A faixa dinâmica dos detectores de imagem de raios X comuns varia significativamente, devido às limitações que ocorrem a partir das diferenças no princípio de operação. No caso do filme de raios X convencional, essa faixa é limitada pelo número de grãos de halogeneto de prata que compõem a camada ativa do filme.

Dependendo se forem atingidos ou não por um quantum de raios X, estes grãos ficam tanto enegrecidos como transparentes após o desenvolvimento químico. Isto resulta numa dependência em formato de S da densidade óptica da camada com a dose de raios X, que é de cerca de três ordens de magnitude[4].

Em razão da sua baixa faixa dinâmica, os filmes radiográficos industriais são capazes de formar imagens somente dentro de uma certa faixa de densidade óptica. Entretanto, nem sempre é possível detectar todas as descontinuidades, especialmente em peças com geometria complexa e com seções críticas e/ou com mudanças abruptas de densidade como, por exemplo, nos componentes fundidos. Assim, com a finalidade de detectar todas as descontinuidades, a solução é executar exposições com filmes que apresentem sensibilidades diferentes.

Outra possibilidade é empregar múltiplos filmes, o que consiste na técnica da visão composta. Nesta técnica, a radiografia é executada utilizando-se dois ou mais filmes (que apresentam faixas de sensibilidade iguais ou diferentes) conjuntamente expostos. Como resultado disto, os filmes são individualmente analisados e, quando sobrepostos, são conjuntamente analisados, dependendo da região e da descontinuidade da amostra que se deseja observar.

Todas estas alternativas tornam os testes mais difíceis, tanto

Fig. 1 – Acelerador linear Varian Linatron-400 da Confab Industrial S. A. - Equipamentos

Fig. 2 - O espectro de energia do radioisótopo cobalto-60

 

devido à grande quantidade de tempo gasto nas várias exposições, como em razão da maior complexidade para se formar uma imagem com múltiplos filmes.

Sistemas de placas de formação de imagem estão disponíveis para ensaios não destrutivos há mais de 10 anos. Eles podem ser utilizados como técnica de radiografia sem filme, também conhecida como radiografia computadorizada.

Placas de formação de imagem são expostas como filme e escaneadas em um equipamento a laser para se obter uma radiografia digital. Após apagar a imagem latente remanescente com uma fonte de luz clara, a mesma placa de formação de imagem pode ser reciclada mais de 1.000 vezes[1].

A imagem digital é uma matriz onde cada elemento ou pixel é representado por um valor numérico indicado por um tom de cinza. Assim, imagens mostradas no formato digital podem ser processadas por um computador, utilizando programas e ferramentas adequadas para esta finalidade.

Processar uma imagem é transformála sucessivamente, com o intuito de extrair mais facilmente a informação latente contida nela. O processamento e a análise de imagens é uma ciência que permite modificar, analisar e manipular imagens digitais de um computador.

Um fator comum em todas as classes de processamento é a qualidade. Existem duas subdivisões na qualidade da imagem: fidelidade e inteligibilidade. No primeiro caso, a principal preocupação é aproximar a imagem processada e a imagem original ou um padrão estabelecido que melhor a represente. No segundo caso, a principal preocupação está relacionada com a informação que pode ser extraída da imagem, seja pelo olho humano ou por algum processamento[2].

O objetivo deste estudo é avaliar a exequibilidade do emprego da técnica de radiografia computadorizada industrial, na detecção de descontinuidades geradas durante o processo de fundição, usando para o relato as diversas ferramentas de processamento disponíveis para manipulação de imagens digitais, e comparando os resultados com a técnica de radiografia industrial convencional.

Materiais e métodos

Para os testes com a amostra, foram utilizadas duas fontes de radiação. A primeira foi um acelerador linear fabricado pela Varian, modelo Linatron - 400, com energia de 4 MeV e distância do ponto focal de 2 mm. A dose mínima é de 0,1 Gy (de gray ou quantidade de energia de radiação ionizante absorvida (ou dose) por unidade de massa), podendo ser ajustada, de acordo com a aplicação, em incrementos de 0,1 Gy. A figura 1 mostra uma fotografia do acelerador linear.

