Диссертация (Разработка технологий неразрушающего контроля монолитных конструкций из углепластика с использованием ультразвуковых антенных решеток), страница 10

3.13).66Рис. 3.13. Томограмма на экране дефектоскопа «A1550 IntroVisor» при контролеплоского образца из углепластика с искусственным дефектомДля выбора оптимальных параметров контроля монолитных деталей иконструкций их углепластика с использованием дефектоскопа-томографа«A1550 IntroVisor», проведены исследования на комплекте РСО и 4-х образцахиз углепластика разных толщин и разными типами искусственных дефектов(плоскодонными отражателями, расслоениями, фторопластовыми пленками).Как уже было показано выше при выборе частот фазированных антенныхрешеток, контроль ОК из ПКМ в диапазоне толщин от 2,5 мм до 24 мм, осуществляется с использованием одной АР с рабочей частотой 4 МГц, благодаряспециальной математической обработке каждой реализации эхо-сигналов, чтореализована в дефектоскопе-томографе «A1550 IntroVisor».Принцип работы и настройка данного дефектоскопа принципиально отличается от дефектоскопов типа OmniScan PA.

Линейная антенная решеткаМ9061 в данном случае имеет всего 16 элементов. В АР происходит излучениеи прием ультразвуковых импульсов каждой парой элементов с последующейматематической обработкой всех реализаций методом SAFT-C и реконструкцииизображения внутренней структуры контролируемого материала в реальноммасштабе времени в виде томограммы.Выбор границ обзора диаграммы направленности осуществлялся на основе установленных границ ввода ультразвуковых колебаний в углепластик, т.е.67границы обзора выбраны 7-8°. При этом удалось добиться стабильного обнаружения искусственных дефектов диаметром 7 мм во всех исследуемых образцах(Рис.

3.14).Рис. 3.14. Обнаружение дефекта диаметром 7 мм в образце из углепластика сиспользованием дефектоскопа-томографа «A1550 IntorVisor»Благодаря использованию представления результатов контроля в видедвухцветной томограммы после настройки порога срабатывания АСД по результатам исследований выявлено, что для правильного отображения размерадефекта на экране дефектоскопа порог срабатывания АСД должен быть установлен на уровне -6 дБ относительно опорного уровня.

Т.е. в этом случае можно определять границы дефекта ПКМ и измерять его размер непосредственнопо экрану дефектоскопа (если максимальный линейный размер дефекта не более 35 мм), а не путем перемещения преобразователя над дефектом и поискомего границ, как при использовании одноэлементных преобразователей.Сканирование образцов с использованием дефектоскопа «A1550 IntroVisor» и АР М9061 проводилось путем линейного перемещения АР по образцу ислежением за результатами контроля по экрану дефектоскопа в реальном масштабе времени.

Производительность контроля в данном случае рассчитываласькак произведение ширины АР на максимальную скорость сканирования, кото-68рая составила 50…70 мм/с. Производительность контроля в итоге составила7…10 м2/ч.Анализируя полученные данные контроля плоских образцов из углепластика с использованием дефектоскопа-томографа «А1550 IntroVisor» можносделан вывод, что, несмотря на отсутствие возможности сохранения данныхконтроля в видеС-скана, контроль с использованием антенной решеткиМ9061 позволяет добиться выявления дефектов в монолитных конструкциях изуглепластика с чувствительностью, эквивалентной выявлению плоскодонногоотражателя диаметром 7 мм (при использовании одноэлементных преобразователей 10 мм), и обеспечить производительность контроля на уровне 7…10 м2/ч,что также существенно выше чем при использовании традиционных ручныхметодов ультразвукового неразрушающего контроля с использованием одноэлементных преобразователей.

Показано, что данные контроля в реальноммасштабе времени в виде томграммы позволяют точно определить порог срабатывания АСД и тем самым по экрану дефектоскопа точно определить границыи размер обнаруживаемого дефекта. [106,107]3.3. Неразрушающие исследования интегральных конструкций изуглепластика с использованием техники ультразвуковыхантенных решетокИнтегральные монолитные конструкции из углепластика, такие как панели с выпуклыми поверхностями малого радиуса, панели с элементами жесткости типа стрингер довольно сложно контролируются, а порой и вообще не контролепригодны из за сложности создания акустического контакта. Однако техника ультразвуковых антенных решеток позволяет решить данные задачи [110].Для проведения исследований контроля интегральных конструкций изуглепластика были использованы два типа дефектоскопов на фазированныхрешетках, OmniScan PA16:128 и «А1550 IntroVisor».

