Materiais compósitos são novos materiais criados através de técnicas avançadas de preparação de materiais que combinam componentes com diferentes propriedades de maneira otimizada. Na década de 1940, devido às necessidades da indústria da aviação, foram desenvolvidos plásticos reforçados com fibra de vidro (comumente conhecidos como fibra de vidro), marcando o início do termo “materiais compósitos”. Após a década de 1950, fibras de alta resistência e alto módulo, como fibra de carbono, fibra de grafite e fibra de boro, foram desenvolvidas sucessivamente. Na década de 1970, também surgiram fibras de aramida e fibras de carboneto de silício. Com a crescente aplicação de materiais compósitos em vários campos – particularmente nos setores aeroespacial, automotivo, de construção, eletrônico e de novas energias – a indústria global de materiais compósitos tem mostrado uma tendência de crescimento contínuo.

À medida que mais materiais e estruturas compostas são usados ​​em diferentes indústrias, entender como inspecioná-los quanto a danos tornou-se um tópico importante. Este artigo analisa vários métodos comuns de testes não destrutivos (END) para materiais compósitos.

Testes não destrutivos, ou END, são um método de teste padrão na indústria de materiais compósitos que não requer corte ou alteração do material de outras maneiras. Também é essencial para a produção de produtos de alta qualidade. Existem vários métodos de END para escolher e, às vezes, vários métodos precisam ser usados ​​simultaneamente para compreender completamente os tipos, tamanhos, localizações e profundidades dos defeitos em laminados compostos.

(2) O teste de impacto é outro método de inspeção fundamental. Isso envolve bater suavemente na superfície da peça com um martelo ou uma moeda. Um som metálico brilhante indica que a estrutura está sólida, enquanto um "baque" surdo sugere a presença de defeitos, como delaminação ou descolamento. Os martelos digitais podem medir a resposta ao impacto e exibir o tempo que o laminado leva para responder em milissegundos. Um tempo de resposta mais curto indica que a estrutura absorve menos impacto, sugerindo que é sólida. Por outro lado, quando há defeitos, o tempo de resposta é maior, resultando em leituras mais altas no display.

Este método é mais eficaz para laminados finos com espessura inferior a 3,05 mm, embora possa não produzir resultados confiáveis ​​para laminados muito espessos. Outra desvantagem é que às vezes pode fornecer leituras falsas, especialmente quando a parte traseira do laminado está colada a outra estrutura.

(3) O teste ultrassônico (UT) é atualmente o método de teste não destrutivo mais amplamente utilizado. O princípio do teste ultrassônico envolve o envio de ondas de energia de alta frequência (variando de 0,5 a 25 MHz) para um laminado, capturando e quantificando a amplitude e o tempo de voo dessas formas de onda para analisar as propriedades do material e as mudanças estruturais. Os principais métodos utilizados em testes ultrassônicos são:

Teste ultrassônico de pulso-eco: Este método pode ser realizado com uma sonda ultrassônica unilateral que funciona tanto como transmissor quanto como receptor. Opera usando excitação por pulso de alta pressão, onde cada pulso elétrico ativa o elemento transdutor. Este elemento converte energia elétrica em energia mecânica na forma de ondas ultrassônicas. A energia das ondas entra na peça de teste através de uma ponta de contato de Teflon® ou metacrilato. As formas de onda são geradas na peça de teste e captadas pelo elemento transdutor. Quaisquer alterações na amplitude do sinal recebido ou no tempo que o eco leva para retornar ao transdutor indicam a presença de defeitos. O teste de pulso-eco é usado para detectar delaminações, rachaduras, vazios, água e descolamento de componentes adesivos, mas é mais desafiador identificar delaminações ou defeitos entre o núcleo e a pele de estruturas sanduíche.

Teste ultrassônico por transmissão: Este método utiliza dois transdutores, um em cada lado da área que está sendo inspecionada. O sinal ultrassônico é transmitido de um transdutor para outro. A perda de intensidade do sinal é então medida por meio de instrumentação, que representa essa perda como uma porcentagem da intensidade do sinal original ou em decibéis. As áreas onde a perda de sinal excede os padrões de referência são identificadas como áreas de defeito.

Testadores de ligação de baixa e alta frequência: Esses testadores de ligação usam sondas de inspeção equipadas com um ou dois transdutores. Os testadores de ligação de alta frequência são projetados para detectar delaminação e vazios, capazes de identificar defeitos tão pequenos quanto 0,5 polegadas de diâmetro. No entanto, eles não conseguem detectar descolamento ou vazios da superfície até o núcleo do favo de mel. Os testadores de ligação de baixa frequência utilizam dois sensores para detectar delaminação, vazios e descascamento de núcleos em favo de mel, mas não conseguem determinar qual lado da peça está danificado e não conseguem detectar defeitos menores que 1,0 polegada.

Teste ultrassônico de Phased Array: O teste de Phased Array é um dos métodos ultrassônicos mais recentes para detectar defeitos em estruturas compostas. Ele opera com o mesmo princípio dos métodos pulso-eco, mas emprega dezenas ou até mais sensores simultaneamente, acelerando significativamente o processo de inspeção.

