L innovazione nei CND e nel monitoraggio componenti con la Termografia

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1 L innovazione nei CND e nel monitoraggio componenti con la Termografia Ing. Gianpiero Cerrone - Diagnostic Engineering Solutions srl Prof. U. Galietti, DdR D. Palumbo Politecnico di Bari Torino, 20/04/2016 STAND B17

2 Outline della presentazione Chi Siamo La Termografia Tecniche CND Analisi degli Stress (CND) Analisi del Danneggiamento Soluzioni per l industria Composite Defect Finder WelDes ProtoDes Conclusioni

3 Chi Siamo 2010 POLIBA LABORATORIO DI DIAGNOSTICA STRUTTURALE E METODI TERMICI PER LA MECCANICA SPERIMENTALE SPIN-OFF DES Diagnostic Engineering Solutions srl System Integrator per le indagini termografiche

4 Chi Siamo REVENUES HUMAN RESOURCES

5 Chi Siamo ENEA, CNR, Università del Salento, Vestas, Lamborghini, Alenia Aermacchi, Atitech, Avio.

6 Chi Siamo DES si è distinta in lavorazioni complesse per aziende multinazionali intraprendendo rapporti commerciali e collaborazioni con diverse realtà. I nostri partner sono:

7 Chi Siamo - Tecnologie DES, azienda spinoff del Politecnico di Bari, è specializzata in sistemi standard e customizzati per i CND e il controllo di processo ed in particolare attraverso l uso della Termografia Nostri Partner principali FLIR DEKRA DES propone la termografia come soluzione innovativa per l analisi di componenti meccanici in materiale composito, plastico o metallico. Questa tecnica è altamente versatile ed è vantaggiosa in molti campi tecnologici, sia in termini di tempi e costi, sia come supporto per altri tipi di tecniche già consolidate. Composite Defect Finder

8 Outline della presentazione Chi Siamo La Termografia Tecniche CND Analisi degli Stress (CND) Analisi del Danneggiamento Soluzioni per l industria WelDes ProtoDes Conclusioni

9 La Termografia Albero riduttore motore elettrico Monitoraggio aereo parco fotovoltaico Principali Vantaggi : 1) Non richiede contatto fisico con gli oggetti 2) Permette di ottenere in modo immediato l immagine termica, a campo intero 3) Assicura un immagine qualitativa di facile interpretazione 4) Non richiede l utilizzo di radiazioni pericolose

10 La Termografia La termografia utilizza le diverse componenti della conduzione del calore, dovute a fenomeni reversibili ed irreversibili, che avvengono durante una prova a carico ciclico. F Equazione locale di conduzione del calore C V T t 2 P te P d Sorgenti dissipative (fenomeno irreversibile) F Trasferimento di calore - CND Sorgenti termoelastiche (fenomeno reversibile)

12 La Termografia-Tecniche CND C V T t Le tecniche termografiche per i controlli non distruttivi (CND) sono basate sulla misura di anomalie termiche, dovute alla presenza di difetti all interno del provino o a variazioni delle proprietà del materiale, che rappresentano un ostacolo alla normale diffusione termica. 2 P te Esempi di termografia stimolata P d

13 La Termografia-Tecniche CND

14 La Termografia-Tecniche CND Tecniche termografiche Sorgente di eccitazione Transient Lock-in PPT Meccanica Ultrasuoni Carichi dinamici Elettrica, Elettromagnetica Ottica Microonde Correnti indotte Calore per conduzione o convenzione

15 La Termografia-Tecniche CND Lock-IN La tecnica Lock-in La termografia lock-in è basata su onde termiche generate all interno del provino analizzato mediante una sorgente di calore esterna, in regime stazionario. Tramite algoritmi di postprocessing proprietari (IRTA) è possibile ottenere informazioni sull ampiezza e la fase del segnale termico. Le zone difettate, originano una risposta termica differente rispetto alle zone sane, misurabile in termini di variazione di fase del segnale termografico.

16 La Termografia-Tecniche CND Lock-IN Tecnica Lock-in: individuazione difetti su materiali compositi. Radice di pala di un generatore eolico con difetti interni simulati

17 La Termografia-Tecniche CND Lock-IN Termografia Lock-in usata per misurare lo spessore su materiali compositi. a b c a,c = zona a spessore costante. b = zona con variazione lineare dello spessore

18 La Termografia-Tecniche CND Lock-IN Ispezione strutturale pala eolica Ispezione chiglia di imbarcazione Ispezione telaio bicicletta

19 Ispezione strutturale componente aeronautico La Termografia-Tecniche CND Lock-IN

20 Transient Analysis La Termografia-Tecniche CND Transient Tale tecnica consiste in un breve riscaldamento del provino seguito dalla registrazione della curva di decadimento della temperatura dello stesso. La presenza di un difetto superficiale riduce la diffusione del calore così che, osservando la temperatura superficiale, il difetto appare come un area a temperatura differente rispetto all area non difettata. Infatti la riduzione di diffusione causata dalla presenza di un difetto subsuperficiale si tramuta in accumulo di calore e da qui in poi la più alta temperatura si riscontrerà nella zona del difetto.

