As rachaduras em fixadores podem comprometer a integridade estrutural e a segurança em aplicações de engenharia. A detecção precoce dessas rachaduras é fundamental. Este artigo se aprofunda nos métodos tradicionais e modernos de testes não destrutivos (NDT), destacando técnicas como análise de wavelet e pulsos eletromagnéticos. Os leitores aprenderão sobre os últimos avanços nas tecnologias de detecção de trincas e suas aplicações práticas, garantindo a confiabilidade e a durabilidade dos fixadores em vários setores.
Este artigo apresenta um resumo do estado atual das tecnologias de detecção de trincas, incluindo suas vantagens e limitações, bem como tópicos importantes e direções de desenvolvimento futuro. Ele se baseia nos métodos existentes de detecção de trincas em fixadores, com foco na análise de wavelet e nos testes não destrutivos de pulso eletromagnético.
Os fixadores são amplamente utilizados em vários campos da engenharia, como maquinário, construção, pontes e produção de petróleo. Como componente básico de grandes estruturas, os fixadores são suscetíveis a vários defeitos, inclusive rachaduras, corrosão, buracos e danos induzidos pelo homem durante a operação.
Os defeitos de rachaduras representam uma ameaça significativa à segurança e à confiabilidade de estruturas e instituições, tornando a detecção de rachaduras um aspecto essencial da avaliação estrutural. A detecção de trincas envolve a identificação e a avaliação de trincas em estruturas mecânicas para determinar sua localização e extensão.
Com o avanço da fabricação de máquinas modernas, da eletrônica e da tecnologia de computadores, os testes não destrutivos (NDT) melhoraram significativamente, levando ao desenvolvimento de técnicas avançadas de detecção de trincas.
Este artigo apresenta uma visão geral dos métodos tradicionais de detecção de trincas e se concentra nos métodos modernos de END baseados em análise de wavelet e pulsos eletromagnéticos (correntes parasitas). Além disso, ele destaca os tópicos atuais e as direções de desenvolvimento futuro nas técnicas de detecção de trincas para fixadores.
Existem várias técnicas tradicionais de detecção de trincas, que podem ser categorizadas em dois grupos: métodos de detecção convencionais e não convencionais.
Os métodos de detecção convencionais abrangem testes de correntes parasitas, testes de penetrantes, testes de partículas magnéticas, testes de radiação e testes ultrassônicos. Os métodos de detecção não convencionais, por outro lado, incluem testes de emissão acústica, testes de infravermelho e testes holográficos a laser.
Atualmente, os métodos de teste convencionais são amplamente utilizados para a detecção simples de rachaduras em campos de engenharia, como maquinário, construção e produção de petróleo. Os métodos usados variam de acordo com a instituição.
Por exemplo, o teste ultrassônico é usado principalmente para inspecionar placas de metal, tubos, barras, peças fundidas, forjadas e soldas, bem como estruturas de concreto, como pontes e construções de casas. O teste de raios X é usado principalmente para inspecionar peças fundidas e soldas em setores como o de máquinas, armas, construção naval, eletrônica, aeroespacial, petroquímica e outros. O teste de partículas magnéticas é usado principalmente para a inspeção de peças fundidas, forjadas e soldas de metal. O teste de penetração é usado principalmente para a inspeção de peças fundidas, forjadas, soldadas, peças de metalurgia do pó e produtos de metal ferroso e não ferroso feitos de cerâmica, plástico e vidro. A detecção de correntes parasitas é usada principalmente para detecção de falhas e classificação de materiais de tubos, hastes e fios condutores.
Para a detecção de rachaduras em fixadores, podem ser usados testes ultrassônicos e detecção de correntes parasitas. Por exemplo, um estudo experimental encontrou os melhores parâmetros de detecção de corrente de Foucault para pequenas trincas em fixadores. Os resultados do estudo mostraram que os melhores parâmetros de detecção tinham uma relação linear entre os parâmetros de detecção de corrente de Foucault de pequenas trincas e o sinal de fase, o que é importante para melhorar a precisão da detecção de pequenas trincas em barras e selecionar os parâmetros de detecção de corrente de Foucault para fixadores externos. No entanto, a detecção de corrente de Foucault tem mais fatores de interferência e requer técnicas especiais de processamento de sinais.
