Ресурсы
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

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
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.
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.
Портативный дефектоскоп BondMaster 600 совмещает в себе мультимодовое программное обеспечение и усовершенствованные электронные схемы для неразрушающего контроля многослойных композитных материалов и стыковых соединений металлов.
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».
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.
Sorry, this page is not available in your country
Let us know what you're looking for by filling out the form below.

This site uses cookies to enhance performance, analyze traffic, and for ads measurement purposes. If you do not change your web settings, cookies will continue to be used on this website. To learn more about how we use cookies on this website, and how you can restrict our use of cookies, please review our Cookie Policy.

OK