Читать книгу Inteligencia artificial y defensa. Nuevos horizontes - José Luis Domínguez Alvarez - Страница 63

El desarrollo de gemelos digitales orientados a la simulación de métodos de fabricación supone un reto a día de hoy, y se torna como una tarea esencial para avanzar hacia la consecución de los objetivos de digitalización de los procesos industriales en el contexto de la Industria 4.0. Dentro de los métodos de fabricación, la soldadura presenta una enorme importancia debido a que se trata de una de las partes más débiles de cualquier máquina y estructura. Esta importancia es aún mayor en contextos de ingeniería militar, donde se espera una gran resistencia, fiabilidad y durabilidad en los elementos soldados en barcos, aeronaves, carros de combate, etc. Especialmente críticas son las soldaduras que conforman los submarinos, pues los elementos que unen están sometidos a altas presiones y un pequeño fallo puede provocar el colapso de la estructura, razón por la cual los procesos de inspección de soldadura han de ser especialmente rigurosos en dicho contexto.

Existen diferentes técnicas de soldeo, cada una válida o más favorable en determinados contextos de aplicación y para determinados materiales, principalmente en aluminio, acero y otras aleaciones, pero también en materiales plásticos. Los métodos de soldeo se pueden agrupar en dos grandes grupos: (i) soldaduras por presión y (ii) soldaduras por fusión, siendo más abundantes y complejas las segundas. La soldadura por fusión implica un cambio de fase en el material, lo que modifica su estructura interna y su resultado depende de muchos parámetros, entre ellos de la temperatura alcanzada, la velocidad de enfriamiento, los aditivos utilizados, la atmósfera de soldeo, la técnica empleada, la soldabilidad del material, etc. La soldadura por fusión abarca desde técnicas aparentemente sencillas, como por ejemplo la soldadura por puntos o la soldadura oxiacetilénica, habitualmente empleadas en uniones que no requieren grandes prestaciones mecánicas, pero, por el contrario, otras técnicas son más complejas y requieren más parámetros de control y un diseño y cálculo previo más riguroso, como, por ejemplo, la soldadura con atmósfera protectora, la soldadura láser, la soldadura de arco sumergido, etc. Además, cada vez es más común que los procesos de soldeo se automaticen y sean realizados por autómatas que deben ser debidamente programados, configurados y calibrados para realizar con éxito su tarea.

El gemelo digital puede conceptualizarse para cubrir todo el ciclo de vida de las soldaduras, abarcando desde las tareas relacionadas con el diseño de la unión, el establecimiento y optimización de los parámetros de soldeo, la planificación del proceso, hasta las posteriores tareas de ejecución del proceso de soldeo y la ulterior inspección de calidad de la soldadura. El gemelo digital se puede nutrir de datos procedentes de diferentes sensores, que monitoricen el proceso de soldeo, y su posterior inspección de calidad; pero también se debe nutrir de datos referentes a la optimización del proceso, a la planificación del mismo, al diseño previo de la unión y a los requerimientos de cualificación del personal interviniente en el proceso. Dichos datos pueden ser objeto de análisis utilizando recientes algoritmos de inteligencia artificial, a fin de establecer procedimientos que permitan predecir determinados aspectos que inicialmente pudieran ser desconocidos, como la posible existencia de defectología o las anomalías geométricas.

En el caso de la inspección de calidad de soldadura, la aplicación de la tecnología del gemelo digital presenta grandes ventajas para garantizar el cumplimiento de la normativa internacional de calidad en soldadura; una normativa que es muy rigurosa y específica en cuanto a la defectología y morfología de las uniones y que supone un coste importante en los procesos manufactureros, constructivos y edificatorios; habida cuenta de que en numerosos casos, cuando se detecta un defecto en soldadura, ello puede implicar la necesaria destrucción de la misma para posteriormente rehacerla, lo que implica costes importantes de producción muchas veces no contemplados e inesperados.

La soldadura por su dificultad como proceso, está clasificada como proceso especial según la terminología establecida en la norma de calidad ISO 9000:20151, debido a que la conformidad del resultado no puede validarse de manera fácil o económica, ni tampoco con los métodos generales de control contemplados en la conocida norma ISO 9001:20152. Algunos ejemplos de normativa específica de calidad en soldadura por fusión son ISO 3834-2:20053, ISO 3834-1:20064, ISO 6520-1:20095, ISO 5817:20146, donde se describen los niveles de calidad aceptable y los criterios para valorar la severidad de los diferentes criterios. Una lectura de dicha normativa puede dar una idea de la diversidad de defectos y patologías existentes en soldadura y de la complejidad del proceso de inspección y valoración.

Para garantizar la calidad del proceso de soldeo se aplican diferentes ensayos, tanto destructivos (se extrae parte de la unión para someterlo a pruebas, afectando a su integridad), como ensayos no destructivos (se realizan por técnicas que no producen deterioro alguno de la unión). Especialmente los segundos son de frecuente aplicación en el ámbito de inspección de soldadura debido a las inherentes ventajas con respecto a los destructivos, a los que no siempre sustituyen del todo. Diferentes técnicas avanzadas se utilizan para la detección de defectos y la validación de la calidad de las soldaduras. Técnicas que abarcan desde la inspección visual para la detección de posibles anomalías geométricas superficiales, como la inspección interna basada en diferentes técnicas NDT (ensayos no destructivos, de sus siglas en inglés non-destructive testing), como son las partículas magnéticas, los líquidos penetrantes, la radiografía industrial, las corrientes eléctricas y los ensayos de ultrasonidos. Cada una de estas técnicas está regulada en cuanto a su aplicación por normativa internacional muy rigurosa y específica que define la manera de realizar el ensayo.

Todas estas técnicas generan una gran cantidad de datos que pueden quedar inconexos y ausentes de relación estructural, complicando su interpretación y valoración en conjunto. Por ello, el gemelo digital tiene una enorme importancia en cuanto a su capacidad de estructurar toda esa información generada de manera óptima y accesible, para, de este modo, tener un registro y un control integral de la calidad de la soldadura (Figura 2).

Figura 2: Generación del gemelo digital de soldaduras.

Para ello se puede partir de una reconstrucción tridimensional de la soldadura, utilizando diferentes técnicas de reconstrucción tridimensional orientadas al objeto cercano, como luz estructurada, luz azul, escaneo láser, cámaras de profundidad, o fotogrametría de objeto cercano. Sobre esa réplica virtual de la soldadura se puede integrar información proveniente de los ensayos no destructivos aplicados a fin de obtener una documentación completa de la soldadura que aborde tanto su estructura y geometría externa, como su defectología interna. A todo ello se le podría añadir información sobre el proceso de soldeo utilizado, sus parámetros de configuración e incluso documentación adicional sobre el personal que ha diseñado, realizado o inspeccionado la unión soldada, los requisitos y normas de calidad aplicables y el contexto de aplicación de la unión (Figura 2). De esta forma se tendría una réplica virtual con la capacidad de incluir toda la información del proceso y que sirva de partida para posibles simulaciones, estudios predictivos, análisis prospectivos y tareas de registro para posteriores consultas o investigación de posibles incidencias.