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Aplicações da Câmera Fototérmica para Ensaios Não Destrutivos em Componentes Aeronáuticos
S.W. Glass, Y. Caulier, AREVA NDE SOLUTIONSMarc Dessendre , Hervé TrétoutDASSAULT AVIATION11/11/14, SAMPE 2014 - Brasil
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Apresentação de Ensaio de Câmera Fototérmica
Descrição dos processos de END competentes incluindo limitações
Solução proposta Princípio da técnica
Bancada de laboratório de Camera Fototérmica (PTC)
Descrição do estudo Setup, corpo de prova representando as estruturas das asas.
Resultados dos exames
Conclusões e perspectivas
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Atual processo de END em componentes-alvo
Componentes (Foco na Dassault Aviation) Estruturas da asa do avião Falcon
Exame da superfície externa e de algumas superfícies internas
Métodos de END anteriormente utilizados Líquido penetrante em 100% das estruturas
Defeitos alvo: Comprimento: 1.0 mm ; Profundidade: 0.5 mm Largura: - 0.1 mm
Eddy-current em superfícies externas Defeitos alvo: Comprimento: -1.0 mm ; Profundidade: -0.5 mm Largura: - 0.1 mm
Estrutura de asa F7X (Comprimeto: 14 m ; Largura 3 m)
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Atuais limitações de END e meta de evoluções
Limitações atuais O Líquido Penetrante aumenta o custo e o tempo de fabricação
Transporte para o local de inspeção (risco de impacto e colisão) e instalação adicional para o ensaio
Os químicos de LP aumentam a suscetibilidade de corrosão e o desafio de descarte ambiental.
ET é desafiado por estruturas e curvaturas complexas, e cantos.
Metas evolutivas Inspeção dentro da unidade de produção – preferencialmente sem
instalação adicional
Método de inspeção automatizada que pode ser complementar ao Eddy Current.
A câmera fototérmica é parte da solução?
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Inspected
Material
Crack
Fiber optics
Thermal wave
C-scan (photothermal image)of a 30µm wide crack
infrared
detectorLaser line
EXCITATION
Laser Photothermal Camera
Scanning direction
Bi-polar signal of a crack
Princípio operacional da Câmera Fototérmica
• Excitação térmica: Linha direta por “Flying Spot” (laser classe 3)
• Câmera IR rastreia ondas de propagação térmica.
• O acúmulo de calor em frente a trincas e o processamento da imagens acentua a resposta de trincas
• A apresentação visual dos resultados de inspeção é de fácil entendimento
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Câmera Fototérmica AREVA (CPA)
Vantagens: Rugosidade das superfícies: Ra de 1.6 até 12.5 com pouca
ou nenhuma limpeza
Operação sem contato de 0.1 m a 2 m de distância do componente a ser inspecionado
Boa correlação com o LP
Maior tolerância que o LP à irregularidades na superfície
Controle em superfícies de difícil acesso Sem contato com a superfície Grande profundidade de campo Grande variação de ângulo óptico (>+/- 40 graus)
Método pode ser automatizado (adaptado a um robô)
Testes complementares são comparativos
Desvantagens Uso de laser inseguro para visão - exige EPI
Custo do sistema
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Correlação do CPA com LP
Exemplos de resultados Soldas
Trincas
2
1
Líquido penetrante
Câmera Fototérmica
Câmera Fototérmica
Líquido penetrante
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CPA Correlação do CPA com LP e ET
Exemplos de resultados Inconel 718: 500 x 70 mm
2 trincas: comprimento = 1 e 2 mm(perto do furo)
Câmera Fototérmica
Eddy current
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Inspeção de CPA em Roda Hidroelétrica PELTON
Previamente este ensaio foi feito com PM. O tratamento prévio de dureza da superfície aumentou a vida útil da roda, porém comprometeu o ensaio de END com PM.
Ensaios realizados em 2011 mostraram que a termografia ativa (excitação do laser) permitiu a detecção e caracterização de trincas sub-superficiais em superfícies tratadas com dureza.
