Thị trường vật liệu composite của Hoa Kỳ đã tăng 6,3% trong năm 2014, đạt 8,2 tỷ USD giá trị và 5,5 tỷ pound về lượng hàng xuất xưởng hàng năm. Tổng giá trị của thị trường vật liệu tổng hợp bao gồm cả vật liệu và sản phẩm cuối cùng vào khoảng 30 tỷ đô la.
Vật liệu tổng hợp 101
Vật liệu tổng hợp, còn được gọi là vật liệu tổng hợp polyme gia cường bằng sợi (FRP), được làm từ hỗn hợp dạng ma trận polyme được gia cố bằng sợi tự nhiên hay nhân tạo (như sợi thủy tinh, carbon hoặc aramid) hoặc vật liệu gia cường khác. Ma trận bảo vệ các sợi khỏi tác hại của môi trường bên ngoài và dãn tải giữa các sợi. Trong khi đó, các sợi cung cấp sức bền và độ cứng để củng cố ma trận — giúp vật liệu chống lại các vết nứt và gãy.
CHẤT XƠ
Cung cấp sức bền và độ cứng (sợi thủy tinh, carbon, aramid, bazan, sợi tự nhiên).
MATRIX
Bảo vệ và chuyển tải giữa các sợi (polyester, epoxy, vinyl ester…)
COMPOSITE
Vật liệu tạo rả có các thuộc tính vượt trội so với các thành phần đơn lẻ
Vật liệu tổng hợp đã xâm nhập vào cuộc sống hàng ngày của chúng ta: trong ô tô chúng ta lái, gậy chơi gôn mà chúng ta đánh, các đường ống dẫn nước thải và còn nhiều ví dụ nữa. Một số lĩnh vực như tên lửa và hàng không vũ trụ có thể không hoạt động nếu không có vật liệu composite. Vật liệu tổng hợp mang lại nhiều lợi ích như sức bền, trọng lượng nhẹ, chống ăn mòn, linh hoạt và độ bền theo thiết kế.
Khuyết tật vật liệu tổng hợp
Các kết cấu trong công nghiệp điện gió và ngành công nghiệp hàng không thường được sản xuất từ vật liệu composite do các ưu điểm trọng lượng thấp và giảm tiêu thụ nhiên liệu, cũng như hiệu suất động cơ tốt hơn. Vật liệu composite thường bao gồm các sợi cứng, chắc trong một ma trận kết dính. Chúng thường bao gồm các loại như gia cường bằng sợi carbon (CFRP), gia cường sợi thủy tinh (GRFP), lõi tổ ong và tấm carbon.
Các khuyết tật của vật liệu tổng hợp có thể hình thành trong quá trình sản xuất và hoạt động:
Khuyết tật liên kết.
Bong tách.
Khuyết tật sợi cũng như khuyết tật vị trí sợi.
Nứt giữa các Ply
Rỗng xốp hoặc khoảng trống trong vật liệu.
Ngoài các khuyết tật trong quá trình sản xuất, các khuyết tật của vật liệu composite còn do các quá trình thoái hóa khác nhau, bao gồm:
Mất kết dính
Xoắn hoặc đứt gãy các sợi
Tách lớp
Lỗi giữa sợi gia cường và chất kết dính.
Hơi ẩm xâm nhập
Kiểm tra thường xuyên vật liệu composite giúp đảm bảo FFS cho các tài sản quan trọng. Vật liệu composite có thể tạo thành các chi tiết hình học phức tạp hơn so với các vật liệu tương đương bằng kim loại, làm giảm số lượng các thành phần cần thiết cùng với nhu cầu về sử dụng ốc và đinh tán vốn là điểm yếu của thiết kế. Mặc dù có ưu điểm rõ ràng, nhưng sản xuất vật liệu composite cũng mang lại những thách thức đối với việc đánh giá tính toàn vẹn hay sai số về độ cong bề mặt và độ dày của các thành phần phức tạp.
