A Termografia

Efeito de inclusões não magnéticas em amostras magnéticos com
sensibilidade de detecção de defeitos usando termografia infravermelha ativa

B.B. Lahiri, S. Bagavathiappan, Libins T. Sebastian, John Philip, T. Jayakumar

Resumo

Estudamos o efeito de inclusões não-magnéticas nas regiões defeituosas na detecção de defeitos usando termografia infravermelha assistida por campo magnético alternado. O efeito das inclusões nos perfis de temperatura da superfície resultantes em torno das regiões defeituosas é monitorado utilizando termografia por infravermelhos sob a excitação magnética. Quatro amostras de aço macio com ranhuras retangulares simuladas de profundidades de 8.0, 3.3, 3.0 e 5.0 mm, preenchidas com três inclusões não magnéticas diferentes, sejam argila, graxa e cera são estudados. Sob uma excitação de campo magnético alternada, a corrente parasita induzida nas amostras de aço macio produz o aquecimento Joule nas superfícies, que é monitorado sem contato. Como as inclusões não-magnéticas atuam como um isolante térmico para o aquecimento induzido por magnetização alternada, um contraste térmico claro nos limites do defeito é visto. As regiões defeituosas são claramente discerníveis das imagens térmicas e as larguras dos defeitos são estimadas a partir dos perfis horizontais de temperatura. Observa-se que a diferença de temperatura entre as regiões defeituosas e livres de defeitos diminui inicialmente com o tempo a um certo tempo (chamado tempo de inversão) e além disso, a diferença de temperatura aumenta com o tempo para defeitos preenchidos com graxa e argila. A diferença de temperatura máxima entre as regiões defeituosas e livres de defeitos diminui com a profundidade do defeito devido ao vazamento do fluxo magnético das regiões defeituosas. A taxa de queda de temperatura normalizada, determinada a partir dos lados cegos das amostras, é diminuida com a profundidade do defeito. A sensibilidade do procedimento de estimativa de profundidade é maior para inclusões com menores valores de difusividade térmica. Este estudo mostra a eficácia do procedimento de aquecimento alternado induzido por campo magnético de baixa frequência para a detecção de defeitos preenchidos com inclusões não-magnéticas em amostras magnéticos usando termografia infravermelha ativa.

1. Introdução

O aço carbono puro é utilizado para a laje do protótipo do reator reprodutor rápido (PFBR) [1]. Também é considerado como um candidato potencial para a construção de embarcações de segurança de futuros reatores reprodutores. O aço doce é amplamente utilizado em indústrias como a elétrica, a
de gasodutos, construção e transporte [2,3]. Para evitar acidentes catastróficos devido à falha prematura dos componentes fabricados durante a fabricação ou em serviço, técnicas de avaliação não destrutiva (NDE) estão sendo usadas. Para componentes magnéticos como carbono e aços suaves, o vazamento de fluxo magnético (MFL) é uma das técnicas de END mais utilizadas [4-6]. A termografia por infravermelho (IRT) é ainda outra técnica de END, onde as mudanças de temperatura de um objeto são medidas de maneira sem contato, onde a

[pic 1]

medição de raios infravermelhos emitidos a partir da superfície do objeto são verificadas usando uma câmera infravermelha [7,8]. A temperatura do objeto é determinada a partir da intensidade da radiação emitida usando a lei de Stefan-Boltzmann, que é descrita abaixo [8].

[pic 2]

Aqui, q é a taxa de emissão de energia (W), A é a área superficial da superfície emissora (m2), T é a temperatura absoluta (K), ơ é a constante de Stefan-Boltzmann (r = 5.676 x 10-8 Wm-2 K-4) e ɛ é a emissividade da superfície. Para um corpo preto perfeito, ɛ = 1 e para superfícies reais, ɛ < 1. Para a termografia ativa, é utilizada a estimulação térmica externa, enquanto que, para a termografia passiva, não é utilizado aquecimento externo. Discussões detalhadas sobre vários procedimentos experimentais baseados em IRT, técnicas de análise de dados e inúmeras aplicações podem ser encontradas em outros lugares [8-13].

Recentemente, demonstramos uma nova metodologia ativa de detecção de defeitos baseada em IRT para amostras ferromagnéticas usando aquecimento induzido por campo magnético de baixa frequência (50 Hz) [14]. Nossos resultados indicaram uma diferença de temperatura entre o defeito e as regiões livres de defeitos que decaíram exponencialmente com a profundidade do defeito, o que foi atribuído à redução no aquecimento por indução devido ao vazamento de fluxo magnético na vizinhança das regiões defeituosas. A frequência do campo magnético alternado aplicado é limitada a 50 Hz devido a duas razões: (a) permite a excitação magnética usando uma fonte convencional AC; (b) o comprimento de onda de excitação é aproximadamente 107 vezes maior do que a dimensão da amostra a validade da aproximação quase-estática para o cálculo do campo de vazamento magnético usando modelos dipolares analíticos [15]. Além disso, como a difusividade térmica do material metálico é maior, em um intervalo de tempo de poucos segundos, as ondas de calor se difundem a uma distância maior que a profundidade de penetração do material específico correspondente à onda eletromagnética aplicada [16].

No presente estudo, investigamos os efeitos de inclusões não-magnéticas no contraste térmico (diferença de temperatura entre as regiões defeituosas e livres de defeitos) e taxas de decaimento de temperatura durante a detecção de defeitos baseados em IRT em amostras de aço-carbono. No estudo anterior [14], a metodologia proposta foi validada para defeitos idealizados em condições de laboratório. No entanto, durante a inspeção no local ou no chão de fábrica, os componentes são frequentemente contaminados com inclusões, como inclusões de argila ou sujeira nos defeitos para oleodutos e gasodutos submersos ou inclusões de escória em amostras soldadas. Portanto, um entendimento sobre os efeitos de tais inclusões no contraste térmico e taxa de decaimento de temperatura é um pré-requisito para a adaptação industrial da técnica de termografia ativa auxiliada por magnetização alternada de baixa frequência proposta. Tais inclusões não-magnéticas agem como um isolante e não contribuem para o aquecimento induzido por campo magnético alternado das amostras parentais. No entanto, a presença de tais inclusões pode modificar a distribuição da temperatura superficial devido a grandes variações nas propriedades termo-físicas (como condutividade térmica, calor específico, densidade, etc.) em relação ao metal original. Embora em um estudo anterior, a influência do campo magnético externo no contraste de defeitos durante a termografia de indução tenha sido investigada [17], a influência de inclusões não magnéticas na sensibilidade de detecção de defeitos baseada em IRT não é experimentada. O principal objetivo do presente estudo é elucidar o efeito de inclusões não-magnéticas no contraste térmico e na sensibilidade de detecção de defeitos.