TOFD em equipamentos e tubulações
TOFD (Time of Flight Diffraction) é uma das técnicas mais avançadas e precisas de ultrassom industrial para a inspeção de soldas em tanques, vasos e tubulações.
Princípio da Técnica TOFD
O Time of Flight Diffraction (TOFD) baseia-se na difração das ondas ultrassônicas nas extremidades de uma descontinuidade — ou seja, no ponto superior (início) e inferior (fundo) de um defeito dentro do material.
Configuração básica:
- Duas sondas (emissor e receptor) são posicionadas em lados opostos da solda;
- O emissor gera pulsos ultrassônicos longitudinais que se propagam pelo metal;
- Quando o feixe encontra uma trinca, poro ou falta de fusão, parte da energia é difratada nas pontas do defeito;
- O receptor mede o tempo de voo (time of flight) dessas ondas difratadas.
A diferença de tempo entre os sinais permite calcular com precisão a profundidade e altura da descontinuidade, com resolução milimétrica.
Particularidades Técnicas do TOFD
| Característica | Descrição |
|---|---|
| Modo de detecção | Baseado na difração das ondas (não em reflexão); |
| Tipo de feixe | Ondas longitudinais com ângulo fixo; |
| Cobertura | Uma única varredura cobre toda a espessura da solda; |
| Apresentação gráfica | Imagem B-scan, onde o eixo X representa a posição e o eixo Y, a profundidade; |
| Identificação de defeitos | Mostra nitidamente os ecos da ponta superior e inferior da descontinuidade; |
| Calibração | Realizada por tempo de voo em blocos padrão com reflectores laterais (SDH – Side Drilled Holes). |
Essa metodologia faz com que o TOFD seja independente da orientação do defeito, diferentemente de técnicas anguladas convencionais (como 45°, 60° e 70°).
Precisão e Confiabilidade
A grande vantagem do TOFD está em sua altíssima precisão dimensional, especialmente na altura (extensão em profundidade) das descontinuidades.
| Parâmetro | Valor típico |
|---|---|
| Precisão em profundidade | ±0,2 mm |
| Resolução de detecção | até 1 mm de altura de defeito |
| Faixa de espessura típica | 6 a 300 mm |
| Cobertura da solda | 100% com uma única varredura |
| Taxa de falsos positivos | Extremamente baixa (não depende da amplitude de eco) |
A técnica TOFD é hoje reconhecida por normas internacionais como ASME V, EN ISO 10863 e API 579, sendo utilizada inclusive como referência metrológica para calibração de outras técnicas ultrassônicas.
Benefícios em Relação à Mecânica da Fratura
Na mecânica da fratura, a altura real da descontinuidade é um parâmetro crítico para:
- Calcular o Fator de Intensidade de Tensão (KI);
- Determinar o tamanho crítico da trinca (ac);
- Avaliar a vida remanescente de um componente pressurizado.
O TOFD fornece medidas diretas e precisas da altura da trinca, sem depender da amplitude do sinal ou da orientação do defeito — permitindo análises quantitativas mais seguras, como:
KI = Y · σ √(πa)
Onde a (altura da trinca) é obtida diretamente da medição TOFD. Essa precisão é essencial para evitar superdimensionamento ou subavaliação da criticidade, resultando em:
- Redução de custos de reparo desnecessário;
- Maior confiabilidade na avaliação da integridade estrutural;
- Planejamento de manutenção baseado em risco (RBI) mais realista.
Aplicações Típicas
A técnica TOFD é amplamente aplicada em:
- Inspeção de soldas longitudinais e circunferenciais em tubulações industriais;
- Tanques de armazenamento (casco, fundo e bocal);
- Vasos de pressão e caldeiras;
- Componentes estruturais críticos em usinas, refinarias e petroquímicas.
Em muitos casos, o TOFD é combinado com o Phased Array (PAUT) para formar sistemas híbridos (PAUT + TOFD), onde:
- O PAUT fornece a localização e morfologia do defeito;
- O TOFD fornece a dimensão precisa em altura.
Benefícios Operacionais
| Benefício | Impacto |
|---|---|
| Alta velocidade de varredura | Inspeção de grandes volumes em pouco tempo; |
| Repetibilidade e rastreabilidade | Dados digitais arquiváveis e reanalizáveis; |
| Independência da orientação da trinca | Ideal para falta de fusão ou trincas irregulares; |
| Precisão metrológica | Permite cálculos confiáveis de mecânica da fratura; |
| Segurança operacional | Reduz o risco de falhas catastróficas por subavaliação. |
A técnica TOFD representa o padrão-ouro na avaliação da integridade de soldas críticas em equipamentos, tanques e tubulações. Sua capacidade de medir com exatidão a altura das descontinuidades faz dela uma ferramenta fundamental para:
- Análises de Mecânica da Fratura (FFS – Fitness For Service);
- Controle de qualidade avançado em fabricação e manutenção;
- Monitoramento estrutural em plantas industriais de alto risco.
O TOFD não apenas detecta defeitos — ele quantifica o risco estrutural com base física, fornecendo dados confiáveis para a gestão da integridade e segurança operacional.