Os compósitos de polímero de fibra de carbono reforçado (carbon fiber reinforced polymer, CFRP) são materiais de plástico leves, porém fortes, que contêm fibras de carbono. Devido às suas excelentes propriedades mecânicas, os materiais de CFRP são usados em uma ampla variedade de peças fabricadas para os setores automotivo, aeroespacial e outros. À medida que mais peças de CFRP são produzidas, é importante encontrar processos de inspeção rápidos e eficazes.
Em um artigo publicado no programa da 19ª Conferência mundial de ensaios não destrutivos (World Conference on Nondestructive Testing, WCNDT), Jatzlau et al. constataram que o modo de ressonância do nosso detector de defeitos BondMaster™ consegue detectar de forma fácil, rápida e com bom custo-benefício as diferenças qualitativas na porosidade de peças automotivas fabricadas com CFRP.
O objetivo do estudo era examinar métodos de ensaios não destrutivos (nondestructive testing, NDT) de análise de ressonância acústica para identificar o método mais eficaz de controle de qualidade e inspeção de defeitos em peças de CFRP. Os experimentos realizados no estudo usaram amostras de CFRP com defeitos de danos por impacto, ondulação da fibra e porosidade. Os autores selecionaram o detector de defeitos BondMaster para identificar peças de CFRP com erros de fabricação, bem como danos durante a operação.
Os resultados do artigo concluíram que, "Em comparação com outros métodos de END, como ultrassom e termografia, a análise de ressonância acústica permite uma identificação simples e rápida de peças defeituosas, incluindo a localização aproximada do defeito. Posteriormente, as peças identificadas podem ser inspecionadas mais de perto usando instrumentos de teste mais complexos para examinar precisamente a localização, o tipo e o tamanho do defeito."
Para saber mais sobre o experimento e os resultados, leia o artigo completo aqui.
O papel dos componentes e estruturas adesivados no setor automotivo
Os componentes e estruturas adesivados se tornaram uma parte importante da fabricação no setor automotivo. A integridade e a confiabilidade das juntas são essenciais para produzir produtos finais de alta qualidade.
Os testes de ressonância conseguem detectar delaminações imediatamente. Este método também detecta muitos tipos de descolamentos (por exemplo, separação da parte interna e externa em estruturas de compósitos alveolados).
No entanto, a configuração e a operação dos testes de ressonância podem ser complicadas. Os testes requerem um acoplante líquido, o que dificulta o rastreamento da junta. O uso de acoplantes líquidos também não é permitido para alguns materiais e estruturas de compósitos devido à possível contaminação.
O instrumento BondMaster 600 oferece métodos de testes de juntas que não requerem acoplantes, como o pitch-catch e a análise de impedância mecânica (mechanical impedance analysis, MIA). O método de inspeção por ressonância, disponível no modelo BondMaster 600M, é especialmente eficiente na detecção de delaminações e descolamentos em uma variedade de estruturas de compósitos. Ele funciona melhor em compósitos de camada fina.
Testes de juntas adesivadas no modo de ressonância: como funciona
O método de ressonância utiliza sondas especiais de contato ultrassônico com largura de banda estreita. O método é baseado na mudança na impedância do transdutor ultrassônico high-Q com ressonância acentuada quando acoplado acusticamente a um material. A impedância elétrica medida do transdutor é afetada pela impedância acústica da amostra de teste. A impedância acústica em um compósito específico é alterada por qualquer falta de união.
Um descolamento age como uma placa fina que vibra, gerando uma onda estacionária quando a espessura é igual a múltiplos de números ímpares (1, 3, 5 etc.) do comprimento da onda acústica na placa.
Para um comprimento de onda: l = v/f, onde v = velocidade do som no material e f é a frequência de ressonância. Quanto mais fina for a camada, maior será a frequência de ressonância.
A Figura 1 abaixo mostra um transdutor de ressonância acoplado a uma amostra em uma junta descolada e a onda estacionária resultante.
Figura 1. Onda estacionária ressonante em uma placa fina ou junta descolada.
Para a impedância acústica: Z = rVtanh[a +i(ß +kt)], onde a é a constante de refletividade, ß é a alteração de fase, t é a espessura da placa e k é o número da onda.
