uso di metodi termografici per i cnd in ambito aeronautico. esempi di applicazioni

AT&T Manutenzione e processi - I metodi termici per la caratterizzazione meccanica dei

materiali e della loro integrità

Torino

Uso di metodi termografici per i CND

in ambito aereonautico.

Esempi di applicazioni

20 Aprile 2016 Ing. Giacomo Maione – Finmeccanica Aircraft Division

Ing. Ciro Incarnato – Finmeccanica Aircraft Division

Ing. Antonio Ciliberto – Finmeccanica Aircraft Division

Introduzione

AT&T– Sessione Specialistica 20 aprile 2016

Uso di metodi termografici per i CND in ambito aereonautico. Esempi di applicazioni

La Termografia è uno dei metodi di controllo non distruttivo che trova

un discreto impiego nel mondo aereonautico.

L’utilizzo tipico previsto è:

In-Service (es. Rilevazione di intrusioni d’acqua, danni da

impatto, validazione di riparazioni)

Laboratorio (es. applicazioni di ricerca)

Supporto Produzione (es. utilizzo del metodo per la messa a

punto di tecniche di taglio, foratura, rivelazione materiale

estraneo durante la laminazione automatica, rivelazione di

distribuzione anomala di resina nei pre-impregnati, etc.)

Un ulteriore utilizzo in ambito aereonautico che sta assumendo negli

ultimi anni una notevole importanza è nella caratterizzazione di

grinze in materiali compositi dovute a sacche di resina

Introduzione



In ambito aereonautico l’impiego di tale metodo dovrebbe essere

eseguito da personale certificato

REQUISITI PERSONALE ISPETTIVO METODO IRT (NAS 410/EN4179) Per Personale di Livello 1 e Livello 2

Requisiti minimi OJT

Livello1 (Personale in addestramento)

Livello2 (Personale con certificazione di Livello1)

Livello2 (Passaggio diretto)

200 ore 600 ore 800 ore

Requisiti minimi Classroom Training 20 ore 40 ore 60 ore

Per ogni Livello di Certificazione è inoltre previsto il superamento di: Un esame Generale Un esame Specifico Un esame pratico

Per Personale di Livello 3

Istruzione Esperienza di Livello 2

Nessuna 4 anni

Diploma 2 anni

Laurea 1 anno



Tra i principali campi di impiego della termografia, sono riportati

alcuni esempi di impiego:

In Service: Rilevazione della presenza di acqua in di parti

sandwich con composito e nido d’ape.

Supporto in Produzione: Rilevazione delle temperature

raggiunte durante operazioni di foratura con macchine a

Controllo Numerico

Metodo ausiliario: Rilevazione e Caratterizzazione di grinze in

materiale composito dovute a presenza di sacche di resina

Metodo principale: Rilevazione e caratterizzazione di difetti in

parti in materiale composito.

Esempio Tecniche Termografiche

Esempio Water Intrusion



Problematica: Nelle strutture tipo sandwich composito-nido d’ape la

presenza di infiltrazioni di acqua può avere un effetto catastrofico se

si pensa che durante il volo il ghiaccio espandendosi può arrecare

ulteriori danni come lo scollamento di parti o altri tipi di rotture.

Va pertanto previsto che durante le fasi di manutenzione vi sia un

controllo termografico su suddette parti dell’aeromobile tipicamente

esposte (es. superfici mobili).

Esempio Water Intrusion



La parte viene riscaldata con una sorgente di calore in modo

uniformemente distribuito sulla superficie da ispezionare (lampade,

pistole ad aria calda, etc.). In seguito dopo un certo intervallo di

tempo (poche decine di secondi) è possibile rivelare la presenza di

eventuali intrusioni di acqua.

FLIR A655sc

Processo di setup optimization per operazioni di Drilling



Problematica: Talvolta il setup impostato sugli impianti a controllo

numerico per il taglio (trim) o la foratura (drill) automatica non

presenta parametri perfettamente ottimizzati; ciò può causare una

non corretta usura dei tool di trim/drill o altresì causare danni nel

materiale da tagliare e/o forare.

L’esempio preso in considerazione è relativo al processo di drilling

che è stato monitorato in real-time mediante un controllo termografico

al fine di stabilire se le temperature cui la punta arriva durante le

operazioni in servizio sono tali da poter causare sia un’usura anomala

che un eventuale danno nella struttura.

Processo di setup-optimization per operazioni di Drilling



Mediante l’utilizzo di una termocamera, è stato predisposto un

monitoraggio in tempo reale del processo di foratura. La termocamera

utilizzata è stata una di tipo ‘raffreddato’ per avere una migliore

sensibilità termica

Thermacam S65 FLIR

Dal filmato acquisito, l’analisi delle sequenze termografiche hanno

evidenziato che durante le varie fasi di drilling, le temperature

raggiunte dalla punta arrivavano a valori anomali che potevano

portare ad anomalie di usura o a danneggiamenti della parte.




