Termografía activa

La termografía activa es un procedimiento avanzado de ensayo no destructivo que utiliza la medición termográfica de la respuesta térmica de un material sometido a ensayo tras su excitación externa. Este principio también puede utilizarse para el ensayo no destructivo infrarrojo (IRNDT) sin contacto ^{[ 1 ]} de materiales . ^{[ 2 ]}

El método IRNDT se basa en la excitación de un material de prueba mediante una fuente externa, que le aporta energía. Se pueden utilizar lámparas halógenas , lámparas de destello , bocinas ultrasónicas u otras fuentes como fuente de excitación para el IRNDT. La excitación provoca una respuesta térmica en el material de prueba, que se mide con una cámara infrarroja . Es posible obtener información sobre los defectos superficiales y subsuperficiales o las inhomogeneidades del material de prueba mediante una combinación adecuada de fuente de excitación, procedimiento de excitación, cámara infrarroja y método de evaluación. ^{[ 3 ]}

Los modernos sistemas termográficos con cámaras infrarrojas de alta velocidad y sensibilidad amplían las posibilidades del método de inspección. La modularidad de los sistemas permite su uso tanto en aplicaciones de investigación y desarrollo como en líneas de producción industrial modernas .

La termografía no destructiva de componentes puede realizarse en una amplia gama de materiales. La inspección termográfica de materiales puede considerarse un método de defectoscopia infrarroja, capaz de revelar imperfecciones como grietas, defectos, huecos, cavidades y otras inhomogeneidades. ^{[ 1 ]} Las pruebas termográficas pueden realizarse en componentes individuales en un laboratorio o directamente en instalaciones tecnológicas en funcionamiento.

La termografía activa utiliza una fuente externa para la excitación del objeto medido, lo que significa introducir energía en el objeto. Las fuentes de excitación se pueden clasificar según los siguientes principios:

• radiación óptica o absorción de microondas,
• inducción electromagnética ,
• transformación de ondas elásticas (por ejemplo, ultrasonido),
• convección (por ejemplo, aire caliente),
• transformación de deformación plástica (efecto termoplástico durante la carga mecánica).

Para la termografía activa y los ensayos no destructivos se pueden utilizar diversas fuentes de excitación, como el calentamiento láser, lámparas de destello, lámparas halógenas, calentamiento eléctrico , bocinas ultrasónicas , corrientes de Foucault , microondas , entre otras. El objeto a medir se puede calentar directamente mediante una fuente externa, como lámparas halógenas o aire caliente. Las inhomogeneidades o defectos del material provocan una distorsión del campo de temperatura, que se detecta como diferencias de temperatura en la superficie del material. Otra posibilidad es utilizar procesos termofísicos en el material, donde la energía mecánica o eléctrica se transforma en energía térmica debido a defectos e inhomogeneidades. Esto crea fuentes de temperatura locales que provocan diferencias de temperatura detectables en la superficie del objeto mediante técnicas infrarrojas, como en el caso de la excitación por ultrasonidos .

Se han desarrollado numerosos métodos de termografía activa para la evaluación de mediciones de ensayos no destructivos. La selección del método de evaluación depende de la aplicación, la fuente de excitación utilizada y el tipo de excitación (pulso, periódica, continua). En el caso más simple, la respuesta es evidente directamente en un termograma. Sin embargo, en la mayoría de los casos es necesario utilizar técnicas de análisis avanzadas. Los métodos más comunes incluyen técnicas de evaluación Lock-In, de pulso o transitorias (termografía escalonada), con excitación continua utilizada en algunos casos: ^{[ 4 ]}

