A calibração de sistemas extensométricos usados em ensaios uniaxiais

O ensaio de tração consiste em aplicar uma força uniaxial no material, tendendo-o a alongá-lo até o momento de sua fratura. Os corpos de prova na maioria das vezes são circulares podendo também serem retangulares. Eles devem ser padronizados por normas técnicas e fixados pelas suas extremidades nas garras de fixação da máquina de tração. São, então, submetidos a um esforço, aplicando uma carga gradativa e registrando cada valor de força correspondente a um diferente tipo de alongamento do material. O ensaio termina quando o material se rompe. Para efeitos de reduzir as diferenças entre as dimensões de diferentes corpos de prova, utiliza-se o conceito de tensão convencional ou tensão de engenharia.

uniaxial2Da Redação –

O ensaio de tração consiste na aplicação de carga de tração uniaxial crescente em um corpo de prova específico até a ruptura. Trata-se de um ensaio amplamente utilizado na indústria de componentes mecânicos, devido às vantagens de fornecer dados quantitativos das características mecânicas dos materiais.

Com esse tipo de ensaio, pode-se afirmar que praticamente as deformações promovidas no material são uniformemente distribuídas em todo o seu corpo, pelo menos até ser atingida uma carga máxima próxima do final do ensaio. Como é possível fazer com que a carga cresça numa velocidade razoavelmente lenta durante todo o ensaio, permite medir satisfatoriamente a resistência do material.

A uniformidade termina no momento em que é atingida a carga máxima suportada pelo material, quando começa a aparecer o fenômeno da estricção ou da diminuição da seção do provete, no caso de matérias com certa ductilidade. A ruptura sempre se dá na região mais estreita do material, a menos que um defeito interno no material, fora dessa região, promova a sua ruptura, o que raramente acontece.

A precisão de um ensaio de tração depende, evidentemente, da precisão dos aparelhos de medida que se dispõe. Com pequenas deformações, pode-se conseguir uma precisão maior na avaliação da tensão ao invés de detectar grandes variações de deformação, causando maior imprecisão da avaliação da tensão.

Mesmo no início do ensaio, se esse não for bem conduzido, grandes erros pode ser cometidos, como por exemplo, se o provete não estiver bem alinhado, os esforços assimétricos que aparecerão levarão a falsas leituras das deformações para uma mesma carga aplicada. Deve-se portanto centrar bem o corpo-de-prova na máquina para que a carga seja efetivamente aplicada na direção do seu eixo longitudinal.

A NBR ISO 9513 de 10/2013 – Materiais metálicos — Calibração de sistemas extensométricos usados em ensaios uniaxiais especifica um método para a calibração estática de sistemas extensométricos utilizados em ensaios uniaxiais, incluindo os sistemas extensométricos axial e diametral, tanto com contato quanto sem contato. Em linhas gerais, essa norma estabelece critérios para a calibração de sistemas extensométricos, tratando de princípios gerais, qual equipamento de calibração utilizar, inspeção de pré-calibração e medição do comprimento de avaliação para vários tipos de sistemas extensométricos.

São abordados aspectos do processo de calibração, como a avaliação dos resultados, das incertezas, dos intervalos de calibração e dos relatórios de ensaio. São abordados critérios para escolha dos equipamentos de calibração, sua calibração e classificação, complementado por uma bibliografia que abrange uma série de publicações de trabalhos importantes relacionados com os sistemas extensométricos e sua aplicação.

Os estudos sobre o desenvolvimento de processos de calibração dinâmica de extensômetros estão evoluindo, no entanto, estes não atingiram, até o momento da edição desta norma, o nível de desenvolvimento adequado para sua inclusão nesta norma. Os anexos informativos tratam do cálculo das incertezas de medição na calibração de um sistema extensométrico (Anexo A), da calibração de um equipamento para a calibração de extensômetros (Anexo B) e um exemplo de um relatório de calibração (Anexo C).

Os anexos seguintes apresentam exemplos de configurações de sistemas extensométricos (Anexo D), extensometria a laser (Anexo E), extensometria com vídeo (Anexo F), extensometria de campo total (Anexo G) e calibração de um sistema de medição cruzado (Anexo H). A calibração de sistemas extensométricos envolve a comparação das indicações dadas pelo extensômetro com variações conhecidas de comprimento fornecidas por um equipamento de calibração.

