Дефектоскопия конструкционных материалов на основе углеродных волокон с использованием метода вихревых токов

Михеев П.В.; Дидин Г.А.; Шкатов П.Н.

Решетневскуе чтения. 2017

УДК 539.4: 678.067

ДЕФЕКТОСКОПИЯ КОНСТРУКЦИОННЫХ МАТЕРИАЛОВ НА ОСНОВЕ УГЛЕРОДНЫХ ВОЛОКОН С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ МЕТОДА ВИХРЕВЫХ ТОКОВ

П. В. Михеев1, Г. А. Дидин1, П. Н. Шкатов2

:ООО «Главдиагностика» Российская Федерация, 105203, г. Москва, ул. Буженинова, 2 2Московский технологический университет Российская Федерация, 119454, г. Москва, просп. Вернадского, 78 E-mail: modelan@yandex.ru

Описан экспериментальный опыт применения вихретокового контроля для поиска расслоений в углепластиках, применяемых в аэрокосмической отрасли. Предположения проверены на модельных образцах материалов с искусственными дефектами.

Ключевые слова: вихретоковый контроль, композитные материалы, углепластик, дефекты, расслоения.

DEFECTOSCOPY OF CONSTRUCTIONAL MATERIALS ON THE BASIS

OF CARBON FIBRES WITH USE OF THE METHOD OF EDDY CURRENTS

P. V. Mikheev1, G. A. Didin1, P. N. Shkatov2

b'Glavdiagnostika" LLC 2, Buzheninov Str., Moscow, 105203, Russian Federation

2Moscow Technological University 78, Vernadsky Av., Moscow, 119454, Russian Federation E-mail: modelan@yandex.ru

This article describes experimental experience application of Eddy current control to search for defects like internal delamination in CFRP for aerospace application. The theoretical assumptions are checked on model samples of materials with defects.

Keywords: eddy current control, composite materials, CFRP, defects, internal delamination.

Для современных композиционных материалов важным фактором является их сплошность. Дефекты типа расслоений могут резко снизить долговечность и прочность при сжатии. Кроме расслоения способствуют поглощению воды. При этом габариты изделий применяемых в авиации и энергетике постоянно растут. Существующие методы, например, ультразвуковой и рентгеновский, имеют свои особенности и ограничения. Мы исследовали возможность поиска расслоений в КМ с помощью широко известного для металлов метода вихревых токов. Опасные расслоения могут возникать как при производстве, так и при эксплуатации.

Задача исследования состояла в экспериментальной оценке возможностей вихретокового метода не-разрушающего контроля для выявления дефектов сплошности в углепластиковых материалах.

В работах [1-10] описаны результаты исследования применения вихретоковых преобразователей с ортогональными обмотками - возбуждающей и измерительной - для выявления механических повреждений углепластиковых пластин. Нами была предпринята попытка проверить возможность применения для этой цели вихретокового преобразователя (ВТП) специальной конструкции.

Для оптимизации геометрических размеров ярма и обмоток была разработана математическая модель поля вокруг расслоения, как показано на рис. 1.

Рис. 1. Структура поля вокруг датчика в слоистом композите

Для проверки полученных результатов была использована панель из углепластика с заранее вложенными дефектами из фторопласта (круглыми 10 мм и квадратными 20*20 мм) на разной глубине. Пластина

Контроль и испытания ракетно-космической техники

была изготовлена методом вакуумного формования из углеродной ткани на связующем Этал-Инжект^ЬМ, производства ЗАО «ЭНПЦ Эпитал».

Контроль осуществлялся путём сканирования ВТП над поверхностью объекта. Один из сканов на частоте 250 КГц представлен на рис. 2. Края искусственного расслоения были надежно обнаружены.

Рис. 2. Визуализация вложенного дефекта при сканировании

Проведенные исследования показали возможность выявления дефектов типа расслоений с помощью специализированных вихретоковых преобразователей.

