Made available in DSpace on 2014-10-09T12:46:54Z (GMT). No. of bitstreams: 0 / Made available in DSpace on 2014-10-09T14:09:44Z (GMT). No. of bitstreams: 1 09057.pdf: 12808764 bytes, checksum: 970b3a8c12068b9ea0e88948bbcda318 (MD5) / Tese (Doutoramento) / IPEN/T / Instituto de Pesquisas Energeticas e Nucleares - IPEN/CNEN-SP

Superligas à base de níquel vêm sendo extensivamente utilizadas em diversas aplicações nas indústrias devido ao excelente comportamento mecânico e anticorrosivo. No entanto, essas ligas possuem certas particularidades que levam à necessidade de desenvolvimento de técnicas de inspeção e caracterização metalúrgica, como forma de garantir a integridade estrutural dos componentes fabricados com essas ligas. Neste trabalho, a técnica de correntes parasitas foi aplicada à superligas à base de níquel com duas propostas distintas: 1) Em um primeiro momento foi realizado o estudo da evolução microestrutural da liga Inconel 718 durante o processo de envelhecimento através da combinação do ensaio por correntes parasitas, análise de difração de raios-X, análise metalográfica, medidas de dureza e tamanho de grão. As medidas foram realizadas em amostras submetidas a diferentes ciclos de tratamentos térmicos variando entre 620-1035°C. Os resultados mostraram que as diferentes microestruturas do Inconel 718 têm efeitos distintos na condutividade elétrica quando medidos através da técnica de correntes parasitas. A influência da microestrutura na condutividade pode ser mostrada sendo devido à competição de dois efeitos sobre o espalhamento de elétrons: a purificação da matriz e a morfologia, distribuição e tamanho dos precipitados. A combinação dos valores de dureza e condutividade elétrica provou ser uma forma rápida e prática de determinar o nível de envelhecimento da liga; 2) Em um segundo momento foi desenvolvido um processo de otimização de sensores através de modelagem por elementos finitos (MEF). Através de uma metodologia de otimização, os parâmetros de construção e operação de um sensor foram otimizados para inspeção de defeitos superficiais e subsuperficiais esperados em materiais cladeados com Inconel 625. O sensor com a geometria ótima foi construído e testado a fim de verificar a eficiência do processo de otimização. Uma ótima correlação entre os resultados numéricos e experimentais foi encontrada e o sensor ótimo se mostrou eficiente na inspeção de pequenos defeitos superficiais e subsuperficiais na liga Inconel 625 quando operado nas frequências apropriadas. / Nickel-based superalloys have been extensively used in various industries due to its unique mechanical and corrosion behavior. However, these alloys show particular characteristics which lead to the need for specific inspection and metallurgical characterization techniques in order to ensure the structural integrity of components manufactured from these alloys. In this work , the eddy current technique was applied to nickel-base superalloys with two aims: 1 ) Firstly, the microstructural evolution of Inconel 718 during aging processes has been studied through a combination of eddy current testing, X-ray diffraction analysis, metallography, hardness and grain size measurements. Measurements were carried out in samples subjected to different heat treatment cycles between 620-1035°C. Results show that different microstructures of Inconel 718 have a distinguishable effect on electrical conductivity when this is measured through an appropriately sensitive technique (i.e. eddy current testing). The influence of microstructure on conductivity could be shown to be due to the competition between two effects on the scattering of electrons: matrix purification and precipitate size, distribution and morphology. A combination of hardness values and electrical properties proved to be a fast and practical way of determining the stage of aging of the alloy; 2) An optimization method of eddy current sensor design was developed through finite element modeling (FEM). Through a methodology of optimization, the construction and operation parameters of the sensor were optimized for inspection of superficial and subsuperficial defect, commonly found in weld overlay Inconel 625 claddings. A prototype of this sensor with the optimum geometry was built and tested on blocks identical to those considered in the models in order to verify the efficiency of the optimization process. A very good agreement between numerical and experimental results was found. Moreover, the optimal sensor was efficient to detect small surface and subsurface defects in Inconel 625 when operated at appropriate frequencies.

