Desenvolvimento de componentes de um sensor magnetostritivo para aplicação em testes não-destrutivos e monitorização do estado de corrosão

Abstract

Ao longo da presente dissertação procedeu-se ao desenvolvimento de componentes de um sensor magnetostritivo para a aplicação em testes não-destrutivos e monitorização do estado de corrosão. Os principais objetivos do trabalho passam pelo desenvolvimento dos componentes constituintes de um sensor através de técnicas de manufatura aditiva e subtrativa laser, a sua caracterização e avaliação. Para fazer face à evolução da indústria e à monitorização e controlo da mesma, existe assim uma procura por sensores mais flexíveis, de maior eficácia e que deem resposta aos desafios atuais como é o caso dos sistemas de sensores de ondas acústicas que recorrem a ondas acústicas transmitidas através de material magnetostritivo acoplado ao material sob teste. Os sensores atualmente utilizados apresentam algumas falhas/desvantagens neste tipo de aplicações tais como a dependência da qualidade de acoplamento, monitorização periódica e incapacidade de atuação em temperaturas elevadas. Surge assim uma oportunidade de melhoramento deste tipo de sensor para colmatar os problemas, propondo introduzir características inovadoras como o acoplamento embebido no objeto sob análise e eficácia a altas temperaturas. O sensor alvo deste trabalho é o sensor magnetostritivo que é composto por três componentes: material magnetostritivo, bobina de emissão e detenção e um íman permanente. Neste trabalho, foram feitas duas abordagens ao material magnetostritivo, aplicando-se também o processo de manufatura aditiva para a produção das bobinas e para o revestimento isolante. Quanto ao material magnetostritivo, uma primeira abordagem é a otimização do processo de produção através de metalurgia dos pós de uma liga; uma segunda abordagem é a deposição da liga FeCo, através de manufatura aditiva laser, num substrato de aço-carbono eliminando a variável contacto. Para a produção das bobinas, foram produzidos inicialmente fios de cobre através da manufatura aditiva com o objetivo de determinar os melhores parâmetros para um fio contínuo. Além disso, devido à necessidade de isolar os dois componentes anteriormente citados, foi desenvolvido um revestimento isolador através da fusão seletiva laser de óxidos depositado. Após análise de resultados, pode-se verificar que não ocorreu uma sinterização completa da liga FeCo através da metalurgia dos pós nem do revestimento isolador com óxidos enquanto a manufatura aditiva da liga FeCo formou uma camada densificada, com ausência de poros e uma ligação ao substrato sem fissuras que foi evidenciado no teste de medição de espessuras. Existe ainda uma margem de progresso relativamente à produção do revestimento isolador com óxidos e da produção da liga FeCo através de metalurgia dos pós. No entanto, a técnica de manufatura aditiva laser apresenta resultados promissores no que diz respeito ao comportamento magnetostritivo e da sua aplicação.

Throughout this dissertation, components of a magnetostrictive sensor were developed for application in non-destructive tests and monitoring of the state of corrosion. The main objectives of this work are the development of components of the sensor through additive and subtractive laser manufacturing techniques, as well as their characterization and evaluation. To cope with the evolution of the industry and its monitoring and control, there is a demand for more flexible sensors, greater efficiency and that respond to current challenges such as the use of magnetostrictive sensors using acoustic wave systems to monitor the state of corrosion. The currently used sensors have some flaws/disadvantages in this type of application such as dependence on coupling quality, periodic monitoring, and inability to act at high temperatures. Thus, and opportunity arises to improve this type of sensor to overcome the problems by proposing to introduce innovative features such as coupling embedded in the object under analysis, effectiveness at high temperatures and continuous monitoring. The magnetostrictive sensor was the main target of this work and it contain three components: magnetostrictive material, emission and detention coil and a permanent magnet. In this work, two approaches were made to the magnetostrictive material, also applying the additive manufacturing process to produce coils and for insulating coating. Regarding the magnetostrictive material, a first approach is to optimize the production process through powder metallurgy; a second approach is the deposition of the FeCo alloy, though laser additive manufacturing, on a carbon steel substrate to eliminate the contact variable. To produce coils, copper wires were initially produced through additive manufacturing to determine the best parameters for continuous wire. Furthermore, due to the need to insulate the two components mentioned above, an insulating coating was developed through laser sintering of deposited oxides. After analyzing the results, there was no complete sintering of the FeCo alloy through powder metallurgy neither the insulating oxide coating, while the additive manufacturing of the FeCo alloy formed a densified layer, with no pores and a bond to the substrate without cracks which was evidenced in the thickness measurement test. . There is still room for progress regarding the production of the insulating coating with oxides and the production of the FeCo alloy through powder metallurgy. However, the laser additive manufacturing technique shoes promising results regarding the magnetostrictive behavior and its application.