Блог

Jul 20, 2023

Ультразвуковой контроль композитов из стекловолокна и углеродного волокна

По мере роста использования композитов из стекловолокна и углеродного волокна в производстве растет и потребность в надежном неразрушающем контроле, как на начальном этапе изготовления, так и во время эксплуатации.

По мере роста использования композитов из стекловолокна и углеродного волокна в производстве растет и потребность в надежном неразрушающем контроле, как на начальном этапе изготовления, так и во время эксплуатации. Традиционное стекловолокно обычно используется в резервуарах, трубах, корпусах лодок, лопастях ветроэнергетических установок, структурных панелях и подобных изделиях. Пластик, армированный углеродным волокном (CFRP), становится все более важным в аэрокосмической промышленности, поскольку все большее число конструкций военных и гражданских самолетов основывается на легком весе и высоких прочностных свойствах современных композитов. Из-за своей ламинарной структуры укладки эти материалы потенциально подвержены растрескиванию параллельно поверхности либо из-за приложенных напряжений, либо из-за слабостей, возникающих в результате производственных аномалий. Эти скрытые внутренние трещины могут оказать существенное влияние на структурную целостность и обычно не обнаруживаются с помощью рентгенографии или методов неразрушающего контроля, кроме ультразвука. К счастью, ультразвуковой контроль представляет собой готовый и хорошо зарекомендовавший себя метод обнаружения и документирования внутренних дефектов.

Ультразвуковая дефектоскопия и толщинометрия основаны на простом принципе волновой физики. Высокочастотная звуковая волна, генерируемая небольшим зондом, называемым преобразователем, и соединенная с твердой средой, такой как стекловолокно или композиты, будет распространяться по прямой, перпендикулярной поверхности, пока не встретит границу материала, например дальнюю стену, другой материал. интерфейс или ламинация. В этот момент звуковая волна будет отражаться предсказуемым образом. Толщиномеры измеряют время прохождения звукового импульса туда и обратно, а затем используют запрограммированную скорость звука в испытуемом материале для расчета толщины. Ультразвуковая дефектоскопия анализирует эхо-сигналы посредством сравнительного процесса, в ходе которого картина эхо-сигнала, генерируемая исправной деталью, сравнивается с картиной эхо-сигнала от испытуемого образца. Поскольку звуковые волны отражаются от пустот или трещин, изменения в картине эха указывают на изменения во внутренней структуре детали. При тестировании стекловолокна и композитов прибор обычно ищет наличие эхо-сигналов внутри отмеченного затвора или окна, которое представляет внутреннюю часть испытуемого образца. Хотя неоднородная природа стекловолокна и композитов может вызывать отражения рассеянного шума даже от твердого материала, трещины, площадь которых приближается к диаметру звукового луча, обычно дают четкие локализованные признаки, которые распознает обученный оператор.

Частота испытаний и размер зонда выбираются исходя из контролируемого материала и критических параметров дефекта. Как правило, для разрешения более мелких дефектов требуются более высокие частоты и меньшие диаметры луча. Зонды более низкой частоты используются для более глубокого проникновения в материалы и компенсации рассеяния и затухания звука в материалах с более низкой плотностью или неоднородной структурой. Выбор зонда и настройка прибора всегда должны быть оптимизированы для выполняемой работы.

Детали и конструкции из стеклопластика

Стекловолокно чаще всего испытывают с помощью традиционных ультразвуковых толщиномеров и дефектоскопов с использованием низкочастотных одноэлементных преобразователей, обычно на частотах 2,25 МГц и ниже, обычно всего на частоте 0,5 МГц, когда толщина превышает примерно 0,5 дюйма или 12,5 мм. Специализированные низкочастотные преобразователи, использующие методы согласования импеданса линий задержки, могут оптимизировать как проникновение, так и разрешение вблизи поверхности. Толщиномеры, предназначенные для прямого считывания общей толщины материала, просты в использовании и не требуют особых настроек со стороны оператора после первоначальной настройки. Обычные дефектоскопы отображают картину отражения звука, называемую А-сканом, которая меняется по мере изменения условий материала и интерпретируется обученным оператором для выявления аномалий. Ультразвуковые измерения толщины особенно полезны при укладке матов/ровинга из стекловолокна, где различия в толщине слоя требуют периодической проверки толщины во время производства, а обнаружение трещин имеет особое значение в морской геодезической отрасли для проверки возможных скрытых повреждений корпуса в старых судах. лодки.