Ученые предложили новый способ контроля качества материалов для авиации
Новый подход к контролю качества авиакосмических материалов без их разрушения предложили ученые Томского политеха в составе международного научного коллектива. Результаты исследования опубликованы в Journal of Nondestructive Evaluation.
Сегодня в авиационной промышленности все более широкое применение находят многокомпонентные материалы из двух и более слоев с различными физическими и химическими свойствами – композиты. При сочетании таких слоев возникает новый материал, обладающий заданными свойствами, которых нет у природных материалов. Кроме того, использование композитов позволяет при уменьшении массы конструкции улучшить ее характеристики, сделать прочнее, рассказали эксперты.
Создание таких материалов является сложным многостадийным технологическим процессом, в результате которого могут возникать невидимые дефекты, поэтому каждое изделие из них необходимо проверять отдельно, отметили специалисты Томского политехнического университета.
Для диагностики готовых деталей используют методы неразрушающего контроля, которые не требуют демонтажа объекта или выведения его из эксплуатации. Одним из традиционных методов является тепловой контроль, при котором поверхность материала нагревают, а после регистрируют ее температуру при остывании с помощью тепловизора.
Эксперты объяснили, что применение методов, используемых сейчас, имеет ряд сложностей, связанных с шероховатой поверхностью и неравномерной излучательной способностью материалов при их нагреве. Изменение температуры во времени приводит к тепловым помехам и потере температурного «сигнала» от внутреннего дефекта.
Ученые из Томского политеха разработали новый способ теплового неразрушающего контроля композитов, применяемых в авиакосмической промышленности. Он сделает контроль материалов более достоверным и не допустит пропусков сигнала от внутреннего дефекта, заявили специалисты.
Суть метода заключается в использовании принудительного охлаждения в комбинации с основным импульсом нагрева при обнаружении дефектов углепластиков и стеклопластиков, необходимых в аэрокосмической отрасли.
По словам старшего научного сотрудника Центра промышленной томографии Томского политеха Арсения Чулкова, применение принудительного охлаждения изучаемой поверхности в определенный момент времени после ее нагрева вызывает интересное явление, когда избыточная температура поверхности образца опускается до его начальной, в то время как внутренняя структура еще «отдает» тепло.«
"Скрытые дефекты все еще производят значительные температурные сигналы. При этом величина температурного контраста — отношение температурного сигнала к температуре в бездефектной зоне — существенно увеличивается. В итоге на фоне "подавленных" шумов поверхности температурные отметки дефектов видны лучше", — рассказал Чулков.
Процедура теплового контроля с принудительным охлаждением
Процедура теплового контроля с принудительным охлаждением
Роботизированная установка теплового контроля
Процесс контроля с принудительным охлаждением и объект исследования — композитная пластинаПроцедура теплового контроля с принудительным охлаждениемПроцедура теплового контроля с принудительным охлаждениемРоботизированная установка теплового контроля Процесс контроля с принудительным охлаждением и объект исследования — композитная пластина
Он также отметил, что искусственное повышение температурного сигнала увеличивает вероятность обнаружения внутренних дефектов. Кроме того, комбинированная процедура нагрева и принудительного охлаждения, в отличие от классической процедуры теплового контроля, не требует высокой термической нагрузки для обеспечения достоверных результатов в дефектных зонах.
На основе результатов исследования ученые разрабатывают новый переносной дефектоскоп, прототип которого будет готов к концу 2024 года, заявили в вузе. По словам Чулкова, он будет пригоден для контроля дефектов в оптически прозрачных и полупрозрачных композитах.
Исследование выполнено при поддержке Российского научного фонда.