Outro método usado para a detecção de rachaduras é o método de detecção de rachaduras com estrutura de espectro de energia de propagação de ondas Lamb, conhecido por sua forte capacidade de penetração, alta sensibilidade, rapidez e praticidade. No entanto, ele tem limitações, como pontos cegos e bloqueios, que podem resultar na perda de trincas próximas. O método também é desafiador para caracterizar os defeitos encontrados de forma quantitativa e qualitativa.
Para a maioria dos fixadores, são usados os métodos de teste de partículas magnéticas e de detecção de falhas por fluorescência. Esses métodos são relativamente eficientes, mas consomem mão de obra e recursos materiais e podem prejudicar a saúde humana. Além disso, as inspeções perdidas geralmente ocorrem devido a fatores humanos.
Quando os métodos de teste convencionais não conseguem detectar rachaduras em fixadores, métodos de teste não convencionais podem ser empregados como alternativa.
Três métodos de detecção de trincas não convencionais comumente usados incluem:
1) Tecnologia de emissão acústica.
A tecnologia de emissão acústica é amplamente reconhecida como o método mais avançado de detecção de rachaduras em equipamentos de pressão. Ela tem sido usada com sucesso na avaliação de segurança de vasos de pressão e tubulações, bem como na detecção de trincas em materiais aeroespaciais e compostos. No campo do diagnóstico de trincas em máquinas rotativas, ele tem sido usado principalmente para detectar trincas em eixos rotativos, engrenagens e rolamentos.
Uma das principais vantagens da Emissão Acústica é o fato de ser um método de detecção dinâmico, usando a energia emitida pelo objeto que está sendo testado, em vez de energia externa. testes não destrutivos equipamentos como testes ultrassônicos ou radiográficos. Isso o torna altamente sensível a defeitos e capaz de detectar e avaliar o status de defeitos ativos em toda a estrutura.
No entanto, também há algumas desvantagens a serem consideradas. A detecção de emissão acústica é muito afetada pelo material que está sendo testado e pode ser prejudicada por ruídos elétricos e mecânicos no ambiente de teste. Além disso, a precisão da detecção pode ser limitada pela baixa precisão de posicionamento, e as informações obtidas com a identificação da rachadura são geralmente limitadas.
2) Detecção por infravermelho.
A tecnologia de teste não destrutivo (NDT) por infravermelho é amplamente utilizada em diversos setores, incluindo equipamentos de energia, equipamentos petroquímicos, processamento mecânico, detecção de incêndios, análise de culturas e detecção de defeitos em materiais e componentes.
Uma das principais vantagens do NDT por infravermelho é que se trata de uma tecnologia de teste sem contato que é segura, confiável, inofensiva para os seres humanos e altamente sensível. Ela tem uma ampla faixa de detecção, velocidade rápida e não causa impacto no objeto que está sendo testado. Também possui uma alta resolução espacial em longas distâncias.
No entanto, também há algumas desvantagens a serem consideradas. A sensibilidade de detecção do infravermelho depende da emissividade térmica da peça de teste e pode ser afetada pela interferência da superfície e pela radiação de fundo. A resolução da amostra original é ruim, o que dificulta a medição precisa da forma, do tamanho e da posição dos defeitos, principalmente quando são pequenos ou estão profundamente enterrados.
Além disso, a interpretação dos resultados dos testes é complexa e requer padrões de referência, e os operadores precisam ser treinados para usar a tecnologia de forma eficaz.
3) Detecção holográfica a laser.
A detecção holográfica a laser é utilizada principalmente para a inspeção de várias estruturas, como estruturas alveolares, materiais compostos, carcaças de motores de foguetes sólidos, camadas de isolamento, camadas de revestimento e interfaces de grãos de propelente para detecção de defeitos. Ela também é usada para a avaliação da qualidade da junta de solda de placas de circuito impresso e para a detecção de rachaduras por fadiga em vasos de pressão.
