Teste de infravermelho não destrutivo de materiais - Infrared non-destructive testing of materials

A termografia ativa é um procedimento de teste não destrutivo avançado , que usa uma medição termográfica da resposta térmica de um material testado após sua excitação externa. Este princípio pode ser usado também para teste não destrutivo de infravermelho sem contato (IRNDT) de materiais .

O método IRNDT é baseado na excitação de um material testado por uma fonte externa, que traz alguma energia para o material. Lâmpadas de halogênio , lâmpadas de flash , buzina ultrassônica ou outras fontes podem ser usadas como fonte de excitação para o IRNDT. A excitação causa uma resposta térmica do material testado, que é medida por uma câmera infravermelha . É possível obter informações sobre os defeitos de superfície e sub-superfície do material testado ou não homogeneidade do material usando uma combinação adequada de fonte de excitação, procedimento de excitação, câmera infravermelha e método de avaliação.

Os modernos sistemas termográficos com câmeras IV de alta velocidade e alta sensibilidade ampliam as possibilidades do método de inspeção. A modularidade dos sistemas permite seu uso para aplicações de pesquisa e desenvolvimento, bem como em modernas linhas de produção industrial .

Os testes não destrutivos de termovisão de componentes podem ser realizados em uma ampla variedade de materiais. A inspeção termográfica do material pode ser considerada um método de defectoscopia infravermelha, que é capaz de revelar imperfeições do material, como rachaduras, defeitos, vazios, cavidades e outras não homogeneidades. O teste termográfico pode ser fornecido em componentes individuais em um laboratório ou diretamente nas instalações de tecnologia em serviço.

Introdução à termografia infravermelha

A termografia infravermelha (IR) é uma técnica de análise baseada na detecção de radiação na parte IR do espectro eletromagnético . De acordo com a lei de radiação de corpo negro, todos os objetos com temperatura superior a zero absoluto emitem radiação IV. O dispositivo que detecta e compõe uma imagem 2D da radiação infravermelha é geralmente chamado de câmera infravermelha ou termográfica, também conhecida como câmera infravermelha. O resultado do registro termográfico é uma imagem ou sequência, que corresponde à intensidade da radiação térmica do objeto registrado. A gravação é chamada de termograma . A intensidade da radiação térmica do objeto está diretamente conectada com a temperatura do objeto. O termograma é, portanto, uma imagem da distribuição da temperatura da superfície do objeto. A termografia IV é, na maioria dos casos, usada para medição sem contato da distribuição espacial e temporal dos campos de temperatura.

Esquema dos princípios e fatores que influenciam uma medição termográfica.

Propriedades

A termografia infravermelha tem uma série de vantagens - é uma medição sem contato, captura uma área (semelhante à câmera de vídeo clássica no espectro visível ) ou pode medir objetos em movimento ou girando, mesmo se os objetos tiverem uma temperatura muito alta. No entanto, a intensidade da radiação IR detectada pela câmera infravermelha não depende apenas da temperatura do objeto medido.

A principal desvantagem da termografia infravermelha é o fato de que o resultado é influenciado por uma série de fatores, como as propriedades termo-ópticas do objeto ( emissividade , transmissividade , refletividade ), temperatura ambiente, propriedades ambientais, etc. Especialmente o conhecimento da as propriedades ópticas do objeto medido são fundamentais para uma medição precisa da temperatura. A determinação dessas propriedades costuma ser uma tarefa complicada e requer experiência e o equipamento apropriado.

Classificação

A termografia pode ser classificada como qualitativa ou quantitativa e passiva ou ativa. A termografia qualitativa geralmente não requer uma medição precisa da temperatura. Ele apenas avalia as diferenças de temperatura entre componentes específicos, entre diferentes pontos no mesmo objeto ou entre o objeto medido e o fundo. A termografia qualitativa tem muitas aplicações importantes, por exemplo, diagnóstico de vazamentos térmicos, diagnóstico de componentes térmicos , busca de pessoas ou na medicina. Em contraste, o objetivo da termografia quantitativa é uma medição precisa da temperatura dos objetos inspecionados. O conhecimento das propriedades termo-ópticas dos objetos medidos é essencial neste caso. Além disso, as propriedades termo-ópticas muitas vezes dependem da temperatura e também é necessário levar em consideração a influência do ambiente.

As aplicações importantes da termografia quantitativa incluem o monitoramento da temperatura durante o processamento térmico ou a determinação das condições de contorno térmicas para simulações numéricas de processos térmicos.