• Termografía Lock-In ^{[ 5 ] [ 6 ]} (método de excitación periódica). Se utiliza una fuente periódica modulada para la excitación. Se evalúa el desplazamiento de fase y amplitud de la señal medida y el análisis puede realizarse mediante diversas técnicas. Lámparas halógenas, lámparas LED , ultrasonido, láser ^{[ 7 ]} o una corriente eléctrica son fuentes de excitación adecuadas. Tiene la ventaja de que puede utilizarse en grandes superficies y aplica una baja energía térmica a la pieza que se inspecciona. La desventaja es un tiempo de medición más prolongado y la dependencia de las capacidades de detección de la orientación geométrica de los defectos (excepto en el caso de una excitación indirecta como el ultrasonido). El método Lock-In es adecuado para probar componentes con una baja difusividad térmica y tiene muchas modificaciones para diversas aplicaciones específicas (como Lock-In Ref, Lock-In Online, etc.).
• Termografía pulsada (método de pulsos). ^{[ 6 ]} Se utiliza un pulso muy corto —generalmente del orden de milisegundos— para excitar el objeto. A continuación, se analiza el proceso de enfriamiento. Normalmente se utiliza una lámpara de destellos como fuente de excitación. La ventaja de este método radica en la rapidez del análisis y la posibilidad de estimar la profundidad de los defectos. La desventaja reside en la profundidad de análisis limitada, el área que se puede inspeccionar de forma limitada (en función de la potencia útil de las fuentes de excitación) y la dependencia de la capacidad de detección de la orientación geométrica de los defectos.
• Termografía transitoria (termografía escalonada, método de onda térmica). En principio, la excitación y la evaluación son similares a las de la termografía pulsada; sin embargo, la duración del pulso es mucho mayor. Se requieren fuentes de excitación menos potentes en comparación con la termografía pulsada. Por lo tanto, es posible analizar áreas más grandes y el tiempo de medición es menor que en el caso de la termografía de detección síncrona. Al igual que en la termografía pulsada, la sensibilidad del método está limitada por la orientación geométrica de los defectos. Las lámparas halógenas son la fuente de excitación adecuada para este tipo de evaluación.
• Excitación continua. El método más sencillo, utilizable únicamente en aplicaciones especiales.

Para aplicaciones de ensayos de diagnóstico infrarrojos (IRNDT), se suele utilizar una cámara infrarroja refrigerada de alta velocidad y alta sensibilidad. Sin embargo, para aplicaciones específicas, se puede emplear una cámara infrarroja bolométrica sin refrigeración , lo que permite reducir significativamente los costes de adquisición del sistema de medición.

Los sistemas de ensayos no destructivos por infrarrojos suelen ser modulares. Esto significa que se pueden combinar diversas fuentes de excitación con distintas cámaras infrarrojas y diversos métodos de evaluación, según la aplicación, el material a ensayar, el tiempo de medición requerido, el tamaño del área a analizar, etc. La modularidad permite el uso universal del sistema en diversas aplicaciones industriales, científicas y de investigación.

El método IRNDT (ensayo no destructivo por infrarrojos) es adecuado para la detección e inspección de grietas, defectos, cavidades, huecos e inhomogeneidades en el material. También es posible utilizar el método para la inspección de uniones soldadas de piezas metálicas y plásticas, la inspección de células solares y paneles solares , la determinación de la estructura interna del material, etc.

La principal ventaja del método IRNDT es su aplicabilidad para la inspección de diversos materiales en una amplia gama de aplicaciones industriales y de investigación. La medición IRNDT es rápida, no destructiva y sin contacto. La condición restrictiva para el método IRNDT es la profundidad de inspección, combinada con las dimensiones y la orientación del defecto, grieta o inhomogeneidad en el material.

Inspección de piezas de plástico soldadas con láser

La soldadura láser de plásticos es una tecnología innovadora para unir materiales con diferentes propiedades ópticas. Los métodos clásicos para evaluar el rendimiento y la calidad de las uniones soldadas, como el análisis microscópico metalográfico o la tomografía de rayos X , no son adecuados para mediciones rutinarias. El análisis IRNDT pulsado puede utilizarse con éxito para la inspección de soldaduras en muchos casos.

Las imágenes muestran un ejemplo de inspección de piezas de plástico con una soldadura defectuosa y con una soldadura correcta. Tanto las discontinuidades en la soldadura defectuosa como la línea de soldadura correcta e ininterrumpida son claramente visibles en los resultados del análisis de pulsos de destello IRNDT.

Inspección de uniones soldadas con láser

La soldadura por láser es una tecnología moderna de soldadura por fusión . Actualmente, su uso se extiende no solo a la investigación científica, sino que también se ha consolidado en diversos sectores industriales. Entre los usuarios más frecuentes se encuentra la industria automotriz , que, gracias a su constante innovación, permite la rápida implementación de tecnologías avanzadas en su producción. Es evidente que la soldadura láser mejora significativamente los diseños de ingeniería y, por lo tanto, da lugar a una serie de nuevos productos que antes no podían fabricarse con métodos convencionales.

La soldadura láser permite obtener soldaduras de alta calidad en diferentes tipos de piezas, tanto extremadamente finas como gruesas. Se pueden soldar aceros al carbono comunes , aceros inoxidables , aluminio y sus aleaciones, cobre , titanio y, por último, pero no menos importante, materiales especiales y sus combinaciones.

El control de calidad es una parte fundamental de la producción de soldaduras . A diferencia de los métodos de ensayo no destructivos convencionales, el IRNDT se utiliza no solo después del proceso de soldadura láser, sino también durante el mismo. Esto permite determinar si la soldadura cumple o no con los criterios de calidad establecidos durante el proceso de fabricación.