Sequenze temporali durante le operazioni di foratura.

1 la punta si avvicina alla zona da forare 2 la punta inizia a forare

3 Si generano polveri di lavorazione 4 la punta oltrepassa la parte




Sequenze temporali durante le operazioni di foratura.

5 Si generano polveri anche dal lato opposto 6 la punta inizia la risalita

6 Temperature elevate raggiunte dalla punta 7 La punta ha terminato




L’analisi è stata poi ripetuta provando differenti setup (velocità di

rotazione della punta, velocità di foratura, velocità di avanzamento,

etc.).

E’ stato dunque possibile procedere ad un’ottimizzazione del setup

dell’impianto.

Il monitoraggio mediante termografia ha consentito di validare il setup

e quindi risolvere eventuali anomalie e/o danni nella struttura

lavorata.

Wrinkle Measurement



Problematica: Le parti in materiale composito talvolta presentano

sacche di resina superficiali, tali difetto è tipicamente accompagnato

dalla presenza di grinze nel materiale. I metodi CND comunemente

adottati in produzione (UT) talvolta non sono stati in grado di

caratterizzare completamente (in particolare la misurare la profondità)

tale difetto.

La necessità di riuscire a caratterizzare completamente tale difetto

completa il processo di controllo nelle strutture in composito, e

contribuisce ad una efficace RCCA per la risoluzione/mitigazione del

problema.

Wrinkle Measurement



L’implementazione del controllo termografico ha consentito di poter

quantizzare (in termini di lunghezza, larghezza e soprattutto

profondità) tale difetto.

A A’

La presenza della sacca di resina è associata ad una grinza nel composito

Provino analizzato Vista in sezione A-A’ Tipica immagine termografica di fase

Wrinkle Measurement



Con il metodo IRT, ed in particolare con la tecnica di lock-in è stato

osservata e misurata la differenza di fase (∆Ф) tra l’area dove è

presente la sacca di resina e l’area buona circostante

Mediante caratterizzazione distruttiva sono state poi misurate

larghezza (L) e profondità (p) reali.

Vista in sezione della parte reale

Wrinkle Measurement



Ripetendo la comparazione per tanti punti differenti e a differenti frequenze di

eccitazione termica, è stata osservata una corrispondenza tra:

Mediante algoritmi ad hoc è stato possibile stimare il valore della:

Profondità (p)

Larghezza (L)

con una buona accuratezza (~0,1 mm)

La larghezza L della sacca di resina e variazione di fase Ф

La ∆Ф e la variazione di profondità della sacca di resina (p)

L’analisi NDI vs. DI su un elevato numero di campioni, ha consentito

inoltre di validare tale metodo di misura

Defect Caracterization



Problematica: l’ispezione di parti in composito, con metodi convenzionali

come gli ultrasuoni talvolta presenta difficoltà in termini di rateo ispettivo o di

setup; in particolare per quelle parti di geometria non piana con forme ad L, a

Z, etc..

L’utilizzo di una tecnica termografica potrebbe invece consentire l’ispezione

‘one-shot’ di tali parti, fornendo una soluzione relativamente veloce ed

ecologica (assenza di mezzi accoppianti quindi di necessità di

smaltire/depurare questi ultimi).

Defect Caracterization



Le prove sono state svolte su differenti campioni contenenti difetti artificiali

che simulano i difetti tipici che tipicamente si trovano nelle parti di produzione

Termogramma di uno step wedge

in solido laminato con un set

di difetti artificiali

Termogramma di una parte in composito con difetti artificiali

Danni da impatti a differenti energie

High depth Low depth Termogramma di una parte piana di 8 plies con differenti inserti artificiali

Sviluppi futuri



Ricercare quali solo i limiti di impiego (tipologia di materiale,

tipologia di difetti misurabili, spessori, geometrie, etc.) entro i

quali poter validare il metodo termografico come metodo primario

di ispezione;

Ricercare una validazione dello stesso come metodo

complementare (es. utilizzo in modalità integrata con altri metodi

per una ‘fast inspection’ che può consentire una preliminare

accettazione della parte).

Validazione il metodo IRT mediante analisi e confronto:

con altri metodi CND

Con una caratterizzazione Distruttiva (IRT vs. DI)

Arricchire ulteriormente la normativa vigente (sia aziendale che

internazionale)

uso di metodi termografici per i cnd in ambito aeronautico. esempi di applicazioni

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