Análise de falhas
Teoria
Fala pessoal!!!! Tudo ótimo com vocês?
Como vimos em tópicos anteriores, há diversas maneiras de um material falhar, ou seja, de não cumprir o seu real papel para o qual foi projetado. Um defeito, por outro lado, não impede seu funcionamento. Mas como analisamos uma falha?
Uma falha não ocorre unicamente pela geração de uma trinca ou fratura, mas quando isso ocorre, é possível obter informações que descrevem as condições nas quais a falha foi gerada. A fim de analisar e registrar as características de uma superfície fraturada tira-se fotos desta superfície. Essa técnica é conhecida como fractografia.
Antes de iniciarmos com a fractografia devemos seguir alguns passos:
- Coletar dados básicos do componente, modo de operação e estado de manutenção.
- Realizar exame preliminar da parte que falhou e registrar por fotografia.
- Exame macroscópico com registro fotográfico da superfície de fratura, trincas secundárias e outros fenômenos de superfícies.
- Seleção, identificação, preservação, limpeza de amostras.
- Inspeção por meio de ensaios não destrutivos.
- Executar ensaios mecânicos, a fim de determinarmos propriedades mecânicas, por exemplo, dureza.
- Seleção e preparação de amostras para ensaios metalográficos.
- Microscopia óptica ou eletrônico de varredura.
- Determinação do micromecanismo de falha.
- Análise química
- Análise de todas as evidências, formulação de conclusões.
O mais importante em uma análise de falha é descobrir a causa a fim de conhecer todo o mecanismo e propor ações para que essa falha não ocorra novamente.
Agora que falamos dos passos vamos falar sobre uma das etapas mais importante do processo: a fractografia. Essa pode ser feita com imagens macrográfica, com o auxilio de câmeras fotográficas ou com imagens micrográficas, com o auxilio de microscopia, normalmente essa fractografia recebe o nome de microfractografia. Um equipamento poderoso para obter excelentes imagens microfractográficas é microscópio eletrônico de varredura.
O exame do aspecto visual da fratura permite, na maioria das vezes, identificar o mecanismo de falha ocorrido associando-o com a história de utilização do componente e/ou peça. Através da fractografia pode-se inferir, por exemplo, o sistema de tensões que produziu a fratura, onde a fratura foi iniciada, a intensidade e variação no carregamento mecânico que a gerou, entre outros tipos de informações. Essas informações, apesar de ser de simples obtenção, ajudam muito na compreensão metalúrgica da falha.
A figura acima mostra uma superfície fraturada de um trilho ferroviário. Essa superfície é um registro fractográfico e nela é possível observar as marcas de Sargento ou Chevron e nervuras radias que apontam para o inicio de nucleação da trinca. Ainda através da fractografia é possível notar que foi através de uma inclusão metálica na parte inferior do trilho que a trinca surgiu. Através dessas simples observações fractográficas é possível afirmar que a fratura ocorreu de modo frágil por conta de uma inclusão metálica que agiu como um alto concentrador de tensão.
A figura acima é uma fractografia da superfície fraturada de um trilho ferroviário que rompeu por fadiga de flexão. Observando essa fractografia, notam-se marcas de praia na ponta do trilho e aponta para essas marcas vemos nervuras radias característico de uma fratura final frágil. Através dessa simples imagem fractográfica e conhecendo os carregamentos impostos a essa estrutura chegamos à conclusão que o mesmo falhou por fadiga.
A imagem acima é uma microfractografia feita em microscópio eletrônico de varredura (MEV) nela é possível observar que a superfície fratura sofreu clivagem, mecanismo característico de uma fratura frágil.
Feito toda a parte fractográfica, análise dos componentes e do contexto que essa falha ocorreu, devemos fazer algumas perguntas a fim descobrirmos o porquê essa falha ocorreu.
Lembre-se o mais importante em analises de falhas é agir na causa!!!!
Exercícios Resolvidos
Exercício Resolvido #1
FGV -2018
Segundo terminologia recomendada pela Associação Brasileira de Normas Técnicas – ABNT para os serviços de manutenção, pode-se dizer, em relação ao “defeito” e à “falha”, que
- o “defeito” impede o funcionamento de um equipamento, porém a “falha” não impede seu funcionamento.
- a “falha” impede o funcionamento de um equipamento, porém o “defeito” não impede seu funcionamento.
- o “defeito” e a “falha” impedem o funcionamento do equipamento.
- tanto o “defeito” como a “falha” não impedem o funcionamento do equipamento.
- o “defeito” e a “falha” podem impedir ou não o funcionamento do equipamento, dependendo de sua gravidade.
Passo 1
A falha não necessariamente significa que o material sofreu ruptura, mas que ele deixou de desempenhar seu papel, por exemplo, um material que teve uma deflexão maior do que especificado por projeto falhou. Já um defeito é alguma desconformidade do material mas que não impede o funcionamento do mesmo.
Resposta
Letra: b)
Exercício Resolvido #2
Elaboração própria
Marque a opção INCORRETA no que se refere à análise de falha.
- Coletar dados básicos do componente, modo de operação e estado de manutenção.
