Китай ультразвуковой контроль композитов

Когда говорят про ультразвуковой контроль композитов, многие сразу представляют лаборатории авиастроительных гигантов. Но реальность, особенно в Китае, гораздо шире и, честно говоря, грязнее в хорошем смысле. Моя практика показывает, что основные сложности начинаются не с высокомодульных углепластиков, а с тех самых ?рядовых? композитных структур в тяжелой промышленности — где армирование может быть стекловолокном, а матрица — чем угодно. И именно там китайские специалисты набили себе шишек, вырабатывая подходы.

От теории к цеху: где кроется разрыв

В учебниках всё гладко: есть дефект — есть эхо. На деле, при контроле, скажем, полимерных композитных подкладок для узлов трения в металлургическом оборудовании, первая проблема — это кривизна и шероховатость поверхности. Стандартный плоский пьезоэлектрический преобразователь теряет контакт. Приходится использовать эластичные насадки или иммерсионный метод, что в цеховых условиях — отдельная история с подготовкой поверхности и откачкой воды.

Второй момент — анизотропия. В тех же композитных изоляторах или уплотнительных элементах для нефтехимии, волокна могут быть уложены нерегулярно. Скорость звука сильно зависит от направления. Если проводить контроль по шаблону, составленному для однонаправленного материала, можно пропустить расслоение или принять за дефект нормальную неоднородность. Приходится для каждой новой партии или даже изделия делать эталонный образец — ?здоровый? кусок из той же закладки. Это время, но без этого — гадание.

Был случай на одном из предприятий-смежников, поставляющих, например, компоненты для дорожно-строительной техники. Они начали использовать композитные накладки на ковши для снижения веса и шума. Контроль поставляли ?на глаз? с дешевым китайским дефектоскопом. Пропустили зону с плохой пропиткой смолой. В эксплуатации через 200 часов — расслоение и трещина. После этого инцидента они обратились к нам, и мы внедрили систему с фазированной решеткой (ФРУК) для составления полного С-скана поверхности. Но и это не панацея — интерпретация данных требует опытного оператора.

Оборудование: китайское против ?западного? — не о цене речь

Многие китайские производители, особенно в сегменте тяжелого машиностроения, долгое время считали ультразвуковой контроль излишеством для композитов. Мол, металл — да, там критично, а тут и так видно. Это заблуждение дорого обходилось. Сейчас рынок наводнен китайскими приборами. Их плюс — адаптация под местные условия: понятный интерфейс, устойчивость к перепадам напряжения, ремонтопригодность. Минус — часто слабый софт для обработки сигналов в сложных композитах.

Я работал с дефектоскопами от ?Синон? и ?Уанда?. Для простых задач — обнаружение крупных расслоений в стеклопластиковых корпусах судовых насосов — они справляются. Но когда нужно оценить пористость или степень пропитки в толстостенной детали из углерод-углепластика для высоконагруженного узла, их разрешающей способности и алгоритмам шумоподавления не хватает. Приходится дорабатывать методику, комбинировать частоты.

Ключевой момент, который упускают при закупке оборудования — это не сам дефектоскоп, а комплект преобразователей и оснастка. Для контроля сферических поверхностей композитных втулок в портовой технике нам пришлось заказывать специальные наклонные пьезоэлементы с фокусирующей линзой. Без них угол ввода был неоптимальным, и сигнал от дна сливался с шумом.

Практический кейс: интеграция в производство металлоконструкций

Возьмем конкретный пример — компанию ООО Чжэньцзян Синшэн Стальное Литье (https://www.xszgsteel.ru). Их профиль — литые и металлообработанные компоненты для тяжелой промышленности. Казалось бы, при чем тут композиты? Но современная техника — это гибриды. Например, ковш экскаватора (дорожно-строительная техника) может иметь литую стальную основу, но на рабочие кромки для износостойкости и снижения веса наплавляются или крепятся болтами композитные панели на основе карбида вольфрама или керамики в металлической матрице. Это уже металломатричный композит (ММК).

