Группа проектов Кипинфо
Реклама

Реклама

Контроль композитных материалов и литья в аэрокосмическом секторе

К списку статей

Введение

За исключением каркасов, большинство компонентов и конструкций современного воздушного судна изготавливаются из композитных материалов или методом литья традиционных металлов. Композиты используются везде — от обтекателей и спойлеров, до закрылков и рулей высоты. Литье используется для изготовления лопаток турбин и вентилятора, двигателей или широкого ряда конструкционных и функциональных компонентов. В производстве и обслуживании воздушных судов используются различные методы неразрушающего контроля (НК). Ультразвуковой метод контроля находит широкое применение как в портативном оборудовании, которое может применяться и на производственной линии, и в обслуживании, так и в стационарных установках, интенсивно используемых в настоящее время в авиастроении. Особенность современных стационарных установок – это ПЭП, встроенный в манипулятор или в «руку» робота-манипулятора, система крепления или перемещения объекта контроля с 11-и осевыми координатными приводами, что дает возможность автоматического контроля наиболее сложных компонентов в самом большом диапазоне размеров.

Тем не менее, наиболее широко используемым методом для контроля литья является радиография, в то время как компьютерная томография имеет наибольшее значение в исследовании и метрологии , как традиционных отливок, так и композитов.

Контроль литья

Пленочная радиография больше не является предпочитаемым методом обследования литья. Инспекторов устраивает работа с радиографической пленкой и уверенность в получаемых при этом результатах. Однако пленочная радиография обладает рядом общепризнанных недостатков, не самым последним из которых является неблагоприятное воздействие на окружающую среду при обработке и утилизации химикатов, в связи с чем сейчас наблюдается ускоренный переход к применению цифровой радиографии. Данный метод набирает в последнее время силу благодаря все большему снятию барьеров, препятствовавших его внедрению. В обследовании металлов применению этого метода в значительной мере способствовало введение MAI (Metals Affordability Initiative), в переводе Инициативы Снижения Затрат на Металлические Компоненты. Данная инициатива разработана исследовательской лабораторией материаловедения и производства ВВС США с целью содействия развитию технологии, и задачей одной из программ инициативы является снижение себестоимости материалов и технологий производства, а также сокращение времени, требуемого на разработку и производство металлических компонентов. В результате была начата совместная работа органов по стандартизации и производителей над выпуском нормативов и спецификаций, включая создание и одобрение эталонных радиограмм для алюминия, стали и титана, и библиотеки сравнений пленочной и цифровой радиографии.

Язык обследования

Обработка и передача данных являются жизненно важными компонентами любой процедуры обследования, независимо от метода НК. Очень важно, чтобы данные точно собирались, передавались, обрабатывались и зачастую архивировались для обеспечения их прослеживания. DICONDE —протокол, специально разработанный для данных неразрушающего контроля. Он создан на основе протокола DICOM, являющегося определяющим и успешным протоколом обработки данных в медицинском секторе, но включает в себя много опций, предназначенных исключительно для НК. Например, все изображения имеют теги, содержащие данные о месте, оборудовании, режимах, операторе, методе и дате, а также специфическую информацию по усмотрению пользователя. Дополнительная информация может также включать разрешение и карты битых пикселей для радиографических обследований. Все собранные критические необработанные данные остаются неизменными, кроме того, сохраняются и метаданные — данные, полученные за счет цифровой манипуляции с изображением. Первая версия DICONDE выпущена ASTM в 2004 г.

Программное обеспечение обследования

Программное обеспечение Rhythm от GE является программной платформой, полностью соответствующей DICONDE. Соответствие DICONDE гарантирует, что операторы не ограничены форматами, составляющими чью-либо собственность, устраняя необходимость последующего конвертирования данных и упрощая интеграцию данных от других источников НК. Более того, изображения DICONDE могут быть экспортированы в другие файловые форматы, такие как jpeg, bmp и tif, и копия программы для просмотра изображений DICONDE может быть включена на записанный диск для отображения контекста на любом стандартном ПК.

Рис.1 Оценка и анализ цифровых изображений с помощью Rhythm 

Данные с изображений с тегами анализируются в модуле Rhythm Review. Он включает в себя инструменты и средства для анализа, обработки и измерения изображений, такие как Flash!Filter разработки GE, в котором использован динамически настраиваемый алгоритм для обеспечения постоянного и четкого представления изображения одним нажатием мыши. Способность модуля Rhythm Review создавать рабочие потоки допускает совместное использование данных несколькими сетевыми рабочими станциями с тем, чтобы анализ мог выполняться вместе с обследованием, избегая задержек. Модуль Rhythm Archive — это комплексное решение для управления и архивации больших объемов данных по исследованиям и сохранения не только необработанных данных, но также результатов обработки изображений, полученных на рабочей станции Rhythm Review. Более того, теги на каждом изображении облегчают поиск по базе данных, который может вестись по наименованию места, инспектору, методу и т.п.