Tanto a abordagem qualitativa quanto a quantitativa podem ser aplicadas em termos de termografia ativa ou passiva. Se a temperatura do objeto não é afetada artificialmente durante sua medição, é chamada de termografia passiva. Se uma excitação artificial usando uma fonte externa for aplicada no objeto medido, ela é chamada de termografia ativa. A excitação externa causa contrastes de temperatura associados à não homogeneidade do material ou à ocorrência de defeitos ou pode ser usada para identificação das propriedades do material. A termografia ativa é a importante técnica utilizada para encontrar defeitos em materiais, os chamados ensaios não destrutivos infravermelhos (IRNDT). A termografia ativa também pode ser aplicada para a determinação das propriedades térmicas do material.

Teste infravermelho não destrutivo (IRNDT)

Termografia ativa

Esquema do princípio da termografia ativa.

A termografia ativa usa uma fonte externa para a excitação do objeto medido, o que significa introduzir uma energia no objeto. As fontes de excitação podem ser classificadas pelos princípios:

Várias fontes de excitação podem ser usadas para a termografia ativa e testes não destrutivos, por exemplo, aquecimento a laser, lâmpadas de flash, lâmpadas de halogênio, aquecimento elétrico , buzina ultrassônica , correntes parasitas , microondas e outros. O objeto medido pode ser aquecido por uma fonte externa diretamente, por exemplo, por lâmpadas halógenas ou ar quente. A falta de homogeneidade ou defeitos do material causam então uma distorção do campo de temperatura. Essa distorção é detectada como diferenças de temperatura na superfície do material. Outra possibilidade é a utilização de processos termofísicos no material, quando a energia mecânica ou elétrica é transformada em energia térmica devido a defeitos e não homogeneidades. Ele cria fontes de temperatura locais, que causam diferenças de temperatura detectadas na superfície do objeto por técnicas de infravermelho. É o caso da excitação do ultrassom, por exemplo.

Métodos IRNDT

Muitos métodos foram desenvolvidos para termografia ativa para a avaliação de medição de teste não destrutivo. A seleção dos métodos de avaliação depende da aplicação, da fonte de excitação usada e do tipo de excitação (pulso, periódico, contínuo). No caso mais simples, a resposta é evidente a partir de um termograma diretamente. No entanto, é necessário usar técnicas de análise avançadas na maioria dos casos. Os métodos mais comuns incluem técnicas de avaliação de travamento, pulso ou transiente (termografia escalonada). A excitação contínua também pode ser usada em alguns casos.

  • Termografia Lock-In (método de excitação periódica). Uma fonte periódica modulada é usada para a excitação. A mudança de fase e amplitude do sinal medido são avaliados e a análise pode ser feita por várias técnicas. Lâmpadas halógenas, lâmpadas LED , excitação de ultrassom ou corrente elétrica são fontes de excitação adequadas. Tem a vantagem de poder ser utilizado em grandes superfícies e colocar uma baixa energia térmica na peça a ser inspecionada. A desvantagem é um tempo de medição mais longo e a dependência dos recursos de detecção em uma orientação geométrica de defeitos (exceto de uma excitação indireta, como ultrassom). O método Lock-In é adequado para testar componentes com baixa difusividade térmica e tem muitas modificações para várias aplicações específicas (como Lock-In Ref, Lock-In Online, etc.).
  • Termografia de pulso (método de pulso). Um pulso muito curto - geralmente em unidades de milissegundos - é usado para excitar o objeto. O processo de resfriamento é então analisado. Uma lâmpada de flash é normalmente usada como fonte de excitação. A vantagem deste método é a rapidez da análise e a possibilidade de estimar a profundidade dos defeitos. A desvantagem é uma profundidade limitada da análise, uma área limitada que pode ser inspecionada (no que diz respeito ao poder utilizável das fontes de excitação) e uma dependência das capacidades de detecção na orientação geométrica dos defeitos.
  • Termografia transiente (termografia em etapas, método de onda térmica). Em princípio, a excitação e avaliação são semelhantes à termografia de pulso, porém, a duração do pulso é muito maior. Fontes de excitação menos potentes são necessárias em comparação com a termografia de pulso. Portanto, é possível analisar áreas maiores e o tempo de medição é menor do que no caso da termografia Lock-In. Como na termografia de pulso, a sensibilidade do método é limitada pela orientação geométrica dos defeitos. As lâmpadas halógenas são a fonte de excitação adequada para este tipo de avaliação.
  • Excitação contínua. O método mais simples, utilizável apenas em aplicações especiais.

