Диссертация (Разработка технологий неразрушающего контроля монолитных конструкций из углепластика с использованием ультразвуковых антенных решеток), страница 11

На Рис. 3.20 показано размещение фазированной антенной решетки в процессе контроля монолитной панели из углепластика с криволинейнойповерхностью с помощью изобретенной оправки.74Рис. 3.20. Размещение ФАР в процессе контроля панели из ПКМ скриволинейной поверхностью с помощью оправки второго типаПроведение контроля с помощью изобретенной оправки заключается вследующем. ФАР герметично присоединяется с верхней стороны к оправке.

Воправке имеется два штуцера. Через один из них в корпус оправки подается вода под давлением, через другой штуцер из корпуса выходит воздух. После того,как корпус приспособления полностью заполнится водой и из него выйдет весьвоздух, штуцер через который выходил воздух перекрывается, тем самым создается водное давление в корпусе оправки. С противоположной от поверхности ФАР стороны герметично закрепляется эластомерный материал аквален.Под давлением воды аквален начинает выпирать наружу из корпуса («надуваться»). Далее оправка с ФАР плотно прижимают к ОК из углепластика с неровной поверхностью ввода ультразвука в материал, и аквален принимает форму неровной поверхности ОК (Рис. 3.20), тем самым создавая акустическийконтакт между ФАР и ОК.Для решения задачи контроля по криволинейным поверхностям монолитных интегральных конструкций из углепластика с использованием техники АРбыли изготовлены составные ее части оправки второго типа и проведена сборкаи опробование контроля с ее помощью (Рис.

3.21). Для проведения исследова-75ний, как и в случае с оправкой первого типа, использовалась ФАР OlympusNDT 5L-128-13 с физической шириной 96 мм. Корпус оправки был специальноизготовлен из оргстекла, чтобы была возможность визуального наблюдения заналичием пузырьков воздуха в оправке. Также в оправке были предусмотренысистема позиционирования на колесиках и использование быстро сменяющейсяфторопластовой пленки для уменьшения трения между оправкой и ОК. Этообеспечивает скольжение оправки по грубой поверхности деталей (до нанесения покрытия) при сканировании.

Использование колесиков в конструкцииоправки обеспечивает не только позиционирование приспособления на ОК, нозначительно увеличивает удобство перемещения при сканировании, за счетсцепления колесиков с поверхностью ОК. Для подачи воды и создания давления использовался ручной насос, система трубок и перекрытия воды.Рис. 3.21. Опробование контроля закрылка с поверхностью переменногорадиуса кривизны с использованием оправки с акустической линией задержкииз воды и аквалена76Испытание второй оправки проводилось также как и первой: проводилосьсканирование зон с разными радиусами кривизны поверхности закрылка с сохранением данных контроля в виде С-скана в цифровом виде, данные С-сканаобрабатывались на ПК и проводился анализ.

Результаты испытаний представлены на Рис. 3.22.Радиус криволинейной поверхности 350 ммЗона расположения ребра стрингераРадиус криволинейной поверхности 340 ммЗона расположения ребра стрингераЗона слабого контактаРис. 3.22. Создание акустического контакта между ФР (128 элементов) и ОК скриволинейной поверхностью при использовании в качестве акустическойсреды комбинации воды и акваленаАнализируя получаемые результаты было установлено, что с использованием второй оправки обеспечивается стабильный акустический контакт между128-ми элементной фазированной решетки (физическая ширина 96 мм) и поверхностью закрылка с радиусом кривизны поверхности от 350 мм.Разработанные оправки для создания акустического контакта можноадаптировать и под другие АР и ФАР, содержащие меньшее количество элементов.77Еще одной из сложностей при контроле монолитных интегральных конструкций из углепластика является выявление несплошностей (дефектов) в Тобразных зонах соединения стрингерас обшивкой стрингерных панелей(Рис.

3.23).Рис. 3.23. Соединение стрингера с обшивкой и расположение дефектов вТ-образной зоне стрингераКак правило, несплошности в слоистых пластиках образуются в первуюочередь между слоями, формирующими готовое изделие. Из Рис. 3.23 видно,что несплошности в Т-зоне по отношению к обшивке располагаются не параллельно вследствие непараллельности расположения слоев перехода полкистрингера в ребро и слоями образующими обшивку стрингерной панели.

