소개

복합재료는 첨단 재료 준비 기술을 사용하고 서로 다른 특성을 가진 재료 구성 요소를 최적으로 결합한 새로운 재료입니다. 1940년대 항공산업의 필요로 인해 유리섬유 강화 플라스틱이 개발되었고, 이때부터 복합재료라는 명칭이 등장하게 되었다. 1950년대부터 탄소섬유, 흑연섬유, 붕소섬유 등 고강도, 고탄성 섬유가 잇따라 개발됐다. 1970년대에는 아라미드 섬유와 탄화규소 섬유가 등장했습니다. 다양한 분야, 특히 항공우주, 자동차, 건설, 전자, 신에너지 및 기타 분야에서 복합재료의 적용이 점점 더 광범위해짐에 따라 글로벌 복합재료 산업의 현 상태는 지속적인 성장 추세를 보이고 있습니다.

다양한 산업분야에서 점점 더 많은 복합재료 및 구조물이 사용되면서 손상 여부를 검사하는 방법을 이해하는 것이 중요한 주제입니다. 이 기사에서는 복합 재료에 대한 몇 가지 일반적인 비파괴 검사 방법을 살펴볼 것입니다.

비파괴 테스트(NDT)는 재료를 절단하거나 변경할 필요가 없는 복합 재료 산업의 표준 테스트 방법이며 고품질 제품 제조의 기본입니다. NDT에는 선택할 수 있는 다양한 방법이 있으며 때로는 복합 적층체의 결함 및 결함의 유형, 크기, 위치 및 깊이를 완전히 이해하기 위해 동시에 여러 방법을 사용해야 할 수도 있습니다.

01 육안검사

복합구조물을 검사하는 기본적이고 유용한 방법은 육안검사인데, 이는 검사관이 가장 먼저 사용하는 방법이지만 간과되는 경우가 많습니다. 빛 아래에서 얕은 각도로 복합 라미네이트를 보면 긁힘, 접힘, 브리지, 표면 기공, 껍질 벗겨짐, 박리, 열 손상 및 기타 눈에 띄는 충격 손상과 같은 명백한 결함을 감지하는 데 도움이 됩니다. 육안 검사의 가장 중요한 장점은 빠른 프로세스와 프로세스의 상대적 경제성이며, 이는 다른 테스트 횟수를 줄여 시간과 비용을 절약할 수도 있습니다. 육안 검사에는 장비가 필요하지 않지만 이 방법에는 고유한 단점이 있습니다.

02 노크 테스트

이것은 또 다른 기본 점검입니다. 타악기나 동전으로 부품 표면을 가볍게 두드리면 밝은 금속음이 울려 구조가 양호함을 나타냅니다. 둔탁한 "펑" 소리는 박리 또는 분리와 같은 결함을 나타냅니다. 디지털 노크 해머는 노크 반응을 측정하고 라미네이트가 반응하는 데 걸리는 시간을 밀리초 단위로 표시합니다. 응답시간이 짧을수록 구조물이 흡수하는 충격이 적어 구조물이 견고하다는 것을 알 수 있습니다. 결함이 발견되면 응답 시간이 길어지고 디스플레이에 더 높은 숫자가 표시됩니다. 이 방법은 두께가 3.05mm 미만인 얇은 라미네이트에 더 효과적이지만 매우 두꺼운 라미네이트에는 효과적이지 않습니다. 또 다른 단점은 뒷면에 다른 구조물을 부착하는 경우처럼 잘못된 판독값을 제공하는 경우도 있다는 점입니다.

03 초음파검사(UT)

이는 현재 가장 널리 사용되는 비파괴 검사 방법입니다. UT는 고주파(0.5-25MHZ) 에너지 파동을 라미네이트에 보내고 이러한 파동의 진폭과 비행 시간을 포착하고 정량화하여 재료 특성과 구조적 변화를 분석하고 이해하는 방식으로 작동합니다. 두 가지 주요 방법이 사용됩니다.

펄스 에코: 동일한 프로브로 사운드 펄스를 송수신하여 반사파를 측정합니다.

전송방식 : 적층두께에 따른 송신파 측정은 음향에너지를 송수신하기 위해 한쪽에는 송신기 프로브, 반대쪽에는 수신기 프로브가 필요합니다.

