Tanto o equipamento de tomografia acústica por varredura imerso em água quanto o equipamento de tomografia acústica por varredura em queda d'água empregam o método NDT (inspeção sem contato). Eles utilizam água como meio de acoplamento para transmitir ondas ultrassônicas para a peça que está sendo inspecionada. No entanto, eles diferem significativamente em termos de princípio fundamental do equipamento, projeto estrutural, aplicações, bem como suas vantagens e desvantagens.
Abaixo está uma comparação sistemática dos dois equipamentos de tomografia acústica de varredura:
Princípio fundamental
Método de acoplamento |
Varredura ultrassônica imersa em água |
Varredura ultrassônica em queda d'água |
Acoplamento de imersão geral. A peça de trabalho e a sonda (ou uma delas) estão completamente imersas no tanque de água. |
Acoplamento local. Uma coluna de água estável é formada através do bocal, servindo como ponte de acoplamento entre a sonda e a peça de trabalho. |
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Caminho do feixe de som |
A onda sonora se propaga por uma longa distância na água antes de entrar na peça de trabalho. O feixe sonoro se difunde na água. |
A onda sonora entra na peça de trabalho através de uma coluna de água de comprimento muito curto ou fixo. A propagação do feixe sonoro é bem controlada. |
Movimento de digitalização |
Normalmente, a peça de trabalho é fixa e o apalpador se move com precisão ao longo dos eixos X, Y e Z. |
Normalmente, um pórtico ou braço robótico é usado para acionar o cabeçote de pulverização (com uma sonda integrada) para digitalizar acima da peça de trabalho, que pode ser fixa ou móvel. |
Estrutura e composição
Partes principais |
Varredura ultrassônica imersa em água |
Varredura ultrassônica em queda d'água |
Pia grande (exigindo um sistema de tratamento de água deionizada) Quadro de digitalização 3D de alta precisão Sonda de imersão e acessório Fixação da peça de trabalho Circulação de água, filtragem e sistema termostático |
Cabeça de pulverização (integrada com sonda ultrassônica e bico) Mecanismo de varredura de pórtico ou braço robótico Sistema independente de abastecimento de circulação de água (tanque de água, bomba de água, filtro) Dispositivo de reciclagem de água (opcional) Plataforma de suporte de peças |
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Complexidade do sistema |
Relativamente alto. Requer a manutenção de grandes tanques de água e da qualidade da água, e o sistema é volumoso. |
Relativamente baixo. A estrutura é mais compacta, eliminando a necessidade de um grande tanque de imersão. |
Flexibilidade |
Relativamente baixo. O tamanho da peça de trabalho é limitado pelo tamanho do tanque de água, tornando difícil substituir o tamanho da peça de trabalho. |
Relativamente alto. Em teoria, qualquer peça grande pode ser digitalizada, desde que o mecanismo de digitalização cubra a área. |
Desempenho e aplicação
Precisão de detecção e resolução |
Varredura ultrassônica imersa em água |
Varredura ultrassônica em queda d'água |
Extremamente alto. Com um ambiente aquático estável, controle preciso do caminho do som e foco fácil de obter (lente acústica ou foco digital), é possível obter resolução e relação sinal-ruído muito altas. |
Alto. Embora a coluna de água possa apresentar pequenas flutuações, alta precisão ainda pode ser alcançada através de um bom projeto, tornando-a comumente usada em detecção de alto desempenho. |
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Velocidade de digitalização |
Relativamente lento. É limitado pela velocidade e aceleração da varredura mecânica, e a resistência da água deve ser considerada. |
Geralmente mais rápido. A estrutura mecânica é mais leve, permitindo maior aceleração, tornando-o adequado para digitalização rápida em grandes áreas. |
Peça aplicável |
Peças de trabalho pequenas e médias, de formato complexo e de alto valor. |
Peças de médio e grande porte, em forma de placa ou simplesmente curvas. |
Adaptabilidade de superfície |
A exigência de planicidade da superfície da peça é alta, e superfícies complexas exigem planejamento de caminho 3D e controle constante da distância da água. |
Possui boa adaptabilidade a superfícies suavemente curvas e pode manter a estabilidade da coluna de água acoplada através de um servo sistema. No entanto, enfrenta maiores desafios ao lidar com superfícies complexas com variações significativas de altura. |
Água temperatura impacto |
Confidencial. Mudanças na temperatura da água afetam a velocidade do som e o desempenho da sonda. É necessário um sistema de temperatura constante. |
Menos sensível. Com uma pequena coluna de água e rápida troca de calor, o impacto é relativamente pequeno. |
Resumo de vantagens e desvantagens
Tipo imerso em água |
Vantagem |
Desvantagem |
O acoplamento é mais estável, com excelente consistência e repetibilidade de sinal. |
O equipamento ocupa uma grande área e acarreta elevados custos de infraestrutura. |
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Com a mais alta resolução, é particularmente adequado para detecção de microdefeitos |
O tamanho da peça de trabalho é limitado pela pia. |
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Fácil de obter foco de feixe e detecção de ângulo complexo (como S-scan phased array) |
A manutenção é complexa (tratamento da qualidade da água, prevenção de ferrugem, limpeza) |
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A sonda tem uma longa vida útil e opera em um ambiente de trabalho ameno |
A carga e descarga de materiais são inconvenientes e o tempo de preparação para testes é longo. |
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Adequado para imagens C-scan automáticas, com alta qualidade de imagem |
Não é adequado para peças sensíveis à água ou que exijam processamento posterior complicado. |
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Tipo cascata |
Possui alta flexibilidade e é capaz de detectar peças de grandes dimensões |
A estabilidade do acoplamento é ligeiramente fraca e a coluna de água pode ser afetada pela vibração, fluxo de água e condições da superfície. Dificuldade em detectar superfícies verticais ou inclinadas. Podem ocorrer salpicos de água, necessitando de medidas de proteção e recuperação |
A sonda está integrada no bico, dificultando a manutenção e a substituição. Sob requisitos de precisão extremamente elevados, a resolução será inferior à do tipo imerso em água. |
Sugestões de seleção
As seguintes considerações principais devem ser levadas em conta:
• Escolha o tipo imerso em água nos casos que:
A principal tarefa é atender aos requisitos de precisão de detecção, resolução e qualidade de imagem (como pesquisa e desenvolvimento e inspeção completa de componentes de alto valor).
A peça de trabalho é de tamanho moderado e móvel.
As tarefas de inspeção são caracterizadas principalmente por múltiplas variedades, pequenos lotes e alta complexidade.
Há espaço laboratorial e orçamento suficientes para manutenção do equipamento.
• Optar pelo tipo cascata nos casos que:
A peça de trabalho é muito grande ou muito pesada para ser submersa ou difícil de mover.
São necessários um alto rendimento de detecção e velocidade de varredura.
Os principais objetos de inspeção são placas planas, painéis com grande curvatura ou perfis longos.
O espaço disponível é limitado.
Acima, dois tipos de equipamentos de tomografia acústica por varredura não são completamente substituíveis. Os sistemas modernos de alto padrão também apresentam designs híbridos, como “tanques de imersão parcial em água” ou “acoplamento de queda d'água”, visando combinar as vantagens de ambos. Enquanto isso, seja do tipo imersão em água ou queda d'água, o equipamento se concentra em tecnologias de imagem avançadas cada vez mais combinadas, como ultrassom phased array (PAUT) e método de foco total (TFM) para aumentar a capacidade e eficiência de detecção.
