Este artigo fornece um resumo do estado atual das tecnologias de detecção de crack, incluindo suas vantagens e limitações, bem como tópicos importantes e direções de desenvolvimento futuro. Ele é baseado em métodos existentes de detecção de trincas em fixadores, com foco na análise wavelet e testes não destrutivos de pulso eletromagnético.
Os fixadores são amplamente utilizados em vários campos da engenharia, como máquinas, construção, pontes e produção de petróleo. Como componente básico de grandes estruturas, os fixadores são suscetíveis a vários defeitos, incluindo rachaduras, corrosão, buracos e danos induzidos pelo homem durante a operação.
Os defeitos de fissuras representam uma ameaça significativa à segurança e confiabilidade de estruturas e instituições, tornando a detecção de fissuras um aspecto essencial da avaliação estrutural. A detecção de fissuras envolve a identificação e avaliação de fissuras em estruturas mecânicas para determinar sua localização e extensão.
Com o avanço da fabricação de máquinas modernas, da eletrônica e da tecnologia de informática, os testes não destrutivos (END) melhoraram significativamente, levando ao desenvolvimento de técnicas avançadas de detecção de trincas.
Este artigo fornece uma visão geral dos métodos tradicionais de detecção de trincas e enfoca os métodos modernos de END baseados na análise de wavelets e pulsos eletromagnéticos (correntes parasitas). Além disso, destaca os tópicos atuais e as direções de desenvolvimento futuro em técnicas de detecção de trincas para fixadores.
1. Método tradicional de detecção de rachaduras
Existem inúmeras técnicas tradicionais de detecção de fissuras, 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 infravermelhos e testes holográficos a laser.
(1) Métodos de teste de rotina
Atualmente, os métodos de teste convencionais são amplamente utilizados para detecção simples de trincas em áreas de engenharia, como máquinas, construção e produção de petróleo. Os métodos utilizados variam dependendo da instituição.
Por exemplo, o teste ultrassônico é usado principalmente para inspecionar placas metálicas, tubos, barras, peças fundidas, forjadas e soldas, bem como estruturas de concreto, como pontes e construções habitacionais. O teste de raios X é usado principalmente para inspecionar peças fundidas e soldas em indústrias como máquinas, armas, construção naval, eletrônica, aeroespacial, petroquímica e outras. 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, soldagens, peças de metalurgia do pó e produtos de metais ferrosos e não ferrosos 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 trincas em fixadores, testes ultrassônicos e detecção de correntes parasitas podem ser usados. Por exemplo, um estudo experimental encontrou os melhores parâmetros de detecção de correntes parasitas para pequenas trincas em fixadores. Os resultados do estudo mostraram que os melhores parâmetros de detecção tiveram uma relação linear entre os parâmetros de detecção de correntes parasitas 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 correntes parasitas para fixadores externos . No entanto, a detecção de correntes parasitas tem mais fatores de interferência e requer técnicas especiais de processamento de sinal.
Outro método usado para detecção de trincas é o método de detecção de trincas na estrutura do espectro de energia de propagação de ondas Lamb, que é conhecido por sua forte capacidade de penetração, alta sensibilidade, velocidade e conveniência. No entanto, tem limitações, como pontos cegos e bloqueios, que podem resultar em fissuras fechadas perdidas. O método também é desafiador para caracterizar os defeitos encontrados quantitativa e qualitativamente.
Para a maioria dos fixadores, são usados testes de partículas magnéticas e métodos de detecção de falhas fluorescentes. Esses métodos são relativamente eficientes, mas consomem mão de obra e recursos materiais e podem causar danos à saúde humana. Além disso, as inspeções perdidas ocorrem frequentemente devido a fatores humanos.
(2) Métodos de teste não convencionais
Quando os métodos de teste convencionais não conseguem detectar fissuras nos fixadores, métodos de teste não convencionais podem ser empregados como alternativa.
Três métodos não convencionais de detecção de trincas comumente usados incluem:
1) Tecnologia de emissão acústica.
A tecnologia de emissão acústica é amplamente reconhecida como o método mais avançado para detecção de trincas em equipamentos que suportam pressão. Tem sido utilizado com sucesso na avaliação de segurança de vasos de pressão e dutos, bem como na detecção de trincas em materiais aeroespaciais e compósitos. 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 que ela é um método de detecção dinâmico, usando a energia emitida pelo objeto que está sendo testado, em vez de equipamentos externos de testes não destrutivos, como testes ultrassônicos ou radiográficos. Isto o torna altamente sensível a defeitos e capaz de detectar e avaliar o estado de defeitos ativos em toda a estrutura.
