Virvelstrømprøving i flyindustrien

Transkript

1 Virvelstrømprøving i flyindustrien NDT Konferansen Mai-1 Juni, Kristiansund Arild Lindkjenn Forsvarets Logistikk Organisasjon Divisjon for Luftkapasiteter Forfatter Prosjektittel

2 Innhold Applikasjoner og erfaringer Bruk av Filter og faseanalyse NDT Forbedringsprogram

3 Virvelstrøm i Flyindustrien VIRVELSTRØM (eng. Eddy Current): Er en svært anvendelig og viktig NDT metode for ivaretakelse av flysikkerheten og spiller ofte en nøkkelrolle når det gjelder åholde fly i luften. Kan benyttes på elektrisk ledende materiale til åfinne sprekker, korrosjon, hulrom, varmebehandling tilstand osv. I tillegg benyttes virvelstrøm i flyindustrien til tykkelsesmåling av både ledende ikke ledende belegg

4 Virvelstrøm i Flyindustrien Spole Vekselstrøm Dannelse av virvelstrøm i prøvestykke Impedance variasjon i spolen

5 Virvelstrøm i Flyindustrien Faktorer som påvirker kvaliteten av Virvelstrømsprøvingen. Opplæring Holdning Utstyr Prosedyrer (Kant effekt Lift off Effekt Ferrous Effekt) Utførelse (kalibrering, Probehandling etc)

6 Virvelstrøm i Flyindustrien Opplæring og sertifisering i Virvelstrøm i flyindustrien er veldig fokusert og industribestemt. Krav til opplæring er nedfelt i en egne flyspesifikke NDT Standrder EN 4179 (Europa) & NAS 410 (USA). Disse to standardene er nå Harmonisert med like krav

7 Sertifiseringskrav (ET) iht NAS 410 / EN 4179 Grunntrening er viktig for piloter så vel som NDT personell Instruksjon/Teori Praksiskrav Nivå1 40t 400t Nivå2 40t 1200t Company Written practice Training, Examination and certification of NDT Personnel NAS 410 EN 4179 Opplæring Nivå3 80t Nivå2 80t 1600t 4år (Ingen teknisk utd) 2år (2år tekn Fag/Høy/Univ) 1år (4år tekn Univ/Høyskole) Krav til Luftforsvarets NDT personell Må ha 400 t initial praksis i ET før N1 Gjennomfører ett 80 timers N1/N2 kurs og eksaminering før N1 Sertifisering Ønskelig med flymekanisk uydanning/praksis før NDT tjeneste. N1 i 3år før N

8 Applikasjoner Høy frekvent overflate inspeksjon Lav frekvent under overflate inspeksjon Bolthull skanning (roterende) Tykkelsesmåling av belegg Tofrekvent (tas ikke med i denne presentasjonen)

9 Applikasjoner Erfaringer (Høyfrekvent) Mest vanlige virvelstrømtypen i flyindustrien. (100 KHz 6 MHz) Liten penetreringsevne i materialet Sensitiv for små overflate sprekker Kan inspisere gjennom maling Sea-King Hjul primær inspeksjonsmetode er virvelstrøm Back-up prosedyre (PT) benyttes til å visualisere feilstørrelsen

10 Applikasjoner Erfaringer (Lav frekvent) Frekvensområde 100 Hz 50 KHz Inspeksjon av feil under overflaten Materialsortering Korrosjon Tykkelsesmåling

11 Applikasjoner tykkelsesmåling av belegg Når proben plasseres på ett material av rent metall, endres impedance i coilen. Målet på ikke ledende beleggtykkelse er bestemt, av variasjoner i strøm (A) eller spenning (V) over coilen, ettersom coil impedance endres som følge av økende eller minkende grad av lift off

12 Applikasjoner Erfaringer (Tykkelsesmåling av belegg) Eks: Tykkelsesmåling av belegg i F 16 luftinntak. bestemmes ved å bruke to kjente beleggtykkelser som referanse (Max/Min verdier) og sammenligne referansene mot inspeksjons signalene