Made available in DSpace on 2014-10-09T12:46:54Z (GMT). No. of bitstreams: 0 / Made available in DSpace on 2014-10-09T14:09:44Z (GMT). No. of bitstreams: 1 09057.pdf: 12808764 bytes, checksum: 970b3a8c12068b9ea0e88948bbcda318 (MD5) / Tese (Doutoramento) / IPEN/T / Instituto de Pesquisas Energeticas e Nucleares - IPEN/CNEN-SP

Na área de Ensaios Não Destrutivos, o ensaio por eddy current (correntes parasitas) é uma técnica eletromagnética largamente utilizada nas indústrias aeroespacial, nuclear e petroquímica. Esse ensaio detecta descontinuidades superficiais e subsuperficiais, prevenindo acidentes. A técnica phased array surgiu para suprir carências, como o enorme tempo gasto para execução do ensaio em materiais de geometria complexa e falta de registro do ensaio. Essa técnica, já bastante utilizada em outros países, ainda é pouco utilizada no Brasil, por não haver estudos que comprovem a viabilidade econômica, os níveis de detectabilidade de descontinuidades e a confiabilidade dos resultados. Este trabalho tem como objetivo comparar as técnicas do ensaio por Correntes Parasitas convencional com a técnica por phased array, em materiais e peças especificamente utilizados no setor aeronáutico e espacial. Foram selecionadas amostras de materiais e peças, para que pudessem ser aplicadas ambas as técnicas e comparados os resultados. Foi realizado um levantamento bibliográfico das principais normas e especificações utilizadas neste segmento, para verificar a compatibilidade dos métodos. Para atender ao objetivo deste trabalho, foram realizados sete experimentos, variando o material e as técnicas. Após a realização dos ensaios, observou-se uma grande redução de tempo na execução do ensaio, com consequente redução de custos e maior detectabilidade das descontinuidades, com o uso da técnica por phased array. Portanto, baseado nos resultados encontrados, pode-se afirmar que a técnica por phased array pode ser utilizada neste segmento, com vantagens sobre a técnica convencional. / In the area of nondestructive testing, eddy current testing is an electromagnetic technique widely used in aerospace, nuclear and petrochemical industries. This test detects surface and subsurface discontinuities, preventing accidents. Phased array technique has emerged to fill in the gaps, as the enormous time spent implementing the test of large parts or complex geometry and lack of trial registration. This technique, already widely used in others countries, is not used in Brazil, there is no studies proving the economic viability, levels of detectability of discontinuities and reliability of the results. This study aims to compare the conventional technique by eddy current testing with phased array technique, in particular materials and parts used in aeronautics and space sector. Samples of materials and parts were prepared, so that could be applied both techniques and compared the results. A literature survey of the main standards and specifications for this segment was conducted to verify the compatibility of the methods. To meet the objective of this work, seven experiments were performed, varying the material and techniques. After the tests, there was a significant time reduction with the use of phased array technique, costs reduction and increased detectability of discontinuities. Based on the results, it can be said that phased array technique can be used in this segment, with advantages over the conventional technique.

This thesis deals with design of an eddy current transducer which enables non-destructive inspection of composite aircraft structures primarily carbon fiber reinforced plastic (CFRP) in areas of manufacture and maintenance. The design of the transducer is based on analytical-experimental approach and its electrical and mechanical parameters were optimized to ensure a good signal to noise ratio at the six composite samples. These samples contain artificial discontinuities in the form of various types of defects. These defects are simulating the various types of damage created in the aircraft structure, especially delamination or thickness changes of composite materials. The experimental measurements, data collection and non-destructive evaluation were performed during the period. The result of this work is functional eddy current probe, which is reliably able to detect some damage of the carbon composite structures to the depth of 3,9 mm.

We consider the problem of extracting a specific feature from a noisy signal generated by a multi-channels Remote Field Eddy Current Sensor. The sensor is installed on a mobile robot whose mission is the detection of anomalous regions in metal pipelines. Given the presence of noise that characterizes the data series, anomaly signals could be masked by noise and therefore difficult to identify in some instances. In order to enhance signal peaks that potentially identify anomalies we consider an entropy filter built on a-posteriori probability density functions associated with data series. Thresholds based on the Neyman-Pearson criterion for hypothesis testing are derived. The algorithmic tool is applied to the analysis of data from a portion of pipeline with a set of anomalies introduced at predetermined locations. Critical areas identifying anomalies capture the set of damaged locations, demonstrating the effectiveness of the filter in detection with Remote Field Eddy Current Sensor.

