carbon kontrol21 m(1)

ПРЕДЛОЖЕНИЯ ПО КОНТРОЛЮКАЧЕСТВА ПРОВОДЯЩИХ УГЛЕРОДНЫХ

МАТЕРИАЛОВ – УГЛЕПЛАСТИКОВ, УУКМ И ГРАФИТОВ

Москва 2013

1

Все, что вы хотели знать об объекте

Проблема

• В настоящее время существует много методов поиска дефектов и расслоений в композиционных материалах. Такие как радиографический (рентгеновский), ультразвукой

Эти методы хорошо развиты, но:.• Рентгеновский метод- имеет ограничение по габаритам и дорог.• Ультразвуковые методы – часто требуют использования

контактной жидкости и имеют сравнительно небольшую скорость исследования .

• Проводящие материалы(графиты, УУКМ, углепластики) дают возможность искать дефекты в них ,исследуя поле вихревых токов.

Все, что вы хотели знать об объекте 2

Современное состояние вопроса

3Все, что вы хотели знать об объекте

Принцип поиска дефектов с помощью вихревых токов

Сравнение разных методов контроля

Результаты контроля при использования а)-вихретокового,

b)- ультразвукового c)- рентгеновского методов контроля

4Все, Все, что вы хотели знать об объекте

что вы хотели знать об объектеВсе, что вы хотели знать об объекте

Достоинства вихретокового контроля проводящих (углеродных) материалов

• Метод бесконтактный.• Подход односторонний.• Скорость сканирования, практически, не ограничена.• Допустим слой краски на поверхности.• Возможность применения высокопроизводительной

многоканальной системы.


Наличие аналогов

• Промышленный выпуск средств вихретоковой дефектоскопии осуществляют многие отечественные и зарубежные фирмы, среди которых наибольшую известность имеют ЗАО МНПО «СПЕКТР», «Константа», «ГлавДиагностика», «АКА-Скан», «КРОПУС», «ЛУЧ» (Россия), Zetec, TesTex, DeFelsko (США), Namicon (Италия), Rohmann (Г ермания), Interkontrol (Франция), Hocking (Великобритания) и др.

• Наиболее близок дефектоскоп «КОНСТАНТА ВД1» со специализированным преобразователем для контроля расслоений в углепластиках.


Вихретоковые преобразователи

• Максимальная толщина углепластика - 30 мм;• Минимальный размер выявляемых расслоений: 2х2 мм в слое глубиной до 5 мм; 5х5 мм в слое глубиной до 10 мм; 10х10 мм в слое глубиной до 20 мм; 20х20 мм в слое глубиной до 30 мм;

• Рабочий зазор до 3 мм;• Возможность использования не более 2-х

типоразмеров ВТП .• ВТП могут объединяться в линейку.• Возможность работы по шероховатым

поверхностям.


Приборные разработки


Приборы -аналоги

9

«Константа»


Объект исследования

• Объект исследования – изделия в виде пластин и других конструкций из композитных углепластиковых материалов

• Цель работы – исследование возможности выявления вихретоковым методом характерных дефектов сплошности в виде расслоений.

• В результате теоретических и экспериментальных исследований показана возможность выявления локальных разрушений авиационных конструкций с молниезащитной сеткой, а также пластин с расслоениями. Определены перспективные направления разработки вихретоковых средств дефектоскопии для высокопроизводительного контроля.


План работы

Изготовление образцов с дефектами (закладки). Расчетно-теоретические и экспериментальные

исследования с целью оптимизации конструкции ВТП и рабочих режимов.

Разработка и изготовление специализированного ВТП. Разработка и изготовление линейки ВТП. Исследование возможности дефектоскопии

сложнопрофильных участков (например, Т-образных). Разработка многоканальной (до 16 каналов) вихретоковой

системы с визуализацией и дефектометрической оценкой результатов контроля.



Моделирование поля в образце


Численное моделирование системы вихретокового контроля слоистых композитов

13

Геометрическая модель образца для расчета была полностью параметризована в рамках данного типа дефекта, а генерация модели происходила в автоматическом режиме по заданному набору параметров. В частности, допускалось изменять толщину образца, толщину и глубину залегания закладки, угол наклона переходной зоны.


Результаты расчетов

14

Результаты расчета показали, что максимальную абсолютную и относительную чувствительности будут иметь измерительные обмотки, сосредоточенные в центре, при этом максимум сигнала наблюдается непосредственно над

краем дефекта.


Экспериментальные исследования выявляемости дефектов

• Исследования проводились абсолютным, дифференциальным и матричным ВТП. Результаты представлены. Они показывают возможность выявления дефектов типа разрывов (трещин).

• В работе рассмотрены наиболее перспективные методы обработки сигналов при контроле углепластиковых материалов.


Описание экспериментальной установки


Конструкция сканера

17

Алгоритм сканирования заключается в пошаговом перемещении ВТП над поверхностью контролируемого объекта и получении результата измерений от дефектоскопа после каждого шага. Полученные результаты записываются в матрицу, размерами, соответствующими количеству шагов сканирования по каждой из осей.

Особенностью вихретокового контроля является комплексный сигнал дефектоскопа, состоящий из действительной и мнимой части. Поэтому в результате сканирования на выходе получаются две матрицы: Re и Im.


Особенности преобразователей

18

• У дифференциального преобразователя сигнал при сканировании вдоль его оси имеет два выброса разной полярности, расстояние между выбросами равно приблизительно расстоянию между полюсами датчика. При сканировании поперёк оси выброс один, положительной или отрицательной полярности. Ширина выброса равна приблизительно сумме ширины дефекта и ширины датчика.


