Phát hiện vết nứt lỗ đinh định vị trên vỏ máy bay bằng kỹ thuật quét ngang với PAUT

Ứng dụng

Kiểm tra siêu âm mảng pha (Phased Array) trên lớp vỏ nhôm máy bay để tìm các vết khắc (scribe marks) và các vết nứt xuất phát từ lỗ đinh định vị tại các mối nối chồng (lap-splice joints).

Cơ sở lý thuyết

Người sử dụng các thiết bị siêu âm mảng pha vốn đã rất quen thuộc với khả năng bẻ góc chùm tia (beam steering), trong đó tất cả các chùm tia được tạo ra đều có các góc khúc xạ khác nhau và cùng nằm trên một mặt phẳng thẳng đứng. Tuy nhiên, một số quy trình kiểm tra lại sử dụng khả năng bẻ góc theo một cách khác: bẻ góc chùm tia theo phương ngang (lateral direction). Khi làm như vậy, góc lệch (skew angle) của chùm tia thay đổi trong khi góc khúc xạ vẫn được giữ cố định. Cấu hình đầu dò và nêm này rất hữu ích cho một số ứng dụng như kiểm tra lớp vỏ dưới của mối nối chồng trên máy bay. Các khuyết tật điển hình được phát hiện là các vết nứt đâm ra từ lỗ đinh vị và các vết khắc nằm trên thân máy bay. Kỹ thuật này cho thấy những ưu điểm tuyệt vời khi vết nứt bị lệch góc; nói cách khác, khi hướng của vết nứt không vuông góc với hướng của chùm tia.

Hình ảnh này chưa có thuộc tính alt; tên tệp của nó là OmniScan_Lateral-Array-Probe1.jpg — Thiết bị siêu âm Phased array với đầu dò gắn trên nêm Lateral (nằm ngang)

Ưu điểm của việc quét theo phương ngang là khả năng hội tụ chùm tia theo phương ngang. Một khi chùm tia đã được hội tụ theo phương ngang, quá trình kiểm tra sẽ phân biệt rõ ràng giữa các xung phản xạ đến từ kết cấu hình học (như lỗ đinh định vị) và các tín hiệu phản xạ đến từ vết nứt. Việc sử dụng hình ảnh quét rẻ quạt (S-scan) giúp người vận hành phân tích dữ liệu dễ dàng hơn.

Thiết bị sử dụng

OmniScan MX2 hay OmniScan X3 cấu hình 16:128 or 32:128
Tính năng đa nhóm – Multigroup để phát hiện các vết nứt dọc theo hàng đinh định vị phía dưới. Có hai cấu hình có thể được sử dụng và được trình bày như sau:

a. Cấu hình chùm tia thứ nhất

Bao gồm một phép quét tuyến tính ngang (lateral linear scan) với góc lệch (skew) 0 độ, và một phép quét rẻ quạt (sectorial scan) với các góc lệch từ -15 độ đến 15 độ. Các phép quét này được tạo ra bởi một độ mở (aperture) gồm 16 biến tử, nằm ở tâm của đầu dò.

*Quét tuyến tính ngang (đường màu đỏ); Quét lệch góc ngang (đường màu xanh dương)*

*Hình ảnh mối nối chồng có vết nứt (lớp ngoài dày 1 mm)*

*Màn hình hiển thị OmniScan cho thấy việc phát hiện vết nứt bằng cấu hình thứ nhất. Quét tuyến tính ngang (bên trái); Quét lệch góc ngang (bên phải)*

b. Cấu hình chùm tia thứ hai

Được cấu thành từ ba phép quét tuyến tính ngang được thiết lập ở các góc lệch (skew angles) khác nhau như trong hình dưới đây. Trong ví dụ này, vết nứt được phát hiện rất tốt với phương án quét ở góc 15 độ. Ví dụ này cho thấy rõ tầm quan trọng của góc lệch khi phát hiện các vết nứt có hướng xiên (oblique orientation).

Hình ảnh hiển thị cho thấy vết nứt được phát hiện sử dụng cấu hình thứ 2.
-15 độ (trái); 0 độ (giữa); +15 độ (phải)

2. Kiểm tra tấm panel bề mặt dưới của cánh ngoài máy bay (Aircraft Outer Wings Lower Surface Panel Inspection)

Quy trình kiểm tra tấm panel bề mặt dưới được sử dụng để phát hiện các vết nứt nằm ở phía dưới và phía trên của lớp vỏ đầu tiên trên cánh ngoài của máy bay. Các vết nứt này có thể nằm xung quanh hoặc nằm cách xa các đinh định vị.

Trong quy trình kiểm tra này, chỉ có một phép quét tuyến tính ngang với góc lệch 0 độ được sử dụng kết hợp với góc khúc xạ sóng ngang (shear wave) 45 độ.

Kiểm tra lớp thân vỏ trên cánh ngoài của máy bay.

Hình ảnh cho thấy khuyết tật far-side near-side notch phát hiện được sử dụng cấu hình này.

Kết luận

Các cấu hình quét ngang (lateral scan) cho thấy khả năng phát hiện với độ nhạy cao khi tìm kiếm các vết nứt ở đinh định vị. Các vết nứt nhỏ tới 1 mm có thể được phát hiện với tỷ số tín hiệu trên nhiễu (SNR) rất tốt. Bằng cách sử dụng các góc lệch (skewing angles), việc phát hiện các vết nứt xiên được tối ưu hóa. Cấu hình đầu dò và nêm này có thể được sử dụng cho nhiều ứng dụng khác và nên được cân nhắc trong tất cả các quá trình phát triển kỹ thuật kiểm tra.

NEW