e força agirem durante o processo de solda, tanto
menor fica a espessura da Restwandstärke. Se em uma solda o calor necessário para um
diâmetro de lentilha suficientemente grande não é atingido, isto se manifesta também na
indentação e, portanto na espessura da Restwandstärke. Seguindo os critérios de redução da
sequência de ecos de retorno e ecos intermediários, não seria possível uma diferenciação das
figuras 47 e 48.
Figura 47- Ponto Ok
Figura 48- Ponto claramente pequeno
72
4.2.1.7 - Surgimento dos gráficos analisados na amostra
A lentilha de solda ideal apresenta acentuada atenuação da amplitude entre os ecos,
devido à estrutura grosseira da lentilha; não há ecos intermediários aos ecos provenientes da
lentilha da solda; a distância entre sinais atenuados repetidos corresponde à espessura
combinada das chapas. Como mostra figura 49.
Figura 49- Ponto lentilha OK
A figura 50 mostra o gráfico de um ponto solto que é caracterizado pela quantidade
elevado de ecos devido ao fato de não existir uma lentilha de solda fundida. O detalhe mais
óbvio de um ponto sem solda é que a distância entre repetições de ecos é equivalente a
espessura da chapa superior.
Figura 50- Ponto Solto
73
A lentilha pequena apresenta uma sequência principal de ecos que é similar àquela de
um ponto bom, porém possui vários ecos intermediários. O envelope dos ecos intermediários
exibe um valor máximo que permite diferenciar entre um ponto pequeno e um ponto de solda
com fusão insuficiente e porosidade. Não é possível avaliar o diâmetro correto que está a
lentilha, mas apenas estimá-lo, identificando se o mesmo está menor que o limite do diâmetro
do transdutor selecionado. Como mostra a figura 51.
Figura 51- Ponto Pequeno
4.2.1.8 - Comportamento do feixe sônico nos pontos da amostra
1) Ponto de Solda Boa – o feixe sonoro do transdutor atinge a segunda chapa e
volta, resultando em ecos decrescentes sem ecos intermediários.
Figura 52- Transdutor na solda boa
74
2) Ponto de Solda Pequena – o feixe sonoro do transdutor no centro consegue atingir
a segunda chapa e retornar, mas nas laterais por não ter formação de solda o feixe
atinge somente a primeira chapa e retorna, gerando um gráfico com bastante ecos
intermediários.
Figura 53- Transdutor na solda pequena
3) Ponto de Solda Solta - o feixe sonoro do transdutor por não ter nenhuma presença
de fundição, atinge somente a primeira chapa e retorna. Os ecos são provenientes
somente da primeira chapa sendo assim resultando na medição da primeira chapa
que é de 1,0mm.
Figura 54- Transdutor na solda solta
4.2.1.9 – Execução do ensaio destrutivo na amostra
Após toda o procedimento correto, análise e interpretações dos gráficos emitidos pelo
equipamento de ultrassom, o inspetor de ultrassom registra os resultados obtidos e leva a
amostra para a área da qualidade para efetuar o teste destrutivo com o martelete. A figura 55
mostra a amostra após o ensaio destrutivo.
75
Figura 55- Amostra com ensaio destrutivo
Como podemos observar o teste de ultrassom pode ser considerado confiável desde
que seja seguido corretamente todo procedimento de inspeção e executada por um inspetor
qualificado.
4.3. Fase Analisar
Na fase analisar utilizamos os relatórios de ultrassom para ver quais pontos estavam
deslocados e qual robô era o responsável.
76
Figura 56- Relatório de Análise de Ultrassom Reprovado
4.4. Fase Implementar
Na fase implementar criamos Relatório de Controle de Entrada da manutenção na ilha
da porta traseira esquerda e também uma parada programada dos robôs para que o operador
realize a manutenção preventiva dos RPS’s, retirando qualquer sujidade e analisando o
desgaste do RPS. Com a realização desses dois itens podemos observar claramente uma
melhoria no ponto refletindo em um relatório de ultrassom ok.
77
Tabela 6: Implantação das ações,data e responsável
Figura 57- Relatório de Análise de Ultrassom Aprovado
AÇÕES DATA DE
IMPLEMENTAÇÃO
RESPONSÁVEL
Relatório de
Controle de Entrada da
manutenção na ilha da
porta traseira esquerda.
A partir do dia
20/01/2018
Líder da Célula
Partes Móveis e Time
do ultrassom
Parada
Programada dos robôs
para que o operador
realize a manutenção
preventiva dos RPS’s.
A partir do dia
20/01/2018
Líder da Célula
Partes Móveis e Time
do ultrassom
78
4.5. Fase Controlar
Para controlar o processo executados o Relatório de Controle de Entrada e o plano de
limpeza para o RPS.
Figura 58- Plano de limpeza para RPS
Figura 59- Controle de entrada na Ilha
79
A validação das ações foram feitas através da comparação da situação anterior e a
situação atual após a implantação do DMAIC. Como podemos observar na figura abaixo o
DMAIC melhorou o processo em 56,25%.
Figura 60- Antes e depois da implantação do DMAIC
80
5. CONCLUSÃO
Com a aplicação do DMAIC podemos concluir que houve a redução dos pontos
deslocados em 56,25%. A situação antes da implantação era de 3220 pontos de solda
analisados sendo que 160 estavam deslocados, o DPMO era de 49689,44 e o nível sigma a
longo prazo era de 1,65 após a implantação do DMAIC de 3220 pontos de solda analisados
somente 70 estavam deslocados tendo uma diferença de 90 unidades o DPMO caiu em
21739,13 com um nível sigma de 2,02 a longo prazo. Conclui-se que o resultado superou a
meta estipulada no início do trabalho e os ganhos obtidos e verificados foram: melhoria no
processo de soldagem; redução do DPMO; melhoria no nível sigma do processo; o tempo de
parada de linha por queda de qualidade dos pontos deslocados reduziu pouco mais que 50%
com relação a situação anterior; o rendimento do processo aumentou em 3% e os produtos
rejeitados reduziu em 3%.
81
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