(4) Teste de imagem térmica O princípio de funcionamento da imagem térmica infravermelha pulsada envolve o uso de técnicas de aquecimento ativo para registrar automaticamente defeitos de superfície em amostras de teste. Mede diferenças de temperatura no material da matriz causadas por variações de propriedades térmicas, permitindo a identificação de danos tanto na superfície quanto internamente. Este método é caracterizado por sua natureza sem contato, em tempo real, eficiente e intuitiva, tornando-o particularmente adequado para detectar delaminação, porosidade, descascamento, estratificação e defeitos do tipo área em estruturas ligadas entre materiais compósitos e metais.

A imagem térmica é especialmente útil quando peças ou componentes não podem ser submersos em água para testes ultrassônicos de varredura C ou quando o formato da superfície das peças dificulta a inspeção ultrassônica. Esta técnica fornece uma alternativa valiosa para avaliar a integridade de estruturas complexas.

(5) Teste Radiográfico (RT), normalmente referindo-se à inspeção por raios X, é um método valioso de teste não destrutivo (END), pois permite uma visão interna de um componente sem desmontagem. Este método funciona passando os raios X pela peça de teste, capturando as variações na absorção em um filme sensível aos raios X. Após revelar o filme exposto, os inspetores analisam as diferenças de opacidade, criando efetivamente uma representação visual dos detalhes internos.

Embora não seja ideal para detectar defeitos como delaminação em planos perpendiculares à direção dos raios X, o teste de raios X é excelente na identificação de defeitos paralelos ao feixe de raios X. Anomalias internas como delaminação de cantos, núcleos esmagados, núcleos fraturados, água nas células do núcleo, vazios nas juntas adesivas de espuma e o posicionamento relativo de detalhes internos são facilmente visíveis com imagens de raios X.

Como a maioria dos materiais compósitos são quase transparentes aos raios X, são necessários raios X de baixa energia. Devido a questões de segurança, a RT em torno de aeronaves é geralmente impraticável, e os operadores devem usar blindagem de chumbo e manter uma distância segura das fontes de raios X.

Existem diversas técnicas de testes radiográficos, cada uma adequada para aplicações específicas:

A radiografia padrão é adequada para peças de espessura moderada.
A radiografia de baixa voltagem é usada para peças finas (1â5 mm).
A radiografia de raios gama é aplicada para componentes espessos.
A radiografia de nêutrons, um método complementar à imagem de raios X, visualiza características internas com base na atenuação através de diferentes meios. A transmissão de nêutrons é influenciada pela seção transversal de nêutrons dos núcleos atômicos dentro do material, permitindo a visualização de características como elementos leves (por exemplo, hidrogênio na corrosão ou água), que os raios X por si só não podem revelar.

(6) Teste de Shearografia: A Shearografia é um método óptico baseado em laser que usa um interferômetro shearográfico para detectar e medir deformações fora do plano em componentes. Inicialmente, a peça é medida em condições sem carga. Em seguida, o teste é repetido sob cargas aplicadas, que podem incluir tensões térmicas, mecânicas, acústicas, de pressão, de vácuo, elétricas, magnéticas, de micro-ondas ou mecânicas. Este processo permite que uma câmera capture padrões de franjas de deformação na superfície do laminado onde defeitos subterrâneos estão presentes.

Um software de computador especializado extrapola as imagens do mapa de fases encapsuladas para criar um mapa de fases não encapsulado, convertendo-o em uma imagem visual integrada para exibição e avaliação. Notavelmente, esta técnica pode revelar rapidamente a localização dos defeitos, mas requer testes ultrassônicos adicionais para determinar a profundidade do defeito.

Teste de emissão acústica (AE): O teste de emissão acústica detecta e analisa sinais de emissão sonora produzidos por materiais compósitos ou estruturas sob carga, avaliando a qualidade geral dos componentes compósitos. Esta técnica é eficaz para análise de defeitos, refletindo a progressão do dano e os padrões de falha nos compósitos, prevendo a resistência de suporte de carga final e identificando áreas fracas na qualidade do componente.

A tecnologia AE é prática e fácil de usar, fornecendo informações valiosas sobre deformação de materiais e processos de danos durante testes mecânicos. Os métodos de EA incluem principalmente:

Análise de Parâmetros: Ao registrar e analisar parâmetros de sinal como amplitude, energia, duração, contagem de anéis e número de evento, ele avalia características de dano como gravidade, localização e mecanismos de falha. No entanto, uma grande desvantagem é que a informação da fonte de EA pode ser obscurecida por sensores ressonantes, levando a uma fraca reprodutibilidade nos resultados experimentais.

Análise de forma de onda: Esta abordagem registra e analisa formas de onda de sinal AE para obter espectros e funções de correlação. Ajuda a identificar características de frequência associadas aos estágios e mecanismos de dano, oferecendo insights sobre o perfil de dano do material.

Análise Espectral: Esta técnica, que inclui análise espectral clássica e moderna, transforma sinais AE do domínio do tempo para o domínio da frequência. Ele permite a identificação de informações intrínsecas da fonte de EA, estudando várias características do sinal no domínio da frequência. No entanto, a análise espectral assume que o sinal é um sinal estacionário e periódico, o que limita sua capacidade de capturar variações localizadas de informações.