- Realizar exame preliminar da parte que falhou e registrar por fotografia.
- Examinar e analisar a falha secundária.
- Determinação do micromecanismo de falha.
Passo 1
Ao analisarmo uma falha devemos examinar e analisar a falha primária, ou seja, devemos descobrir a causa.
Resposta
Letra: c)
Exercício Resolvido #3
Elaboração própria
Observando a figura abaixo de uma eixo, podemos afirmar que o material falhou por:
- Sobrecarga
- Fadiga.
- Flambagem.
- Corrosão.
Passo 1
A imagem mostrada é uma fractografia de um eixo que falhou por fadiga. Podemos afirmar isso, pois vemos marcas de praia circulares em volta de um defeitos interno.
Resposta
Letra: b)
Exercício Resolvido #4
Elaboração própria
Em um corpo de prova de ensaio de tração, conforme figura abaixo, qual é o mecanismo de falha:
- Sobrecarga
- Fadiga.
- Flambagem.
- Corrosão.
Passo 1
Quando realizamos um ensaio de tração submetemos o material a tensão cada vez maiores, assim, quando a tensão atingir a tensão de ruptura do material teremos a “falha”. Logo, matérias submetido a tensão maiores do que a tensão de ruptura irão falhar por sobrecarga. Isso pode ocorrer por falha de projeto, execução ou impor carregamento acima do especificado em projeto.
Resposta
Letra: a)
Exercício Resolvido #5
UFPA
Em relação aos tipos de falhas dos materiais, a que decorre da ação de origem química ou eletroquímica que o meio causa ao material, produzindo dano a este, é denominada falha por:
- fratura frágil.
- desgaste.
- corrosão.
- incrustação.
- fratura dúctil.
Passo 1
Quando o material sofre degradação por ação química ou eletroquímica de modo a impossibilitar o seu funcionamento dizemos que o mesmo falhou devido a corrosão.
Resposta
Letra: c)
Exercício Resolvido #6
UFPA
Os engenheiros são especializados em realizar as análises de causa de falhas, podendo utilizar diferentes formas e sistemas para detectar as avarias, entretanto a maneira mais prática para os gestores e engenheiros de manutenção e confiabilidade é classificar as falhas por sobrecarga, fadiga, corrosão influenciada fadiga, corrosão e desgaste. Marque a opção incorreta sobre os modos de falha.
- Sobrecarga: a aplicação de uma única carga faz com que a peça se deforme ou se “frature” quando a carga é aplicada.
- Corrosão: o próprio uso inadequado da ferramenta, componente ou equipamento pode acarretar um desgaste precoce nas peças.
- Fadiga: cargas flutuantes no decorrer de um período de tempo relativamente prolongado provocam este tipo de falha e, normalmente, deixam sinais de fadiga no metal.
- Fadiga influenciada por corrosão: a corrosão reduz substancialmente a resistência à fadiga da maioria dos metais e, eventualmente, provoca falha em cargas relativamente leves.
Passo 1
O erro está:
- Desgaste: o próprio uso inadequado da ferramenta, componente ou equipamento pode acarretar um desgaste precoce nas peças.
Resposta
Letra: b)
Exercício Resolvido #7
Marinha - 2009
Analise as sentenças abaixo.
As peças danificadas devem ser submetidas a uma rigorosa inspeção visual antes de qualquer limpeza. Os resíduos podem ser importantes para a determinação de modo de falha. Affonso (2005) define etapas a serem seguidas para a análise de falhas:
I - inspeção visual e fotográfica, análises químicas do material e testes não-destrutivos.
II - testes não-destrutivos, testes mecânicos e a qualidade da tinta.
III- inspeção visual e fotográfica, pintura e análises químicas do material.
IV - análise de falhas de mecanismos, análises químicas do material e testes não-destrutivos.
Assinale a opção correta.
- Apenas as sentenças II e IV são verdadeiras.
- Apenas as sentenças I, II, III e IV são verdadeiras.
- Apenas as sentenças I, e IV são verdadeiras.
- Apenas as sentenças I e II são verdadeiras.
- Apenas as sentenças I e III são verdadeiras.
Passo 1
Em uma análise de falha devemos fazer: inspeção visual e fotográfica, análises químicas do material, testes não-destrutivos, como dureza, e analisar o mecanismo de falha, por exemplo, clivagem. Essas analise servem para determinarmos qual foi a causa raiz da falha.
Resposta
Letra: c)
Exercício Resolvido #8
Marinha - 2009
A imagem abaixo é uma analise da superfície de fratura, feita em microscópio eletrônico de varredura.
Assinale a alternativa correta sobre o mecanismo de falha:
- Coalescência de microvazios típica de falhas por sobretensão de metais e ligas dúcteis.
- Facetas de clivagem, típicas de fratura frágil transgranular.
- Fratura intergranular devido ao trincamento por corrosão sob tensão.
- Estria de fadiga.
Passo 1
A imagem mostrada é um exame microscópio da superfície de fratura, onde é possível observar microvazios típico de falhas por sobretensão de metais e ligas dúcteis.
Resposta
Letra: a)