Superligas à base de níquel vêm sendo extensivamente utilizadas em diversas aplicações nas indústrias devido ao excelente comportamento mecânico e anticorrosivo. No entanto, essas ligas possuem certas particularidades que levam à necessidade de desenvolvimento de técnicas de inspeção e caracterização metalúrgica, como forma de garantir a integridade estrutural dos componentes fabricados com essas ligas. Neste trabalho, a técnica de correntes parasitas foi aplicada à superligas à base de níquel com duas propostas distintas: 1) Em um primeiro momento foi realizado o estudo da evolução microestrutural da liga Inconel 718 durante o processo de envelhecimento através da combinação do ensaio por correntes parasitas, análise de difração de raios-X, análise metalográfica, medidas de dureza e tamanho de grão. As medidas foram realizadas em amostras submetidas a diferentes ciclos de tratamentos térmicos variando entre 620-1035°C. Os resultados mostraram que as diferentes microestruturas do Inconel 718 têm efeitos distintos na condutividade elétrica quando medidos através da técnica de correntes parasitas. A influência da microestrutura na condutividade pode ser mostrada sendo devido à competição de dois efeitos sobre o espalhamento de elétrons: a purificação da matriz e a morfologia, distribuição e tamanho dos precipitados. A combinação dos valores de dureza e condutividade elétrica provou ser uma forma rápida e prática de determinar o nível de envelhecimento da liga; 2) Em um segundo momento foi desenvolvido um processo de otimização de sensores através de modelagem por elementos finitos (MEF). Através de uma metodologia de otimização, os parâmetros de construção e operação de um sensor foram otimizados para inspeção de defeitos superficiais e subsuperficiais esperados em materiais cladeados com Inconel 625. O sensor com a geometria ótima foi construído e testado a fim de verificar a eficiência do processo de otimização. Uma ótima correlação entre os resultados numéricos e experimentais foi encontrada e o sensor ótimo se mostrou eficiente na inspeção de pequenos defeitos superficiais e subsuperficiais na liga Inconel 625 quando operado nas frequências apropriadas. / Nickel-based superalloys have been extensively used in various industries due to its unique mechanical and corrosion behavior. However, these alloys show particular characteristics which lead to the need for specific inspection and metallurgical characterization techniques in order to ensure the structural integrity of components manufactured from these alloys. In this work , the eddy current technique was applied to nickel-base superalloys with two aims: 1 ) Firstly, the microstructural evolution of Inconel 718 during aging processes has been studied through a combination of eddy current testing, X-ray diffraction analysis, metallography, hardness and grain size measurements. Measurements were carried out in samples subjected to different heat treatment cycles between 620-1035°C. Results show that different microstructures of Inconel 718 have a distinguishable effect on electrical conductivity when this is measured through an appropriately sensitive technique (i.e. eddy current testing). The influence of microstructure on conductivity could be shown to be due to the competition between two effects on the scattering of electrons: matrix purification and precipitate size, distribution and morphology. A combination of hardness values and electrical properties proved to be a fast and practical way of determining the stage of aging of the alloy; 2) An optimization method of eddy current sensor design was developed through finite element modeling (FEM). Through a methodology of optimization, the construction and operation parameters of the sensor were optimized for inspection of superficial and subsuperficial defect, commonly found in weld overlay Inconel 625 claddings. A prototype of this sensor with the optimum geometry was built and tested on blocks identical to those considered in the models in order to verify the efficiency of the optimization process. A very good agreement between numerical and experimental results was found. Moreover, the optimal sensor was efficient to detect small surface and subsurface defects in Inconel 625 when operated at appropriate frequencies.