신호가 전달하는 정보에 따라 균열 위치, 결함 크기, 방향 등의 특성을 얻을 수 있습니다. 기본적으로 A-Scan, C-Scan, ANDSCAN 3가지 유형이 있습니다.

A-스캔 초음파 장치는 펄스 에코 시스템을 사용하여 결함을 찾습니다. 프로브 또는 변환기는 우수한 사운드 전도성을 보장하기 위해 젤 커플러를 사용하여 검사할 표면에 배치됩니다. 그런 다음 프로브는 부품을 통해 초음파 펄스를 보냅니다. 부품의 뒷면이 튀어 나오는 데 걸리는 시간을 측정합니다. 분리 및 물 침입과 같은 재료의 결함으로 인해 반발 시간이 달라질 수 있습니다. 사용자는 소리가 테스트 대상 물질을 통과하는 속도를 알고 이를 테스터에 입력해야 합니다.

C-Scan은 또한 초음파를 사용하여 부품을 검사합니다. 그러나 A-Scan과 달리 소리가 A 부품의 두께를 통과하는 데 걸리는 시간을 측정합니다. 따라서 부품의 양면을 검사해야 합니다. 또한, 소리가 잘 전달되도록 하려면 액체 매질에 담가야 합니다. 이로 인해 일부 부품이 침수될 수 있습니다. 그러나 복합재료에서는 C-Scan이 A-Scan보다 더 나은 성능을 발휘합니다. 이는 부품의 전체 스캔 이미지를 제공하며 검사자는 이를 사용하여 손상 위치를 찾을 수 있습니다.

ANDSCAN은 A-Scan을 다음 단계로 끌어올립니다. 로봇 팔은 변환기에 연결되고 변환기는 컴퓨터에 연결됩니다. 팔은 변환기의 공간 x, y 및 z 좌표를 컴퓨터에 제공합니다. 이를 통해 컴퓨터는 검사 영역에 대해 C-스캐너와 같은 이미지를 생성할 수 있습니다. 컴퓨터는 또한 추세 분석을 위해 마지막 숫자별로 정보를 저장합니다.

04 열화상 감지

펄스 적외선 열화상의 작동 원리는 능동 가열 기술을 사용하여 적외선 열화상 시스템을 통해 시편의 표면 결함과 매트릭스 재료의 다양한 열 특성으로 인한 온도 차이를 자동으로 기록한 다음 표면과 내부를 결정하는 것입니다. 측정 대상의 손상. 이 방법은 비접촉식, 실시간, 효율적이고 직관적인 특성을 가지며 복합 박판과 금속의 접합 구조에서 박리, 다공성, 박리, 박리, 박리 유형 영역 결함을 검출하는 데 매우 적합합니다. 특히, 적외선 열파 검출 방법은 초음파 C-스캔 검사를 위해 부품이나 부품을 물에 담글 수 없고, 부품의 표면 형상으로 인해 초음파 검사 실시가 어려운 경우에 사용할 수 있다.

05 방사선투과검사(RT)

복합재 손상의 가장 일반적인 유형은 박리로 인해 에어 포켓이 발생하는 것입니다. 층화 방향이 X선 빔에 수직이 아닌 경우 층화는 RT에서만 볼 수 있습니다. 방사선 촬영에는 다양한 유형이 있으며 각각 특정 용도로 사용됩니다. 기존 방사선 촬영은 부품이 너무 두껍지도 너무 얇지도 않을 때 가장 유용합니다. 1~5mm의 얇은 부품에는 저압 방사선 촬영이 사용되고, 두꺼운 부품에는 감마 방사선 촬영이 적합합니다. 이러한 유형의 방사선 사진은 큰 공극, 함유물, 층간 균열, 불균일한 섬유 분포 및 섬유 주름이나 용접 연결과 같은 섬유 방향 오류를 감지하는 데 사용할 수 있습니다.

