Olympus Logo
Olympus LogoOlympus Logo
Мультимедиа
Application Notes
Назад к ресурсам

Неразрушающий контроль качества клеевых соединений в композитных конструкциях самолетов


Область применения

От качества сцепления в многослойных композитных материалах зависит целостность конструкций (самолетов) на протяжении всего срока эксплуатации. Исходя из этого, были разработаны методы НК для оценки качества клеевых соединений во время технического обслуживания. В данной инструкции рассматривается несколько методов, разработанных для повышения точности контроля.

Предпосылка

Композиционные материалы получили широкое применение в самолетостроении. Крупные самолетостроительные компании, такие как Boeing и Airbus, все чаще применяют композиты в конструкциях гражданских коммерческих самолетов. Например, фюзеляж самолета Boeing 787 полностью выполнен из композиционных материалов; а в самолетах Airbus A380 и A350 композиты составляют значительную часть конструкции. Производители самолетов бизнес-класса и региональных лайнеров также расширили использование композитных материалов. То же самое наблюдается в конструкциях военных самолетов (например, истребители F22 и военно-транспортные самолеты A400).

Элементы конструкции самолета подвержены воздействию больших нагрузок, а также ударам молнии, – поэтому надежные и эффективные методы неразрушающего контроля (НК) необходимы для выявления возможных повреждений и оценки технического состояния ЛА. Методы и приборы должны быть просты в освоении и использовании для операторов НК по всему миру для обеспечения стабильности полученных в ходе проверки результатов.

Ударные воздействия на элементы конструкции ЛА приводят к повреждению компонентов, выполненных из композиционных материалов. Тип повреждения будет зависеть от особенностей, состава и плотности структуры из КМ. В композитных многослойных структурах, дефекты, возникающие вследствие ударного воздействия – это, чаще всего, расслоения между разными слоями фюзеляжа и обшивкой крыла. Ударные нагрузки могут также вызвать отслоения между обшивкой и элементом жесткости. Дефекты клеевых соединений существенно влияют на целостность конструкции. Фюзеляжи самолетов B787 и A350 почти полностью выполнены из многослойных композитов.


Рис. 1: Расслоение многослойной структуры

Композитные сэндвич-структуры, представляющие собой трехслойные конструкции из двух слоев композиционного материала и заполнителя (NOMEX и т.п.) между ними, могут иметь различные типы повреждений. Можно выявить следующие дефекты, вызываемые ударным воздействием:
Тип A - расслоение между слоями наружной обшивки из ПАУВ (пластика, армированного углеродным волокном), параллельно поверхности
Тип B - отслоение наружной обшивки от сотового заполнителя
Тип C - трещина в сотовом заполнителе, параллельно контролируемой поверхности
Тип D - деформация заполнителя (смятие) в параллельных зонах
Тип E - отслоение внутренней обшивки от сотового заполнителя
Тип F - проникновение жидкости в сотовый заполнитель


Рис. 2: Возможные повреждения в композитной сэндвич-структуре

Решения и оборудование

Многорежимный акустический контроль клеевых соединений

Дефектоскоп Bondmaster 600 производства Olympus представляет собой многорежимный ультразвуковой прибор для контроля качества клеевых соединений в многослойных конструкциях из КМ. Прибор работает в разных режимах, включая раздельно-совмещенный (Р-С), резонансный и режим MIA (анализ механического импеданса — АМИ). Данный дефектоскоп уже давно используется для технического осмотра самолетов, но в последние годы были разработаны новые методы контроля.


Рис. 3:BondMaster 600 производства Olympus

Раздельно-совмещенный режим используется для контроля сотовых конструкций композитов. Передатчик посылает акустическую энергию в объект, а приемник принимает сигнал. В случае контроля зоны с качественным клеевым соединением, часть акустической энергии затухается компонентами структуры. Если преобразователь расположен на участке с нарушением клеевого соединения, количество энергии, вернувшейся к приемнику больше, поэтому амплитуда сигнала меняется.



Рис. 4: Контроль клеевого соединения в раздельно-совмещенном режиме

Данная методика была разработана недавно для более точного выявления отслоения (площадью 25 x 25 мм.), расположенного на противоположной стороне, под сотовым заполнителем (толщиной 40 мм), аналогично дефекту типа E. Новый дифференциальный преобразователь высокого напряжения специально разработан для сложного и трудоемкого контроля самолетов Airbus. Этот блестящий результат разработок теперь представлен в сервисном бюллетене Airbus.

Традиционный ультразвуковой контроль

Ультразвуковая дефектоскопия является самым широко используемым методом контроля конструкций из КМ. В настоящее время на рынке представлен широкий ассортимент ультразвуковых приборов. Как правило, ультразвуковая волна очень хорошо распространяется в композитных многослойных структурах, что ускоряет выявление аномалий. К сожалению, в сэндвичевых конструкциях ультразвуковые сигналы сильно ослабляются по причине неоднородности и малой плотности основной структуры. Соответственно, для контроля такого рода конструкций требуются ультразвуковые дефектоскопы со специальным функциями.

В производственных условиях, контроль больших сэндвич-панелей выполняется в теневом режиме: ультразвуковой луч с относительно высокой амплитудой проходит через весь объект, а приемный преобразователь, расположенный на противоположной стороне, измеряет затухание сигнала. Результаты обычно отображаются в виде C-скан развертки. Данный метод является надежным и широко используется в отрасли. К сожалению, для технического обслуживания данный метод не подходит, поскольку он эффективен только при двустороннем доступе.