Esse método oferece várias vantagens, incluindo a facilidade de uso, a alta sensibilidade, a ausência de requisitos especiais para o objeto testado e a capacidade de realizar análises quantitativas de defeitos.
Entretanto, uma de suas desvantagens é que os defeitos de descolamento profundamente enterrados só podem ser detectados quando a área de descolamento é substancial.
Além disso, a detecção holográfica a laser normalmente requer um ambiente de sala escura e medidas rigorosas de isolamento de vibração, o que a torna menos adequada para testes no local e possui certas limitações.
Com os avanços da ciência e da tecnologia, tem havido uma demanda crescente por métodos mais avançados de detecção de trincas em vários campos da engenharia, como maquinário, construção e produção de petróleo. Isso levou ao surgimento de novas tecnologias para a detecção de rachaduras.
O processamento de sinais e os testes não destrutivos de pulso eletromagnético (correntes parasitas) são duas das novas tecnologias eficazes e comumente usadas para detectar rachaduras. Esses métodos oferecem soluções eficientes e confiáveis para identificar rachaduras em várias aplicações.
Com o avanço da tecnologia de processamento de sinais, surgiram vários métodos de detecção de rachaduras baseados no processamento de sinais, incluindo métodos no domínio do tempo, no domínio da frequência e no domínio do tempo-frequência, como a transformada de Fourier, a transformada de Fourier de tempo curto, a distribuição de Wigner-Ville, a transformada de Hilbert-Huang (HHT) e a separação cega de fontes.
Desses métodos, a análise de wavelet é o mais amplamente utilizado e representativo.
Os métodos de identificação de rachaduras usando a análise de wavelet podem ser divididos em duas categorias:
① Método de análise de resposta no domínio do tempo:
Esse método inclui o uso dos pontos singulares do mapa de decomposição no domínio do tempo, a alteração dos coeficientes de wavelet e a alteração de energia após a decomposição de wavelet. O objetivo desse método é identificar o momento em que ocorre o dano por trinca.
② Método de análise baseado em resposta espacial:
Esse método usa a posição espacial do eixo espacial em vez do eixo de tempo do sinal de resposta no domínio do tempo para análise de wavelet, com a resposta no domínio espacial como entrada. Esse método permite a determinação da localização da rachadura.
Embora o método de wavelet em si só possa determinar o momento em que ocorre o dano ou o local do dano, o primeiro tem mais aplicações. Para identificar pequenas rachaduras, a análise de wavelet deve ser combinada com outros métodos.
A tecnologia eletromagnética combina várias funções, como detecção ultrassônica, imagem de corrente parasita, matriz de corrente parasita e detecção de corrente parasita pulsada para formar novas tecnologias avançadas para inspeção eletromagnética.
As tecnologias comuns de detecção de rachaduras incluem teste de corrente parasita pulsada, imagem térmica de corrente parasita pulsada, teste não destrutivo de sonda dupla usando corrente parasita pulsada e transdutor acústico eletromagnético (EMAT) e tecnologia de teste de memória magnética de metal.
O teste de corrente parasita pulsada envolve a excitação de uma bobina com uma corrente de pulso, a análise do sinal de resposta transitória no domínio do tempo induzido pela sonda de detecção e a detecção quantitativa de rachaduras por meio da seleção do valor de pico, do tempo de cruzamento zero e do tempo de pico do sinal.
Pesquisas realizadas por Yang Binfeng e outros na Universidade Nacional de Tecnologia de Defesa mostraram que as correntes parasitas pulsadas podem detectar quantitativamente rachaduras de diferentes profundidades com apenas uma varredura. Alguns pesquisadores usam bobinas harmônicas como uma tecnologia alternativa para testes de corrente parasita pulsada.
No entanto, o valor de pico do sinal de corrente parasita pulsada é facilmente afetado por outros fatores, como o efeito de elevação, e a capacidade de detecção da sonda de corrente parasita pulsada também pode afetar a detecção de trincas.
