Emissió acústica

 

Què és?

 

L’Emissió Acústica (EA) és una tècnica d’Assaigs No Destructius (AND) que permet determinar la integritat d’un material, component o estructura, i mesurar qualitativament algunes de les seves propietats característiques.

 

Principi físic

 

El terme d’EA fa referència a la generació de ones elàstiques transitòries produïdes per una ràpida alliberació d’energia provocada per la redistribució de tensions a l’interior d’un material. Quan una peça o estructura es sotmet a un estímul extern (canvi de pressió, càrrega, temperatura, etc), es poden produir modificacions internes tals com: el creixement d’esquerdes, deformació plàstica local, corrosió o canvis de fase, que normalment inicien un alleujament d’energia en forma d’ones elàstiques que es propaguen fins a arribar a la superfície. Per tant, aquestes ones contenen informació de la font que les ha generat, i la tècnica de la EA es basa en la detecció i anàlisis d’aquestes [1].

 

Per exemple, si s’agafa un llapis de fusta i s’aplica un moment flector de forma suau fins que aquest trenqui, es pot escoltar perfectament la fractura de les fibres de fusta. El soroll que s’escolta és a causa de les ones de tensió que es propaguen per la fusta, en aquest cas, les ones es generen a freqüències dins del rang audible. Existeixen bastants exemples d’emissió acústica audible, encara que són les menys, com poden ser el trencament de fusta, de gel, d’un paper, etc. Normalment, els senyals de EA no són audibles ja que les ones generades són dins del rang dels ultrasons.

 

Les senyals d’EA s’obtenen mesurant els petits desplaçaments de la superfície (es poden detectar moviments de l’ordre dels 10-12 pm) amb transductors apropiats, que converteixen  aquests  en senyals elèctrics. Aquests senyals es processen per determinar, caracteritzar i localitzar les fonts d’EA.

 

Senyal detectada per l’equip d’EA durant l’assaig de fatiga de contacte d’una proveta d’acer.

 

Altres tècniques d’AND (raigs X, ultrasons, corrents induïts, etc.) detecten discontinuïtats geomètriques injectant alguna forma d’energia en l’element que s’estudia. En la EA, en canvi, el propi defecte genera el seu propi senyal i aquest es pot detectar a certa distancia mitjançant sensors apropiats. Aquest origen de les ones és un dels seus principals avantatges, ja que permet executar assaigs amb la mínima incidència en l’operativitat de l’element a estudi.

 

Les fonts d’EA són múltiples, des d'esdeveniments naturals, com són els terratrèmols, a defectes creixents en materials com metalls, plàstics o materials compostos.

 

Camps d'aplicació

 

Les aplicacions industrials de l’EA són encara limitades, tot i que en aplicacions molt concretes s’utilitza de forma generalitzada (per exemple, en la inspecció de dipòsits a pressió). A nivell científic, s’estudien gran quantitat de fonts de EA. En la llista següent es fa un recull d’algunes d’aquestes [2]:

  • Degradació de materials: defectes creixents, propagació d’esquerdes, deformacions plàstiques, ruptura d’inclusions o precipitats, degradació superficial (per exemple, corrosió) [3].
  • Processos reversibles: transformacions cristal·logràfiques de fase, solidificacions, efectes termoelàstics, fricció entre superfícies, etc.
  • Processos de fabricació: defectes en soldadures, processos de forja, fresats, tornejats, etc.
  • En fluids: detecció de partícules en suspensió, fuites a canonades i/o vàlvules, evolució del gas, punt d’ebullició.

 

Projectes realitzats

 

El LEAM treballa amb la tècnica de l’EA per la caracterització de materials metàl·lics, compostos i biològics.

 

Una de les aplicacions de l’EA que s’està desenvolupant actualment, de forma conjunta amb el Centre Tecnològic de Manresa, és la caracterització del mecanismes de fallada en acers per a eines, amb dues finalitats: aprofundir en l’estudi i coneixement d’aquests, i dissenyar un sistema de manteniment predictiu en eines de conformat. S’ha aplicat l’EA en assaigs de flexió monotònica, fatiga per flexió, fatiga de contacte i nanoindentació [4].

 

Altres projectes que s’estan iniciant, consisteixen en la caracterització de les propietats mecàniques de material biològic, tant en teixit dur (os) com en teixit tou (esòfag); en col·laboració amb el grup de recerca Biomecànica de l’Impacte (UPC).

 

Assaig de flexió monotònic en provetes d’acer per a eines.

 

[1] Vallen, H.;  Acoustic emission testing: fundamentals, equipment, applications. Informative booklets for non destructive testing, NDT compact and understable. Wuppertal (Germany). Castell Publication Inc., 2006. ISBN: 3-934255-26-4.

[2] Ono, K., 2005, Current understanding of mechanisms of acoustic emission, Journal of  Strain Analysis, Special Issue Paper, 40 (1), 1-15.

[3] Fukaura, K.; Ono, K. (2001): “Acoustic emission analysis of carbide cracking in tool steels”,  Journal of acoustic emission, vol.19, pp.91-99.

[4] Martinez, E.; Picas, I.; Casellas, D.; Romeu, J. (2010): “Analysis of fracture resistance of tool steels by means acoustic emission”, Journal of acoustic emission, vol.28, pp.163-169.