Тем не менее, ультразвуковой контроль позволяет выявлять отслоения внутреннего и наружного слоя обшивки, наличие жидкости и смятие заполнителя. Необходимые для этого низкочастотные преобразователи и функцию трассировки донного эхо-сигнала следует использовать обдуманно. В случае расслоения в наружной обшивке или отслоения наружного слоя обшивки от заполнителя наблюдается полное затухание донного эхо-сигнала.

Недавно была разработана новая методика для обнаружения отслоения внутреннего слоя обшивки от заполнителя. Эта методика использует преимущества широкополосного преобразователя (1 МГц), который под воздействием мощного прямоугольного импульса создает резонанс в зоне под преобразователем. Фильтр приемника прибора настроен на толщину объекта и для работы на соответствующей полуволне. Наличие отслоения уменьшает жесткость структуры, что изменяет резонанс на продолжительную длинную волну, а резонансная частота уменьшается. По причине этого феномена, отслоение (25 x 25 мм) на внутренней структуре вызывает затухание донного эхо-сигнала на 6-12 дБ.


Рис. 5: Ультразвуковой резонансный метод

Ультразвуковой дефектоскоп EPOCH 650, характеризующийся импульсами высокого напряжения, качеством прямоугольных импульсов и выбираемыми узкополосными фильтрами – идеальный инструмент для данного метода контроля.

Рис. 6: Olympus EPOCH 650


Ультразвуковой контроль с применением фазированных решеток

Сравнительно новая технология ультразвуковых фазированных решеток также претерпела значительные изменения и совершенствования. На рынке теперь доступен широкий ассортимент портативных и простых в использовании приборов. В руководствах по техническому обслуживанию авиастроительных компаний уже ссылаются на OmniScan PA, используемого в самых разных приложениях, включая выявление ударных повреждений в композитных многослойных структурах.

Для контроля таких структур применяется линейное сканирование. Прибор выполняет линейное сканирование под углом 0°, охватывая широкую зону за один проход. В комбинации с портативным сканером (например Glider) система отображает результаты в виде C-скан развертки, что дает интуитивную карту инспектированных зон. Использование сканера и С-скана повышает надежность и скорость контроля.

Рис. 7: Использование OmniScan PA и сканера GLIDER для контроля КМ

Портативный ручной прибор для инспекторской проверки на перроне

Было вложено немало усилий в создание новых методов и оборудования для НК, но по мере увеличения доли композитов в конструкции самолетов все большую важность приобретает задача быстрого осмотра самолета на наличие ударных повреждений во время промежуточной стоянки в аэропорту. Поскольку специалисты НК присутствуют не во всех аэропортах мира, были разработаны приборы для использования непрофессионалами.

Специально созданный для проверки нового самолета Boeing 787 и других конструкций из КМ, 35RDC – простой в использовании ультразвуковой прибор для проведения контроля по принципу Да/Нет. Прибор предназначен для использования линейным техперсоналом, не обладающим специальными знаниями в области НК, с целью выявления подповерхностных повреждений, вызванных ударным воздействием на конструкции из ламинированных композитов (не сотовые конструкции). Данное решение разработано и запатентовано Boeing, и основывается на уже известной технологии импульс-эхо. 35RDC теперь упоминается в руководстве по ремонту конструкции B787.

Рис. 8: Olympus 35RDC (Ramp Damage Checker – Инструмент первичной диагностики)

Olympus IMS

Продукты, используемые для этой цели


35RDC

35RDC – простой в использовании ультразвуковой толщиномер, предназначенный для выявления подповерхностных дефектов в конструкциях самолетов из композиционных материалов. 35RDC оснащен ЖК-дисплеем с подсветкой, на котором, при отсутствии дефектов, отображается слово «GOOD», а в случае обнаружения подповерхностного дефекта отображается «BAD».

Bondmaster 600NEW

Портативный дефектоскоп BondMaster 600 совмещает в себе мультимодовое программное обеспечение и усовершенствованные электронные схемы для неразрушающего контроля многослойных композитных материалов и стыковых соединений металлов.

Сканер Glider

Сканер GLIDER – двухкоординатный (X-Y) сканер-кодировщик для ручного контроля на слегка изогнутых и плоских поверхностях композитных материалов. Сканер предназначен в основном для растрового сканирования с использованием следующих технологий контроля: ECA, EC, UT, PA.

OmniScan MX PA

OmniScan PA используется для ручного и автоматизированного контроля фазированными решетками. Дефектоскоп поддерживает A-скан, B-скан, S-скан и C-скан развертки, а также предоставляет возможность обработки данных в режиме реального времени. Доступные конфигурации: 16:128 элементов, а также 16:16M, 16:64M, 32:32 и 32:128

OmniScan MX2

Новый 2-канальный традиционный ультразвуковой модуль UT2 прибора OmniScan MX2 может использоваться для TOFD-контроля (дифракционно-временной метод). Модуль характеризуется генератором высокого напряжения (340 В), расширенными возможностями ЧЗИ и оптимальным соотношением сигнал-шум.

OmniScan SX

Легкий и простой в использовании дефектоскоп OmniScan SX оснащен удобным 8,4-дюймовым (21,3 см) сенсорным экраном и представляет экономически выгодное решение в области неразрушающего контроля. OmniScan SX доступен в двух конфигурациях: SX PA и SX UT. Модель SX PA – это ФР-модуль 16:64PR, который, аналогично УЗ-модулю SX UT, имеет традиционный канал УЗ (UT) для контроля в режимах И-Э, P-C или TOFD.
Sorry, this page is not available in your country