21 La Termografia-Tecniche CND Transient Saldature in analisi Transient Analysis

23 La Termografia-Analisi degli Stress C V T t 2 P te P d L analisi termoelastica, oltre a fornire una mappa quantitativa delle sollecitazioni, consente di individuare i difetti superficiali e subsuperficiali come ad esempio le cricche tale tipo di analisi viene effettuata con il software IRTA tramite algoritmi propietari.

24 La Termografia-Analisi degli Stress S = Segnale Termoelastico S R = Segnale di riferimento

25 La Termografia-Analisi degli Stress- Applicazioni Applicazione su Stringer aeronautici Stringer testati con un carico dinamico sinusoidale ad ampiezza costante. Contemporanea analisi durante la prova con tecnica TSA e tecnica Lock-in. TSA eseguita durante le prove di fatica. Termografia lock-in eseguita a macchina di carico ferma in intervalli regolari.

26 La Termografia-Analisi degli Stress- Applicazioni Applicazione su Stringer aeronautici L analisi termoelastica oltre a fornire una mappa qualitativa delle sollecitazioni, consente di individuare i difetti superficiali e subsuperficiali come le cricche. TSA Lock-in Confronto tra TSA e termografia lock-in sullo Stringer (cricca sul rinforzo)

27 La Termografia-Analisi degli Stress- Applicazioni Applicazione su componenti aeronautici Il componente in esame presentava una difettosità emersa in fase realizzativa nota come Resin Pocket.

28 La Termografia-Analisi degli Stress- Applicazioni Applicazione su componenti aeronautici PROFILO 1

30 La Termografia-Analisi del Danneggiamento C V T t 2 P te P d L analisi del danneggiamento, oltre a fornire una mappa qualitativa delle sollecitazioni, consente di monitorare l evoluzione di eventuali difetti presenti sul componente.

31 La Termografia-Analisi del Danneggiamento Monitorando la temperatura superficiale del campione, durante la prova di caratterizzazione meccanica tramite analisi a fatica può essere valutata la dissipazione di calore intrinseca del materiale e correlarla ai fenomeni di danneggiamento. L analisi è eseguita con apposito modulo del software IRTA concentrandosi sul contributo della seconda armonica della sollecitazione meccanica.

32 La Termografia-Analisi del Danneggiamento S = Segnale Termoelastico S R = Segnale di riferimento

33 La Termografia- Analisi del Danneggiamento- Applicazioni Applicazione su componenti aeronautici Il componente in esame presentava una difettosità emersa in fase realizzativa nota come Resin Pocket.

34 La Termografia-Analisi del Danneggiamento- Applicazioni AMPIEZZA CARICO: bassa AMPIEZZA CARICO: Con danno AMPIEZZA CARICO: failure ω 2ω

35 La Termografia-Analisi del Danneggiamento- Applicazioni AMPIEZZA CARICO: bassa AMPIEZZA CARICO: Con danno AMPIEZZA CARICO: failure ω 2ω

37 Composite Defect Finder Composite Defect Finder è il sistema di controllo chiavi in mano, per la rilevazione e la caratterizzazione dei difetti su materiali compositi. Progettato per l ispezione di grandi e piccole strutture, consente di effettuare controlli non distruttivi su diversi tipi di materiale composito (fibre di carbonio, fibre di vetro, fibre di aramide, ecc) e con diverse tecniche di CND termografia.

38 Composite Defect Finder

39 WelDes Analisi termografica per l individuazione di possibili anomalie in saldature. Tecniche termografiche utilizzate: - Transient Analysis - Lock-In Anomalie

40 WelDes Al fine di verificare l integrità dei giunti saldati è stato utilizzato un laser come fonte di eccitazione termica (montato in un robot antropomorfo). La sequenza acquisita è stata analizzata con il software di analisi proprietario IRTA con 2 differenti algoritmi (tecnica Transient e lock-in). Sequenza termografica

41 WelDes Transient Analysis Tecnica Lock-in

42 ProtoDes ProtoDES si basa sulla Prototipazione Rapida. Il componente in esame, riprodotto per mezzo di una stampante 3D, viene sottoposto a sollecitazioni e analizzato mediante Tecnica Termoelastica (TSA), al fine di ottenere le informazioni necessarie alla validazione del componente stesso. Il software specifico IRTA, progettato da DES, consente l analisi termoelastica dei componenti sottoposti ai carichi di servizio (ponti, componenti meccanici, grandi strutture, ecc.) senza la necessità dell utilizzo di un segnale di riferimento.

43 ProtoDes Eliminazione/riduzione dei prototipi. Riduzione dei tempi di progettazione Riduzione dei costi di progettazione. Eliminazione di rilavorazioni e ritardi con conseguente risparmio in termini di tempo e costi di sviluppo. 150 σ 1 + σ σ 1 + σ MPa -110 MPa TSA di componente prototipale Simulazione numerica (G-AISI 132)

45 Conclusioni Tecniche termografiche versatili e complementari Ancora da ultimare il passaggio da tecnica qualitativa a quantitativa Processo di qualifica lento ma avviato e in forte sviluppo Possibile passaggio a tecnica primaria

46 Grazie per la cortese attenzione!! Vi aspettiamo presso lo STAND B17