O usuário pode definir o (s) intervalo (s) do (s) deslocamento (s) no (s) qual (is) a calibração será executada. Desta forma, o desempenho do sistema extensométrico pode ser otimizado. Por exemplo, no caso de ensaio de fadiga de baixo ciclo com controle de deformação, normalmente é usada apenas uma pequena parte da faixa de medição do extensômetro.

Portanto, é conveniente, neste caso, usar, na calibração, a região central da faixa de medição. O processo de calibração compara o deslocamento conhecido do dispositivo de calibração com o valor indicado pelo sistema extensométrico. Esse valor indicado pode ser desde indicações de relógios comparadores de alta precisão até a indicação de deslocamentos fornecidos por um sistema transdutor/eletrônico/de registro de dados.

Neste último caso, a leitura de saída do sistema extensométrico inclui qualquer ajuste da curva de dados aplicada pelo sistema eletrônico de aquisição de dados. Para certos tipos de sistemas extensométricos, a calibração e a classificação serão também dependentes da capacidade do sistema extensométrico para definir o comprimento de referência.

O instrumento, de calibração, que permite aplicar um deslocamento conhecido Lt ao extensômetro, pode ser constituído por uma estrutura rígida adequada, com eixos coaxiais ou outros acessórios, nos quais o extensômetro pode ser fixado. O instrumento de calibração deve ter um mecanismo para mover pelo menos um dos fusos axiais em conjunto com um dispositivo para medir com precisão a variação de comprimento produzida.

Estas variações de comprimento podem ser medidas, por exemplo, com um interferômetro, um medidor incremental, ou com blocos-padrão e um comparador, ou com um micrômetro. Acessórios especiais são acoplados aos eixos no caso de calibração de extensômetros diametrais. O instrumento de calibração deve ser calibrado de acordo com o Anexo B e deve atender aos requisitos de desempenho indicados na tabela abaixo.

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O Anexo B fornece um procedimento de calibração recomendado para instrumentos de calibração, assim como os critérios de desempenho que permitem definir se o instrumento é apropriado para calibrar sistemas extensométricos de acordo com esta norma. O instrumento de calibração e os equipamentos de apoio (como micrômetros, paquímetros, projetores de perfil) devem ser calibrados utilizando-se padrões rastreáveis ao Sistema Internacional de Unidades (SI).

A incerteza associada a quaisquer medições feitas pelo equipamento de apoio não pode exceder um terço do erro admissível para os sistemas extensométricos sob calibração (ver tabela abaixo). O instrumento de medição de temperatura deve ter uma resolução de 0,1 °C. Antes da calibração, o sistema extensométrico deve ser inspecionado. Isto deve incluir também a inspeção dos componentes mecânicos no que se refere, por exemplo, a movimento suave, existência de peças danificadas, de desgaste nos fios dos cutelos e desgaste no comprimento dos pinos de ajuste.

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Para sistemas extensométricos com transdutores eletrônicos, o cabeamento e os conectores devem ser examinados para verificar desgastes, danos, etc. O sistema extensométrico, se possível, deve ser calibrado no estado em que se encontra. Os resultados devem ser avaliados e, se necessário, o sistema deve ser ajustado e recalibrado. Neste caso, ambos os conjuntos de dados devem ser registrados.

Os registros da inspeção de pré-calibração devem ser mantidos, identificando as condições do sistema extensométrico “como encontrado”, quando a inspeção foi realizada e quem a executou. Estes registros de inspeção pré-calibração podem ter a forma de relatório ou de lista de verificação. O extensômetro deve ser identificado univocamente.

As peças que possam ser trocadas pelo usuário durante o uso normal do extensômetro e que afetem a calibração do extensômetro também devem, quando possível, ser identificadas univocamente. Esta exigência, no entanto, não se aplica aos dispositivos de fixação usados para prender o extensômetro ao corpo de prova. Essas identificações unívocas fazem parte dos registros do sistema extensométrico.

O comprimento de referência medido, L’e, de um extensômetro com comprimento de referência fixo pode ser determinado por medição direta ou indireta. Em ambos os casos, o pino-suporte ou sistema de fixação do extensômetro é utilizado para estabelecer os pontos de contato para a abertura pré-fixada do extensômetro. Pode ocorrer uma variabilidade no comprimento de referência medido devido à folga excessiva ou desgaste do mecanismo de fixação no comprimento de referência.