13 Applikasjoner Erfaringer (Materialsortering) Benytter Ledningsevne (IACS) og frekvens (Hz) til bestemme inspeksjons kriteriene. Materialsortering benyttes til: å verifisere kvaliteten til en komponent eller komponentgruppe. åluke ut dårlig gods som kan ha blitt innmontert i fly

14 Probefrekvens vs Faseanalyse Materialsortering

15 Fase analyse Endring i permeabilitet (4340 steel) Fase endringer som funksjon av endring i frekvens forstyrrer ikke impedance analysen så lenge operatøren er klar over denne faktoren. Endring i fase vinkel som funksjon av endring av frekvens (75KHz-300KHz) Test resultat kan i enkelte tilfeller forbedres betraktelig ved at man har muligheten til å endre fasevinkelen med å endre frekvensen

16 Applikasjoner Erfaringer (Roterende) Mange av dagens flytyper består av en rekke strukturdeler som er festet sammen med bolter og nagler. Hullene er spenningskonsentrasjoner og må inspiseres jevnlig. Det krever at man tenker på: fillfaktor (bør være så nær 1 som mulig) rengjøring (for å unngå falske ikke relevante signaler) støy (signal to noise ratio)

17 Når krisen er nær!!! F100 motor virvelstrøm inspeksjon

18 F th LPT Blade Eddy Current Inspection

19 F th LPT Blade Eddy Current Inspection ETT KONKRET TILFELLE! 25.6 division indication long crack Only 987 cycles on turbine Penetrant indikasjon av sprekk

20 F th LPT Blade Eddy current inspection

21 F th LPT Blade Eddy current inspection POD Kapabilitet NDT personell må demonstrere en POD kapabilitet på 90/95 for sprekkstørrelse lik 0,060 (l) x 0,020 (d ) for denne spesifikke virvelstrøms inspeksjonen

22

23

24 F th LPT Blade Eddy Current Inspection Impedance plane 28 deg Sweep mode 28 deg

25 F th LPT Blade Eddy Current Inspection Defect blade ( i plane) Defect blade ( sweep mode)

26 F th LPT Blade Eddy Current Inspection Defect indication using 28 deg probe in I-plane Defect indication using 28 deg probe in O-Scope Defect indication using 0 deg probe in I-Plane mode Defect signal using 0 deg probe in O Scope mode

27 Opptimalisering av bolthullinspeksjon ved bruk av Filter og faseanalyse Bolthull skanning (BHEC) er mye brukt i flyindustrien til å inspisere flystruktur for materialtretthet og i hull hvor bolter og nagler er fjernet. Relativt enkel test og utføre Pålitelighet og repeterbarhet avhenger av utstyrs setup parametere og signal tolkning. Parametere som frekvens, valg av filter og riktig justering av fase vinkel er kritiske og ofte ikke optimalt utført. Feilaktig justering av disse parametrene kan introdusere unødig signalstøy og resultere i for høy sensitivitet av signaler fra ikke relevante overflate detaljer eller, undertrykking av relevante feilindikasjoner

28 Opptimalisering av bolthullinspeksjon ved bruk av Filter og faseanalyse Fjerning av bolter/nagler resulterer ofte i at bolthull får mindre mekaniske skader eller forurensning som igjen kan indusere inspeksjons støy, maskere små feil eller produsere falske signaler

29 Opptimalisering av bolthullinspeksjon Probefrekvens (Hz) Er en kritisk parameter for åmaksimere signal til støy forholdet For lav frekvens vil resultere i redusert sensitivitet for små overflatefeil For høy frekvens vill øke støy signaler fra ikke relevante overflate sår, skraper og merker. Valg av probe frekvens etablerer virvelstrøm dybden inn i ett gitt materiale Tommelfingelregel: Frekvensvalg skal etablere 1 SDP 0,25mm SDP= (Standard depth of penetration) hvor Virvelstrømintensiteten er redusert til 37% av overflate intensiteten

