As placas de resfriamento a água são trocadores de calor que dissipam o calor através da fricção do líquido que flui pelas superfícies internas. Elas normalmente são usadas em componentes de potência ultra-alta que geram tanto calor que o resfriamento a ar é insuficiente. Por exemplo, a indústria de geração de energia as usa em geradores VAR estáticos (SVGs), a indústria automotiva as usa em baterias de veículos elétricos e a indústria de TI as coloca em compartimentos que abrigam grandes servidores.
A efetividade de uma placa de resfriamento a água depende da área de transferência de calor do líquido e da força de fricção. Diferentemente do resfriamento a ar, o resfriamento a água requer um canal de água para que o fluido circule. Esse canal de água deve ser completamente vedado para evitar que o fluido vaze e cause um curto-circuito em equipamentos elétricos.
Soldagem por fusão vs. Soldagem por fricção de ligas leves
As placas de resfriamento a água normalmente são fabricadas usando ligas de alumínio. Devido à sua fraca soldabilidade, se a soldagem por fusão tradicional for usada para vedar a placa de resfriamento a água, a solda ficará propensa a defeitos, tais como trincas térmicas, porosidade e inclusões de escória. Os soldadores precisam ter habilidades de soldagem por fusão e acabamento excelentes para produzir uma solda de alta qualidade. As altas temperaturas e fumaças tóxicas geradas pela soldagem por fusão também podem ser nocivas à saúde do soldador. A soldagem por fricção (FSW), que usa o aquecimento friccional de uma ferramenta giratória para soldar duas interfaces, oferece uma solução eficaz para esses problemas.
Comparada com a soldagem por fusão, as principais vantagens da FSW incluem:
- Distorção de soldagem mínima
- Melhores propriedades mecânicas do metal soldado
- Não é necessário material de enchimento
- Ambiente de trabalho mais limpo e seguro
- Operação mais fácil
- Remoção automática de escamações de óxido
- Integração da ferramenta em soldagem automática e robótica mais fácil
- Mais eficiente em ligas leves propensas a trincas
Pontos fracos da soldagem por fricção e a solução Phased Array
Apesar de suas muitas vantagens, a FSW também apresenta algumas limitações. Quando a FSW é usada em placas de resfriamento a água, é possível que ocorram defeitos mecânicos no cordão entre a placa de cobertura e a base. Esses defeitos geralmente ocorrem perto do ponto de fricção da ferramenta giratória, manifestando-se como cavidades minúsculas conhecidas como porosidade. Eles tendem a formar uma série quase contínua, mas não são fáceis de detectar.
Sonda Olympus 10L64-FSW PA e calço de coluna de água SFSW-N45S-WHC sendo usados para rastrear uma soldagem por fricção em um bloco de calibração de placa de resfriamento a água (à esquerda) e a região de interesse indicada com linhas vermelhas (à direita)
A tecnologia de testes de ultrassom Phased Array (PAUT) consegue detectar defeitos muito pequenos na FSW. A solução aqui apresentada inclui o detector de defeitos OmniScan™ MX2 e uma sonda e calço Olympus otimizados para a inspeção de soldas por fricção. O detector de defeitos Phased Array OmniScan SX também pode ser usado com a mesma sonda e calço para obter esses resultados.
Detector de defeitos OmniScan™ MX2 e sonda PA configurados para um rastreamento linear, pulsando 8 elementos simultaneamente com um incremento de 1 elemento, 64 elementos no total, para gerar uma onda de cisalhamento de 45 graus
Revelando resultados: analisando os dados das imagens Phased Array
A captura de tela abaixo de uma inspeção no software OmniPC™ mostra os resultados do rastreamento do bloco de calibração. Além da porosidade próxima da superfície, o software também revela a falta de fusão na junta vertical, indicando que não foi soldada corretamente.
A inspeção do outro lado do bloco de calibração mostra a superfície de fusão soldada cuidadosamente, sem defeitos visíveis, e o reflexo geométrico do canto acentuado.
Os resultados da inspeção na placa de resfriamento a água em questão submetida aos testes são apresentados abaixo. É possível ver que existem defeitos em ambos os lados da solda por fricção, estendendo-se por todo o comprimento da peça.
Imagens de falta de fusão e porosidade na FSW fáceis de interpretar
Usando a tecnologia de ultrassom Phased Array em combinação com as sondas e calços de soldagem por fricção especiais, conseguimos detectar claramente a porosidade visível e a falta de fusão invisível na superfície da junta de placas de resfriamento a água. As imagens de rastreamento adquiridas usando o detector de defeitos OmniScan MX2 (ou OmniScan SX) com suas várias exibições de dados é fácil de interpretar e reflete a condição real da peça inspecionada.
Detectores de defeitos Phased Array OmniScan MX2 (à esquerda) e OmniScan SX (à direita)
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