O método de réplica de fita é um método confiável usado por inspetores em todo o mundo há décadas para medir a altura do perfil da superfície. Estudos anteriores mostraram que o método é altamente preciso e exato, mas uma técnica complexa de polimento e a necessidade de calcular a média de dois graus diferentes de réplica de fita em algumas faixas de medição tornaram o método desafiador para alguns usuários. Este documento detalha duas alterações propostas para o método: uma ferramenta de polimento atualizada e uma escala de medição linearizada para eliminar a necessidade de calcular a média. Foi conduzido um estudo para determinar a exatidão e a precisão desse método atualizado, envolvendo medições realizadas por 15 usuários de experiência variada em uma gama de painéis de teste jateados com diferentes mídias e alturas de perfil.
Palavras chave: Inspeção, Inspeção de Revestimento, Fita Testex, Fita Réplica, Polimento, Perfil de Superfície, Rugosidade de Superfície, ASTM D4417, NACE SP0287, ISO 8503-5
Antes de aplicar um revestimento protetor industrial, o substrato é preparado por meio de jateamento abrasivo ou mecânico. O jateamento remove a carepa de laminação e a corrosão do substrato, ao mesmo tempo em que proporciona uma área de superfície adicional e mitigação contra a força bruta por meio da geração de um padrão complexo de picos e vales1.
Esses picos e vales adicionais, conhecidos como perfil da superfície, variam de acordo com fatores como tamanho do abrasivo, formato do abrasivo, composição do abrasivo, pressão de jateamento, tamanho do orifício do bico de jateamento e a posição em que o bico de jateamento é mantido em relação à superfície.
Garantir que um perfil de superfície suficiente tenha sido criado é um requisito comum de controle de qualidade há décadas. Historicamente, os painéis com um perfil de superfície desejável eram criados no início de um trabalho e usados pelos inspetores como referência para comparação tátil e visual. Posteriormente, foram introduzidos painéis de comparação preparados comercialmente, apresentando uma gama de perfis de superfície de amostra padronizados para comparação. Embora os comparadores comerciais tenham representado uma melhoria significativa em relação aos métodos anteriores, eles eram um método qualitativo, que dependia do julgamento do inspetor para fazer uma determinação.
Na década de 1970, foi introduzido um método alternativo para medir o perfil da superfície: A Testex Replica Tape. A fita réplica consiste em uma espuma compressível aderida a um substrato de mylar incompressível, que por sua vez é aderido a uma etiqueta adesiva com um orifício para permitir o acesso à espuma/mylar. A réplica da fita é colada na superfície jateada e uma ferramenta portátil com uma esfera em uma das extremidades é pressionada contra o lado de mylar da espuma/mylar, empurrando a espuma para dentro da superfície e, por fim, criando uma réplica negativa. A fita de réplica é então removida da superfície e a altura da espuma/militar é medida. Ao subtrair a espessura do substrato de mylar, a altura da réplica de espuma pode ser determinada, estabelecendo, assim, a altura do perfil da superfície de pico a vale.
O processo de réplica de fita forneceu um método rápido, barato e quantitativo que poderia ser usado em campo. Ele ganhou popularidade rapidamente e, 50 anos depois, continua sendo um dos métodos mais populares de medição de perfil de superfície.
Há três "graus" de fita de réplica comumente usados no setor de revestimentos de proteção: Coarse, para perfis entre 20 - 50 µm (0,8 - 2 mils), X-Coarse, para perfis entre 40 - 115 µm (1,5 - 4,5 mils), e X-Coarse Plus, para perfis entre 70 - 150 µm (4 - 6 mils).