Em uma junta adesivada, as mudanças na espessura efetiva causada pelo descolamento afetam significativamente a fase e a amplitude do sinal na frequência de ressonância do transdutor. Em uma junta com várias camadas, a fase está relacionada à profundidade da camada descolada, conforme mostrado na Figura 2.
Figura 2. Teste de descolamento de várias camadas.
O detector de defeitos BondMaster 600M informará automaticamente a frequência de ressonância do transdutor no ar rastreando uma faixa de frequência e localizando a fase nula.
Em seguida, o instrumento operará nessa frequência. A Figura 3 ilustra a operação correta da sonda.
Figura 3. O instrumento BondMaster 600M rastreia a faixa de frequência de uma sonda e exibe as características de ressonância da sonda. A confirmação da frequência de ressonância confirma a operação correta da sonda.
O acoplamento da sonda a uma peça feita com compósitos faz com que a peça atue como um membro amortecedor, reduzindo a amplitude e aumentando a largura de banda do transdutor, bem como alterando a frequência de ressonância. A sonda aparece nula na área da junta ideal/sem defeitos, como é possível ver na Figura 4 abaixo.
Figura 4. A sonda aparece nula na área da junta ideal/sem defeitos. 22
Quando há um defeito como uma delaminação, o defeito alterará a frequência de ressonância da sonda, alterando consequentemente a posição do vetor exibida na tela. A fase é indicada pelo 0 do vetor e a amplitude A pela distância do ponto nulo central. Os sinais na tela aparecerão conforme mostrado na Figura 5 abaixo.
Figura 5. Exemplo da detecção de uma delaminação no instrumento BondMaster 600M. 26
A frequência da sonda é escolhida com base na espessura da camada externa e no tipo de material. Para uma sensibilidade ideal em relação aos descolamentos, quanto mais fina for a camada, maior deverá ser a frequência da sonda.
A frequência da sonda deve ser proporcional à impedância acústica da camada. Materiais como grafite ou fibra de vidro, com baixa impedância (Z = rV, onde Z é a impedância, r é a densidade e V é a velocidade das ondas de som no material), requerem sondas de frequência mais baixa do que materiais com camadas externas de metal.
As frequências na faixa de 35–350 kHz são úteis para a maioria dos testes de juntas, com as frequências mais altas sendo usadas para camadas mais finas ou metálicas.
Inspeção fácil de compósitos laminados usando os testes de juntas
Um operador usa o detector de defeitos BondMaster 600 no modo de ressonância para inspecionar o material feito com compósitos.
O detector de defeitos BondMaster 600M está programado para uma variedade de métodos de inspeções padrão, incluindo pitch-catch RF, pulso pitch-catch, varredura pitch-catch, ressonância, assim como o método aperfeiçoado de análise de impedância mecânica (MIA). O modo de ressonância do detector de defeitos BondMaster 600M mede as mudanças na fase e amplitude da onda propagada/estacionária na sonda. As sondas de ressonância são transdutores de contato de banda estreita, e as mudanças na impedância no cristal da sonda são representadas na tela X-Y do detector de defeitos BondMaster 600M.
O modo de ressonância é uma forma muito simples e confiável de detectar a delaminação. Frequentemente, a profundidade da delaminação pode ser estimada a partir da rotação da fase do sinal. O modo de ressonância do BondMaster 600M é extremamente fácil de ser operado, em grande parte, devido às suas pré-configurações para aplicações de compósitos laminados.
Integre facilmente os testes de juntas em sistemas automatizados de alta velocidade
De forma semelhante ao detector de defeitos por corrente parasita NORTEC™ 600, o detector de defeitos BondMaster 600 pode ser combinado de forma fácil e intuitiva a sistemas de inspeção integrados e é projetado para ter um desempenho consistente em ambientes industriais.
Saiba mais sobre os testes de juntas em nossa nota técnica ou entre em contato conosco para agendar uma demonstração presencial ou virtual.
Conteúdo relacionado
Testes de juntas adesivadas multimodo
Soluções para inspeção de compósitos
Entrar em contato
