جزوه کامپوزیت های پیشرفته (Ⅳ): آزمایش غیر مخرب مواد کامپوزیت

I. بازرسی بصری

بازرسی بصری روش بازرسی اولیه برای-بازرسی سرویس است. بیشتر انواع آسیب ها باعث سوختن، آلودگی، فرورفتگی، نفوذ، ساییدگی یا تراشه روی سطح کامپوزیت می شوند و آسیب را قابل مشاهده می کنند. پس از شناسایی آسیب، منطقه آسیب دیده باید با استفاده از چراغ قوه، ذره بین، آینه و آینه لوله بررسی شود. از این ابزارها برای بزرگنمایی عیوبی استفاده می شود که در غیر این صورت ممکن است به راحتی قابل مشاهده نباشند و امکان بازرسی بصری مناطقی را که به آسانی قابل مشاهده نیستند را فراهم می کنند. کمبود رزین، زیاد بودن رزین، چین و چروک، دهانه لایه های چسب، تغییر رنگ (به دلیل گرمای بیش از حد، برخورد صاعقه و غیره)، آسیب ناشی از ضربه ناشی از هر علت، اجسام خارجی، تاول ها و جدا شدن باند همگی تفاوت هایی هستند که با بازرسی چشمی قابل تشخیص هستند. بازرسی بصری نمی تواند عیوب داخلی کامپوزیت ها مانند لایه لایه شدن (لایه لایه شدن)، توده ای و ترک خوردگی ماتریس را تشخیص دهد. برای تشخیص این نوع عیوب به تکنیک های پیچیده NDI نیاز است.

II. تست صدا (ضربه زدن فلز)

گاهی اوقات به عنوان صوتی، صوتی یا ضربه زدن نامیده می شود، این تکنیک از فرکانس هایی در محدوده شنیداری (10 هرتز تا 20 هرتز) استفاده می کند. در دستان پرسنل باتجربه، تست شیر ​​روشی بسیار دقیق است و احتمالاً رایج‌ترین تکنیکی است که برای تشخیص لایه‌برداری و/یا جداشدگی استفاده می‌شود. این روش با ضربه زدن به ناحیه بازرسی با یک دستگاه چکش دایره ای محکم یا سبک{4}}و گوش دادن به پاسخ سازه به چکش انجام می شود. همانطور که در شکل 24 نشان داده شده است، صدای زنگ واضح، تیز، ساختاری خوب-بهم چسبیده را نشان می‌دهد، در حالی که صدایی کسل‌کننده یا کوبنده- مناطقی از اختلاف را نشان می‌دهد.

سرعت ضربه زدن باید به قدری سریع باشد که تعداد صداهای کافی تولید شود تا گوش بتواند تفاوت‌های تامبر را تشخیص دهد. تست شیر ​​برای ورقه های نازک تقویت کننده خطوط باند، لایه های لانه زنبوری با پانل های نازک و حتی در نزدیکی سطح ورقه های ضخیم مانند تکیه گاه های تیغه روتور موثر است. باز هم، ذاتی در این روش این امکان وجود دارد که تغییرات در عناصر داخلی سازه ممکن است تغییرات زیربنایی ایجاد کند که به عنوان نقص تفسیر می شود، در حالی که در واقع با طراحی ظاهر می شوند. این بازرسی باید در مکانی تا حد امکان ساکت و توسط پرسنل مجرب و آشنا به پیکربندی داخلی قطعه انجام شود. این روش برای سازه های بیش از چهار لایه غیر قابل اعتماد است. اغلب برای علامت گذاری آسیب بر روی پانل های لانه زنبوری نازک استفاده می شود. همانطور که در شکل 24 نشان داده شده است.

شکل 24: تست ضربه زدن با چکش مخروطی شکل

III. تست ضربه زدن خودکار

این تست بسیار شبیه به تست شیر ​​دستی است که در آن به جای چکش از شیر برقی استفاده می شود. شیر برقی ضربات متعددی را در یک ناحیه ایجاد می کند. نوک ضربه‌گیر دارای یک مبدل است که سیگنال‌های نیرو و زمان ضربه‌گیر را ثبت می‌کند. مقدار نیرو به ضربه گیر، انرژی ضربه و خواص مکانیکی سازه بستگی دارد.