A medição direta do comprimento, L’e, é realizada entre os pontos de contato do extensômetro, utilizando um instrumento de medição calibrado, como um paquímetro ou um projetor de perfil. A medição indireta do comprimento, L’e, é executada colocando o extensômetro sobre um corpo de prova metálico macio, de tal modo que os cutelos ou as pontas do extensômetro deixem suas marcas. Uma vez removido o extensômetro, a distância entre as marcas no corpo de prova é medida, utilizando-se um instrumento com exatidão compatível com a classe do extensômetro.

A medição do comprimento de referência de um extensômetro de comprimento de referência variável pode ser realizada por medição direta ou indireta. A medição direta do comprimento de referência é realizada estabelecendo-se, no extensômetro, o comprimento de referência que se deseja medir, utilizando gabaritos, sistemas de fixação ou outros dispositivos, e, em seguida, realizando-se a medição da distância entre os pontos de contato do extensômetro com um instrumento de medição calibrado, por exemplo, um paquímetro ou um projetor de perfil.

A medição indireta do comprimento de referência, L’e, é executada colocando o extensômetro sobre um corpo de prova metálico macio, de tal modo que os cutelos ou as pontas do extensômetro deixem suas marcas. Uma vez removido o extensômetro, a distância entre as marcas no corpo de prova é medida, utilizando-se um instrumento com exatidão compatível com a classe do extensômetro.

O erro relativo, qLe, no comprimento referência, calculado a partir da equação qLe= L’e-Le/Le x 100 e deve atender aos requisitos definidos na tabela acima. Quando o comprimento de referência for definido ou medido pelo extensômetro, o erro relativo do comprimento de referência deve ser determinado. Se as características do corpo de prova forem empregadas para definir o comprimento de referência, o erro relativo do comprimento de referência não precisa ser determinado.

Quando um extensômetro define automaticamente o comprimento de referência, devem ser medidos os comprimentos de referência máximo e mínimo e três comprimentos de referência adicionais entre o mínimo e o máximo. No caso de se empregarem menos de cinco comprimentos de referência, todos os comprimentos de referência devem ser medidos.

O comprimento de referência para a extensometria sem contato é estabelecido de acordo com as instruções do fabricante. Quando o comprimento de referência do extensométrico é definido usando um padrão de comprimento, o erro relativo, qLe, do comprimento de referência calculado a partir da equação acima não pode exceder os valores apresentados na tabela acima. A incerteza de medição do comprimento de referência deve ser três vezes menor do que o erro admissível para o comprimento de referência.

Deve ser registrada a temperatura ambiente durante a calibração do sistema extensométrico. Em geral, a calibração de um sistema extensométrico deve ser realizada a uma temperatura estável de ± 2°C, no intervalo de 18 °C a 28 °C. Variações da temperatura durante o processo de calibração podem contribuir para a incerteza da calibração e, em alguns casos, pode impedir a adequada calibração do extensômetro.

A abordagem para determinar a incerteza considera apenas as incertezas associadas ao desempenho geral das medições de comprimento. Estas incertezas relacionadas ao desempenho refletem o efeito combinado de todas as incertezas separadas. A incerteza de medição dos instrumentos de referência (equipamento de calibração) é indicada no respectivo certificado de calibração.

Os fatores que influenciam nesta grandeza incluem: efeitos ambientais, como variação de temperatura; deriva do padrão de deslocamento; desvio na interpolação do dispositivo de referência. Estas grandezas devem ser consideradas. Dependendo da concepção do equipamento de calibração, pode ser necessário incluir o efeito da posição do extensômetro em relação ao eixo de medição da máquina de ensaio.

Entre as variáveis relacionadas ao extensômetro, relevantes para a estimativa da incerteza, as seguintes grandezas devem ser consideradas: alinhamento do extensômetro com o equipamento de calibração; indicador da variação de comprimento; incerteza relativa da medição devido à resolução do equipamento de calibração; erro do comprimento de referência; desvio relativo do equipamento de calibração; repetibilidade da indicação do extensômetro; resolução do extensômetro; e influências de temperatura.



Categorias:Metrologia, Normalização

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