06 전단영상검사

전단 테스트는 이미지 전단 간섭계를 사용하여 부품의 평면 외 변형을 감지하고 측정하는 레이저 광학 방법입니다. 먼저 무부하 조건에서 부품을 측정한 후 열, 기계적 진동, 음향 진동, 압력, 진공, 전기, 자기장, 마이크로파 또는 기계 등에 대해 적용된 부하에서 다시 테스트합니다. 이를 통해 카메라는 부품의 결함을 확인할 수 있습니다. 표면 아래 결함이 있는 라미네이트 표면의 등변형 줄무늬 패턴을 캡처하기 위해. 컴퓨터 소프트웨어는 패키지의 상태 다이어그램 이미지를 추정하고 확장된 상태 다이어그램을 생성하며, 이는 표시 및 평가를 위해 통합 가시 이미지로 변환됩니다. 기술을 이용하면 결함의 위치를 ​​신속하게 파악할 수 있다는 점이 중요하지만, 깊이를 파악하기 위해서는 초음파 기술을 활용한 추가적인 검사가 필요하다.

07 음향 방출

Acoustic Emission(AE)은 복합재료나 구조물의 로딩 과정에서 발생하는 음향방출 신호를 검출 및 분석하여 복합부품의 전반적인 품질 수준을 평가하는 검출 기술입니다. 효과적인 결함분석 방법이다.


이 방법은 복합재료의 손상 전개 및 파손 형태를 반영하고, 부품의 최종 지지강도를 예측하며, 부품 품질의 취약한 부분을 식별할 수 있다.
음향 방출 기술은 복합구조물의 전반적인 품질 수준을 감지하는 매우 실용적인 기술 수단입니다. 사용이 간단하고 편리하며 기계적 특성을 테스트하면서 재료의 동적 변형 및 손상 과정에서 귀중한 정보를 얻을 수 있습니다. 세 가지 주요 방법이 사용됩니다:

매개변수 분석 : 진폭, 에너지, 지속시간, 울림 횟수, 이벤트 횟수 등 음향 방출 신호의 특성 매개변수를 기록 및 분석하여 손상 정도 및 위치, 손상 등 재료의 손상 및 손상 특성을 분석합니다. 가장 큰 단점은 AE 소스의 특성에 대한 정보가 공진 센서 자체의 특성에 의해 은폐되거나 흐려지는 경우가 많으며 실험 결과의 반복성이 좋지 않다는 것입니다.

파형 분석 : 음향 방출 신호의 파형을 기록하고 분석하여 신호 스펙트럼 및 상관 함수 등을 얻습니다. 재료의 다양한 단계와 메커니즘에 따라 발생하는 손상의 주파수 특성을 분석하여 재료의 손상 특성을 분석할 수 있습니다. 획득할 수 있습니다.

스펙트럼 분석: 고전 스펙트럼 분석과 현대 스펙트럼 분석으로 나눌 수 있으며 음향 방출 신호 처리에서 가장 일반적으로 사용되는 분석 방법입니다. 두 스펙트럼 분석 방법 모두 음향 방출 신호를 시간 영역에서 주파수 영역으로 변환하고, 주파수 영역에서 음향 방출 신호의 다양한 특성을 연구하여 음향 방출 소스의 고유 정보를 찾아 식별합니다. 그러나 신호의 스펙트럼 분석은 분석하려는 신호가 주기적으로 정지하는 신호여야 하며, 스펙트럼 분석은 국부적인 정보 변화를 무시하는 전역적 분석 방법입니다.

08 소리 - 초음파

AU(Acoustic-ultrasonic)는 음향과 초음파 테스트를 결합한 방법으로 재료의 미세한 결함 그룹의 분포와 구조적 기계적 특성(강도 또는 강성 등)에 대한 전반적인 영향을 감지하고 연구하는 데 주로 사용됩니다. 재료의 완전성 평가 기술에 속합니다. 비파괴 검사에서 최적의 경제성, 유연성 및 감도를 기반으로 한 음향/초음파 검사는 큰 잠재력을 가지고 있습니다. 이는 중요하지 않은 결함을 보고 평가할 수 있기 때문에 유용한 접근 방식입니다. 두 번째 장점은 피로하중이나 충격손상으로 인한 구조물의 누적손상을 나타내는 좋은 지표라는 점이다.

음향-초음파 진폭 C-스캐닝 기술은 복합 재료와 금속 재료 사이의 결합 계면을 효과적으로 감지할 수 있으며, 신호 선명도가 낮은 초음파 반사 기술과 센서 접근성이 좋지 않은 초음파 전송 기술의 단점을 극복할 수 있습니다.