Исследования проводились на специально изготовленных стрингерных панелях №1 и №2, а также с69использованием фрагмента закрылка самолета SSJ-100, изготовленного из углепластика и имеющего переменный радиус кривизны поверхности (Рис. 3.15).Рис. 3.15. Фрагмент закрылка самолета SSJ-100На практике часто встречаются конструкции из углепластика, имеющиенеровные поверхности, в частности цилиндрической формы переменного радиуса с приформованными элементами жесткости. Типичный пример – элементмеханизации крыла воздушного судна.Как известно, эхо-импульсный метод УЗК, на котором основана технология с применением ультразвуковых антенных решеток, является контактнымметодом. И одной из задач при контроле эхо-импульсным методом являетсяобеспечение и поддержания стабильного акустического контакта между поверхностью ОК и преобразователем.

Преобразователь на АР имеет достаточнобольшую физическую ширину, что является трудностью обеспечения стабильного акустического контакта по всей ее рабочей поверхности на конструкциях смалым радиусом кривизны поверхности (радиусом менее 1100 мм для ФАР со128 элементами или шириной 96 мм) при перемещении АР поперек кривизныповерхности ОК. Это в свою очередь приводит к ошибкам интерпретации результатов контроля.70Для решения задачи контроля деталей и конструкций из углепластика скриволинейной поверхностью были предложены и реализованы два способа создания акустического контакта между АР и криволинейной поверхностью ОК.Первый способ заключался в изготовлении специальной призмы из оргстекла с использованием в области между АР и ОК вставки из аквалена(Рис.

3.16).Рис. 3.16. Модель призмы с акваленом для фазированной антенной решеткиАквален по сути представляет из себя эластомерный материал. Данныйматериал уникален тем, что его акустические свойства практически такие же,как у воды, которая является контактной жидкостью, используемой при создании акустического контакта между АР и поверхностью ОК из углепластика.Аквален склонен к упругому изменению своей формы, благодаря чему приприжимании его к неровной поверхности ОК он принимает форму неровнойповерхности, тем самым обеспечивая контакт между всей поверхностью АР инеровной поверхностью ОК (Рис. 3.17).71Рис.

3.17. Оправка с акваленом при контроле ОК из углепластика с цилиндрической поверхностьюПо предложенному варианту была изготовлена призма из оргстекла ивнутренней вставки из аквалена толщиной 25 мм, и проведены испытания эффективности ее использования. Испытания оправки проводились на фрагментезакрылка самолета SSJ-100, имеющего переменный радиус кривизны поверхности обшивки. В качестве преобразователя использовалась ФАР Olympus NDT5L-128-I3. Суть испытаний состоял в следующем:– проводилось сканирование зон с разными радиусами кривизны поверхности закрылка с сохранением данных контроля в виде С-скана в цифровом виде;–с использованием специальной программы TomoView версии «LiteAero» данные С-скана обрабатывались на ПК;– проводился анализ ультразвуковых сигналов прошедших сквозь материал, отразившихся от донной поверхности и вернувшмхся обратно в ФАР(донных эхо-сигналов).

Параллельно анализировался сигнал от границы раздела «оправка - поверхностью закрылка».Наличие широких зон, где не наблюдался донный эхосигнал и наблюдалось большое отражение от границы раздела оправки и неровной поверхностьюзакрылка, свидетельствовало о том, что отсутствовал контакт между оправкой инеровной поверхность ОК.

Результаты испытаний представлены на Рис. 3.1872Радиус криволинейной поверхности 600 ммЗона расположения ребра стрингераРадиус криволинейной поверхности 620 ммЗона слабого контактаРис. 3.18. Создание акустического контакта между ФР (128 элементов) и ОК скриволинейной поверхностью при использовании в качестве акустическойсреды акваленАнализируя результаты испытаний было выявлено, что при использовании данного типа оправки с ФАР шириной 96 мм (128 элементов) можно контролировать криволинейные монолитные конструкции из углепластика с радиусом кривизны не менее 600 мм. Для сравнения использование призмы из оргстекла позволяет проводить контроль по поверхностям с радиусом кривизны неменее 1100 мм.Второй способ создания акустического контакта между АР и криволинейной поверхностью ОК из углепластика является использование специальнойоправки с акустической линей задержки (акустической среды) из воды и аквалена (Рис.

3.19). В зарубежной литературе [111-113] аналогичные оправки часто называют waterbox.73Рис. 3.19. Модель оправки с акустической линей задержки из воды иакваленаПредлагаемая оправка предназначена для УЗК монолитных конструкцийиз углепластика с криволинейной, в основном выпуклой цилиндрической поверхностью ввода ультразвука в материал ОК. Целью разработанной оправкиявлялось выявление расслоения, непроклея и трещин в обшивках, между обшивкой и приформованными или приклеенными к ним стрингерами там, гдеиз-за неровной поверхности ввода ультразвука в материал при применениистандартных жестких призм (из оргстекла или полистирола), а также оправкипервого типа со вставкой из аквалена, отсутствовал акустический контакт между АР и ОК.