No entanto, também existem algumas desvantagens a serem consideradas. A detecção de emissões acústicas é muito afetada pelo material que está sendo testado e pode ser interrompida por ruídos elétricos e mecânicos no ambiente de teste. Além disso, a precisão da detecção pode ser limitada pela baixa precisão de posicionamento, e a informação obtida a partir da identificação de fissuras é frequentemente limitada.
2) Detecção infravermelha.
A tecnologia de testes não destrutivos infravermelhos (NDT) é amplamente utilizada em uma variedade de indústrias, incluindo equipamentos de energia, equipamentos petroquímicos, processamento mecânico, detecção de incêndio, análise de colheitas e detecção de defeitos em materiais e componentes.
Uma das principais vantagens do END infravermelho é que ele é uma tecnologia de teste sem contato que é segura, confiável, inofensiva para os seres humanos e altamente sensível. Possui amplo alcance de detecção, velocidade rápida e não afeta o objeto que está sendo testado. Ele também possui uma alta resolução espacial em longas distâncias.
No entanto, também existem 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 pobre, tornando difícil medir com precisão a forma, o tamanho e a posição dos defeitos, especialmente quando são pequenos ou 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 em favo de mel, materiais compósitos, carcaças de motores de foguetes sólidos, camadas de isolamento, camadas de revestimento e interfaces de grãos propulsores para detecção de defeitos. Também é utilizado para avaliação da qualidade das juntas de solda de placas de circuito impresso e detecção de trincas por fadiga em vasos de pressão.
Este método oferece diversas vantagens, incluindo facilidade de uso, alta sensibilidade, sem requisitos especiais para o objeto testado e a capacidade de realizar análises quantitativas de defeitos.
No entanto, uma das suas desvantagens é que 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 escuro e medidas rigorosas de isolamento de vibração, tornando-a menos adequada para testes no local e possuindo certas limitações.
2. Novas tecnologias modernas de detecção de fissuras
Com os avanços na ciência e na tecnologia, tem havido uma demanda crescente por métodos mais avançados de detecção de fissuras em vários campos da engenharia, como máquinas, construção e produção de petróleo. Isto levou ao surgimento de novas tecnologias para detecção de fissuras.
Processamento de sinal e testes não destrutivos de pulso eletromagnético (corrente parasita) são duas das novas tecnologias comumente usadas e eficazes para detecção de trincas. Esses métodos oferecem soluções eficientes e confiáveis para identificação de trincas em diversas aplicações.
(1) Método de detecção de fissuras baseado na análise wavelet
Com o avanço da tecnologia de processamento de sinal, surgiram vários métodos de detecção de trincas baseados no processamento de sinal, incluindo métodos de domínio de tempo, domínio de frequência e domínio de frequência de tempo, como transformada de Fourier, transformada de Fourier de curto prazo, distribuição de Wigner-Ville. , transformada de Hilbert-Huang (HHT) e separação cega de fontes.
Destes métodos, a análise wavelet é o mais amplamente utilizado e representativo.
Os métodos de identificação de fissuras usando análise wavelet podem ser divididos em duas categorias:
① Método de análise de resposta no domínio do tempo:
Este método inclui o uso dos pontos singulares do mapa de decomposição no domínio do tempo, a mudança dos coeficientes wavelet e a mudança de energia após a decomposição wavelet. O objetivo deste método é identificar o momento em que ocorre o dano por fissura.
② Método de análise baseada em resposta espacial:
Este método usa a posição espacial do eixo espacial em vez do eixo do tempo do sinal de resposta no domínio do tempo para análise de wavelet, com a resposta no domínio espacial como entrada. Este método permite determinar a localização da fissura.
Embora o método wavelet em si só possa determinar o momento em que ocorre o dano ou a localização do dano, o primeiro tem mais aplicações. Para identificar pequenas fissuras, a análise wavelet deve ser combinada com outros métodos.
(2) Teste não destrutivo de pulso eletromagnético (corrente parasita)
A tecnologia eletromagnética combina múltiplas funções, como detecção ultrassônica, imagem por correntes parasitas, matriz de correntes parasitas e detecção de correntes parasitas pulsadas 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, testes não destrutivos de sonda dupla usando corrente parasita pulsada e transdutor acústico eletromagnético (EMAT) e tecnologia de teste de memória magnética metálica.