مدت زمان ضربه (دوره) نسبت به بزرگی نیروی ضربه حساس نیست. با این حال، این مدت زمان با سفتی سازه متفاوت است. بنابراین، یک سیگنال از یک نقص-منطقه آزاد برای کالیبراسیون استفاده می‌شود و هرگونه انحراف از این نقص-سیگنال آزاد وجود آسیب را نشان می‌دهد.

IV. بازرسی اولتراسونیک

ثابت شده است که سونوگرافی ابزار بسیار مفیدی برای تشخیص لایه لایه داخلی، حفره ها یا ناهماهنگی در مجموعه های کامپوزیتی است که در غیر این صورت با روش های بصری یا ضربه ای قابل تشخیص نیستند. بسیاری از تکنیک های اولتراسونیک وجود دارد. با این حال، هر تکنیک از انرژی موج صوتی در فرکانس‌های بالاتر از محدوده قابل شنیدن استفاده می‌کند. همانطور که در شکل{2}} نشان داده شده است، امواج صوتی با فرکانس بالا (معمولاً چند مگاهرتز) به یک جزء وارد می‌شوند و ممکن است به صورت جهت به سطح قطعه، یا در امتداد سطح قطعه، یا در یک زاویه از پیش تعیین شده نسبت به سطح قطعه، منتشر شوند. ممکن است لازم باشد برای جهت دهی خود، جریان های جهت دار مختلف را امتحان کنید. هنگامی که هر تغییر قابل توجهی در مسیر تعیین شده آن از طریق قطعه ایجاد شود، صدای معرفی شده پس از آن نظارت می شود. امواج اولتراسونیک از نظر ماهیت شبیه امواج نور هستند. هنگامی که یک موج اولتراسونیک به یک جسم قطع شده برخورد می کند، موج یا انرژی یا جذب می شود یا به سطح بازتاب می شود. پس از دریافت انرژی صوتی قطع یا تضعیف شده، توسط یک مبدل دریافت می شود و به نمایشگر روی اسیلوسکوپ یا ضبط کننده نمودار تبدیل می شود. این نمایشگر به اپراتور اجازه می دهد تا معیارهای مختلف را در مقایسه با مناطق خوب شناخته شده ارزیابی کند. برای مقاصد مقایسه، استانداردهای مرجع ایجاد شده است و برای کالیبراسیون تجهیزات اولتراسوند استفاده می شود.

تکنسین های تعمیر و نگهداری باید بدانند که مفاهیم ذکر شده در اینجا در محیط های تولیدی تکراری به خوبی کار می کنند، اما ممکن است در یک محیط تعمیر و نگهداری که در آن تعداد زیادی از اجزای کامپوزیتی مختلف در هواپیماهایی با ساختار نسبتاً پیچیده نصب شده است، دستیابی به آن دشوارتر باشد. استاندارد مرجع باید تغییراتی را نیز در نظر بگیرد که وقتی اجزای کامپوزیت برای مدت طولانی در معرض محیط استفاده قرار می‌گیرند یا موضوع فعالیت‌های تعمیرات یا مانورهای تعمیر{1}} هستند. در ادامه به چهار روش رایج سونوگرافی پرداخته می شود.

شکل 25: روش های بازرسی اولتراسونیک

4.1 سونوگرافی انتقالی

در سونوگرافی انتقالی از دو مبدل، یکی در هر طرف ناحیه مورد بررسی استفاده می شود. سیگنال اولتراسوند از یک مبدل به مبدل دیگر منتقل می شود. سپس از یک ابزار برای اندازه گیری از دست دادن قدرت سیگنال استفاده می شود. دستگاه تلفات را به صورت درصد یا دسی بل از قدرت سیگنال اصلی بیان می کند. از دست دادن سیگنال با یک استاندارد مرجع مقایسه می شود. مناطقی که تلفات آنها بیشتر از استاندارد مرجع است، مناطق معیوب را نشان می دهد.