[EN] «Study of neural networks and quadrupole models for the solution of the inverse problem in non-destructive testing by eddy currents. Application control of thickness on metal surfaces with multilayer protection» Abstract Currently the use of test methods using eddy current testing has become widespread in the industry, not only in the field of non-destructive testing, to study the behavior of cracks in components subject to fatigue and to detect failures metal internal structure, but also as measuring instruments to obtain information from the characterization of materials, composition of the surface layers, surface oxidation extent of the thickness of the surface layers treated for hardening. However, the application of currents induced to meet sizing surface layers can be solved by direct problem but not the reverse, obtained from measurements of electromagnetic parameters, the dimensions of the laminated layers on the metal surface. This unique case is trying to solve this thesis so that replaces modeling using different physical layers of the material, quadrupole or quadrupole elements, whose behavior can set the parallel appearing in induced surface currents metal under real conditions. For this, they have taken several sets of plates with different known thicknesses are measured and their characteristic impedances by suitable sensors. The results obtained are used to train an artificial neural network, and therefore should allow its use to solve the inverse problem, i.e., from readings measured as input to the neural network to obtain the dimensions wanted to check out. The work begins with a detailed study of the solutions to equations and harmonic electromagnetic fields for the model proposed. The method of the magnetic vector potential vector with Coulomb contrast conditions used. Signal propagation near the surface and in the border region are studied. The basic formulation of the induced currents is established and studied in detail two specific problems and their models, the finite thickness plate and a cylinder. However, this method of solving the equations of the problem is proposed by using numerical series in replacing the integrals with infinite upper limit. Results to calculate the resulting model parameters based on the obtained test frequency and for a model settled down. We proposes a simulation model ANSYS two solutions, the first a plane model is used PLANE53 and second dimensional model SOLID236. From the latter assay sensitivity of currents induced by benchmarking the environmental conditions change, permeability and conductivity are studied. A model similar to the propagation of a transmission line in telecommunications models for that quadrupoles are set and are daisy-chained signal is also proposed theoretical results are obtained even different frequencies and are used to show a method of measuring or control of different thicknesses. / [ES] Estudio de redes neuronales y modelos de cuadripolos para la solución del problema inverso en ensayos no destructivos, por medio de corrientes inducidas. Aplicación para el control de espesores en superficies metálicas con protección multicapa Resumen En la actualidad el uso de métodos de prueba empleando ensayos de corrientes inducidas se ha generalizado en la industria, no sólo en el campo de los ensayos no destructivos, para estudiar el comportamiento de las grietas en elementos sujetos a fatiga así como para detectar fallas en la estructura interna metálica, sino también como instrumentos de medida para obtener información de la caracterización de los materiales, composición de las capas superficiales, magnitud de la oxidación superficial, espesor de las capas superficiales tratadas para su endurecimiento. Sin embargo, la aplicación de corrientes inducidas para conocer el dimensionado de capas superficiales puede resolverse mediante el problema directo pero no así el inverso, obtener a partir de las mediciones de parámetros electromagnéticos, las dimensiones de las capas estratificadas en la superficie del metal. Este caso singular es el que trata de resolver esta tesis de manera que empleando un modelado que sustituye las distintas capas físicas del material, por elementos cuadripolares o cuadripolos, de cuyo comportamiento se puede establecer el paralelismo con que aparecen las corrientes inducidas en la superficie del metal en condiciones reales. Para esto, se han tomado varios juegos de placas con distintos espesores conocidos y se han medido sus impedancias características mediante sensores adecuados. Los resultados obtenidos sirven para entrenar una red neuronal artificial, y por tanto deben de permitir su empleo para resolver el problema inverso, es decir, a partir de las lecturas de la medición como entrada de la red neuronal obtener las dimensiones buscadas a la salida. Los trabajos se inician con un estudio detallado de las soluciones a las ecuaciones de campos electromagnéticos armónicos y para el modelo que se propone. Se usa el método vectorial del potencial vector magnético con las condiciones de contraste de Coulomb. Se estudian la propagación de señales en las proximidades de la superficie y en la región frontera. Se establece la formulación básica de las corrientes inducidas y se estudian con detalle dos problemas concretos y sus modelos, el de una placa de espesor finito y el de un cilindro. Con todo ello se propone un método de resolución de las ecuaciones del problema mediante el empleo de series numéricas en la sustitución de las integrales con límite superior infinito. Se obtienen resultados para el cálculo de los parámetros resultantes en función de la frecuencia de ensayo y para un modelo establecido. Se propone un modelo de simulación ANSYS con dos soluciones, en la primera se emplea un modelo plano PLANE53 y en la segunda un modelo tridimensional SOLID236. A partir de este último se estudia la sensibilidad del