Ультразвуковой контроль фазированными решётками в авиастроении

Ультразвуковой контроль

Источник: www.azomining.com

Для УЗ-контроля различных объектов используют УЗ-дефектоскопы общего применения, а также специализированные, конфигурация которых была оптимизирована для контроля специфических объектов. Процесс УЗ-контроля методически хорошо и подробно описан, создано множество нормативных документов для контроля разных объектов как металлических, так и из композиционных материалов. Однако во многих случаях традиционный УЗ-контроль в авиационной промышленности не удовлетворяет современным требованиям по чувствительности к дефектам материалов и изделий, достоверности их обнаружения, производительности контроля и другим показателям.

Фазированные решетки

Ультразвуковой контроль фазированными решетками имеет преимущества перед обычным УЗК. Можно изменять угол наклона луча и фокусировку. Различные углы ввода управляемого многоэлементного датчика увеличивают вероятность обнаружения дефектов. Регулируемая геометрия эхо-сигналов минимизирует ложные индикации. Фазированные решетки позволяют обследовать геометрически сложные детали без необходимости перемещения объекта или датчика.

Быстрое получение реальных изображений положения и размеров обнаруженных дефектов. ФР — это не волшебное решение всех проблем в дефектоскопии, а всего лишь инструмент, позволяющий экономить ваше время и деньги за счёт быстрого и точного контроля.

Фазированные решетки представляют собой набор нескольких пьезоэлементов, конструктивно объединенных в одном корпусе преобразователя. Физический принцип работы фазированных решеток в составе УЗ-дефектоскопа заключается в генерации УЗ-волн всеми пьезоэлементами, которые в комплексе формируют УЗ-пучок. Электронное управление углом ввода УЗ-пучка и анализ отраженных эхосигналов позволяют в режиме реального времени формировать на экране дефектоскопа S-скан, в виде двумерного изображения сечения.

S-скан не только предоставляет оператору наглядную информацию о расположении и координатах дефектов, но и позволяет во многих случаях измерять их реальные размеры. УЗ-пучок от преобразователя типа фазированной решетки может быть направлен под различными углами и сфокусирован на любой глубине, что значительно повышает достоверность обнаружения разно расположенных дефектов. Все это, а также подробная визуализация и скорость контроля являются ключевыми преимуществами данной технологии перед традиционным УЗ-контролем (рисунок 1).

Рисунок 1. Обнаружение и визуализация трещины

Контроль изделий из композитов

Контроль с помощью фазированных решеток однородных изотропных мелкоструктурных неметаллов, таких как, например, полиэтилен, полипропилен, полистирол и т.п., мало отличается от контроля металлов. Специфика заключается лишь в меньшей скорости ультразвука и большем его затухании при распространении. Значительное увеличение объема полимерных композиционных материалов в конструкциях летательных аппаратов, а также большого количества агрегатов, изготавливаемых из них, требует принципиально новых подходов при обеспечении контроля их качества и диагностики состояния (рисунок 2).

Рисунок 2. Композиционные элементы в конструкциях планера
боевой и гражданской авиации

Контроль изделий из композитов существенно затруднен для обычной УЗ-дефектоскопии тем, что эти материалы, как правило, сильно анизотропные и имеют слоистую структуру. В приборах на основе фазированных решеток для адаптации дефектоскопа с преобразователем к контролю композитов и изделий из них разработаны специальные алгоритмы реконструкции изображений.

Обычное УЗ-оборудование, применяемое в производстве, не позволяет проводить неразрушающий контроль и диагностику состояния деталей из композитов в полном объеме из-за неоднородности, анизотропности композитов и высокого уровня затухания ультразвука. Применение в ответственных деталях и агрегатах планера летательных аппаратов интегральных конструкций является еще более сложной задачей для осуществления неразрушающего контроля и диагностики состояния в производстве и особенно при эксплуатации (где отсутствует физический подход для его проведения). Это обусловлено ограниченными возможностями акустического метода неразрушающего контроля (который в основном применяется для контроля такого рода конструкций) (рисунок 3).

Рисунок 3. Полимерная композиционная панель крыла интегральной конструкции. Стрелками обозначены зоны, не пригодные для контроля традиционными пьезоэлектрическими преобразователями

Дефектоскопы на фазированных решетках

Дефектоскопы на основе принципа фазированных решеток значительно расширяет возможности и область применения акустического контроля и имеет ряд преимуществ:

• возможность контроля интегральных конструкций в полном объеме путем вариации различных видов акустических задержек (призм);
  
• существенное расширение возможностей по проведению контроля сварных соединений;
  
• значительное (в 3–4 раза) сокращение трудоемкости проведения контроля; достоверность результатов НК на порядок выше по сравнению с традиционными акустическими приборами;
  
• увеличение чувствительности контроля; значительное уменьшение мертвой зоны по сравнению с обычными УЗ-дефектоскопами;
  
• возможность документирования и архивирования результатов контроля.
  

Учитывая новизну применяемых в авиационной промышленности материалов и конструктивного исполнения агрегатов из них, при возрастающей важности правильно и точно провести контроль, дефектоскопическое оборудование на основе принципа фазированных решеток позволит выполнять задачи по проведению неразрушающего контроля деталей из металлов и полимерных композиционных материалов в полном объеме.