В процессе отработки технологии и изготовления крупногабаритных изделий из композиционных материалов возникает необходимость проведения оперативного контроля значительных площадей конструкций, с последующим уточнением параметров выявленных дефектов (размера, глубины залегания и формы).
В данной работе рассмотрены возможности применения методов ИК-термографии и ультразвукового метода контроля для решения рассматриваемой проблемы.
В последние годы методы ИК-термографии рассматриваются как одно из перспективных направлений в технике неразрушающих испытаний изделий, в том числе и конструкций из композиционных материалов [1]. Практическое применение методов ИК-термографии в ряде случае затруднено и связано с необходимостью использования опытных специалистов для интерпретации результатов контроля и их анализа. В ряде работ рассмотрена возможность передачи функций анализа температурной информации и автоматизированного обнаружения дефектов, используя достаточно сложные алгоритмы теории распознавания образов [2]. Данные направления работ представляют значительный интерес, однако в настоящее время не вышли за рамки лабораторных исследований.
Для выявления признаков наличия дефекта методом ИК-термографии необходимо выяснить может ли временное изменение температуры быть описано одномерным приближением для однородной среды или нет. Это позволяет провести упрощенный анализ и выявить признаки наличия дефектов по кривой изменения температур.
Кривая временного изменения температуры при наличии дефектов типа включений или расслоений с воздушными промежутками располагается выше кривой охлаждения изделия без дефектов [3]. Для включений с повышенной теплоемкостью, например, при увлажнении полостей расслоений, кривая временной зависимости охлаждения образца будет располагаться ниже кривой охлаждения образца в бездефектной зоне (рис 1).
| Рис. 4. Изображение на экране дефектоскопа Masterscan 380: а) бездефектная зона изделия из композиционного углестеклопластикового материала; б) дефектная зона изделия. | |
| Рис. 5. а) отображение двух небольших по площади расслоений материала; б) дефекты увеличенной площади: 1, 2 – строб-импульсы; 3- донный сигнал; 4-эхо- сигналы от дефектов. | |
 |  |
С увеличением площади непроклея пропадает донный сигнал и наблюдаются только эхо-сигналы от непроклеев (рис. 5 б). Следует отметить, что при отсутствии акустического контакта ультразвукового преобразователя с контролируемым изделием, все эхо-сигналы отсутствуют.
Макрошлиф дефектного участка, выявленного термографическим и подтвержденного ультразвуковым эхо-импульсным методами в конструкции из композиционного стеклопластикового материала, приведен на рис.6.
| Рис. 6. Макрошлиф дефектного участка конструкции из стеклопластика, выявленного термографическим и ультразвуковым методами контроля |
 |
В результате исследований установлено, что эхо-импульсный ультразвуковой метод контроля прибором Masterscan 380 многослойных конструкций на основе стекло- и угле-пластиковых композитных материалов обеспечивает обнаружение более меньших по площади дефектов (расслоений, непроклеев), в сравнению с тепловым и теневым ультразвуковым методами контроля. Как и тепловой метод, ультразвуковой эхо- метод не требует двустороннего доступа к контролируемому объекту, что часто реализуется на практике.
Таким образом, полученные результаты показывают на перспективность применения комбинированного подхода к контролю, сочетающего возможности оперативного контроля значительных площадей объекта термографическим методом, с последующим уточнением параметров выявленных дефектов (размера, глубины залегания и формы) ультразвуковым эхо-импульсным методом.
Тепловизоры серии ТН-9100 и ультразуковые импульсные дефектоскопы типа Masterscan 380 по своим техническим характеристикам позволяют обеспечить возможность достоверного обнаружение непроклеев и расслоений, при относительно низкой трудоемкости контроля крупногабаритных композиционных изделий, подобных лопастям вертолетных винтов и др.
Выводы
Предложенный в работе подход, основанный на использовании нескольких методов диагностики, эффективен для дефектоскопии изделий непосредственно в ходе технологической цепи их производства, где требуется оперативная локализация наличия дефектных участков (непроклеев, расслоений). Определение основных характеристик дефектов (размера и глубины залегания) может быть произведено ультразвуковым методом локации. Необходимость решения указанных задач подобной постановки возникает как на этапе отработки технологии изготовления изделий, так и проведении стендовых испытаний конструкций. Близкие по характеру задачи связаны с обнаружением образовавшихся дефектов и увлажнений композиционных и сотовых конструкций в процессе эксплуатации авиационной техники.
Предварительная проработка методических аспектов контроля, с учетом технологических особенностей изготовления изделий, является необходимым атрибутом успешного использования применяемых средств дефектоскопии.
Литература
- Вавилов В.П. Тепловые методы неразрушающего контроля. М.:, «Машиностроение» 1991, 240 с.
- N P Avdelidis, A Moropoulou, Z P Marioli-Riga, “Invited Paper: The technology of composite patches and their structural reliability inspection using infrared imaging”, Journal of Progress in Aerospace Sciences, Vol. 39, No 4, pp 317-328, 2003.
- D Bates, G Smith, D Lu, J Hewitt, “Rapid thermal non-destructive testing of aircraft components”, Journal of Composites Part B: Engineering, Vol. 31, No 3, pp 175-185, 2000.
- D.A. González, C. Ibarra-Castanedo, M. Pilla, M. Klein, J.M. López-Higuera, X. Maldague, Automatic Interpolated Differentiated Absolute Contrast Algorithm for the Analysis of Pulsed Thermographic Sequences, Proceedings of 7th International Conference on Quantitative Infrared Thermography (QIRT’04), 2004.
В.И. Завидей, Ю.Г. Васенев, С.Л. Ступаченко («ПАНАТЕСТ»)
