62ª Reunião Anual da SBPC
B. Engenharias - 1. Engenharia - 4. Engenharia de Materiais e Metalúrgica
MEDIÇÃO DA TAXA DE DILUIÇÃO DE JUNTAS SOLDADAS ATRAVÉS PROCESSAMENTO DIGITAL DE IMAGENS
Alyson Bezerra Nogueira Ribeiro 1
Jéssyca Almeida Bessa 1
Thomaz Maia de Almeida 2
Edson Cavalcanti Neto 1
Auzuir Ripardo de Alexandria 1
1. Instituto Federal de Educação, Ciência e Tecnologia - IFCE, Fortaleza/CE
2. Universidade Federal do Ceará - UFC, Fortaleza/CE
INTRODUÇÃO:
Soldagem consiste na união de metais através da fusão entre eles, sendo largamente utilizada em aplicações industriais. Esse procedimento é comumente utilizado na fabricação de estruturas simples como, por exemplo, grades, portões e principalmente na união de tubulações em campos de petróleo. Na soldagem por fusão existem vários fatores que afetam as características do metal, dentre eles a diluição, a volatilização, as reações químicas, a absorção de gases e a estrutura de solidificação. Este trabalho propõe mensurar a taxa de diluição. Quando a soldagem é realizada em metais de composições próximas (soldagem similar) é irrelevante o problema de alteração das propriedades do metal devido à diluição, porém, se um dos materiais de base ou o consumível apresenta composição diferente dos demais, podem existir problemas de elevada diluição. As soldas dissimilares são amplamente usadas em juntas envolvendo aços carbono, aços inoxidáveis e ligas a base de níquel em ambientes com temperaturas elevadas, plantas de geração de energia nuclear, indústrias químicas e petroquímicas. Neste caso, não somente se deve procurar minimizar a diluição através de um procedimento bem estudado para a aplicação específica, como se deve dar especial atenção ao tipo de consumível a ser adotado. Nesse sentido, são inúmeros os efeitos de diluições excessivas no balanço de composições. A composição química final da zona fundida depende da intensidade das reações químicas e da participação relativa entre o metal de base e o de adição na formação dessa zona. Essa participação relativa é conhecida como coeficiente de diluição. Matematicamente, a taxa de diluição é definida pela razão entre a área de penetração do metal de adição no metal de base e a área total do metal de solda. As medidas de diluição, em geral, são executadas manualmente com o auxílio de programas de desenho através da determinação da área do metal de base fundida e da área total do metal de solda. Neste contexto, foi desenvolvido um software com capacidade de determinar a taxa de diluição do metal de solda sobre o metal de base e também alguns outros parâmetros físicos do cordão de solda, como altura, largura e profundidade. O software proposto baseia-se na utilização da técnica de Processamento Digital de Imagens chamada Crescimento de regiões para segmentar a regiões específicas necessárias para calcular a taxa de diluição. Foram utilizadas imagens de amostras obtidas no Laboratório de Ensaios Mecânicos (LEM) do Instituto Federal de Educação, Ciência e Tecnologia do Ceará e realizadas comparações entre o sistema desenvolvido e método tradicional .A análise dos resultados obtidos foi realizada por profissionais da área de soldagem, metalúrgica e de materiais. Desta forma, foi possível avaliar a eficiência e eficácia da aplicação do sistema desenvolvido, tendo-se verificado resultados de boa qualidade para a referida aplicação computacional proposta.
