탄소섬유 강화 폴리머(CFRP) 복합재는 탄소섬유를 포함하는 가벼우면서도 강한 플라스틱 재료입니다.CFRP 재료는 우수한 기계적 특성으로 인해 자동차, 항공 우주 및 기타 산업의 광범위한 제조 부품에 사용됩니다.CFRP 부품 생산량이 증가함에 따라 효과적인 검사 프로세스를 찾는 것이 중요합니다.
제19차 세계 비파괴 검사 학술대회(WCNDT)에 발표한 논문에서 Jatzlau 외의 저자는 BondMaster™ 본드 테스터의 공진 모드를 통해 CFRP 자동차 제조 부품에서 나타나는 기공의 정성적 차이를 쉽고 빠르고 비용 효율적으로 감지할 수 있음을 밝혔습니다.
이들의 연구 목표는 음향 공진 분석의 비파괴 검사(NDT) 방법을 조사하여 CFRP 부품의 결함에 대해 가장 효과적인 품질 보증 및 검사 방법을 찾아내는 것이었습니다.연구에서 진행한 실험은 충격 손상, 섬유 굴곡, 기공의 결함이 있는 CFRP 샘플을 사용했습니다.논문 저자는 제조 오류와 작동 중 손상이 있는 CFRP 부품을 찾아내기 위해 BondMaster 본드 테스터를 선택했습니다.
논문 결론은 “초음파 및 열화상 촬영과 같은 다른 NDT 방법과 비교하여 음향 공진 분석은 대략적인 결함 위치 추정을 포함하여 결함이 있는 부품을 간단하고 빠르게 식별할 수 있습니다.그 후, 식별된 부품은 결함의 위치, 유형 및 크기를 정확하게 검사하기 위해 더 복잡한 테스트 도구를 통해 더욱 면밀하게 검사할 수 있습니다.”라고 밝혔습니다.
실험 및 결과에 대해 자세히 알아보려면 여기에서 논문 전체를 참고하십시오.
자동차 산업에서 접착 결합 구성 요소 및 구조의 역할
접착 결합 구성 요소 및 구조는 자동차 산업 제조의 중요한 부분이 되었습니다.결합의 무결성과 신뢰성은 우수한 품질의 최종 제품을 생산하는 데 매우 중요합니다.
공진 테스트는 박리를 쉽게 감지할 수 있습니다.이 방법은 또한 많은 유형의 분리(즉, 벌집 복합 구조에서 외피-코어 분리)를 감지합니다.
그러나 공진 테스트의 설정과 작동은 복잡할 수 있습니다.테스트에는 액체 결합제가 필요하므로 조인트를 스캔하기가 더 어렵습니다.액체 결합제는 오염시킬 가능성이 있어 일부 복합 재료와 구조에도 허용되지 않습니다.
BondMaster 600 기기는 피치-캐치(pitch-catch)와 기계적 임피던스 분석(MIA) 같이 결합제가 필요하지 않은 본드 테스트 방법을 제공합니다.BondMaster 600M 모델에서 사용할 수 있는 공진 검사 방법은 복합 구조 배열에서 박리와 분리를 감지하는 데 특히 유용합니다.외피가 얇은 복합재에서 제일 잘 감지합니다.
공진 모드 접착 본드 테스트: 작동 원리
공진 방법은 특수한 협대역 초음파 접촉 프로브를 사용합니다.이 방법은 재료에 음향적으로 결합될 때 급격히 공진하는 고품질 초음파 탐촉자의 임피던스 변화를 기반으로 합니다.탐촉자에서 측정한 전기 임피던스는 테스트 샘플의 음향 임피던스로부터 영향을 받습니다.특정 복합재의 음향 임피던스는 결합 부족으로 인해 달라집니다.
분리는 진동하는 박판 역할을 하여 두께가 박판의 음파 길이의 홀수 배수(1, 3, 5 등)와 같을 때정재파를 생성합니다.
한 파장의 경우, l = v/f입니다. 여기서 v는 재료의 음속, f는 공진 주파수입니다.층이 얇을수록 공진 주파수가 높아집니다.
아래 그림 1은 분리된 조인트에서 시편에 결합된 공진 탐촉자와 그에 따른 정재파를 보여줍니다.
그림 1.박판 또는 분리된 조인트의 공진 정재파.
음향 임피던스의 경우, Z = rVtanh[a +i(ß +kt)]입니다. 여기서 a는 반사율 상수, ß는 위상 변화, t는 판 두께, k는 파수입니다.
