Nova tecnologia melhora a segurança dos componentes do motor

O sensor e o software inteligente monitorizam a qualidade crítica dos lingotes ao longo de todos os processos de fusão.

Fabrico e Concepção Aeroespacial | Paul E. King e Andrew J. Elliott

As viagens aéreas comerciais estão mais seguras do que nunca. No entanto, as falhas mecânicas podem ocorrer — e continuam a ocorrer. O voo UA 328, que partiu de Denver, no Colorado, a 20 de fevereiro de 2021, sofreu uma falha catastrófica no motor quatro minutos após a descolagem. Felizmente, o avião regressou ao aeroporto e aterrou em segurança. Embora a Administração Federal de Aviação (FAA) esteja continuamente a melhorar os regulamentos de segurança, há ainda muito a fazer para prevenir falhas críticas nos motores.

É possível introduzir melhorias logo no início do processo de fabrico, durante o tratamento primário do metal. Os materiais têm de ser concebidos para suportar as tensões intensas e as temperaturas extremas a que os componentes estão sujeitos, como é o caso dos discos de turbina, que mantêm as pás da turbina unidas enquanto rodam a mais de 10 000 rpm e a temperaturas que atingem os 1 700 °C. As pás do ventilador também são vulneráveis, como ficou comprovado no voo UA 328. O National Transportation Safety Board (NTSB) determinou que a causa foi a falha das pás do ventilador – duas pás fraturaram-se devido à fadiga do metal, frequentemente resultado de descontinuidades macroscópicas e microscópicas que podem ocorrer durante o processamento primário do metal.

Os processos de fabrico atuais não permitem produzir os componentes dos motores de avião do futuro. Para cumprir essas normas, é necessária uma revolução no fabrico de peças, em que processos impecáveis e equipamento de precisão proporcionem uma confiança absoluta na capacidade do material para atingir o máximo desempenho.

A Ampere Scientific e a Consarc Corp. uniram forças para aplicar sensores e inteligência de software com o objetivo de revolucionar o fabrico de peças. A sua missão atual consiste em detetar, durante o processo de refundição por arco a vácuo (VAR), condições que possam causar defeitos em componentes críticos do motor. Irão utilizar esta tecnologia para prever as condições que conduzem a defeitos e impedir que estes ocorram.

Os fornos VAR fundem novamente e refinam ligas especiais que são transformadas em peças essenciais para motores aeronáuticos em aeronaves. Os fornos VAR atuais dependem de sinais elétricos para o controlo do processo e a avaliação da qualidade dos lingotes, em vez de uma avaliação direta e da visualização em tempo real do lingote em formação.

A Ampere Scientific está determinada a mudar essa situação com a sua tecnologia de deteção do posicionamento do arco VARmetric, que permite observar o processo de fusão. A VARmetric combina a deteção avançada de campos eletromagnéticos com as medições do forno VAR da Consarc para captar, registar e apresentar as características de funcionamento do forno que anteriormente não eram detetáveis durante a fusão. Utiliza os controlos da Consarc para monitorizar a corrente, a tensão, o nível de vácuo, a célula de carga, a posição/velocidade do êmbolo e a agitação eletromagnética do forno. O VARmetric integra, em seguida, medições dos campos magnéticos em diversos pontos ao longo do VAR para obter uma imagem da localização do arco no interior do VAR.

 

O resultado são dados em tempo real que mostram:

• Gráficos das características operacionais do forno (corrente, tensão, vácuo, taxa de fusão, velocidade do êmbolo, etc.)
• Posição do arco radial sobreposta às imagens de vídeo captadas pelas câmaras do anel VAR
• Distribuição do arco ao longo do tempo
• Forma e posição do elétrodo em função do tempo
• Alarmes para situações de arco lateral, distâncias entre elétrodos excessivas, outros eventos anómalos ou movimentos dos elétrodos

Estes dados estão à disposição do operador à medida que o lingote é produzido e podem ser utilizados como parte do registo da cadeia de custódia de qualquer lingote de liga qualificado. Esta informação permite calcular a probabilidade de defeitos de solidificação durante a operação, no âmbito da criação de gémeos digitais. Isto proporciona aos produtores de metal, aos fabricantes de equipamento original (OEM) de motores e aos organismos reguladores uma maior confiança de que os materiais que utilizam são produzidos de forma consistente e podem suportar as condições rigorosas que se espera que enfrentem em ambientes extremos. O VARmetric capta dados ao longo de todo o processo de fusão e cria um mapa detalhado para avaliar a qualidade do lingote muito antes de serem realizados quaisquer testes de qualidade microscópicos ou macroscópicos nas peças acabadas. O VARmetric pode tornar-se um sistema de alerta precoce à medida que a tecnologia amadurece e os conjuntos de dados crescem, permitindo que os operadores respondam de forma proativa durante a fusão para evitar exceder os limites do processo durante a produção, levando a resultados ótimos de forma consistente em cada fusão, sempre.

Com estas orientações, os defeitos de solidificação serão reduzidos e a confiança na qualidade dos lingotes aumentará. Lingotes de maior qualidade resultam em componentes de maior qualidade, contribuindo para que a próxima geração de aeronaves voe de forma mais leve, mais rápida, mais resistente e mais segura.

 

Fonte: Aerospace Manufacturing & Design