As tentativas de determinar a exatidão e a precisão da réplica de fita datam de 1987, quando um painel de especialistas foi convocado pela National Association of Corrosion Engineers (posteriormente NACE International, posteriormente AMPP)2. O estudo de 1987 comparou medições de réplica de fita realizadas em 14 painéis por 7 operadores com medições capturadas usando um microscópio focado nos picos e vales do perfil da superfície. As medições da réplica da fita e do microscópio de foco concordaram dentro de seus limites de confiança de 95% (dois desvios padrão) em 11 dos 14 casos. A diferença média entre os dois tipos de técnica de medição foi de 4,5 μm (0,18 mils). O desvio padrão médio para as medições feitas pelos operadores foi de 5,4 μm (0,21 mils), para um intervalo de confiança de 95% de ±10,8 μm (0,42 mils).
Em 2012, um estudo round-robin de acompanhamento foi realizado pelo subcomitê da ASTM D01.46, com o objetivo de estabelecer a repetibilidade e a precisão da réplica da fita usada de acordo com a ASTM D44173. Cinco painéis foram medidos por três operadores em onze laboratórios, em um total de 33 medições de réplicas de fita por painel. A repetibilidade (intervalo de confiança de 95%) das medições ficou entre ±5 e 10 μm (0,2-0,4 mils), dependendo do painel.
Determinar a precisão é um desafio, pois não existe um padrão de medição de perfil de superfície rastreável. Por sua própria natureza, os perfis jateados são aleatórios, o que torna impraticável qualquer tentativa de gerar um padrão rastreável. O subcomitê do D01.46 decidiu, portanto, usar o Método D do D4417, o stylus de arrasto, como método de referência. O perfilômetro de arrasto é um método padrão do setor para medir a morfologia da superfície e, o que é mais importante, é rastreável e pode ser calibrado usando padrões de referência. Esses instrumentos são altamente precisos, geralmente sendo especificados com precisão abaixo de 1 μm (0,04 mils).
O perfilômetro de caneta de arrasto utiliza uma caneta de ponta fina que penetra no perfil da superfície. Ao arrastar essa caneta pela superfície e registrar os dados de medição, é possível capturar um traço 2D do perfil da superfície. Várias funções matemáticas podem ser executadas nesse comércio 2D para produzir um número associado à morfologia do perfil; o Método D da ASTM D4417 especifica Rt, a distância entre o pico mais alto e o vale mais baixo ao longo de um comprimento de avaliação de 12,5 mm (1/2"), como o parâmetro apropriado.
Devido à natureza aleatória dos perfis jateados, a precisão desse método é baixa, pois o perfil encontrado ao longo de uma linha fina é uma representação limitada da superfície geral. No entanto, essa precisão pode ser melhorada com uma média de várias medições.
Usando esse método de "precisão relativa", a precisão do método de réplica de fita foi determinada como sendo de aproximadamente ±8 μm (0,3 mils).
Em 2023, este autor fez uma tentativa de replicar os resultados do estudo de 2012. Embora os usuários altamente experientes da fita de réplica tenham conseguido replicar os resultados em um grau razoável, os usuários inexperientes tiveram muita dificuldade em replicar os resultados.
Há muito tempo se sabe que a fita réplica responde de forma não linear na extremidade inferior de sua faixa, onde a espuma fica totalmente comprimida, e na extremidade superior de sua faixa, onde as alturas de pico são maiores do que a espessura da espuma.
À medida que a resposta da fita se torna cada vez mais não linear, as medições se tornam cada vez mais imprecisas. A Testex resolve esse problema definindo limites conservadores para a faixa útil da fita. Para "X-Coarse", essa faixa é de 63um a 115um (2,5 a 4,5 mils). Para "Coarse", o intervalo é de 20 a 38 um (0,8 a 1,5 mils). Pequenas imprecisões aparecem na parte superior (115 um, ou 4,5 mils) do "X-Coarse" e na parte inferior (20 um, ou 0,8 mils) do "Coarse". Na região de sobreposição entre os dois graus, é necessário aplicar um procedimento inconveniente de cálculo da média, em que as leituras são feitas com a fita "Coarse" e "X-Coarse" e o cálculo da média é feito.