При приемке таких панелей визуальный контроль ничего не дает. Нужно убедиться в отсутствии отслоения композитного слоя от стальной подложки и в отсутствии крупных пор внутри самого слоя. Мы для подобных задач используем тандемный метод УЗК (два преобразователя: один излучает, другой принимает на одной стороне) или метод отражения от дна. Толщина композитного слоя редко превышает 10-15 мм, но акустическое сопротивление резко отличается от стали, что создает сильный отраженный сигнал на границе.

Сложность в том, что поверхность часто неровная после наплавки. Пришлось разрабатывать методику с использованием гелевых контактных прокладок переменной толщины. Информацию об их продукции и применяемых материалах, включая высокохромистый чугун и жаропрочную сталь, можно найти на их сайте www.xszgsteel.ru. Это важно, потому что знание базового материала помогает правильно настроить прибор: выставить скорость звука для подложки, чтобы точно измерить толщину композитного покрытия.

Ошибки и тупиковые ветки

Не всё, что пробуешь, работает. Одно время был популярен импульсный термоконтроль как дополнение к УЗК для обнаружения расслоений в крупногабаритных конструкциях. Мы пробовали на композитных секциях для лесозаготовительной техники. Идея была заманчивой: быстро просканировать большую площадь. Но на практике чувствительность к мелким дефектам, расположенным глубоко (более 3-4 мм под поверхностью), оказалась низкой. А главное — интерпретация тепловых изображений сильно зависела от внешнего освещения и эмиссионной способности поверхности, которую у композитов еще нужно стабилизировать краской. Отказались, вернулись к сканирующему УЗ-преобразователю на координатном стенде. Медленнее, но надежнее.

Другая ошибка — попытка автоматизировать 100% контроля на конвейере. Для стандартных стальных отливок — да. Для композитных деталей, где каждая может иметь свои особенности укладки волокон, полная автоматизация принятия решения (годен/брак) приводила к огромному проценту ложных вызовов. Пришлось оставить финальное решение за оператором, а автоматизацию использовать для построения карты ?зон внимания?, где амплитуда сигнала вышла за установленные для эталона рамки.

Еще один момент — калибровка. Для металла часто используют стандартные СОПы с искусственными дефектами. Для композитов, особенно уникальных, эталон нужно делать ?родной?. Бывало, что из-за экономии материала эталон делали из обрезков той же закладки, но с иной ориентацией волокон. В итоге акустическая карта отличалась, и вся калибровка шла насмарку. Теперь строгое правило: эталон — это первый издельный образец из партии, прошедший все циклы обработки и признанный годным по результатам разрушающего контроля (если возможно) или комплексной проверки.

Что в сухом остатке? Мысли вслух

Так что, китайский ультразвуковой контроль композитов — это не про сверхтехнологии из журналов. Это про адаптацию, про поиск компромисса между стоимостью, скоростью и достоверностью. Это про понимание, что дефектоскоп — всего лишь инструмент, а 90% успеха — это методика и голова оператора.

Сейчас вижу тренд на слияние методов. Тот же ультразвуковой контроль часто идет в паре с вихретоковым для оценки проводимости углепластиков или с акустической эмиссией для мониторинга конструкций под нагрузкой. Это правильный путь. И китайские производители оборудования начинают это подхватывать, делая комбинированные системы.

Для таких компаний, как ООО Чжэньцзян Синшэн, которые работают с широкой номенклатурой материалов — от углеродистой стали до высокохромистого чугуна и композитных накладок, ключевое — это не купить самый дорогой прибор, а разработать или адаптировать под каждую группу изделий свою инструкцию по неразрушающему контролю (НК). И обязательно обучать персонал не кнопки нажимать, а понимать физику процесса. Иначе все инвестиции в ультразвуковой контроль композитов превратятся в красивую, но бесполезную отчетность. А опыт, как известно, накапливается как раз через ошибки и их последующий разбор.