Kiểm tra không phá hủy (NDT) được sử dụng để kiểm tra các khuyết tật trong quá trình sản xuất và trong quá trình sử dụng của CFRP, CGRP, vật liệu cấu trúc lõi tổ ong và các tấm cacbon. Kiểm tra siêu âm (UT) có thể phát hiện và xác định đặc điểm của các khuyết tật nhỏ bằng cách kiểm tra vật liệu ở chế độ xung dội hoặc truyền qua. Với các cấu trúc lớn, việc sử dụng kiểm tra vật liệu composite cần một giải pháp hiệu quả hơn. Kỹ thuật PAUT sử dụng một đầu dò duy nhất với nhiều biến tử để định hướng, tập trung và quét các chùm tia trên chi tiết composite cần kiểm tra.
Các thiết bị như OmniScan X3 và OmniScan SX là thiết bị PAUT cơ động có hỗ trợ mã hóa 2 trục, thiết bị có thể sử dụng các bộ quét bánh xe như RollerFORM để quét nhanh các tấm vật liệu lớn. Các thiết bị này có thể lập bản đồ các chi tiết vật liệu composite chỉ cần lăn đầu dò trên bề mặt với rất ít chất tiếp âm.
Các Giải pháp kiểm tra vật liệu Composite
Phương pháp siêu âm là một trong các phương pháp chính và phát triển mạnh trong kiểm tra không phá hủy. Với các ứng dụng kiểm tra Composite, các phương pháp đa dạng dựa cùng trên nguyên lý siêu âm cơ bản bao gồm: Phát-thu (RF, xung lực, dạng quét), MIA (phân tích trở kháng cơ học) và Cộng hưởng âm. Ngoài ra các thiết bị và kỹ thuật sử dụng để kiểm tra composite có thể liệt kê gồm:
Siêu âm Phased Array (PAUT) và siêu âm tự động: Phát hiện khuyết tật
Đầu dò RollerFORM dạng bánh xe chuyên cho kiểm tra composite
Đầu dò EdgeFORM dạng bánh xe kiểm tra kết dính composite ở rìa chi tiết
Công nghệ hội tụ thích ứng nhất quán (CAF) khi kiểm tra composite cho phép truyền chùm âm vuông góc với các bề mặt phức tạp. Một mẫu có dạng hình học thay đổi liên tục (bề mặt phẳng, lõm hoặc lồi) có thể được điều khiển hoàn toàn bằng cách sử dụng một đầu dò siêu âm Phased array 1D duy nhất. Quá trình xử lý hội tụ chùm âm thích ứng theo thời gian thực được sử dụng khi kiểm tra các chi tiết cho máy bay, tàu thuyền và cấu trúc tổng hợp trên tháp gió.
Focus PX Được thiết kế cho các ứng dụng công nghiệp, mang lại hiệu suất vô song trong một thiết bị nhỏ gọn. Thiết bị có cấu hình mạnh với tốc độ cần thiết cho các giải pháp PAUT tích hợp yêu cầu cao, được tùy biến, là công cụ rất phù hợp cho các ứng dụng phát hiện khuyết tật tổng hợp.
Siêu âm truyền thống
Đo lường chính xác chiều dày của gần như mọi loại vật liệu
Đơn giản, dễ sử dụng
Đo chính xác chiều dày của vật liệu mỏng hay vật liệu nhiều lớp như sợi carbon.
Áp dụng cho thép, nhựa, composite, thủy tinh…
Tối ưu hóa cho quy trình QC process với độ tin cậy, bền chắc và dễ sử dụng
Thiết bị kiểm tra chuyên dụng BondMaster 600 kết hợp cả năm phương pháp kiểm tra cơ bản, giúp đáp ứng yêu cầu trong các ứng dụng kiểm tra hàng không, chế tạo vật liệu composite, bảo dưỡng cấu trúc cho hầu hết các loại vật liệu composite hiện có.