Esse procedimento de cálculo da média utiliza materiais e práticas que já fazem parte do aparelho, mas reduz a exatidão e a precisão, conforme demonstrado no round robin da ASTM. Ele também é inconveniente e confuso para alguns inspetores, causando um risco maior de erro de medição.
Os experimentos conduzidos pelo fabricante, com base em uma análise dos dados de round robin da ASTM e no estudo subsequente, mostraram que o erro de linearidade da fita de réplica estava altamente correlacionado com o perfil da superfície que estava sendo medido. Por exemplo, um painel com um Rt medido de 50 μm (2,4 mils) produzirá consistentemente uma medição de 64 μm (2,6 mils) quando medido com a fita de réplica. Ao fazer um número significativo de medições em uma ampla gama de perfis jateados, esse erro de linearidade poderia ser quantificado em toda a faixa de medição da fita de réplica, gerando um fator de correção que poderia ser aplicado às leituras para aumentar a precisão e eliminar a necessidade do incômodo procedimento de cálculo da média.
O método de réplica de fita envolve o uso de uma ferramenta de polimento para pressionar o mylar/espuma no perfil jateado. A ferramenta de polimento é simples e barata para aplicar pressão, mas requer a técnica correta do operador para polir adequadamente a réplica da fita. Se não for usada força suficiente, as áreas não comprimidas da espuma permanecerão e um resultado erroneamente alto será medido. Se for usada força excessiva, os picos da superfície podem penetrar além da espuma no suporte de Mylar, causando resultados erroneamente baixos. Embora operadores experientes possam aprender a usar uma quantidade de força consistente e correta, o processo de polimento continua sendo desafiador e inconsistente para inspetores novos e existentes.
Para proporcionar maior precisão aos usuários de todos os níveis de experiência, foi criada uma ferramenta de polimento de precisão, mostrada na Figura 5. Ela consiste em um invólucro externo de plástico que contém uma esfera com mola. A mola é calibrada para aplicar uma força conhecida e consistente sobre a esfera quando a ferramenta é pressionada contra a superfície.
Semelhante ao método existente, a ferramenta é colocada sobre a réplica da fita, conforme mostrado na Figura 6, e é movida em um padrão alternado até que a réplica da espuma esteja totalmente comprimida, conforme evidenciado por uma aparência consistente de "grão de seixo". Não deve haver riscos ou marcas na réplica da fita após o polimento.
Independentemente da força aplicada pelo operador, a esfera de polimento de aço aplica uma quantidade consistente de força, eliminando os riscos de comprimir excessivamente a réplica da fita e de cravar os picos do perfil da superfície no material de apoio. Desde que toda a área da réplica da fita seja polida e que a face inferior da ferramenta esteja em contato com a réplica da fita durante o polimento, o risco de subpolimento também é eliminado.
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O objetivo deste estudo é determinar a precisão do método Replica Tape, aumentado por uma ferramenta de polimento com força de precisão e um fator de linearização/correção, na medição de Rt (altura do perfil de pico a vale) usando um método de referência rastreável (o perfilômetro de estilete de arrasto).
Para garantir que o estudo fosse concluído com amostras de teste jateadas em condições de campo realistas, um conjunto de 38 painéis de aço de 3" x 5" foi encomendado a uma fonte comercial para painéis padronizados. Quatro conjuntos de oito painéis foram jateados com granalha, granalha de aço, escória de carvão e granada, e seis painéis foram jateados com óxido de alumínio. Cada conjunto de painéis foi jateado com uma variedade de abrasivos, em um esforço para gerar uma variedade de perfis de jateamento. Dois painéis de alumínio e dois painéis de aço também foram jateados com abrasivo de superliga a uma pressão mais baixa, usando uma configuração de jateamento para uso amador, em um esforço para criar perfis finos adequados para testar a faixa baixa da fita de réplica de grau grosso, abaixo da faixa normalmente usada em aplicações industriais. Após a chegada ao laboratório, foi realizada uma avaliação preliminar de cada painel usando oito medições de Rt com o perfilômetro stylus (Mitutoyo SJ-201 S/N 801624) de acordo com o Método D da ASTM D4417.
