ブログ

Jul 20, 2023

ガラス繊維および炭素繊維複合材料の超音波試験

製造におけるグラスファイバーとカーボンファイバー複合材の使用が増えるにつれて、製造の初期段階と使用中の両方で、信頼性の高い非破壊検査の必要性も高まっています。

製造におけるグラスファイバーとカーボンファイバー複合材の使用が増えるにつれて、製造の初期段階と使用中の両方で、信頼性の高い非破壊検査の必要性も高まっています。 従来のグラスファイバーは、タンク、パイプ、船体、風力発電ブレード、構造パネル、および同様の製品に一般的に使用されています。 炭素繊維強化プラスチック (CFRP) は、高度な複合材料の軽量性と高強度特性に基づいた軍用機や民間機の設計が増えているため、航空宇宙産業における重要性が着実に高まっています。 これらの材料は、層状レイアップ構造のため、印加された応力または製造異常による脆弱性により、表面に平行に亀裂が発生する可能性があります。 これらの隠れた内部亀裂は構造の完全性に重大な影響を与える可能性があり、通常は超音波以外の X 線撮影や NDT 技術では検出できません。 幸いなことに、超音波検査は、内部欠陥を特定して文書化するための確立された技術を提供します。

超音波探傷と厚さ測定は、波動物理学の単純な原理に基づいています。 トランスデューサと呼ばれる小さなプローブによって生成され、グラスファイバーや複合材料などの固体媒体に結合された高周波音波は、遠くの壁や別の材料などの材料境界に遭遇するまで、表面に垂直な直線で進みます。インターフェース、またはラミネート。 その時点で、音波は予測可能な方法で反射されます。 厚さゲージは音パルスの往復通過時間を測定し、試験材料内でプログラムされた音速を使用して厚さを計算します。 超音波探傷解析では、良品から発生するエコーパターンと試験片からのエコーパターンを比較する比較処理を経てエコーが行われます。 音波は空隙や亀裂から反射するため、エコー パターンの変化は部品の内部構造の変化を示します。 グラスファイバーおよび複合材の試験では、機器は通常、試験片の内部を表すマークされたゲートまたは窓内のエコーの存在を探します。 グラスファイバーと複合材の不均質な性質により、固体材料であっても散乱ノイズ反射が発生する可能性がありますが、その面積が音響ビームの直径に近づく亀裂は、通常、訓練を受けたオペレーターによって認識される強力な局所的兆候を返します。

テスト周波数とプローブのサイズは、検査対象の材料と重大な欠陥パラメータに基づいて選択されます。 一般に、より小さな欠陥を解決するには、より高い周波数とより小さなビーム直径が必要です。 低周波プローブは、材料の奥深くまで侵入し、低密度または不均一な構造の材料における音の散乱と減衰を相殺するために使用されます。 プローブの選択と機器のセットアップは、常に目の前の作業に合わせて最適化する必要があります。

グラスファイバー部品と構造

グラスファイバーは、一般的に 2.25 MHz 以下の周波数、通常、厚さが約 0.5 インチまたは 12.5 mm を超える場合は 0.5 MHz 程度の低周波単一素子トランスデューサを使用する、従来の超音波厚さ計および探傷器で検査されます。 インピーダンス整合遅延線技術を利用した特殊な低周波トランスデューサは、浸透と表面付近の分解能の両方を最適化できます。 材料の総厚さを直接読み取るように設計された厚さゲージは使い方が簡単で、初期設定後のオペレータによる調整はほとんど必要ありません。 従来の探傷器は、A スキャンと呼ばれる音の反射パターンを表示します。このパターンは材料の状態が変化すると変化し、訓練を受けたオペレーターによって解釈されて異常を特定します。 超音波厚さ測定は、層の厚さの変化により製造中に厚さを定期的にチェックする必要があるグラスファイバーマット/ロービングレイアップで特に役立ちます。海洋測量業界では、古い船体に隠れた船体の損傷の可能性をチェックするために亀裂の検出が特に重要です。ボート。