Uma câmera infravermelha resfriada de alta velocidade com alta sensibilidade é comumente usada para aplicações IRNDT. No entanto, uma câmera infravermelha bolométrica não resfriada pode ser usada para aplicações específicas. Pode reduzir significativamente os custos de aquisição do sistema de medição.

Os sistemas de testes não destrutivos IR são geralmente modulares. Isso significa que várias fontes de excitação podem ser combinadas com várias câmeras infravermelhas e vários métodos de avaliação, dependendo da aplicação, material testado, demandas de tempo de medição, tamanho de uma área testada, etc. A modularidade permite o uso universal do sistema para vários setores industriais, científicos e aplicações de pesquisa.

Exemplos de aplicação

O método IRNDT (teste não destrutivo de infravermelho) é adequado para detecção e inspeção de rachaduras, defeitos, cavidades, vazios e não homogeneidade no material, também é possível usar o método para inspeção de juntas soldadas de peças de metal e plástico, inspeção de painéis solares células e painéis solares , determinação da estrutura interna do material etc.

A principal vantagem do método IRNDT é a disponibilidade para inspeção de vários materiais em uma ampla variedade de aplicações industriais e de pesquisa. A medição IRNDT é rápida, não destrutiva e sem contato. A condição restritiva para o método IRNDT é a profundidade de inspeção combinada com a dimensão e orientação do defeito / fissura / não homogeneidade no material.

Análise IRNDT de pulso de uma amostra de demonstração

Demonstração da amostra testada e resultados da análise IRNDT.

A amostra de demonstração e calibração é feita de compósito epóxi de fibra de carbono . Existem seis orifícios de diferentes profundidades em um lado para simular defeitos em diferentes profundidades na faixa de 1 a 4 mm abaixo da superfície. A análise IRNDT é realizada do lado plano.

Os resultados da análise de pulso instantâneo mostram que os furos aparecem em diferentes intervalos de tempo da avaliação - de acordo com sua profundidade. Portanto, a análise de pulso instantâneo não apenas detecta a presença de defeitos, mas também determina sua profundidade sob a superfície se a difusividade térmica da amostra for conhecida.

Inspeção de peças de plástico soldadas a laser

Análise IRNDT de peças de plástico soldadas a laser com solda defeituosa e com solda correta.

A soldagem a laser de plásticos é uma tecnologia progressiva de conexão de materiais com diferentes propriedades ópticas. Os métodos clássicos para testar o desempenho da soldagem e a qualidade das juntas de solda - como a análise microscópica de corte metalográfica ou tomografia de raios-X - não são adequados para medições de rotina. A análise de IRNDT de pulso pode ser usada com sucesso para inspeção de solda em muitos casos.

As imagens mostram um exemplo de inspeção de peças plásticas com solda defeituosa e com solda correta. As lacunas na solda defeituosa e na linha de solda ininterrupta correta são bem visíveis nos resultados da análise de pulso instantâneo IRNDT.

Inspeção de juntas soldadas a laser

Avaliação IRNDT com uma indicação de imperfeições de solda e uma solda correta da junta sobreposta.

A soldagem por raio laser é uma tecnologia moderna de soldagem por fusão . Atualmente encontra seu amplo uso não só no campo da pesquisa científica, mas também se estabelece em uma variedade de indústrias. Entre os usuários mais frequentes está a indústria automotiva que, devido à sua inovação contínua e estável, permite a rápida implementação de tecnologias avançadas em sua produção. É claro que a soldagem a laser melhora significativamente os projetos de engenharia e, portanto, traz uma série de novos produtos que antes não podiam ser feitos por métodos convencionais.

A soldagem a laser pode produzir soldas de qualidade de diferentes tipos, tanto peças extremamente finas quanto grossas. Soldáveis ​​são aços carbono comuns , aços inoxidáveis , alumínio e suas ligas, cobre , titânio e, por último, mas não menos importante, materiais especiais e suas combinações.

Uma parte integrante da produção de soldagens é um controle de qualidade . Ao contrário dos métodos de teste não destrutivos convencionais, o IRNDT é usado não apenas após o processo de soldagem a laser, mas também durante o mesmo. Isso possibilita decidir se a soldagem atende ou não aos critérios de qualidade estabelecidos durante o processo de fabricação.

Referências

links externos