30 Opptimalisering av bolthullinspeksjon ved bruk av Filter og faseanalyse Filter benyttes til å begrense støy og signalforstyrrelser fra ikke relevante kilder. High Pass filter (HPF): Fjerner lavfrekvente komponenter av signalet; kan eliminere effekten av variasjoner i konduktivitet eller dimensjoner. Low pass filter (LPF): Fjerner høyfrekvent respons vanligvis forårsaket av probe eller instrumentet. Band pass filter kombinerer LPF og HPF

31 Opptimalisering av bolthullinspeksjon ved bruk av Filter og faseanalyse Filtervalg: Passed Redusere uønskede og ikke relevante signaler (forstyrrelse og støy). Undertrykke frekvenser over og under akseptabelt område. Increasing Signal attenuation (db) 0 1 Rejected by high pass filter Rejected by Low pass filter Frequency (Hz)

32 Bruk av filter Bruk av High Pass & Low Pass Filter Maksimal rotasjonsfrekvens vs hulldiameter for varierende rotasjons hastigheter i Omdr/min og hulldia. Eff spoledia = 1,59mm (0,0625in) Peak Rotasjons frekvens = _Overflate hastighet (Hz) Eff Coil dia Overflate hastighet = Skanner rpm x π x hulldia. Frekvens (Hz) ,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 Hulldiameter, in 500 rpm 750 rpm 1000 rpm 1250 rpm 1500 rpm

33 High Pass & Low Pass Filter Etablering av filter tabell forenkler filtervalg Rotasjonsfrekvens versus hulldiameter for 1,59 mm (0,0625 in) dia (OD) spole ved 1500 rpm. High and Low pass filter frekvens setting justert for hulldia. LPF (Hz) HPF (Hz) Frekvens (Hz) 3,97 5,56 (5/32 7/32) ,54 (0,1) >5,56 7,94 (>7/32 7/32) Peak Rotasjon Frekvens High Pass filter Low Pass Filter 5,08 (0,2) 7,62 (0,3) >7,94 11,11 (>5/16 7/16) ,16 (0,4) 12,7 (0,5) Hulldiameter, mm (in.) >11,11 19,05 (>7/16 3/4) ,2 (0,6)

34 Fase vinkel Forbedringer i signal to noise ratio: oppnås ved å rotere fasevinkelen slik at respons fra reell defekt maksimeres samtidig som lift off og falske signaler fra ovalitet og overflate forurensning minimeres. ha tilstrekkelig separasjon mellom lift off og feilsignal. betydelig separasjon kan oppnås for vanlige flystruktur metaller, spesielt aluminium og nikkel baserte superlegeringer

35 Effekten ved bruk av filter og faseanalyse a) uten filter b) Kun filterjustering c) filter og fase justering

36 Typisk NDT forbedringsprogram i flyindustrien Bakgrunn: Flystrukturingeniører identifiserer og rangerer kontroll punkter på fly basert på struktur integritet parametere: Skadeomfang enkelt laster sprekker

37 Mange har samme problem Det er kategorier av inspeksjoner som er like på tvers av mange fly flåter, og som kunne forbedres. Overflate skanning Radius Nagler m/ utstikkende hoder.med for eksempel nye prober

38 Ny probe design fra nytt program

39 Eksempel på NDT forbedringsprogram (ET) av Opphøyd Naglerad

40 Probe Kit for inspeksjon av opphøyde nagler

41 Konsekvens forbedret POD POD Probaility of detection GUIDELINE FOR PENCIL PROBE KAPABILITET FORVENTET KAPABILITET Hypotetisk kapabilitet for 0,100 pluss skult lengde medfører 1900 FH re-inspeksjons intervall Bryce Harris, Time Jesske, Kimberli Jones, Sean McIntyre, Impacts of Nondestructive Inspection Capability Guidelines for USAF Structures, presented at ASIP

42 Virvelstrøm i Flyindustrien ASIP / AGING AIRCRAFT PROGRAMS Store flystruktur programmer adresser problemområder med en aldrende flypark samt forskningsresultater, inspeksjoner og teknikker som skal sørge for sikker flystruktur. For eksempel: Arrangør FAA/NASA/USAF AIRCRAFT STRUCTURAL INTEGRITY PROGRAM

43 Takk for oppmerksomheten