O teste de corrente parasita pulsada envolve excitar uma bobina com uma corrente de pulso, analisar o sinal de resposta transitória no domínio do tempo induzido pela sonda de detecção e detectar quantitativamente rachaduras selecionando o valor de pico, o tempo de cruzamento zero e o tempo de pico do sinal.
Uma pesquisa de Yang Binfeng e outros da Universidade Nacional de Tecnologia de Defesa mostrou que a corrente parasita pulsada pode detectar quantitativamente rachaduras de diferentes profundidades com apenas uma varredura. Alguns pesquisadores usam bobinas harmônicas como uma tecnologia alternativa para testes de correntes parasitas pulsadas.
No entanto, o valor de pico do sinal de corrente parasita pulsada é facilmente afetado por outros fatores, como o efeito de levantamento e a capacidade de detecção da sonda de corrente parasita pulsada também pode afetar a detecção de trincas.
Os instrumentos de imagem por correntes parasitas pulsadas usam bobinas como sensores de inspeção, enquanto alguns usam sensores Hall. Nos últimos anos, instrumentos de interferência superquântica começaram a ser utilizados no campo da inspeção não destrutiva.
A tecnologia de imagem térmica por corrente parasita pulsada elimina o efeito lift-off em outras detecções e garante resultados de imagem precisos. Alguns pesquisadores usam feixes de laser YNG com formato de feixe gaussiano na superfície de chapas metálicas, usando corrente parasita pulsada e tecnologia de detecção de transdutor acústico eletromagnético. Eles identificam fissuras detectando uma mudança repentina na forma de onda ultrassônica ou um aumento repentino nos componentes de frequência quando o feixe de laser irradia a fissura.
3. Pontos críticos para pesquisa de crack
Atualmente, a pesquisa sobre detecção de trincas em fixadores está limitada aos métodos tradicionais de detecção. A fim de avançar a tecnologia de detecção e resolver problemas práticos de aplicação, o foco da identificação de danos por fissuras está principalmente em dois aspectos: métodos de identificação estatística que consideram o impacto da incerteza e a identificação de microfissuras em fixadores.
A incerteza da detecção de danos por fissuras requer o uso de métodos de inferência estatística para resolver o problema de identificação do sistema. Com o avanço da pesquisa de identificação de danos, o estudo de métodos de identificação de danos baseados na teoria estatística probabilística se aprofundou, sendo as principais áreas de aplicação atuais a identificação de sistemas e o reconhecimento de padrões.
Atualmente existem métodos para detectar microfissuras em fixadores, como detecção de microfissuras baseada em tecnologia ICT e fundição ultrassônica a laser baseada em aquecimento assistido por laser, mas ambos têm limitações. Por exemplo, a detecção de microfissuras baseada na tecnologia TIC pode ter dificuldades para distinguir detalhes se o valor de cinza na imagem coletada não for muito diferente do valor de cinza de fundo, afetando a qualidade da imagem e dificultando a aquisição da imagem. Além disso, é incerto extrair a faixa espacial contendo todas as microfissuras ao usar o software VG Studio MAX. A limitação do método de aquecimento assistido por laser baseado na projeção ultrassônica a laser é que ele é complicado de operar e não pode ser usado em ambientes agressivos, por isso ainda precisa de mais desenvolvimento.
À medida que a economia social continua a desenvolver-se, os requisitos para métodos de detecção de fissuras em fixadores tornam-se cada vez mais exigentes. Esses métodos devem atender às necessidades de detecção on-line em tempo real, ser altamente sensíveis, simples de operar e resistentes a interferências externas, além de serem capazes de funcionar em ambientes agressivos. Eles também devem detectar com rapidez e precisão a localização, tamanho, largura, profundidade e tendência de desenvolvimento de fissuras, exibir resultados de testes em imagens que possam ser analisadas e oferecer velocidade de detecção rápida, alta eficiência e resultados intuitivos.
4. Conclusão
Extensas pesquisas foram conduzidas sobre a identificação de danos por trincas em fixadores, mas os atuais métodos e indicadores de identificação de danos são limitados aos métodos tradicionais de detecção. Dado o custo dos equipamentos de teste, o ambiente em que são utilizados e os fatores humanos, a detecção de múltiplas fissuras e microfissuras em fixadores é uma área atual de interesse de pesquisa.
A direção de desenvolvimento da detecção de trincas em fixadores é obter posicionamento rápido, quantificação precisa, melhorar a precisão e confiabilidade da detecção e obter detecção de trincas rápida e eficaz.