Kiểm tra bong tách trên nhiều loại vật liệu hỗn hợp
Giải pháp tin cậy cho kiểm tra vật liệu composite có cấu trúc tổ ong
Đơn giản hóa kiểm tra tách lớp composite và các cấu trúc kết dính giữa thép-tới-thép
Kiểm tra phát xạ âm thanh có thể sử dụng để xác định tình trạng bể chứa composite. Quy trình đã được các cơ quan như ASME (phần V, điều 11) và ASTM (E-1067) thông qua.
Phương pháp kiểm tra AE rất nhạy cảm với những hư hỏng điển hình xảy ra trong bể chứa khi đang hoạt động và chịu áp suất. Thử nghiệm AE cũng có thể được sử dụng để kiểm tra các bồn chứa mới và kiểm tra hư hỏng do vận chuyển hoặc lắp đặt, kiểm tra rỏ rỉ.
Kiểm tra bong tách trên nhiều loại vật liệu hỗn hợp
Kiểm tra đơn giản, thường hoàn thành trong một ngày, giảm thiểu gián đoạn hoạt động. Các tiêu chí đánh giá được thiết lập rõ ràng.
Cung cấp thông tin về phản ứng của bồn chứa đối với tải dịch vụ. Phát hiện ảnh hưởng của lỗi và hư hỏng xảy ra trong quá trình sử dụng.
Đưa ra thước đo về mức độ nghiêm trọng của các hư hại theo cường độ phát xạ âm thanh
Ống chui qua đê bao đất » 1,8 MiB - 1.300 hits - 3 Tháng 4, 2024 Các đê bao bằng đất là đặc điểm chung trong các nhà máy hóa dầu và bể chứa, với các vị trí ăn mòn thường xuất hiện ở bề mặt tiếp xúc đất/không khí. Sóng dẫn hướng dẫn có thể kiểm tra cả phần giao diện này và phần ống bị chôn vùi.
Tầm soát ăn mòn các đường ống trên cao » 1,5 MiB - 1.668 hits - 3 Tháng 4, 2024 Nhiều đoạn đường ống trong các nhà máy hóa dầu được đặt trên cao so với mặt đất. Các ống dẫn được bắc qua các giá đỡ ống khác. Kiểm tra sóng dẫn hướng dẫn cung cấp một giải pháp độc đáo để giảm thiểu chi phí khi có thể kiểm tra từ mặt đất và không cần sử dụng giàn giáo.
Tầm soát ăn mòn tầm xa » 1,4 MiB - 1.563 hits - 3 Tháng 4, 2024 Nghiên cứu này chứng minh khả năng của Hệ thống Wavemaker® trong việc sàng lọc các đường ống dài từ một vị trí duy nhất. Trong trường hợp này, 230m đường ống đã được tầm soát ăn mòn từ một vị trí.
Thanh ray đường sắt » 1,6 MiB - 1.680 hits - 3 Tháng 4, 2024 Kiểm tra sóng dẫn hướng (GWT) với bộ quét G-Scan® cung cấp giải pháp kiểm tra các đoạn đường sắt theo cách tiết kiệm chi phí, không cần nâng hoặc làm ảnh hưởng đến giao thông.
Xác định vị trí khuyết tật trên ống Elbow » 645,2 KiB - 1.486 hits - 3 Tháng 4, 2024 Vị trí uốn cong của ống là những phụ kiện đường ống phổ biến dễ bị ăn mòn và xói mòn. Sử dụng C-Scan, các khuyết tật ở vị trí ống khuỷu tay có thể được phát hiện chính xác khi tập trung tín hiệu.
Xói mòn trên ống cong Elbow » 880,2 KiB - 1.906 hits - 3 Tháng 4, 2024 Ống khuỷu tay là phụ kiện đường ống phổ biến dễ bị ăn mòn và xói mòn. Sử dụng chế độ hiển thị Unrolled Pipe, các khuyết tật ở vị trí khuỷu tay có thể được phát hiện.
Đánh giá kích thước ăn mòn dưới giá đỡ (CUPS) » 311,3 KiB - 1.346 hits - 3 Tháng 4, 2024 Tài liệu này trình bày ứng dụng của QSR1 để xác định kích thước ăn mòn ở một đoạn ống tại một vị trí giá đỡ.