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洞见博客

Phased Array revela defeitos muito pequenos em soldas por fricção de placas de resfriamento a líquido

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Ferramenta de usinagem giratória de soldagem por fricção em um sistema automatizado soldando uma placa de aço

As placas de resfriamento a água são trocadores de calor que dissipam o calor através da fricção do líquido que flui pelas superfícies internas. Elas normalmente são usadas em componentes de potência ultra-alta que geram tanto calor que o resfriamento a ar é insuficiente. Por exemplo, a indústria de geração de energia as usa em geradores VAR estáticos (SVGs), a indústria automotiva as usa em baterias de veículos elétricos e a indústria de TI as coloca em compartimentos que abrigam grandes servidores.

A efetividade de uma placa de resfriamento a água depende da área de transferência de calor do líquido e da força de fricção. Diferentemente do resfriamento a ar, o resfriamento a água requer um canal de água para que o fluido circule. Esse canal de água deve ser completamente vedado para evitar que o fluido vaze e cause um curto-circuito em equipamentos elétricos.

Soldagem por fusão vs. Soldagem por fricção de ligas leves

As placas de resfriamento a água normalmente são fabricadas usando ligas de alumínio. Devido à sua fraca soldabilidade, se a soldagem por fusão tradicional for usada para vedar a placa de resfriamento a água, a solda ficará propensa a defeitos, tais como trincas térmicas, porosidade e inclusões de escória. Os soldadores precisam ter habilidades de soldagem por fusão e acabamento excelentes para produzir uma solda de alta qualidade. As altas temperaturas e fumaças tóxicas geradas pela soldagem por fusão também podem ser nocivas à saúde do soldador. A soldagem por fricção (FSW), que usa o aquecimento friccional de uma ferramenta giratória para soldar duas interfaces, oferece uma solução eficaz para esses problemas.

Comparada com a soldagem por fusão, as principais vantagens da FSW incluem:

  • Distorção de soldagem mínima
  • Melhores propriedades mecânicas do metal soldado
  • Não é necessário material de enchimento
  • Ambiente de trabalho mais limpo e seguro
  • Operação mais fácil
  • Remoção automática de escamações de óxido
  • Integração da ferramenta em soldagem automática e robótica mais fácil
  • Mais eficiente em ligas leves propensas a trincas

Pontos fracos da soldagem por fricção e a solução Phased Array

Apesar de suas muitas vantagens, a FSW também apresenta algumas limitações. Quando a FSW é usada em placas de resfriamento a água, é possível que ocorram defeitos mecânicos no cordão entre a placa de cobertura e a base. Esses defeitos geralmente ocorrem perto do ponto de fricção da ferramenta giratória, manifestando-se como cavidades minúsculas conhecidas como porosidade. Eles tendem a formar uma série quase contínua, mas não são fáceis de detectar.

Alt tag: A sonda Phased Array 10L64-FSW e o calço SFSW-N45S-WHC de solda por fricção especialidade da Olympus sendo usados para rastrear uma placa de resfriamento a água, ou placa de resfriamento a líquido

Sonda Olympus 10L64-FSW PA e calço de coluna de água SFSW-N45S-WHC sendo usados para rastrear uma soldagem por fricção em um bloco de calibração de placa de resfriamento a água (à esquerda) e a região de interesse indicada com linhas vermelhas (à direita)

A tecnologia de testes de ultrassom Phased Array (PAUT) consegue detectar defeitos muito pequenos na FSW. A solução aqui apresentada inclui o detector de defeitos OmniScan™ MX2 e uma sonda e calço Olympus otimizados para a inspeção de soldas por fricção. O detector de defeitos Phased Array OmniScan SX também pode ser usado com a mesma sonda e calço para obter esses resultados.

Detector de defeitos Phased Array OmniScan MX2 sendo usado para inspecionar a solda por fricção em uma placa de resfriamento a água usada para a troca de calor por líquido frio

Detector de defeitos OmniScan™ MX2 e sonda PA configurados para um rastreamento linear, pulsando 8 elementos simultaneamente com um incremento de 1 elemento, 64 elementos no total, para gerar uma onda de cisalhamento de 45 graus

Revelando resultados: analisando os dados das imagens Phased Array

A captura de tela abaixo de uma inspeção no software OmniPC™ mostra os resultados do rastreamento do bloco de calibração. Além da porosidade próxima da superfície, o software também revela a falta de fusão na junta vertical, indicando que não foi soldada corretamente.

Visualização da porosidade e da falta de fusão na soldagem por fricção, fornecida pelo detector de defeitos de testes de ultrassom Phased Array OmniScan MX2

A inspeção do outro lado do bloco de calibração mostra a superfície de fusão soldada cuidadosamente, sem defeitos visíveis, e o reflexo geométrico do canto acentuado.

Imagem de rastreamento na soldagem por fricção, fornecida pelo detector de defeitos de testes de ultrassom Phased Array OmniScan MX2

Os resultados da inspeção na placa de resfriamento a água em questão submetida aos testes são apresentados abaixo. É possível ver que existem defeitos em ambos os lados da solda por fricção, estendendo-se por todo o comprimento da peça.

Imagens de rastreamento dos defeitos detectados na soldagem por fricção, fornecidas pelo detector de defeitos de testes de ultrassom Phased Array OmniScan MX2

Imagens de falta de fusão e porosidade na FSW fáceis de interpretar

Usando a tecnologia de ultrassom Phased Array em combinação com as sondas e calços de soldagem por fricção especiais, conseguimos detectar claramente a porosidade visível e a falta de fusão invisível na superfície da junta de placas de resfriamento a água. As imagens de rastreamento adquiridas usando o detector de defeitos OmniScan MX2 (ou OmniScan SX) com suas várias exibições de dados é fácil de interpretar e reflete a condição real da peça inspecionada.

Detectores de defeitos Phased Array OmniScan MX2 e OmniScan SX

Detectores de defeitos Phased Array OmniScan MX2 (à esquerda) e OmniScan SX (à direita)

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Inspeção de soldas por fricção

Nota: Análise Phased Array de soldas por fricção

Substituição da radiografia pelo ultrassom Phased Array

NDT/ANI Technical Manager

Liu Pei joined Olympus in 2012 and is based in our Jiuxianqiao office in Beijing, China. He works with our sales and marketing teams to promote Olympus NDT product lines and provides technical support of our customers’ applications, including performing on-site demonstrations and training and assisting in application solution development

二月 23, 2021
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