Com base na avaliação preliminar, 22 painéis que representavam uma gama de valores de Rt e tipos de abrasivos foram selecionados para o estudo e designados por uma letra. Em seguida, o Rt foi medido em cada painel mais 12 vezes usando o perfilômetro stylus para aumentar a confiança estatística nas medições de Rt:
Para realizar os testes, foram recrutados 17 sujeitos de teste entre os colegas do autor. Foi feito um esforço para representar uma variedade de dados demográficos e experiência no uso de réplicas de fita. Vários participantes nunca haviam usado réplicas de fita antes deste estudo:
O estudo foi dividido em duas partes, para reduzir o tempo de envolvimento dos operadores no estudo de uma só vez. 15 painéis foram medidos com a fita X-Coarse na primeira parte do estudo. Na segunda parte do estudo, 6 painéis foram medidos com a fita de réplica Coarse e 6 painéis foram medidos com a fita de réplica X-Coarse Plus. (Alguns painéis foram usados para vários graus de fita). A fita X-Coarse foi o foco do teste porque é a classe mais popular, apresentando uma faixa capaz de medir perfis jateados comumente encontrados.
Uma estação, ilustrada na Figura 7, foi fornecida com todos os materiais necessários para o teste, incluindo os painéis de teste, réplicas de fita do grau desejado, ferramentas de polimento, micrômetro, laptop (para assistir ao vídeo instrutivo e registrar os resultados), papel encerado (para guardar pedaços polidos de réplicas de fita) e papel (para limpar as bigornas do micrômetro, conforme necessário).
Para fins de consistência, um vídeo instrutivo de 11 minutos foi gravado pelo autor deste estudo:
Os testes foram realizados de acordo com o Método C da ASTM D4417, exceto pela linearização e pela ferramenta de polimento modificada mencionadas anteriormente. Cada participante foi instruído a polir a réplica da fita até obter um padrão cinza consistente, sem pontos brancos ou marcas de polimento. Foram fornecidas amostras de fita polida para mostrar exemplos de réplicas de fita polidas de forma adequada e inadequada. Dois pedaços de réplica de fita foram polidos em uma região identificada do painel e medidos com o micrômetro. Posteriormente, o autor calculou a média dessas medições durante o estágio de processamento de dados, de acordo com as instruções do fabricante. De acordo com as instruções existentes do fabricante, se duas leituras diferissem em mais de 5 mícrons (0,2 mils), uma terceira medição era feita e calculada a média com a mais semelhante das duas medições originais.
No total, 510 peças de réplicas de fita foram polidas, em um total de 255 medições. As medições da parte da réplica de fita X-Coarse do estudo estão resumidas na Figura 8 abaixo. A faixa amarela representa o intervalo de confiança de 95% para medições linearizadas, e as medições de cada operador são indicadas com uma cor específica.
O desvio padrão e o erro padrão (versus Rt medido) fornecem uma medida da repetibilidade entre operadores para um determinado painel e o viés de medição geral para cada painel, respectivamente.
Esses resultados indicam uma precisão média, definida como o dobro do desvio padrão médio, de ±5,6 µm (0,22 mils). Essa é uma representação de quão semelhantes foram os resultados entre os operadores e também é chamada de "reprodutibilidade".
O erro de medição padrão foi de ±4,0 µm (0,16 mils), o que representa a proximidade dos resultados com as medições rastreáveis da caneta de arrasto. O intervalo de confiança de 95% foi, portanto, de ±8,0 µm (0,32 mils) - normalmente considerado a precisão do método de teste. Notavelmente, cada uma das 255 medições estava dentro do intervalo de ±8 µm (0,32 mils).
Para a parte de grau grosso do estudo, 177 peças de réplica de fita foram polidas, em um total de 89 medições. As medições estão resumidas na Figura 9 abaixo. A faixa amarela representa o intervalo de confiança de 95% para medições linearizadas, e as medições de cada operador são indicadas com uma cor específica.