4.2 سونوگرافی پالس-اکو

سونوگرافی یک طرفه-را می توان با تکنیک پالس{1}}اکو انجام داد. در این روش، یک واحد جستجو به عنوان یک مبدل فرستنده و گیرنده عمل می کند که توسط پالس های ولتاژ بالا برانگیخته می شود. هر پالس الکتریکی عنصر مبدل را فعال می کند. این عنصر انرژی الکتریکی را به شکل اولتراسوند به انرژی مکانیکی تبدیل می کند. انرژی صوتی از طریق یک نوک تماس تفلون (تفلون) یا متاکریلات وارد بخش آزمایش می شود. یک شکل موج در بخش تست تولید می شود و توسط عنصر مبدل انتخاب می شود. هر گونه تغییر در دامنه سیگنال دریافتی یا مدت زمانی که طول می کشد تا اکو به مبدل بازگردد، نشان دهنده وجود نقص است. تست پژواک پالس برای تشخیص لایه‌برداری، ترک‌ها، تخلخل، آب و جدا شدن باند قطعات متصل استفاده می‌شود. اکو پالس جدا شدن باند یا نقص بین پوست ساندویچ و هسته لانه زنبوری را تشخیص نداد. همانطور که در شکل 26 نشان داده شده است.

شکل 26: تجهیزات تست پالس{1}

4.3 تستر باند اولتراسونیک

از تسترهای باند فرکانس پایین و بالا برای بازرسی آلتراسونیک سازه های کامپوزیتی استفاده می شود. این تسترهای باند از پروب های بازرسی با یک یا دو مبدل استفاده می کنند. تستر باند فرکانس بالا برای تشخیص لایه برداری و حفره ها استفاده می شود. جداشدگی یا تخلخل سطح به هسته سلولی را شناسایی نمی کند. می تواند عیوب به قطر 0.5 اینچ را تشخیص دهد. این تستر باند فرکانس پایین از دو حسگر برای تشخیص لایه‌برداری، حفره‌ها و لایه‌برداری هسته لانه زنبوری استفاده می‌کند. این روش بازرسی تشخیص نمی دهد که کدام طرف قطعه آسیب دیده است و نمی تواند عیوب کوچکتر از 1.0 اینچ را تشخیص دهد. همانطور که در شکل 27 نشان داده شده است.

شکل 27: باندینگ تستر

4.4 بازرسی مرحله ای آرایه

بازرسی آرایه فازی یکی از جدیدترین روش های بازرسی اولتراسونیک برای تشخیص عیوب ساختاری در کامپوزیت ها می باشد. بر اساس همان اصل پالس-پژواک عمل می کند، اما از 64 مبدل به طور همزمان استفاده می کند که روند بازرسی را سرعت می بخشد. همانطور که در شکل 28 نشان داده شده است