Os instrumentos de imagem de corrente parasita pulsada usam bobinas como sensores de inspeção, enquanto alguns usam sensores Hall. Nos últimos anos, os instrumentos de interferência superquântica começaram a ser usados no campo da inspeção não destrutiva.
A tecnologia de geração de imagens térmicas por correntes parasitas pulsadas elimina o efeito lift-off em outras detecções e garante resultados precisos de geração de imagens. Alguns pesquisadores usam feixes de laser YNG com um formato de feixe gaussiano na superfície de chapas metálicasO sistema de detecção de trincas ultrassônicas da KLM utiliza a tecnologia de detecção de corrente parasita pulsada e transdutor acústico eletromagnético. Eles identificam rachaduras detectando uma mudança repentina na forma de onda ultrassônica ou um aumento repentino nos componentes de frequência quando o feixe de laser irradia a rachadura.
As pesquisas atuais sobre detecção de trincas em fixadores se baseiam principalmente em métodos tradicionais. Para avançar na tecnologia de detecção e enfrentar os desafios da aplicação prática, o foco da identificação de danos por trincas está mudando para duas áreas principais: métodos de identificação estatística que levam em conta a incerteza e a detecção de microtrincas em fixadores.
A incerteza inerente à detecção de danos por trincas exige a aplicação de métodos de inferência estatística para lidar com problemas de identificação de sistemas. À medida que a pesquisa de identificação de danos progride, há uma ênfase cada vez maior nos métodos baseados na teoria estatística probabilística, especialmente em aplicações de identificação de sistemas e reconhecimento de padrões.
Embora existam vários métodos de detecção de microfissuras em fixadores, como a Tomografia Computadorizada Industrial (ICT) e a projeção ultrassônica a laser com aquecimento assistido por laser, cada um deles tem suas limitações. A detecção de microfissuras com base em ICT pode ter problemas com a qualidade da imagem e a resolução de detalhes quando o contraste do valor de cinza entre a fissura e o fundo é insuficiente. Além disso, definir com precisão a faixa espacial que contém todas as microfissuras usando o software VG Studio MAX continua sendo um desafio. O método de projeção ultrassônica a laser, embora promissor, é complexo de operar e inadequado para ambientes agressivos, o que indica a necessidade de mais refinamento.
À medida que os requisitos industriais evoluem com o desenvolvimento econômico, as demandas por métodos de detecção de trincas em fixadores estão se tornando cada vez mais rigorosas. Os futuros sistemas de detecção devem oferecer:
Para atender a essas demandas, estão sendo exploradas tecnologias emergentes, como algoritmos de aprendizado de máquina para reconhecimento de padrões, técnicas avançadas de testes não destrutivos (NDT), como ultrassom de matriz em fase, e novas tecnologias de sensores. A integração dessas tecnologias com métodos tradicionais pode levar a sistemas de detecção de trincas mais robustos e versáteis para fixadores em várias aplicações industriais.
Foram realizadas muitas pesquisas sobre a identificação de danos causados por trincas em fixadores, mas os métodos e indicadores atuais de identificação de danos estão limitados aos métodos tradicionais de detecção. Considerando o custo dos equipamentos de teste, o ambiente em que são usados e os fatores humanos, a detecção de múltiplas trincas e microtrincas em fixadores é uma área atual de interesse de pesquisa.
A direção do desenvolvimento da detecção de trincas em fixadores é obter um posicionamento rápido, uma quantificação precisa, melhorar a precisão e a confiabilidade da detecção e obter uma detecção rápida e eficaz de trincas.
Como fundador do MachineMFG, dediquei mais de uma década de minha carreira ao setor de metalurgia. Minha vasta experiência permitiu que eu me tornasse um especialista nas áreas de fabricação de chapas metálicas, usinagem, engenharia mecânica e máquinas-ferramentas para metais. Estou sempre pensando, lendo e escrevendo sobre esses assuntos, esforçando-me constantemente para permanecer na vanguarda do meu campo. Permita que meu conhecimento e experiência sejam um trunfo para sua empresa.
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