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Componentes Câmera Fototérmica com
seu sensor infravermelhor e a laser
Sistema de geração de laser (fibra ótica)
Software Calibração da câmera e
aquisição de imagens
Tratamento e análise de imagens
Componentes do Sistema CPA
Image acquisition
Camera calibration
Image pretreatment
Image analysis
Laser and optical fiber
PhotoThermal Camera
Complete prototype
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PTPT
PhotoThermal PhotoThermal cameracamera
PhotoThermal camera + periscope
CPA END de acesso a superfícies desafiadoras
Detecção de trincas dentro de tubos soldados Corpo de prova: aço inoxidável, Ø387mm
Trincas por fadigas térmicas dentro de soldas circunferenciais
Mesmos resultados de detecção (sensitividade) que o LP, porém sem contato
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Bancada de laboratório de testes CPAPrincipais parâmetros da Câmera
Energia: 30 - 50 W
Distância de Trabalho: 400 - 600 mm
Velocidade de escaneamento do laser: 6 - 50 mm/s
Orientação: 0 - 10 graus
(ângulo entre o normal da superfície e o eixo ótico da camera)
Fora do ambiente de bancada conseguiu-se bons resultados até 40 Graus e distancia de trabalho de mais de 3 metros
Objetivo do ensaio Detecção de todas as indicações sem alarme falso
Inspeção de geometrias complexas
Medição do comprimento das indicações e comparação com os comprimentos reais
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Corpos de prova de estruturas de asas
Corpos de prova e defeitos associados4 ranhuras EDM : 1 x 0,1 x (0,5-0,8) [comprimento x largura
x profundidade em mm]
Localizadas no fundo das diversas cavidades com diferetentes estagios de comprimento/profundidade em aluminio
5 ranhuras EDM: 1 x 0,1 x 0,5 [c x l x p mm]
Localizadas em cantos
As superfícies eram todas jateadas
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29x594 pixels (15x24 mm²) 29x995 pixels (15x41 mm²) 29x596 pixels (15x24 mm²)
Resultados dos Ensaios
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Estudo quantitativo Medição dos sinais térmicos
Ranhuras Nível do sinal: 300 à 1.400 níveis de cinza
Nível de ruído: < 10% do sinal
Geometria de sinal: bi-polar
Comprimento real: 1 à 1,5 mm (comprimentos reais: 1 mm)
Efeito do jateamento Nível do sinal: 1.500 à 2.000 níveis de cinza
Nível de ruído: < 10% do sinal
Geometria de sinal: multi-polar
Sinais / indicações medidas
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Conclusão e perspectivas
Ensaios com a Câmera Fototérmica Aperfeiçoamento de todos os defeitos: 5+4 ranhuras
100% de identificação baseada em boa SNR caracteristica de geometria bipolar
Detecção de anomalias situadas em superfícies de difícil acesso
Alguma influência do jateamento foi observada, porém as descontinuidades ainda são rapidamente detectáveis.
Próximos passos: industrialização e automação de processo Os aperfeiçoamentos técnicos necessários foram identificados
Desenvolvimento de um novo protótipo (projeto em curso)
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Avaliação da Técnica
Propriedades/Ambiente LP PM ET UT CPA
Técnica de aprovação de campo = = = = -
Geometrias complexas + + - - +
Adaptação a materiais não ferrosos + - + + +
Sensibilidade a superfícies rugosas - - - - +
Pode ser executado sem contato - - - - +
Requer limpeza pré-inspeção - - + - +
Adaptação a superfícies quentes>250 C - - + - +
Ambiente/Tóxico/Corr Resíduo - - + - +
Segurança do trabalhador (with EPI) - - + + +
Adaptável/Fácil automação - - + + +
Display de fácil entendimento + + - - +
Detecção de defeitos subsuperficiais - - + + +
Custo do equipamento/setup + + - - -
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Note