ELECTRÓNICA NO PROCESSO DE SOLDADURA FSW
O processo de soldadura fria
de metais, FSW, Friction
Stir Welding tem
suscitado o interesse de várias indústrias muito avançadas entre as quais se
destacam as indústrias aeronáutica e aeroespacial. (http://www.youtube.com/watch?v=uEvBf3zkjTg&feature=related).
INSPECÇÃO DE SOLDADURAS
Uma das técnicas para
verificar a qualidade das soldaduras metálicas não profundas, baseia-se na alteração
do padrão campo magnético superficial, que resulta da aplicação, através de uma
sonda, de um campo magnético externo, variável no tempo, e do campo que é
gerado pelas correntes eléctricas induzidas no material, junto da soldadura.
No Instituto Superior Técnico,
IST, têm sido desenvolvidas técnicas de ensaios não destrutivos de soldaduras
metálicas do tipo FSW. O Mestre Telmo Santos, aluno de doutoramento do e o seu
orientador, Prof. Pedro Silva do Departamento de Engenharia Mecânica, DEM, têm
desenvolvido novos tipos de sondas e de métodos de ensaio. No Departamento de
Engenharia Electrotécnica e Computadores, DEEC, também existe investigação
excelente, nesta área. A Profª Helena Ramos da área Científica de Electrónica,
é responsável pelo Projecto PTDC/EEA-ELC/66472, financiado pela FCT, que visa
investigar as técnicas de inspecção de fissuras por métodos não destrutivos
baseadas em correntes induzidas.
Normalmente o campo magnético
que excita a soldadura é gerado por uma bobina colocada sobre esta e usam-se
sensores magnéticos de estado sólido ou micro bobinas para detectar os campos
magnéticos circundantes. Esta sonda (gerador de campo + sensores) é deslocada
sobre a soldadura e é orientada segundo vários ângulos de rotação.
NOVO TIPO DE SONDA
Em vários contactos entre o
Mestre Telmo Santos e o Prof. Moisés Piedade do DEEC foram fabricadas no IST
Taguspark várias sondas magnéticas em circuito impresso flexível. Foram
posteriormente desenvolvidos novos tipos de sondas e novos métodos de geração
dos campos magnéticos (patente pendente). A ideia básica da patente consiste em
usar um ou vários filamentos de corrente em vez de bobinas, para gerar o campo
magnético de excitação da soldadura e alterar electronicamente a desfasassem e
as amplitudes das correntes desses filamentos, variando, assim a orientação do
campo magnético sem rodar a sonda. Com esta técnica podem produzir-se sondas
extremamente finas e flexíveis com vários agregados de sensores (bobinas)
impressos que podem ser muito úteis para inspeccionar soldaduras em tubos ou em
chapas de grandes dimensões.
PROVA DE UM CONCEITO
No IST Taguspark, foi
realizado por uma equipa constituída pelo Mestre Telmo Santos e os alunos de
Engenharia Electrónica Luís Rosado e João Graça e o Prof Moisés Piedade, um
protótipo do sistema electrónico excitador de 2 filamentos de corrente e o
sistema de pré processamento de sinais com 4 canais que é capaz de funcionar
entre 10 kHz e 2 MHz (ver figuras). O Mestre Telmo Santos vai usar este
sistema, conjuntamente com a mesa XY robotizada que realizou, nos ensaios não
destrutivos de soldaduras no Instituto GKSS, na Alemanha, na preparação de
trabalhos experimentais da sua tese de doutoramento.
Nas demonstrações e apresentações
que tem realizado o Mestre Telmo, em contactos com técnicos da AIRBUS, afirmou
que com a sua metodologia pode detectar falhas com dimensões inferiores a 50 um
como a que se mostra no corte da soldadura apresentada na Figura, ao lado
esquerdo da linha 152.6. Contrariamente ao que era esperado o efeito pelicular não
tem, nestas soldaduras, o efeito negativo esperado pelo que tem sido possível
realizar os ensaios com frequências de excitação de 2 MHz estando a preparar-se
ensaios em frequências ainda mais elevadas.
A AIRBUS, nas soldaduras FSW, usa
um sistema de detecção não destrutiva de falhas com um agregado de 16 sondas ultra-sons
(“Phased Array”) cujo limite é a detecção de
falhas com 200um de espessura. O Mestre Telmo regressa em Outubro a Portugal para fazer novas micro
bobinas e resolver o desafio de detectar defeitos com dimensões inferiores a
50um.
O processo de inspecção de
falhas pode recorrer a várias tecnologias: indução electromagnética, ultra-sons
e processamento de imagem. Com a tecnologia actual é possível desenvolver um
processador adaptado a funcionar com qualquer destas técnicas (em separado ou
em simultâneo).
NOVO TIPO DE PROCESSADOR
O
conceito das sondas multissensor planas requer a realização de um sistema
multicanal de geração de correntes e de processamento de sinais com elevada
capacidade de processamento de modo a ter uma elevada rapidez de teste de
soldaduras em ambiente industrial. A inspecção por ultra-sons ou por processamento
de imagem também tem requisitos específicos. O aluno de Eng.ª Electrónica do
IST Taguspark, Luis Rosado, vai desenvolver, na sua tese de mestrado, sob
orientação dos Profs. Moisés Piedade, Pedro Ramos e a
preciosa ajuda do Prof. Leonel de Sousa, esse processador, capaz de processar e
adquirir sinais de vários canais a 30 MHz. Partindo de um sistema comercial,
baseado numa FPGA e num DSP, associado a um PC, vão ser estudados os algoritmos
de processamento digital de sinal e de reconhecimento de padrões mais eficazes
para a resolução do problema. Posteriormente, nesta tese, será desenvolvido o
sistema electrónico que pode incluir na FPGA um processador dedicado capaz de
resolver todo o processamento necessário.
Nos
testes preliminares, com o sistema comercial de desenvolvimento de
processamento digital de sinal em FPGAs, o Luis
Rosado ilustrou o processo de desenvolvimento de um transmissor de radiocomunicações
(SDR “Software Defined Radio”) a funcionar nas bandas
de rádio amador com modulação AM, FM e SSB. A demonstração experimental foi
feita nas bandas dos 7 e 14 MHz, num congresso de radioamadores, numa apresentação sobre SDR (tecnologia
que vai revolucionar as radiocomunicações).
Assim
vai a ENGENHARIA ELECTRÓNICA, inovando.