11 julio 2008

Ensayos no destructivos de materiales compuestos en procesos de fabricación


La utilización de compuestos de alto rendimiento en la industria aeronáutica exige a estos materiales unas prestaciones sin precedentes hasta el momento. Cobra por ello una importancia inusitada el alcance de los ensayos no destructivos. En este artículo se exponen las características de una familia de métodos de ensayos no destructivos (NDT) avanzados destinadas a los procesos de fabricación y mantenimiento de Boeing 787, Airbus A380 y A350. Se trata de NDT que evalúan la integridad de una lámina mediante la detección de grietas subsuperficiales sin dañar el objeto de ensayo. Estas técnicas NDT implican el uso de un dispositivo que puede enviar y luego detectar cambios en una señal, que es transmitida a través de la lámina a un receptor situado en el lado contrario de la misma. Los cambios en las características de las señales ocurren cuando encuentran anomalías en las condiciones subsuperficiales – principalmente grietas, discontinuidades, porosidad, huecos o partículas extrañas incrustadas. La interpretación de resultados está resuelta mediante diferentes tecnologías de analizadores, con diferentes grados de sofisticación, incluyendo la inspección de grandes piezas sin necesidad de intervención humana. Mediante un robot es posible integrar el control de calidad en el proceso de una forma totalmente automatizada.

TECNOLOGÍAS DE INSPECCIÓN

Los métodos de fabricación utilizados con compuestos pueden encuadrarse en dos grupos, inspección de láminas utilizando tecnologías de sonido (sónica y ultrasónicas), y tecnologías que utilizan energía electromagnética, como la radiación infrarroja (calor) y luz visible. La tecnología sónica/ultrasónica lee cambios en la frecuencia, amplitud y velocidad de transmisión de las vibraciones. Los ensayos sónicos pueden utilizarse, por ejemplo, en muchos componentes reforzados con fibra de vidrio.

A) Métodos ultrasónicos: Los ensayos ultrasónicos, se basan en la generación de señales ultrasónicas (50 kHz – 100 MHz), que atraviesan la estructura que se está inspeccionando. Un transductor recibe la señal que ha atravesado el material, y las discontinuidades en el compuesto se detectan por la variación de la amplitud de la señal. Habitualmente se utilizan dos métodos de ensayos ultrasónicos: A-scan es un método más simple, que emplea un transductor manual, utilizando la técnica de eco-pulso. C-scan emplea diferentes métodos de automatización, y puede utilizarse tanto con la técnica eco-pulso como con un la técnica de scanner de transmisión. El transductor ultrasónico se mueve mecánicamente a lo largo de toda la pieza, y toma lecturas a intervalos regulares, las cuales pueden utilizarse para obtener una representación visual sub superficial.

B) Métodos electromagnéticos: Los métodos electromagnéticos hacen uso de la energía procedente del espectro electromagnético, el cual incluye luz visible, energía infrarroja, ultravioleta y ondas de radio. Las técnicas y equipos utilizados en estos métodos son diversos, con un amplio rango de costes y grado de sofistificación.

Termografía: La Termografía usa energía infrarroja que puede detectar variaciones en el calor emitido desde huecos u otras anomalías subsuperficiales, los cuales absorben energía térmica a diferente ritmo que el resto de la lámina.

Interferometría láser: Esta tecnología lee la luz reflejada desde una lámina tras un escaneado láser. En esta técnica, se aplican tensiones a la lámina que alteran la elevación de la superficie de la estructura completa, pero los cambios en la elevación varían sobre el defecto si la comparamos con el resto de la estructura. El cambio en el modelo del rayo láser reflejado es detectado con este método de alta sensibilidad.

C) Automatización de la inspección

En volúmenes de producción elevados o fabricación de grandes piezas, puede utilizarse un sistema robotizado sobre pórtico para realizar las inspecciones. Utilizando esta tecnología, la inspección es exhaustiva, pero su uso está limitado a usuarios con capacidad de invertir 500.000-2.000.000 $. El sistema llega a ser indispensable cuando es necesario inspeccionar múltiples piezas diferentes, y cuando el robot tiene que seguir contornos especialmente difíciles. Uno de los fabricantes de este tipo de sistemas es UTEX, quien para inspecciones complejas proporciona un software InspectionWare.

Otra solución sofisticada es la proporcionada por BAE SYSTEMS, quienes instalan un sistema de inspección que escanea en 17 ejes, que puede acceder a sistemas con curvaturas complejas.

Bibliografía: Nondestructive testing broadens its scope. High-performance composites. May 2006
Palabras clave: Inspection of large parts, electro-magnetic method, ultrasonic method, thermography, laser shearography, automated ultrasonic
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