AREVA NDE Solutions Aplicações da Câmera Fototérmica para Ensaios Não Destrutivos em Componentes Aeronáuticos S.W. Glass, Y. Caulier, AREVA NDE SOLUTIONS

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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

Photo-Thermal camera for aircraft components non-destructive testing – AREVA / DASSAULT- June the 6th - p.2Copyright AREVA - all rights reserved

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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


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)


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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