접착 결합 조인트에서 분리로 인한 유효 두께의 변화는 탐촉자의 공진 주파수에서 신호의 위상과 진폭에 상당한 영향을 미칩니다.다층 조인트에서 위상은 그림 2와 같이 분리된 층의 깊이와 관련이 있습니다.
그림 2.다층 분리 테스트.
BondMaster 600M 본드 테스터는 주파수 범위를 탐지하고 위상이 제로(Null)인 곳을 찾아 공기 중 탐촉자의 공진 주파수를 자동으로 표시합니다.
그러면 기기가 해당 주파수에서 작동합니다.그림 3은 프로브가 올바르게 작동했을 때를 보여줍니다.
그림 3.BondMaster 600M 기기는 프로브의 주파수 범위를 탐지하고 프로브의 공진 특성을 표시합니다.공진 주파수를 확인하면 프로브가 올바로 작동하는지 알 수 있습니다.
프로브를 복합 부품에 연결하면 부품이 감쇠 부재 역할을 하여 진폭이 감소하고 탐촉자의 대역폭이 증가할 뿐 아니라 공진 주파수가 변경됩니다.프로브는 아래 그림 4와 같이 접착이 양호한/결함이 없는 영역에서 제로인 값을 보입니다.
그림 4.프로브는 접착이 양호한/결함이 없는 영역에서 제로인 값을 보입니다.22
박리와 같은 결함이 있는 경우 결함으로 인해 프로브의 공진 주파수가 변경되어 화면에 표시되는 벡터 위치가 바뀝니다.위상은 벡터의 0으로 표시되고 진폭은 중심 제로 포인트에서 떨어진 거리로 표시됩니다.디스플레이의 신호는 아래 그림 5와 같이 나타납니다.
그림 5.BondMaster 600M 기기에서 감지된 박리의 예.26
프로브의 주파수는 외피층 두께와 재료 유형에 따라 선택됩니다.분리를 최적으로 감지하려면 층이 얇을수록 프로브 주파수가 높아야 합니다.
프로브의 주파수는 층의 음향 임피던스에 비례해야 합니다.임피던스가 낮은 흑연 또는 유리 섬유와 같은 재료(Z = rV, 여기서 Z는 재료의 임피던스, r은 밀도, V는 음파 속도)는 금속 외피층보다 저주파 프로브가 필요합니다.
35~350kHz 범위의 주파수는 대부분의 본드 테스트에 유용하며 더 높은 주파수는 더 얇은 층이나 금속성 층에 사용됩니다.
본드 테스트를 사용한 간편한 적층 복합재 검사
작업자는 공진 모드에서 BondMaster 600 본드 테스터를 사용하여 복합재를 검사합니다.
BondMaster 600M 본드 테스터는 피치-캐치 RF, 피치-캐치 임펄스, 피치-캐치 스위핑, 공진뿐 아니라 현저하게 개선된 MIA(기계적 임피던스 분석) 방법을 비롯해 다양한 표준 검사 방법에 맞게 프로그래밍되었습니다.BondMaster 600M 본드 테스터의 공진 모드는 프로브 내 전파/정재파의 위상과 진폭 변화를 측정합니다.공진 프로브는 협대역 접촉 탐촉자이며, 프로브 수정 임피던스의 변화는 BondMaster 600M 본드 테스터의 X-Y축 디스플레이에 표시됩니다.
공진 모드는 박리를 감지하는 매우 간단하고 신뢰할 수 있는 방법입니다.종종 신호 위상 회전에서 박리 깊이를 추정할 수 있습니다.BondMaster 600M 본드 테스터의 공진 모드는 대개 적층 복합재 분야를 위한 공장의 사전 설정을 통해 매우 쉽게 작동할 수 있습니다.
본드 테스트를 고속 자동화 시스템에 쉽게 통합
NORTEC™ 600 와전류 결함 탐상기와 마찬가지로, BondMaster 600 본드 테스터는 통합 검사 시스템에 쉽고 원활하게 통합될 수 있으며 산업 환경에서 일관되게 작동하도록 제작되었습니다.
본드 테스트에 대한 자세한 내용은 당사의 백서를 참조하고, 대면 또는 가상 데모에 대해서는 당사에 문의하십시오.
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동영상: 허니콤 복합재 검사용 올바른 주파수를 찾기 위한 고급 가이드
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