A segunda foi uma fonte radioativa de cobalto-60 com dimensões de 2 x 2 mm e atividade de 834,72 GBq (22,56 Ci). Os picos de energia característicos do cobalto-60 são 1,17 e 1,33 MeV, como pode ser visto no espectro de energia do radioisótopo mostrado na figura 2.

O equipamento de radiografia computadorizada utilizado foi o CR50P, fabricado pela GEIT. Para a aquisição e o processamento das imagens, foram

Fig. 3 – Equipamento radiográfico computadorizado industrial GE CR50P

 

utilizados os software Rhythm Acquire e Rhythm Review, respectivamente. Este sistema possui uma faixa de níveis de cinza que varia entre 0 e 49.140, escaneando a placa de imagem com tamanho de ponto de laser de 50 μm e gerando imagens com tamanhos de pixel que variam entre 50 e 200 μm.

Após o escaneamento, a placa de imagem é apagada pelo sistema e está pronta para uma nova exposição radiográfica. A figura 3 mostra o equipamento radiográfico computadorizado industrial CR50P.

Em testes com radiografia computadorizada industrial, com as duas fontes de radiação, foi utilizada uma placa de imagem de alta resolução. O tamanho de pixel do escâner foi mantido fixo em 50 μm e a voltagem do fotomultiplicador em 600 V.

Para a inspeção por radiografia industrial convencional em testes com o acelerador linear, foram utilizados filmes de duas classes (ASTM classe 1 – Kodak M100 e ASTM classe 2 - AA400 Kodak), conjuntamente e separadamente expostos. Nos testes com a fonte de cobalto-60, dois filmes da classe 2 foram usados. Após a obtenção das imagens, eles foram escaneados, mas a identificação das descontinuidades foi executada utilizando-se um negatoscópio.

Para os testes, foi utilizada uma amostra de cobre com 150 mm de espessura máxima, com bobinas internas. Descontinuidades de diferentes tamanhos e formatos, geradas durante o processo de fundição, estão localizadas em regiões críticas e perto das paredes das bobinas. A figura 4 exibe a amostra utilizada.

As radiografias foram executadas com o acelerador linear em um bunker (abrigo) adequado para irradiação com alta energia. A distância da fonte até o detector foi mantida em 2.000 mm. A dose de radiação do acelerador linear foi de 4,2 Gy para a radiografia convencional e de 5 Gy para a radiografia computadorizada.

Outras radiografias com cobalto-60 foram tiradas também em um abrigo apropriado. A distância da fonte até o detector foi mantida em 1.000 mm. O tempo de exposição foi de 6.600 s para radiografia convencional com a técnica de visão composta e de 9.000 s para radiografia computadorizada.

Além da peça a ser inspecionada, foram radiografados conjuntamente com ela um fio IQI (do inglês Image Quality Indicator ou indicador da qualidade da imagem) (EN 462-1), para determinar a sensibilidade da imagem, e um fio duplo IQI (EN 462-5), para avaliar a resolução espacial da imagem. A figura 5 mostra a preparação (setup) experimental utilizada.

Resultados e discussão

Acelerador linear

Para a detecção de descontinuidades utilizando-se a técnica de radiografia convencional, duas imagens foram obtidas com filmes que apresentavam sensibilidades diferentes. A figura 6 mostra a imagem com um filme ASTM classe 2 - Kodak AA400, para observação de

Fig. 4 - Amostra de teste

 

descontinuidades nas regiões de maior espessura. Já a figura 7 mostra a imagem com um filme ASTM classe 1 (especial) - Kodak M100, para a detecção de descontinuidades nas regiões de menor quantidade de material ou causadas pelo canal formado pela bobina.

Fig. 5 - Preparação (setup) experimental para teste radiográfico: a) acelerador linear; b) cobalto-60

 

No teste de radiografia computadorizada, foi obtida apenas uma imagem. Utilizando as ferramentas de processamento de imagem, foi possível detectar todas as descontinuidades da amostra. A figura 8 mostra a imagem radiográfica da amostra, processada com o filtro de ampliação de detalhes e com ajuste de brilho e de contraste.