Системы радиографического контроля

Наряду с программным обеспечением за последние несколько лет была усовершенствована технология получения радиографических изображений: появилось компьютерное радиографическое оборудование, разработаны плоско-панельные детекторы и рентгеновские установки нового поколения. Наблюдались инновации в радиографических системах, специально разработанных для эффективности, производительности и надежности в литейном цехе.

Рентгенотелевизионный комплекс X-Cube представлен компанией GE около десяти лет назад. Он включает в себя надежный источник рентгеновского излучения, систему управления источником, манипулятор с зажимами для фиксирования образцов, экранированную камеру, эргономичный пульт управления, преобразователь рентгеновского излучения в стандартное видеоизображение, а также встроенную систему обработки изображения.

Рис. 2 Система X-Cube  

Недавно включенным в ассортимент GE продуктом является x|blade, где роботизированное позиционирование деталей для проведения контроля сочетается с цепью формирования изображений. Установка может быть адоптирована к индивидуальным требованиям заказчика для соответствия специфическим применениям, и полностью соответствует протоколу DICONDE в отношении совместного использования и архивирования для обеспечения быстрого гибкого контроля и немедленного анализа. Продукт специально рассчитан для применения в аэрокосмическом секторе, где он может использоваться при обследовании литых лопаток турбин длиной до 400 мм и весом до 8 кг, в соответствии с положениями MAI и стандартами ASTM. Несмотря на схожесть с x|Cube, установка обладает рядом преимуществ и представляет заказчику дополнительную возможность увеличения производительности в семействе систем цифрового радиографического контроля, с возможностью обработки около 280 изображений в час. Однако, при этом важно заметить, что цифровая система x|blade отличается от стандартной пленочной системы, и обучение играет огромную роль в обеспечении максимального использования значительных преимуществ системы. Для техников Уровня II и III проводятся курсы MAI по введению в цифровую технологию.

Рис. 3. Улучшение рабочего потока с x|blade 

Самой последней разработкой GE в радиографии для аэрокосмического сектора является blade|line. Этот новый продукт создан для выполнения трудных задач при проведении контроля лопаток турбин все увеличивающейся геометрической сложности, где очень трудно измерить глубину внутренней стенки. В Blade|line используется новейший рентгеновский генератор Isovolt Titan, новейший линейный детектор и робот- манипулятор с захватом и перемещением лопаток, подлежащих контролю.

Компьютерная томография для обследования и метрологии

Промышленная компьютерная томография применяется довольно давно, но в течение довольно длительного времени ее использование ограничивалось стенами испытательных лабораторий, где проводился выборочной контроль и отбор проб для испытаний. За последние несколько лет достигнут значительный технологический прогресс — получены все более высокие разрешения и даже более высокие скорости реконструкции трехмерных объемных данных, так что результаты компьютерной томографии сейчас доступны за считанные минуты. В число недавно представленных разработок вошла система phoenix v|tome|x 300 кВ CT, которая имеет разрешающую способность менее 1мкм. Система предлагает отличное разрешение и увеличение для металлов с высоким поглощением. Кроме того, существует вариант конфигурации установки с дополнительной трубкой позволяющий получить высокое разрешение - nano CT® для материалов с низким поглощением. Фунция datos|x 2.2 системы позволяет выполнить весь процесс сканирования и реконструкции без вмешательства оператора, а функция click & measure|CT выводит трехмерные результаты на экран и обеспечивает их анализ всего за три шага, что в огромной степени снижает требование к навыкам оператора.

Широкий набор функций и возможностей также позволяет использовать компьютерную томографию в 3D метрологии, особенно для сложных деталей со скрытыми или труднодоступными поверхностями, при работе с которыми технология может предложить значительные преимущества по сравнению с традиционными тактильными или оптическими координатомерами.