Библиографические ссылки

1. Коуата К., Hoshikawa Н., Hirano Т. Investigation of impact damage carbon fiberrainforced plastic (CEPR) by eddy current non destructive testing. International Conference NDT in Canada (2-4 November 2011, Montrea), Quebec, Canada.

2. Valleau A. R. Eddy current nondestructive testing of graphite composite material. Mat. Eval. 1990. Т. 48, № 2. С. 230-239.

3. Eddy current testing of carbon-carbon composite / M. Gvishi, A. H. Kahn, M. L. Master. Review of Progress in QNDE, Plenum Press 11. С. 289-1992.

4. De Goeje M. P., Wapenaar K. E. D. Non-destructive inspection of carbon fiber-reinforced plastics using eddy current methods, Composites. 1992. Т. 23, № 3. С. 147-157.

5. Lange R., Mook G. Structural analysis of CFRP using eddy current methods, NDT&E international. 1994. Т. 27, № 5. С. 241.

6. Gros X. E., W. Lowden. Electromagnetic testing of composite materials, Insight. 1995. Т. 37, № 4. С. 290-293.

7. Koyama K., Miki K., Hoshikawa H. Eddy Current Non-Destructive Testing for CFRP, US-Japan Conference on Composite Materials 2008, SHM-1 1. С. 1-6.

8. Koyama K., Hoshikawa H., Koiima G. Eddy current Non-destructive Testing for carbon fiber-reinforced composites (CFRP), Proceeding of the ASME 2010. Pressure Vessels and Piping Conference. 2010.

9. Сясько В. А., Чертов Д. Н. Выявление расслоений углепластиковых материалов с использованием тангенциальных вихретоковых преобразователей // В мире неразрушающего контроля. 2012, № 2(56). С. 9-21.

References

1. Коуаmа К., Hoshikawa Н., Hirano Т. Investigation of impact damage carbon fiberrainforced plastic (CEPR) by eddy current non destructive testing.International Conference NDT in Canada. 2-4 November 2011, Montreal, Quebec, Canada.

2. Valleau A. R. Eddy current nondestructive testing of graphite composite material, Materials Evaluation. 1990. Vol. 48, No. 2. Рp. 230-239.

3. Gvishi M., Kahn A. H., Master M. L. Eddy current testing of carbon-carbon composite, Review of Progress in QNDE, Plenum Press 11. 1992. P. 289.

4. De Goeje M. P., Wapenaar K. E. D. Nondestructive inspection of carbon fiber-reinforced plastics using eddy current methods, Composites. 1992. Vol. 23, No. 3. Pp. 147-157.

5. Lange R., Mook G. Structural analysis of CFRP using eddy current methods, NDT&E international. 1994, Vol. 27, No. 5. P. 241.

6. Gros X. E., Lowden W. Electromagnetic testing of composite materials, Insight. 1995. Vol. 37, No. 4. Pp. 290-293.

7. Koyama K., Miki K., Hoshikawa H. Eddy Current Non-Destructive Testing for CFRP, US-Japan Conference on Composite Materials 2008, SHM-1 1. Pp. 1-6.

8. Koyama K., Hoshikawa H., Koiima G. Eddy current Non-destructive Testing for carbon fiber-reinforced composites (CFRP), Proceeding of the ASME 2010. Pressure Vessels and Piping Conference. 2010.

9. Syasko V. A., Chertov D. N. Identification of stratifications of carbon fiber materials with use tangential eddy current converters. In the world of nondestructive control. 2012. No. 2(56). Pр. 9-21.

Аннотация научной статьи по нанотехнологиям, автор научной работы — Михеев П.В., Дидин Г.А., Шкатов П.Н.

Похожие темы научных работ по нанотехнологиям , автор научной работы — Михеев П.В., Дидин Г.А., Шкатов П.Н.

DEFECTOSCOPY OF CONSTRUCTIONAL MATERIALS ON THE BASIS OF CARBON FIBRES WITH USE OF THE METHOD OF EDDY CURRENTS

Текст научной работы на тему «Дефектоскопия конструкционных материалов на основе углеродных волокон с использованием метода вихревых токов»