Промышленная томография композиционных материалов. Обзор технологии
Флагманом этого направления выступает авиация. Именно там впервые применяют новые типы композитов и разрабатывают отдельные компоненты с требуемыми свойствами.
Использование композиционных материалов позволяет существенно уменьшить вес конечного изделия при сохранении (а в некоторых случаях даже улучшении) механических и прочностных характеристик детали. Высокая вибрационная стойкость позволяет применять их в местах постоянной нагрузки.
Конструктивно материал состоит из армирующей составляющей (например, стекло- или углеволокна), внедренной в матричную (полимеры и смолы). Дефекты каждой из них оказывают влияние на прочностные и ресурсные характеристики изготавливаемой детали.
Основной метод неразрушающего контроля внутренней структуры композитной детали — рентгеновская компьютерная томография. С ее помощью можно различать волокна и полимеры в готовом изделии и даже контролировать отдельные волокна в жгуте. Комплекс задач, решаемых данным методом:
- создание подробных структурных моделей;
- определение ориентации волокон в пространстве и относительно друг друга;
- контроль матричной пропитки;
- поиск дефектов в конечном изделии (поры, трещины, расслоения, разрывы волокон, плотные включения);
- математическое исследование свойств материала и численное моделирование;
- усредненные характеристики материала в заданной единице объема;
-
контроль опытных образцов в процессе испытаний;
- исследование отдельных и сплетенных волокон;
- контроль образцов препрегов.
Специалисты Остека на базе собственного Центра Развития Технологий (г. Владимир) проводили исследования композитных образцов на томографах компании Waygate Technologies (General Electric Sensing & inspection Technologies).
В первом случае изучалась пористость образца, предоставленного НПО Сатурн для исследований для принятия решения о потенциальном поставщике. Были найдены множественные потенциальные дефекты в объеме матричной составляющей детали.
Во втором случае был исследован углеволоконный материал без заливки, предоставленный ОАО «КНИИЛП». На объемной модели визуализирована ориентация направления волокон в пространстве и секущая плоскость для исследования внутренней составляющей.
Отдельный интерес представляет исследование ортогональных сечений. Этот метод позволяет отследить изменения в каждом жгуте и качество плетения отдельных слоев.