Em todas as imagens, tanto com radiografia convencional como com a computadorizada, não foi possível visualizar o fio duplo IQI, devido ao menor diâmetro dos fios na espessura da peça e à energia de radiação. Assim, não é possível obter o valor da resolução espacial básica.

Com a técnica da radiografia computadorizada industrial, foi observado o fio 4

Fig. 6 - Imagem obtida com um filme classe 2, mostrando descontinuidades nas áreas de maior espessura

 

do contraste IQI, no lado da fonte. Já com a radiografia convencional, foram observados o fio 3 com o filme classe 1, o fio 6 com o filme classe 2 e o fio 6 com a visão composta, todos no lado da fonte. Nestes testes, não foi usado o contraste IQI no lado do filme.

Cobalto-60

Similarmente ao teste com o acelerador linear, o teste de radiografia convencional foi executado utilizando dois filmes da mesma classe, obtendo-se assim uma vista composta. Para fins de relatório, eles foram vistos conjuntamente (para a detecção de descontinuidades na maior espessura), bem como separadamente (para detecção em regiões de espessura menor, como por exemplo, das bobinas internas). Suas imagens estão mostradas nas figuras 9 e 10, respectivamente.

No teste de radiografia computadorizada foi obtida uma única imagem, a qual foi processada com o filtro de detalhes ampliados, para melhor

Fig. 7 - Imagem obtida com um filme classe 1, que mostra as descontinuidades nas áreas de menor espessura

Fig. 8 - Imagem obtida por radiografia computadorizada industrial com processamento matemático

 

visualização das descontinuidades (figura 11).

No que se refere ao acesso do contraste IQI com radiografia convencional, foram observados o fio 6 no lado do filme e o fio 4 no lado da fonte, para visão simples, e o fio 5 no lado do filme e o 4 no lado da fonte, para visão composta. Com a radiografia computadorizada, foram observados o fio 4 no lado do filme e o fio 2 no lado da fonte.

Acelerador linear x cobalto-60

Os resultados mostraram que tanto na radiografia computadorizada como na convencional, as inspeções com o acelerador linear tiveram melhor capacidade de detecção de defeitos, gerando maior claridade e definição das bordas. Além disso, o contraste entre áreas de diferentes espessuras foi melhor fora, em comparação com a radiografia com cobalto-60. Isto ocorreu devido aos parâmetros de exposição (como por exemplo, a maior distância

Fig. 9 - Imagem radiográfica utilizando dois filmes da classe 2 (visão composta)

 

Fig. 10 - Imagem radiográfica utilizando um filme da classe 2 (vista simples)

 

da fonte até o detector), ao menor tempo de exposição (que gera menor dispersão) e à energia mais apropriada para esta espessura. Notou-se também que as imagens com o cobalto-60 têm mais ruído, principalmente em razão do grande tempo de exposição utilizado.

Conclusão

Os resultados deste estudo mostraram a comparação entre as técnicas de radiografia computadorizada e a radiografia convencional para a detecção de descontinuidades em uma amostra de cobre com bobinas internas, utilizando duas fontes diferentes de radiação de energia.

Fig. 11 - Radiografia computadorizada industrial utilizando cobalto-60

 

Com o acelerador linear, observou-se que ao utilizar a técnica de radiografia convencional, as descontinuidades não podem ser totalmente identificadas com um único filme. Foram necessários filmes de diferentes sensibilidades e a técnica de visão composta.

Com a radiografia computadorizada, as descontinuidades poderiam ser totalmente detectadas com o processamento da imagem (como por exemplo, com o ajuste do brilho e do contraste) e com a inclusão de filtros matemáticos. Com o cobalto-60, usando-se a radiografia convencional, as descontinuidades também poderiam ser detectadas somente com a técnica de visão composta; caso contrário, o tempo seria dobrado.

Com a radiografia computadorizada industrial, por sua vez, apenas uma imagem foi necessária para a identificação de todas as descontinuidades.

Deste modo, mesmo com algumas poucas experiências e um sistema simples de radiografia computadorizada, podemos concluir que esta técnica mostrou ser muito vantajosa para a detecção de descontinuidades relevantes na fabricação de componentes fundidos, sendo muito eficiente no auxílio do relato de aceitação ou de rejeição de descontinuidades, como as regras da construção.