Традиционным ультразвуковым эхо-импульсным методом с использованием одноэлементных ПЭП данную зону конструкции контролируют со стороны обшивки. Поэтому несплошности, располагающие непараллельно поверхности вводаультразвуковых колебаний, практически не выявляются из-за того, что припрямом прозвучивании эхо-сигналы от дефектов не попадают обратно в преобразователь, а использовать наклонный ввод ультразвуковых колебаний приконтроле углепластиков нельзя. Со стороны радиусной зоны невозможно создать акустический контакт при использовании стандартной призмы используемой совместно с одноэлементным ПЭП в связи с малым радиусом кривизныконтролируемой поверхности (порядка 2…10 мм).78Для контроля по цилиндрическим поверхностям с малым радиусом кривизны поверхности компанией Olympus NDT, а затем и ООО «АКС» разработаны специальные секторные АР и ФАР, элементы которых располагаются посектору окружности с фиксированным радиусом (Рис.

3.24).Рис. 3.24. Расположение элементов в секторной ФАР фирмы OlympusЗа рубежом для создания акустического контакта между секторными АРили ФАР и контролируемой поверхностью ОК из углепластика используют локальные иммерсионные ванны или полностью погружают деталь в воду.Для исключения погружения детали в воду и уменьшения контактнойжидкости, которую очень много приходится расходовать при использованиилокальной иммерсионной ванны, были разработаны специальные приспособления для создания акустического контакта при контроле Т-зон со стороныстрингера и проведены неразрушающие исследования по определению эффективности их использования [109, 114-117].Исследования проводились на образцах стрингерных панелей №1и №2 сиспользованием дефектоскопа OmniScan PA 16:128 и секторной ФАР 5СС10.216-R1 с рабочей частотой 5 МГц, а также с использованием дефектоскопатомографа «А1550 IntroVisor» и АР продольных волн М9062 4.0V0C(r)X10CL.79Для создания акустического контакта между секторной ФАР и радиуснойзоной Т-образного соединения стрингера с обшивкой была предложена конструкция и создана специальная оправка.

Необходимо было решить задачу контроля таких зон без погружения контролируемой детали в воду, кроме тогорасход воды должен быль минимален. Здесь было обращено внимание на аквален, который, как уже было сказано выше, имеет акустические свойства, близкие к акустическим свойствам воды. Для разработки конструкции оправки в качестве аналога была взята оправка для линейной фазированной решетки совставкой в призму куска аквалена.За основу оправки были изготовлены две стенки из оргстекла толщиной4 мм, которые специальными болтами с обеих сторон прикручивались к фазированной решетке. Конструкцию уже в таком виде можно было использовать вкачестве локально иммерсионной ванны, просверлив лишь в одной из стенокотверстие и непрерывно подавать через него воду (Рис. 3.25).Рис. 3.25.

Локальная иммерсионная ванна для секторнойфазированной решеткиГеометрия формы стенок из оргстекла напрямую зависима от радиусаконтролируемой поверхности. Геометрические размеры выбираются таким об-80разом, чтобы акустическая линия задержки, образованная стенками оправкиформировала ультразвуковой пучок, точно сфокусированный по радиусу контролируемой поверхности (Рис.

3.26).Рис. 3.26. Требования к геометрии стенок оправки для секторной ФАРТак, например, для контроля радиусной зоны с радиусом кривизны поверхности r равном 5 мм, и габаритными размерами Lxфр и Lyфр равными 15 мм,геометрические размеры стенок оправки Lxопр и Lyопр должны быть 20×20 мми радиусом округления с одного угла 5 мм.Образовавшееся таким образом пространство между секторной ФАР иповерхностью радиусной зоны стрингера (акустическая задержка) заполнялосьакваленом необходимого размера, который зажимался между стенками оправки(Рис.

3.27).81Рис. 3.27. Оправка для секторной ФАР со вставкой из акваленаРешение оказалось довольно простым, но очень эффективным. Расходводы при смачивании поверхности ОК оказался таким же, как и при использовании линейных ФАР с призмами, а за счет эластичности аквалена обеспечивается надежный акустический контакт между ФАР и ОК. При присоединениикодировщика к стенке оправки, контроль можно было проводить с использованием С-скана и дальнейшим анализом результатов контроля на ПК.Для подтверждения сказанного была изготовлена оправка с акваленом всоответствии с требованиями, представленными на Рис. 3.26, и проведено сканирование стрингерных панелей №1 и №2 со стороны стрингера. К оправкетакже был подсоединен однокоординатный кодировщик Encoder ENC1-2.5-DE.На Рис.