ensayo de corrientes inducidas por comparación de resultados al modificar las condiciones del medio, permeabilidad y conductividad. También se propone un modelo de propagación de señal similar al de una línea de transmisión en telecomunicaciones, para ello se establecen modelos de cuadripolos y se conectan en cadena, los resultados teóricos se obtienen par las distintas frecuencias y sirven para mostrar un método de medida u control de los distintos espesores / [CAT] «Estudi de xarxes neuronals i models de quadripols per a la solució del problema invers en assajos no destructius, per mitjà de corrents induïts. Aplicació per al control de gruixos en superfícies metàl·liques amb protecció multicapa» Resum En l'actualitat l'ús de mètodes de prova emprant assaigs de corrents induïts s'ha generalitzat en la indústria, no només en el camp dels assajos no destructius, per estudiar el comportament de les esquerdes en elements subjectes a fatiga així com per detectar falles en l'estructura interna metàl·lica, sinó també com a instruments de mesura per obtenir informació de la caracterització dels materials, composició de les capes superficials, magnitud de l'oxidació superficial, espessor de les capes superficials tractades per al seu enduriment. No obstant això, l'aplicació de corrents induïts per conèixer el dimensionament de capes superficials pot resoldre mitjançant el problema directe però no així l'invers, obtenir a partir dels mesuraments de paràmetres electromagnètics, les dimensions de les capes estratificades en la superfície del metall. Aquest cas singular és el que tracta de resoldre aquesta tesi de manera que emprant un modelatge que substitueix les diferents capes físiques del material, per elements quadrupolars o quadripols, del comportament es pot establir el paral·lelisme amb què apareixen els corrents induïdes en la superfície del metall en condicions reals. Per això, s'han pres diversos jocs de plaques amb diferents gruixos coneguts i s'han mesurat les seves impedàncies característiques mitjançant sensors adequats. Els resultats obtinguts serveixen per entrenar una xarxa neuronal artificial, i per tant han de permetre la seva ocupació per resoldre el problema invers, és a dir, a partir de les lectures del mesurament com a entrada de la xarxa neuronal obtenir les dimensions buscades a la sortida. Els treballs s'inicien amb un estudi detallat de les solucions a les equacions de camps electromagnètics harmònics i per al model que es proposa. Es fa servir el mètode vectorial del potencial vector magnètic amb les condicions de contrast de Coulomb. S'estudien la propagació de senyals en les proximitats de la superfície hi ha la regió frontera. S'estableix la formulació bàsica dels corrents induïts i s'estudien amb detall dos problemes concrets i els seus models, el d'una placa de gruix finit i el d'un cilindre. Amb tot això es proposa un mètode de resolució de les equacions del problema mitjançant l'ús de sèries numèriques en la substitució de les integrals amb límit superior infinit. S'obtenen resultats per al càlcul dels paràmetres resultants en funció de la freqüència d'assaig i per a un model establert. Se proposa un model de simulació ANSYS amb dues solucions, en la primera es fa servir un model pla PLANE53 i en la segona un model tridimensional SOLID236. A partir d'aquest últim s'estudia la sensibilitat de l'assaig de corrents induïts per comparació de resultats en modificar les condicions del medi, permeabilitat i conductivitat. També es proposa un model de propagació de senyal similar al d'una línia de transmissió en telecomunicacions, per això s'estableixen models de quadripols i es connecten en cadena, els resultats teòrics s'obtenen bat les diferents freqüències i serveixen per mostrar un mètode de mesura o control dels diferents gruixos. / Corbí Cabrera, A. (2016). Estudio de redes neuronales y modelos de cuadripolos para la solución del problema inverso en ensayos no destructivos por medio de corrientes inducidas. Aplicación para el control de espesores en superficies metálicas con protección multicapa [Tesis doctoral no publicada]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/63448 / TESIS

This thesis deals with design of an eddy current transducer which enables non-destructive inspection of composite aircraft structures primarily carbon fiber reinforced plastic (CFRP) in areas of manufacture and maintenance. The design of the transducer is based on analytical-experimental approach and its electrical and mechanical parameters were optimized to ensure a good signal to noise ratio at the six composite samples. These samples contain artificial discontinuities in the form of various types of defects. These defects are simulating the various types of damage created in the aircraft structure, especially delamination or thickness changes of composite materials. The experimental measurements, data collection and non-destructive evaluation were performed during the period. The result of this work is functional eddy current probe, which is reliably able to detect some damage of the carbon composite structures to the depth of 3,9 mm.

The aim of the diploma thesis is to clarify the topic of calibration samples used in eddy current testing on equipment in nuclear energy. The theoretical part of the diploma thesis is focused on the eddy current testing method, which belongs to the technology of non-destructive defectoscopy. This part of the work describes the principle of the method, its scope, limitations and dividing of sensors used in this test method. The work briefly describes the physical principle of the laser, its types and operating modes. The practical part of the work is focused on the production of a calibration samples by laser. Another point of the work is the comparison of data obtained from eddy current measurements on samples made by laser and on calibration samples used in practice.