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.