Les moyens de C.N.D. associés aux structures composites. Nicolas Terrien Centre Technique des Industries Mécaniques

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1 Les moyens de C.N.D. associés aux structures composites Nicolas Terrien Centre Technique des Industries Mécaniques

2 Les moyens de C.N.D. associés aux structures composites page 2 Le besoin industriel en C.N.D. Les moyens de CND associés aux défauts surfaciques Les moyens de CND associés aux défauts volumiques Ultrasons Multiéléments Thermographie infrarouge stimulée Ultrasonic bondtester Conclusions

3 Le besoin industriel en C.N.D page 3 Défauts d élaboration 3 mm 8 mm Variations d épaisseur Ondulations d un renfort UD carbone Rupture d un mât de bateau de course Macroporosités 500 µm 5 mm 1 mm Porosités µm 100 µm Microporosités 0 50µm 100 µm Endommagements impact Fissuration interlaminaire, translaminaire, intralaminaire Délaminage peau/mousse, tassement de la mousse

4 Le besoin industriel en C.N.D page 4 DEFAUTS DE MISE EN ŒUVRE ENDOMMAGEMENTS Composite monolithique micro-macro porosités Composite monolithique Décohésion fibre/matrice vides variations du taux de fibres orientation/répartition des renforts discontinuité de renfort variations épaisseur manque de polymérisation Sandwich Délaminage Rupture translaminaire Vieillissement de la matrice Vieillissement des fibres Décollement âme/peau tassement/écrasement âme Sandwich inclusion contamination brûlure mauvais collage âme/peau déformation de peau Deux grandes familles : Défauts surfaciques Défauts volumiques

5 Les moyens de CND associés aux défauts surfaciques Le contrôle visuel Ecart de brillance, de teinte Bulle, cratère, piqure, peau d orange, retassure, cloque, coulure Essorage, excès local de fibres, fibres apparentes Craquelure, écaillage page 5 Le ressuage Fissures débouchantes Meule en composite granulaire Contrôle par Inspection (visuel) Détaillée des réservoirs GNV Tuyauterie verre époxy

6 Les moyens de CND associés aux défauts volumiques page 6 Mauvaises orientations des fibres, absence de fibres Vides, microporosités Inclusions Eau dans nid d abeille, nid d abeille corrodée Contaminations Délaminages, décollements (peau/âme, collage) Écrasement de l âme Discontinuités évolutives au cours d une sollicitation mécanique RX, tomographie Ultrasons, Thermographie IR Shearographie, taping, BondTester Emission acoustique Choix de la technique en fonction des matériaux, géométries, contraintes opérationnelles

7 Les moyens de CND associés aux défauts volumiques page 7 Mauvaises orientations des fibres, absence de fibres Vides, microporosités Inclusions Eau dans nid d abeille, nid d abeille corrodée Contaminations Délaminages, décollements (peau/âme, collage) Écrasement de l âme Discontinuités évolutives au cours d une sollicitation mécanique RX, tomographie Ultrasons, Thermographie IR Shearographie, taping, BondTester Emission acoustique Choix de la technique en fonction des matériaux, géométries, contraintes opérationnelles

8 Ultrasons multiéléments page 8 Principe des ultrasons multiéléments Les traducteurs multiéléments Les nouvelles possibilités offertes Exemples d applications Conclusions Contrôle US multiéléments sur réservoir composite

9 Ultrasons multiéléments Principe page 9 Transposition de l échographie médicale au CND Echographie médicale CND Mêmes principes d étalonnage, de détection, de dimensionnement qu en ultrasons conventionnels Requiert des traducteurs multiéléments

10 Ultrasons multiéléments Les traducteurs page 10 Plusieurs éléments piézocomposites alimentés individuellement Monoéléments Multiéléments Eléments piézoélectriques pilotés indépendamment les uns des autres

11 Ultrasons multiéléments Les nouvelles possibilités page 11 Balayage linéaire [Sofranel] Déflexion du faisceau ultrasonore Direction of energy Focalisation Combinaison : balayage linéaire, déflexion, focalisation

12 Ultrasons multiéléments Exemples d applications page 12 Contrôle de structures nautiques Contrôle d une coque d un mât Délaminage Fond du mât Manque d imprégnation de résine

13 Ultrasons multiéléments Exemples d applications page 13 Détection de délaminage dans des structures monolytiques Délaminage Insert métallique M21/T700GC [0/90] 4S Système de contrôle Omniscan / Glider

14 Les ultrasons multiéléments Exemples d applications Contrôle en cours de fabrication Objectifs : - ajustement des paramètres du process - réduire les coûts / les rebus Contrôle d un raidisseur Ω avant détourage Zone 5 B-Scan électronique C-Scan Raidisseur Ω obtenu par formage d une plaque C/PEEK B-Scan électronique page 14

15 Ultrasons multiéléments Conclusions page 15 Amélioration de la détection de défauts grâce au balayage angulaire, à la focalisation. Meilleure sensibilité Réduction du nombre de traducteurs Réduction du temps d inspection UT conventionnel Multiéléments Une visualisation sous forme de cartographie Enregistrement de toutes les données donc traçabilité du contrôle Caractérisation très proche des UT mono-éléments

16 Thermographie infrarouge stimulée page 16 Principe Lampes halogènes Lampes flashs Ultrasons Courants de Foucault

17 Thermographie infrarouge stimulée page 17 Exemples d applications Détection d infiltration d eau dans un nid d abeille nomex Détection d un manque d imprégnation dans une structure sandwich GF/balsa

18 Thermographie infrarouge stimulée page 18 Conclusions La thermographie infrarouge stimulée est adaptée à la mesure d épaisseur de revêtement au contrôle non destructif Elle peut s appliquer sur les matériaux métalliques Pour les applications CND, elle permet de détecter des délaminages, des décollements des fissures non débouchantes des infiltrations d eau Cette méthode est intégrable pour du contrôle en ligne peut être compatible avec des cadences de production nécessite des essais de faisabilité pour déterminer les paramètres les mieux appropriés

19 Ultrasonic Bondtester page 19 Principe Principe [Olympus] Détection de délaminages, décollements, écrasement de l âme sousjacents la surface de structures sandwich (nomex, nidalu, mousse)

20 Ultrasonic Bondtester page 20 Exemple d applications : le contrôle d un cadre de trimaran Structure sandwich : mousse/carbone Contrôle de la santé matière d un cadre de trimaran Etalonnage sur une pièce de référence Détection d une indication

21 Ultrasonic Bondtester page 21 Exemple d applications : le contrôle d un mât Structure sandwich nid d abeille/carbone Structure de référence Zone saine Délaminage peau/âme Détection délaminage peau/âme

22 Ultrasonic Bondtester page 22 Conclusions Couplage à sec Détection de décollements, délaminages, en surface Sensibilité limitée par la distance entre les picots émetteur/récepteur Nécessite de s étalonner sur une pièce de référence

23 Conclusions page 23 Le choix d une méthode dépend d un grand nombre de paramètres: matériaux (caractéristiques absorbantes vis-à-vis de l énergie fournie, ), défauts recherchés, position et orientation des défauts (au cœur ou en surface, ) documents d applications (obligations contractuelles, normes, taille des défauts recherchés, ), géométrie et état de la pièce (accessibilité, état de surface, épaisseur, revêtement ) mode d élaboration lieu du contrôle, considérations économiques (prix pièce par rapport au contrôle)