Рис. 4 Система phoenix v|tome|x 

Компьютерная томография на производственной линии

Очевидно, что предприятия, производящие точное литье для аэрокосмической промышленности, предпочли бы иметь 100%-ный контроль производственной линии, а не отбирать пробы случайным методом. Помимо обеспечения более точного контроля качества, непрерывный отбор проб также позволяет быстро реагировать при выявлении дефекта, что дает важную обратную связь со станцией заливки или отливки. Новая система speed|scan at line CT от GE впервые позволяет осуществить высокоскоростную трехмерную (3D) компьютерную томографию (КТ) на производственной линии для контроля литых изделий до 100%. Новая система КТ компании GE переняла технологии, успешно опробованные GE в сфере здравоохранения в течение более сорока лет работы. Быстродействие системы до 200 раз выше, чем у обычных систем 3D КТ. Данная высокоскоростная система также предлагает существенные дополнительные возможности контроля качества, в том числе точное трехмерное определение местоположения и классификацию дефектов, замер толщины стенки в целях контроля размеров и сравнение фактических данных систем автоматизированного проектирования (САПР). Система speed|scan at line CT пригодна для применения на любой производственной линии, где имеется постоянная необходимость в жестком контроле качества литых изделий и сложных конструкций из легких металлов, особенно для автомобильной и аэрокосмической промышленности. Важным преимуществом системы Speedscan является снижение процента брака путем анализа местоположения и размера дефектов, которые могут быть ликвидированы последующими процессами, и путем точной проверки геометрии и габаритов детали для обнаружения и исправления отклонений по форме и размерам обследуемых деталей на ранней стадии производственного процесса. И, наконец, в зависимости от размера и свойств абсорбции, могут быть обнаружены даже инородные вещества, такие как вкрапления или остатки песчаного литейного стержня, установлено их местоположение, и проведена классификация по их плотности и местоположению.

Для крупнообъемного или массового производства, особенно в случае сверхвысокого качества, вскоре будет доступна быстрая линейная конфигурация. Обе высокоскоростные системы сканирования работают по такому же принципу, что и компьютерная томография в медицине. Обследуемая деталь перемещается вдоль своей продольной оси сквозь плоскость луча с постоянной скоростью, в то время как детектор рентгеновского излучения вращается с постоянной угловой скоростью.

Рис. 5 КТ лопастей авиационной турбины 

Компьютерная томография для композитных материалов

Ввиду постоянной борьбы за снижение веса самолета композиты занимают все большую и большую долю в общей массе самолета. Все эти композитные материалы и конструкции требуют проведения обследования в процессе производства в целях контроля качества, кроме того, композиты также следует проверять во время эксплуатации, особенно после повреждений. К сожалению, из-за своего характера композитные материалы либо исключают возможность проведения НК многими традиционными методами, либо, в лучшем случае, ограничивают их применение. Например, хотя композиты на основе углеродных волокон являются проводящими, вихревой ток имеет очень ограниченное применение, и традиционный рентген не может обнаружить отслаивание, за исключением случаев, когда имеется включение с существенной разницей плотности. Ультразвуковой контроль является предпочтительной технологией, но компьютерная томография указывается все чаще.

Рентгеновская компьютерная томография высокого разрешения позволяет провести 3D визуализацию и анализ разрушения внутренней микроструктуры композитных материалов, даже когда 2D рентгеновская микроскопия может дать только интегральную информацию о пучках волокон верхних слоев. В результате компьютерная томография быстро становится идеальным решением для сопровождения производства сложных конструкций и компонентов — от разработки до окончательного контроля качества. КТ используется для обнаружения пустот, микротрещин, отслаивания и сморщивания в композитных конструкциях и компонентах. Она также может применяться для определения высокого или низкого содержания резины в композитном компоненте и является подходящей технологией для всех процессов изготовления традиционных композитных материалов — от стандартного формования изделий из слоистых пластиков выкладкой по форме до формования посредством вакуума и трансферного формования.

Вывод

Радиография во всем своем многообразии играет важную роль в аэрокосмическом секторе. Пленочная радиография продолжает широко применяться, но с разработкой соответствующих стандартов и спецификаций и широким распространением применения Инициативы MAI цифровая радиография сейчас все больше принимается как продуктивная, эффективная и надежная технология. Аналогично, компьютерная томография также выходит за пределы лабораторий — на производственные линии, обеспечивая тем самым значительные преимущества для всех. Тем не менее, необходимо учитывать, что эти новые методы сильно отличаются от традиционной пленочной радиографии, и одной закупки оборудовании недостаточно. Прежде всего, необходимо установить, что такое оборудование будет соответствовать запрашиваемым требованиям, также важно наличие инфраструктуры для необходимого обучения и послепродажного обслуживания.


Реклама


Реклама


Реклама

Реклама


Яндекс цитирования Яндекс.Метрика Яндекс.Метрика
© 2006-2013 Kipinfo.ru
При использовании информации ссылка на сайт “Kipinfo” обязательна.
Контактная информация Размещение рекламы
16+