O desvio padrão e o erro padrão (versus Rt medido) fornecem uma medida da repetibilidade entre operadores para um determinado painel e o viés de medição geral para cada painel, respectivamente.
Esses resultados indicam uma precisão média, definida como o dobro do desvio padrão médio, de ±1,9 µm (0,07 mils). Essa é uma representação de quão semelhantes foram os resultados entre os operadores e também é chamada de "reprodutibilidade".
O erro de medição padrão foi de ±3,7 µm (0,14 mils), o que representa a proximidade dos resultados com as medições rastreáveis da caneta de arrasto. O intervalo de confiança de 95% foi, portanto, de ±8 µm (0,32 mils) - normalmente considerado a precisão do método de teste. Notavelmente, cada uma das 89 medições estava dentro do intervalo de ±8 µm (0,32 mils).
Para a parte de grau X-Coarse Plus do estudo, 210 peças de réplica de fita foram polidas, em um total de 105 medições. As medições estão resumidas na Figura 10 abaixo. A faixa amarela representa o intervalo de confiança de 95% para medições linearizadas, e as medições de cada operador são indicadas com uma cor específica.
O painel W foi incluído nessa fase do estudo, apesar de ter um Rt de 189 µm (7,4 mils), que excede a faixa máxima de 150 µm (6,0 mils) da fita de réplica X-Coarse Plus. Apesar do esforço significativo, foi difícil obter painéis com um Rt na faixa de 6,0 a 7,0, e foi decidido avaliar o painel W, que tinha o próximo perfil mais alto. Como o painel W estava muito fora da faixa da fita de réplica X-Coarse Plus, as medições não foram incluídas nos valores gerais de precisão ou exatidão. Os resultados do painel W indicam que o alcance máximo da réplica da fita X-Coarse Plus é provavelmente maior que 150 µm (6,0 mils), mas é necessário um estudo mais aprofundado com painéis nessa faixa para determinar o alcance máximo exato.
O desvio padrão e o erro padrão (versus Rt medido) fornecem uma medida da repetibilidade entre operadores para um determinado painel e o viés de medição geral para cada painel, respectivamente.
Esses resultados indicam uma precisão média, definida como o dobro do desvio padrão médio, de ±7,8 µm (0,30 mils). Essa é uma representação de quão semelhantes foram os resultados entre os operadores e também é chamada de "reprodutibilidade".
O erro de medição padrão foi de ±4,9 µm (0,19 mils), o que representa a proximidade dos resultados com as medições rastreáveis da caneta de arrasto. O intervalo de confiança de 95% foi, portanto, de ±10 µm (0,38 mils) - normalmente considerado a precisão do método de teste. 100 das 105 medições estavam dentro do intervalo de ±10 µm (0,38 mils).
Pequenas atualizações no método Replica Tape para medir o perfil da superfície, ou seja, o uso de uma ferramenta de polimento atualizada e um método de linearização para corrigir os resultados da medição, foram avaliados neste estudo. Essas duas atualizações pareceram melhorar a exatidão e a precisão do método de teste, apesar de uma lista de operadores muito menos experientes do que em estudos anteriores.
Os resultados deste estudo são semelhantes, mas se comparam favoravelmente aos resultados do teste ASTM ILS anterior, realizado pelo comitê D01.46. A hipótese é que a ferramenta de brunimento revisada mais do que compensou a relativa inexperiência dos operadores (não houve diferença estatisticamente significativa entre os resultados obtidos de operadores novos e experientes), reduzindo a variabilidade geral. Também se supõe que o processo de linearização melhorou a repetibilidade e a precisão nas extremidades superior e superior da faixa da fita de réplica.
Com base neste estudo, sugerimos as seguintes declarações de exatidão e precisão:
O autor gostaria de agradecer a assistência da KTA-Tator na preparação dos painéis de teste usados neste estudo.