METODOLOGIA:
Foi necessário utilizar técnicas de Processamento de Imagens para manipular as imagens das amostras e obter os dados necessários para determinação da taxa de diluição. As imagens foram adquiridas e digitalizadas através de uma câmera digital. O pré-processamento foi realizado por meio da conversão das imagens para tons de cinza e aplicação da filtragem por mediana para remoção de ruídos. A segmentação foi obtida com a aplicação da técnica de Crescimento de Regiões, a qual é um procedimento que agrupa pixels ou sub-regiões em regiões maiores possuindo como referência características do tipo nível de cinza, cor, textura ou outras. Para a implementação dessa técnica, determina-se inicialmente o pixel-semente, logo após analisa-se a vizinhança e os pixels conectados semelhantes são adicionados a região de interesse. Deste modo, é realizada uma análise contínua na vizinhança de todos os pixels da região até que não haja mais a semelhança necessária para que outro pixel seja adicionado. O software foi desenvolvido utilizando-se da plataforma Visual Studio C++. Foi utilizada a programação orientada a objetos para aperfeiçoar o sistema, pois esse método permite a criação de bibliotecas que tornam efetivos o compartilhamento e a reutilização do código, reduz o tempo de desenvolvimento e simplifica o processo de manutenção das aplicações. Com intuito de facilitar a utilização do programa, foi desenvolvida uma interface, onde o operador poderá informar os dados para que o software realize o cálculo da taxa de diluição e também forneça os valores da altura, largura e profundidade do cordão de solda.
RESULTADOS:
Foram utilizadas 19 imagens de amostras obtidas no Laboratório de Ensaios Mecânicos (LEM) do Instituto Federal de Educação Ciência e Tecnologia do Ceará e foi verificada a exatidão das segmentações por Crescimento de Regiões. Foram 17 as segmentações que apresentaram resultados precisos e confiáveis mostrando que o sistema proposto é bastante robusto. Além do mais, o sistema é bastante rápido para executar a medição da taxa de diluição. Entretanto, em 2 imagens foram obtidos erros na medição da taxa de diluição devido a péssima qualidade durante a aquisição destas, uma vez que foi detectado um ajuste inadequado do contraste e excessiva iluminação. Entre as imagens, foram detectados ruídos tipo sal que é caracterizado pelo aparecimento de chuviscos de cor branca em algumas imagens, o que causou pequenas falhas nas segmentações, contudo esse problema foi solucionado com a aplicação do filtro por mediana para remoção de ruído antes da segmentação, visando aumentar a robustez á ruídos do sistema proposto e tornar os resultados mais confiáveis. As medidas de diluição, em geral, são executadas manualmente através da determinação da área da região de penetração do metal de solda e da área total do metal de solda utilizando softwares de desenho ou de análise de imagem. Dessa forma com intuito de efetuar a validação do sistema, foram realizadas comparações dos resultados do software com os do método tradicional. No método tradicional usuário deve mensurar as áreas da penetração e do reforço uma por uma e, em seguida, calcular manualmente a taxa de diluição. Ao serem analisados os erros na verificam-se diferenças irrelevantes entre os valores dos resultados do sistema desenvolvido em relação ao método tradicional. O erro máximo obtido no sistema desenvolvido foi 1,09. Deve-se salientar, no entanto, que no sistema desenvolvido a obtenção da taxa de diluição foi bem mais rápida do que no método tradicional.
CONCLUSÃO:
O desenvolvimento desse software tornou bem mais prática a determinação da taxa de diluição, pois o método convencional exige demasiada atenção do operador além de se tornar, quando realizado em série, um processo cansativo e fastidioso, sendo por isso propício à obtenção de erros. O software mostrou-se eficiente, apresentando robustez quanto à presença de ruídos. O tempo para executar todo o processo também foi algo positivo a se salientar. Uma característica interessante dessa aplicação computacional é o método de programação orientada a objetos, assim, tornou o código fonte mais organizado e otimizado. Em trabalhos futuros é interessante a aplicação do zoom nas imagens, uma ferramenta de ajuda também pode ser possível para facilitar o trabalho do operador.
Instituição de Fomento: Fundação Cearense de Apoio ao Desenvolvimento Científico e Tecnológico - FUNCAP
Palavras-chave: Diluição, Processamento Digital de Imagens, Crescimento de Regiões.