شکل 28: تجهیزات تست آرایه فازی

V. روش های بازرسی رادیوگرافی

رادیوگرافی که اغلب به عنوان پرتوهای ایکس نامیده می شود، یک روش NDI بسیار مفید است زیرا اساساً امکان دسترسی به نمای داخل قطعه را فراهم می کند. این روش بازرسی شامل عبور اشعه ایکس از قطعه یا مجموعه ای است که در حال آزمایش است و در حین ثبت جذب پرتوها روی فیلم حساس به اشعه ایکس است. نوردهی فیلم، زمانی که توسعه می‌یابد، به بازرس اجازه می‌دهد تا تغییرات در کدورت نوردهی ثبت شده بر روی فیلم را تجزیه و تحلیل کند و در واقع تصویری از رابطه جزئیات درون جزء ایجاد می‌کند. از آنجایی که این روش تغییرات چگالی کل را از طریق ضخامت خود ثبت می کند، روش ارجح برای تشخیص عیوب مانند لایه لایه شدن در صفحه عمود بر جهت پرتوها نیست. با این حال، این مؤثرترین روش برای تشخیص عیوب موازی با خط مرکزی پرتو ایکس- است. ناهنجاری های داخلی مانند لایه لایه شدن گوشه ها، هسته های خرد شده، هسته های شکسته، آب در سلول های هسته، فضای خالی در اتصالات چسب فوم و موقعیت نسبی جزئیات داخلی را می توان به راحتی با فیلم اشعه ایکس مشاهده کرد. بیشتر کامپوزیت ها نسبت به اشعه x تقریباً شفاف هستند، بنابراین باید از پرتوهای کم انرژی{12} استفاده کرد. به دلایل ایمنی، استفاده از آنها در اطراف هواپیما غیر عملی است. اپراتورها باید همیشه با سپرهای سربی کافی محافظت شوند، زیرا تماس مستقیم با لوله اشعه ایکس یا تشعشعات پراکنده امکان پذیر است. حفظ حداقل فاصله ایمن از منابع اشعه ایکس ضروری است.

VI. بازرسی همجوشی حرارتی

بازرسی حرارتی شامل کلیه روش های اندازه گیری تغییر دمای قطعه مورد آزمایش با دستگاه حسگر حرارتی می باشد. اصل اساسی بازرسی حرارتی شامل اندازه‌گیری یا اندازه‌گیری دمای سطحی است که گرما از داخل، داخل یا از طریق جسم آزمایشی جریان می‌یابد. همه تکنیک‌های تصویربرداری حرارتی بر تفاوت در هدایت حرارتی بین نواحی عادی،{2}}آزاد و مناطق معیوب تکیه دارند. به طور معمول، هنگام مشاهده اثرات گرمایش سطح، از منبع گرما برای افزایش دمای قطعه مورد آزمایش استفاده می شود. از آنجایی که نواحی بدون نقص نسبت به نواحی دارای نقص گرما را به طور موثرتری هدایت می کنند، مقدار گرمای جذب شده یا منعکس شده نشان دهنده کیفیت پیوند است. انواع عیوبی که بر عملکرد حرارتی تأثیر می گذارند عبارتند از: اتصال، ترک خوردگی، آسیب ضربه، نازک شدن پانل و ورود آب به کامپوزیت ها و هسته های لانه زنبوری. روش حرارتی موثرترین روش برای تشخیص تخته سه لا نازک یا عیوب نزدیک سطح است.

VII. رادیوگرافی نوترونی

رادیوگرافی نوترونی یک تکنیک تصویربرداری غیرمخرب-است که ویژگی‌های داخلی یک نمونه را به تصویر می‌کشد. انتقال نوترون از طریق محیط به سطح مقطع نوترون هسته ها در محیط بستگی دارد. واپاشی دیفرانسیل نوترون ها از طریق محیط را می توان اندازه گیری، رسم و سپس مشاهده کرد. تصویر به دست آمده را می توان برای تجزیه و تحلیل ویژگی های داخلی نمونه استفاده کرد. رادیوگرافی نوترونی روشی مکمل برای رادیوگرافی اشعه ایکس است. هر دو تکنیک تضعیف را از طریق رسانه تجسم می کنند. مزیت اصلی رادیوگرافی نوترونی توانایی آن در آشکارسازی عناصر سبک مانند هیدروژن موجود در مواد خورنده و آب است.

هشتم. ردیاب های رطوبت

برای تشخیص رطوبت در ساختار لانه زنبوری ساندویچی می توان از رطوبت سنج استفاده کرد. رطوبت سنج تلفات توان RF ناشی از وجود آب را اندازه گیری می کند. رطوبت سنج معمولا برای تشخیص رطوبت در رادوم سر استفاده می شود. مقایسه تجهیزات تست NDI، همانطور که در شکل{3}}/30 نشان داده شده است.

شکل 29: تجهیزات تست رطوبت

شکل 30: مقایسه تجهیزات تشخیص NDI