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Jul 20, 2023

Tests par ultrasons des composites de fibre de verre et de fibre de carbone

À mesure que l'utilisation de composites de fibre de verre et de fibre de carbone dans la fabrication s'est développée, le besoin de tests non destructifs fiables s'est également accru, à la fois au stade initial de la fabrication et pendant le service.

À mesure que l'utilisation de composites de fibre de verre et de fibre de carbone dans la fabrication s'est développée, le besoin de tests non destructifs fiables s'est également accru, à la fois au stade initial de la fabrication et pendant le service. La fibre de verre traditionnelle est couramment utilisée dans les réservoirs, les tuyaux, les coques de bateaux, les pales d'énergie éolienne, les panneaux structurels et les produits similaires. Le plastique renforcé de fibres de carbone (CFRP) est devenu de plus en plus important dans l'industrie aérospatiale, car un nombre croissant de conceptions d'avions militaires et civils sont basées sur la légèreté et les propriétés de haute résistance des composites avancés. En raison de leur structure laminaire, ces matériaux sont potentiellement sujets à des fissures parallèles à la surface, soit en raison de contraintes appliquées, soit de faiblesses résultant d'anomalies de fabrication. Ces fissures internes cachées peuvent avoir un impact significatif sur l’intégrité structurelle et ne sont normalement pas détectables par radiographie ou techniques CND autres que les ultrasons. Heureusement, les tests par ultrasons constituent une technique prête et bien établie pour localiser et documenter les défauts internes.

La détection des défauts par ultrasons et la mesure de l'épaisseur sont basées sur un principe simple de la physique des ondes. Une onde sonore à haute fréquence générée par une petite sonde appelée transducteur et couplée à un milieu solide comme de la fibre de verre ou des composites se déplacera en ligne droite perpendiculairement à la surface jusqu'à ce qu'elle rencontre une limite matérielle telle qu'un mur du fond, un autre matériau. interface, ou un laminage. À ce stade, l’onde sonore sera réfléchie de manière prévisible. Les jauges d'épaisseur mesurent le temps de transit aller-retour de l'impulsion sonore, puis utilisent la vitesse programmée du son dans le matériau d'essai pour calculer l'épaisseur. La détection de défauts par ultrasons analyse les échos grâce à un processus comparatif dans lequel le motif d'écho généré par une pièce en bon état est comparé au motif d'écho d'une éprouvette. Étant donné que les ondes sonores se reflètent dans les vides ou les fissures, les changements dans le motif d'écho indiquent des changements dans la structure interne d'une pièce. Lors des tests de fibre de verre et de composites, l'instrument recherche généralement la présence d'échos à l'intérieur d'une porte ou d'une fenêtre marquée qui représente l'intérieur de l'éprouvette. Alors que la nature inhomogène de la fibre de verre et des composites peut générer des réflexions de bruit dispersé même à partir de matériaux solides, les fissures dont la surface se rapproche du diamètre du faisceau sonore renvoient généralement de fortes indications localisées qui seront reconnues par un opérateur qualifié.

La fréquence des tests et la taille de la sonde sont sélectionnées en fonction du matériau inspecté et des paramètres de défauts critiques. En général, des fréquences plus élevées et des diamètres de faisceau plus petits sont nécessaires pour résoudre des défauts plus petits. Les sondes à basse fréquence sont utilisées pour pénétrer plus profondément dans les matériaux et compenser la diffusion et l'atténuation du son dans les matériaux à faible densité ou à structures inhomogènes. La sélection des sondes et la configuration des instruments doivent toujours être optimisées pour le travail à accomplir.

Pièces et structures en fibre de verre

La fibre de verre est le plus souvent testée avec des jauges d'épaisseur à ultrasons traditionnelles et des détecteurs de défauts utilisant des transducteurs à élément unique basse fréquence, généralement à des fréquences de 2,25 MHz et inférieures, généralement aussi basses que 0,5 MHz lorsque les épaisseurs dépassent environ 0,5 pouce ou 12,5 mm. Des transducteurs basse fréquence spécialisés utilisant des techniques de lignes à retard d'adaptation d'impédance peuvent optimiser à la fois la pénétration et la résolution proche de la surface. Les jauges d'épaisseur conçues pour fournir une lecture directe de l'épaisseur totale du matériau sont simples à utiliser et nécessitent peu d'ajustements de l'opérateur après la configuration initiale. Les détecteurs de défauts conventionnels affichent un modèle de réflexions sonores appelé A-scan, qui change à mesure que les conditions des matériaux changent et qui est interprété par un opérateur qualifié pour identifier les anomalies. Les mesures d'épaisseur par ultrasons sont particulièrement utiles avec les stratifications de mats/rovings en fibre de verre où les variations d'épaisseur de couche nécessitent une vérification périodique de l'épaisseur pendant la fabrication, et la détection des fissures est particulièrement importante dans l'industrie de l'arpentage maritime pour vérifier d'éventuels dommages cachés sur la coque dans les matériaux plus anciens. bateaux.