Результаты экспериментальных исследований

Были исследованы образцы:

• Тавры из углепластика( 2 типа)

• Углепластиковая плита с вложенными дефектами


Результаты экспериментальных исследований. Контроль тавра из углепластика.:Скан образца С-02


Контроль тавра из углепластика:Скан образца С-04


Визуализация тавра с металлической закладкой


Контроль плиты с закладными имитаторами дефектов

23

• Плита была отсканирована несколькими типами датчиков, в отчёт вошли два наиболее интересных , условные наименования 7х20 и 10х30.

• Рабочая частота была выбрана после нескольких экспериментов- 250 кГц – максимально возможная для данного типа преобразователей.

• Зазор между преобразователем и контролируемой плитой около 1мм.


Описание плиты с вложенными дефектами

№Форма Размер Глубина закладки

Номер слоя

1 Кварат 30х30х0.2 1,0 3

2 Квадрат 30х30х0.2 2,0 8

3 Квадрат 3030х0.2 3,0 13

4 Круг Ф10х0.2 1,0 3

5 Круг Ф10х0.2 2,0 8

6 круг Ф10ж0.2 3,0 13


Визуализация дефекта


Визуализация квадратных дефектов


27

Визуализация дисковых дефектов


Заключение

• Проведенные исследования показали, что вихретоковый метод широко применяется для контроля качества углепластиков.

• С помощью известных средств вихретоковым методом выявляются дефекты типа разрывов.

• Проведенные исследования показали возможность выявления дефектов типа разрывов под воздействием ударов при наличии молнезащитной сетки и расслоений.

• Дефекты типа ударов выявляются путем контроля целостности защитной сетки. Порог чувствительности – разрыв, хотя бы одной проволоки. Необходимы исследования для того, чтобы установить связь с силой удара.

• Чувствительность к дефектам типа расслоений удалось обеспечить с помощью специально созданного для этой цели вихретокового преобразователя.

• В настоящее время удается выявлять расслоения с зазором между слоями 200 мкм и диаметром 10 мм на глубине 2 мм.

• Повышение чувствительности возможно за счет дальнейшего совершенствования вихретокового преобразователя, электронного блока и алгоритмов обработки сигнала.


ИСТОЧНИКИ ИНФОРМАЦИИ

• Koyama K., Hoshikawa H., Hirano T. Investigation of impact damage carbon fiberrainforced plastic (CEPR) by eddy current non destructive testing//International Conference NDT in Canada 2011.– 2-4 November 2011, Montreal, Quebec, Canada

• A.R Valleau, "Eddy current nondestructive testing of graphite composite material", Materials Evaluation 48-2, p.230- 1990.'• M.Gvishi, A.H.Kahn, and M.L.Master, "Eddy current testing of carbon-carbon composite", Review of Progress in QNDE,

Plenum Press 11, p.289- 1992.• M.P. de Goeje and K.E.D. Wapenaar, "Non-destructive inspection of carbon fiber-reinforced plastics using eddy current

methods", Composites 23-3, pp.147-157 1992.• R.Lange and G.Mook, "Structural analysis of CFRP using eddy current methods", NDT&E international 27-5. p.241- 1994• X.E.Gros and W.Lowden, "Electromagnetic testing of composite materials", Insight 37-4, pp.290-293 1995• K.Koyama, K.Miki, and H.Hoshikawa, "Eddy Current Non-Destructive Testing for CFRP",• US-Japan Conference on Composite Materials 2008, SHM-1 1, pp. 1-6 2008• K.Koyama, H.Hoshikawa and G.Kojima, "Eddy current non-destructive testing for carbon fiber-reinforced composites

(CFRP)", Proceeding of the ASME 2010 Pressure Vessels and Piping Conference 2010• H.Hoshikawa and K.Koyama, "A New Eddy Current Probe with Minimal Liftoff Noise and Phase Information on

Discontinuity Depth", Materials Evaluation 61-3, pp.423-427 2003• H.Hoshikawa, K.Koyama, and H.Karasawa, "Study on a New Eddy Current Testing Probe with Minimal Liftoff Noise", J.

Japanese Society for Non-Destructive Inspection 50 (11), pp.736-742 2001 (in Japanese).• Mook G., Pohl J., Michel F. Non-destructive characterization of smart CFRP structures// Smart Mater. Struct. 12 (2003)

997-1004.• Heuer H., Schulze M. Eddy Current testing of Carbon Fiber Materials by High Resolution Directional Sensors// Internatonal

conference Smart material, structures&NDT in Aerospace.– Monreal.–2011.• Liu Yu, Li Zheng, Zhang Wei. Crack detection of fibre reinforced composite beams based on continuous wavelet transform//

NDT&E.– Vol. 25.–No. 1.– March 2010.– pp. 25-44.• Сясько В.А., Чертов Д.Н. Выявление расслоений углепластиковых материалов с использованием тангенциальных

вихретоковых преобразователей //В мире неразрушающего контроля.– №2(56).– 2012.–С. 19-21.


Контакты

•

• 105203 Россия Москва• ул.Буженинова д. 2• (станция метро "Электрозаводская")

• тел./факс: +7(926)697-23-46

• E-mail: [email protected]

• www.glavd.ru


mailto:[email protected]

carbon kontrol21 m(1)

Technology